生態環境指數在防沙治沙成效評價中的應用探討

閆德仁

(內蒙古自治區林業科學研究院，內蒙古 呼和浩特 010010)

內蒙古自治區地處祖國北疆，生態地位極端重要。其生態狀況如何，不僅關系全區各族群眾生存和發展，還關系到東北、華北、西北乃至全國的生態安全。幾十年來，在內蒙古自治區黨委、政府的領導下，依托“三北”防護林、“天然林保護”“京津風沙源”等國家重大生態建設工程，內蒙古防沙治沙取得了顯著成效，生態狀況逐年改善。根據全國荒漠化和沙化監測數據，內蒙古荒漠化和沙化土地面積連續實現“雙減少”，沙化土地面積由40.79萬km2減少到現在的39.82萬km2。重點沙化土地治理區的生態狀況明顯改善。毛烏素沙地、渾善達克沙地、科爾沁沙地和呼倫貝爾沙地等土地沙化趨勢實現逆轉，庫布齊沙漠實現整體治理。沙化土地植被蓋度大幅度提高，沙區土壤風蝕狀況減輕趨勢明顯，土壤風蝕量下降了33%，地表釋塵量下降了約37%，其中植被增加的貢獻率為20%。而采用什么樣的數量化指標，客觀量化評價內蒙古防沙治沙取得顯著成效是內蒙古生態安全屏障建設中需要深入探討的問題。

生態環境是一個社會—經濟—自然復合的生態系統，為人類提供自然資源和生存環境的服務功能，是人類生存和發展的基礎[1]。而生態環境質量評價中指標體系構建和方法選擇至關重要，不同的評價方法，可能會得到不同的評價結果。目前，生態環境質量評價方法主要有層次分析法、主成分分析法、模糊集對分析法、熵值法、專家咨詢法、綜合指數評價法、模糊綜合評價法、灰色關聯度分析法和人工神經網絡評價法、壓力—狀態—響應模型法、生態足跡法、景觀生態學法、圖形疊置法等[1，2]。可以說，每種評價方法都在不同的領域得到廣泛應用，但也存在著諸如數據收集難、指標體系龐大、評價方法計算復雜、參數選擇專業性強、基層科技人員難以掌握等諸多問題。

生態環境指數(Ecological Environment Index，EI)是指反映被評價區域生態環境質量狀況的一系列指數的綜合[3]。為此，2006年國家環保總局正式發布了《生態環境狀況評價技術規范(試行)》(HJ/T192-2006)，采用一個綜合值反映區域的生態環境狀況，即生態環境狀況指數(EI指數)。2015年對部分指數進行優化修改后正式頒布實施了《生態環境狀況評價技術規范》(HJ/T192-2015)。 張華等[4]依據HJ/T192-2006對科爾沁沙地生態環境質量評價結果表明，科爾沁沙地整體生態環境狀況雖有所改善，但仍屬于“較差”級別。陳麗華等[5]評價了甘南州生態環境質量，認為評價結果與現狀吻合，說明該方法有較好的可操作性。易浪[6]評價表明，2000年和2010年陜西榆林市整體生態環境狀況指數偏低，且呈現出下降的趨勢，生態環境質量等級為一般。孫海鵬等[7]評價了錫林郭勒盟生態環境質量狀況的年度變化，表明2014年全盟生態環境質量狀況等級為“一般”，和2010年、2013年相比較無明顯變化。上述評價結果存在的共性問題是直接套用了HJ/T192-2006中的計算公式，而沒有結合地區防沙治沙生態環境建設特點對生態環境指數計算方法、參數等進行修訂，特別是沒有緊密結合防沙治沙工程建設取得的成效修訂生態環境指數計算方法、參數等。所以，本文根據防沙治沙工程建設取得直接成效指標因素，并參考上述生態環境指數評價方法，構建了防沙治沙生態環境指數(Ecological Environment Index of Desertification Combat，EIC)，深入探討利用EIC評價實施防沙治沙生態工程建設后風沙區生態環境質量狀況的可行性，為基層科技人員提供簡便、可操作的量化評價方法。

