库布齐沙漠东缘防沙治沙生态效益评价

王 睿, 杨国靖

(1.西华师范大学 国土资源学院, 四川 南充 637009; 2.中国科学院 西北生态环境资源研究院, 甘肃 兰州 730000)

沙漠化是全球面临的重大环境问题之一，沙漠化的蔓延对人类生存和发展构成了巨大威胁[1]。因此，沙漠化治理逐渐引起了学术界和政界的广泛关注[2-5]。目前，沙漠化治理大多采用机械、生物和化学等防治措施，取得了显著效果[6]。中国多年的沙漠化治理实践表明，沙漠化治理措施的效果需要一定的方法来监测和评估[7]。对沙漠化治理效益监测和评估不仅有助于揭示区域生态治理现状，而且通过科学评估，可以定量分析防沙治沙措施的效果，为区域生态治理与社会经济可持续发展提供科学借鉴和决策。关于沙漠化治理的效益评价研究，国内外学者开展了大量有意义的工作并取得了诸多成果[8-10]。Berry[11]经过长期实地考察，提出了沙漠化防治效益分析，应以气候、土壤、植被等自然因子为评价指标，建立了适用于广大沙漠化地区的4级评价指标体系，对沙漠化治理效益评价提供了很好的借鉴。刘勇等[12]运用模糊综合评价法对内蒙古通辽市沙漠化治理生态工程的生态效益进行了评价，包括保护草场权益、涵养水源效益、防风固沙效益等。丁国栋[13]以毛乌素沙地为研究区，在前期对植被因子、土壤因子分析的基础上，以沙地草场类别为依据，建立了沙地草场退化的效益评价指标体系。刘玉平[14]采取植被分级、梯度分析等方法，建立了毛乌素沙地草场在植被群落层面上的沙漠化治理效益评价指标，主要包括植被指标、土壤指标、人文指标等。从前人研究发现，关于沙漠化防治效益评价研究方面，大多采用生态治理工程和草原沙漠化的评价指标和方法，关于沙漠化治理的效益评价研究显得较为薄弱，尤其是对库布齐沙漠东缘防沙治沙的生态经济效益评估和分析的研究相对不足。

因此，本文拟以库布齐沙漠东缘的生态治理区为研究区，通过实地调研、野外观测、社会问卷调查及室内分析等研究手段，对该生态治理区的植被、土壤、气象和防风治沙效果进行监测，分析治理区周边农户的社会经济状况，掌握库布齐沙漠东缘生态治理状况和发展态势，并建立库布齐东缘生态治理区防沙治沙效益评价指标体系，从生态、经济和社会效益3方面进行综合评价，以期为客观评价库布齐沙漠生态治理效益，促进库布齐沙漠地区生态修复和社会经济可持续发展提供科学支撑。

1 研究区概况

库布齐沙漠是中国第7大沙漠，地处107°18′—111°30′E，39°30′—40°41′N，总面积约1.45×106hm2，沙漠全长约400 km，东部区南北宽约15～20 km，沙丘形态以沙丘链和网格状沙丘居多[15]。库布齐沙漠属典型的温带大陆性季风干旱气候区，年均降水量316 mm，年均蒸发量2 162 mm[16]，冬季较为寒冷，夏季温和，昼夜温差较大。全年平均气温6.2 ℃，平均风速4.5 m/s，以西风、西北风为主风向。

库布齐沙漠地势平坦，北部紧邻黄河，农业灌溉较为便利，水热条件良好。沙漠内植被种类单一，主要有油蒿(Atemisiaordosica)、柠条(Caraganakorshinskii)、沙米(Agriophyllumsqurrosum)、沙竹(Psammochloavillbsa)、沙拐枣(Calligonummongolicum)、杨柴(Astragalusmongolicum)、木蓼(Atraphaxisfrutescens)等[17]，生物多样性贫乏，流动沙丘和半固定沙丘的植被覆盖度较低，约为1.5%～3.5%。库布齐沙漠植被东部较西部较为茂密，呈现出从西向东植被覆盖度增大的趋势[18]。

20世纪80年代，各级党委政府、企业和个人先后参与库布齐沙漠的生态治理，形成了集生态治理、产业发展、生态经济和扶贫脱贫的库布齐治沙扶贫模式[19]。库布齐沙漠生态治理大致可分为以下几个阶段： ①被动初步造林阶段(1988—1995)，主要特点是资金和技术投入少，造林进度慢，造林面积小，治理效果差； ②主动治沙造林阶段(1996—2001)，各级政府高度重视，企业主动进行沙漠治理； ③理想化治沙造林阶段(2002—2003)，部分企业进军沙漠，但急于求成； ④正规化治沙造林阶段(2004—2006)，造林技术大大提高，治沙效果显著； ⑤科学化、规模化治沙造林阶段(2007—2015)，库布齐治沙扶贫理论体系形成，库布齐沙漠治理由其北缘向腹部延伸。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