1 數據采集

生態環境質量狀況評價中，數據采集對指標體系構建和應用具有重要影響，而評價防沙治沙取得的成效涉及多項指標。但是，從簡便、可操作的量化評價方法考慮，數據采集應該選擇直接成效指標而不采用間接指標，選擇指標應容易獲取、具有普遍性。所以，本文在探討EIC評價方法時，主要選擇的數據指標有流動沙地面積、半固定沙地面積、固定沙地面積、喬木林面積、灌木林面積、草地面積、水域濕地面積、耕地面積，以及林草植被總蓋度。而和防沙治沙成效相關的一些間接指標，如社會經濟指標、生態效益指標和氣象指標等并沒有選擇，一是因為這些指標數據采集困難，二是這些指標又間接影響著防沙治沙成效，或者并不是防沙治沙本身就能夠明顯改變的自然指標(如降雨量、沙塵天氣等氣象指標)。

2 EIC指數體系構成

EIC評價方法中的指數體系主要包括沙化土地面積逆轉指數、林草資源面積指數、林草固沙植被蓋度指數和生物豐富度指數，各指標權重則參考《生態環境狀況評價技術規范》，或結合防沙治沙生態工程建設成效指標的相對重要性而確定。和《生態環境狀況評價技術規范》中的評價指數相比，將土地退化指數修改為沙化土地面積逆轉指數，將植被覆蓋度指數修改為林草固沙植被蓋度指數，保留了生物豐富度指數。水網密度指數和環境質量指數沒有采用，而是選擇了林草資源面積指數。這樣修改的目的是想體現防沙治沙生態工程建設成效的特點。因為沙區工業排放物與區域總體排放物相比數量相對較少，盡管沙區存在著一些湖泊、河流等，而對固沙成效的影響范圍有限，即使有一些影響，也主要體現在林草固沙植被生長發育方面。

3 EIC評價方法指標賦值

3.1 沙化土地面積逆轉指數

3.1.1 權重 沙化土地面積逆轉指數權重值見表1。

表1 沙化土地面積逆轉指數權重

3.1.2 指數計算方法

沙化土地面積逆轉指數=Aero×(0.45×固定沙地面積+0.35×半固定沙地面積+0.20×流動沙地面積)/區域總面積

其中，Aero為沙化土地面積逆轉指數歸一化系數，參考值為146.33。

3.2 林草資源面積指數

3.2.1 權重 林草資源面積指標權重值見表2。

表2 林草資源面積指標權重

3.2.2 指數計算方法

林草資源面積指數=Afgz×(0.30×喬木林總面積+0.40×灌木林總面積+0.30×草地總面積)/區域總面積

其中，Afgz為林草資源面積指數歸一化系數，參考值為236.043 5。

3.3 林草固沙植被蓋度指數

3.3.1 權重 林草固沙植被蓋度權重值見表3。

表3 林草植被蓋度分級權重

3.3.2 指數計算方法

林草固沙植被蓋度指數=Aveg×(0.10×低覆蓋度植被總面積+0.25×較低覆蓋度植被總面積+0.30×中覆蓋度植被總面積+0.20×較高覆蓋度植被總面積+0.15×高覆蓋度植被總面積)/區域總面積

其中，Aveg為林草固沙植被蓋度指數歸一化系數，參考值為 458.53。

3.4 生物豐富度指數

3.4.1 權重 生物豐富度指標權重值見表4。

表4 生物豐富度指標權重

3.4.2 指數計算方法

生物豐富度指數=Abio×(0.15×喬木林總面積+0.20×灌木林總面積+0.25×草地總面積+0.25×水域濕地總面積+0.10×耕地總面積+0.05×流動沙地總面積)/區域總面積

其中，Abio為生物豐富度指數歸一化系數，參考值為511.26。

4 防沙治沙生態環境狀況指數

4.1 權重

各項評價指標體系權重見表5。

表5 各項評價指標權重確定

4.2 指數計算方法

防沙治沙生態環境狀況指數(EIC)=0.35×沙化土地面積逆轉指數+0.20×林草資源面積指數+0.30×固沙植被蓋度指數+0.15×生物豐富度指數。

4.3 等級劃分

根據防沙治沙生態環境狀況指數計算分值，將防沙治沙區域生態環境狀況劃分為5級，即優、良、一般、較差和差。具體見表6。

表6 防沙治沙區域生態環境狀況分級

5 防沙治沙生態環境狀況指數模擬結果

5.1 數據來源

例如，某沙漠區土地總面積為14 179.49 km2，其中，相關土地類型面積、林草固沙植被蓋度數據如表7、表8。

表7 某沙漠土地類型面積 單位：km2

表8 某沙漠不同林草固沙植被蓋度面積 單位：km2

5.2 模擬評價結果

依據表7、表8數據，計算防沙治沙生態環境狀況指數(EIC)結果如表9。

表9 某沙漠不同時間防沙治沙生態環境狀況指數變化

從表9中可以看出，經過近20年的防沙治沙生態治理，區域生態環境狀況得到初步改善。EIC值從1989年的44.21提高到2019年的47.95，但總體等級屬于一般偏上。和1989年相比，沙化土地面積逆轉指數提高了15.44%，林草資源面積指數提高了37.50%，林草植被蓋度指數提高了2.21%，生物豐度指數提高了5.02%。說明沙化土地面積逆轉和林草資源面積增加對改善沙區生態環境狀況具有關鍵性作用。

6 結論與討論

本文的主要目的是參考EI評價方法，并緊密結合防沙治沙生態工程建設取得的成效指標，探討構建EIC指數體系，并確定評價參數的可行性。同時，利用衛星影像解譯數據，模擬計算某沙漠實施防沙治沙工程建設后的防沙治沙生態環境狀況指數。結果表明，EIC值客觀反映了20年某沙漠實施防沙治沙工程建設后的成效，并發現沙化土地面積逆轉和林草資源面積增加對改善沙區生態環境狀況具有關鍵性作用。

根據本文涉及未公開的衛星影像解譯數據分析結果表明，該沙漠1989—2019年間，土地沙化指數ADI平均值由3.25下降到2.94，土地沙化程度整體實現好轉，其人為貢獻率為56.63%，同時沙漠植被蓋度增加變化的人為貢獻率為59.81%。這和EIC評價方法計算的結論基本一致，說明利用EIC評價方法能夠取得預期的評價結果。

事實上，防沙治沙生態工程建設主要是通過工程措施固沙和生物技術治沙等綜合技術，增加林草植被面積，使流動沙地逐漸轉化為半固定沙地或固定沙地，減少流動沙地面積，逐漸增加半固定沙地、固定沙地面積，并實現沙化土地的逆轉。所以，和《生態環境狀況評價技術規范》相比，本研究利用EIC指數體系評價實施防沙治沙工程建設后的防沙治沙生態環境狀況，其針對性更具體、數據采集更方便，更具有可操作性。當然，任何評價方法都有其不足，EIC評價方法也不例外。例如，指數歸一化系數問題，目前還沒有適合沙區可以使用的歸一化系數，相關的參考文獻嚴重不足，幾乎沒有可以借鑒的參數可以參考。所以，歸一化系數只能參考《生態環境狀況評價技術規范》中數據。另外，《生態環境狀況評價技術規范》中生物豐度指數采用的指標是林地、草地、水域濕地、耕地、建設用地和未利用地的面積數據，而EIC指數體系中選擇的指標是喬木林、灌木林、草地、水域濕地、耕地和流動沙地面積，而沒有選擇建設用地和未利用地。因為防沙治沙工程建設區幾乎都被劃入生態區，嚴格控制建設用地，而所謂的未利用地在沙區多數歸并為流動沙地。防沙治沙生態建設的主要目的是適當增加沙區的林地、草地面積，并提高其固沙能力，通過減少流動沙地面積，實現沙化土地的逆轉。此外，《生態環境狀況評價技術規范》中植被蓋度指數使用的是DNVI區域平均值，或者使用林地、草地、耕地、建設用地和未利用地的面積數據。而在評價防沙治沙成效時，不同植被蓋度的面積結構更具有實際意義。因為，沙化土地的流動性是按照植被蓋度的差異進行劃分的。通常，植被蓋度小于10%的沙地為流動沙地，植被蓋度10%～30%的沙地為半固定沙地，植被蓋度大于30%為固定沙地。所以，如果選用DNVI區域平均值，或者使用林地、草地、耕地、建設用地和未利用地的面積數據計算植被蓋度指數。評價防沙治沙成效，存在著成效被低估的可能；而采用不同的植被蓋度指標，并賦予不同的權重，計算植被蓋度指數能夠更好地反映植被固沙成效的客觀性。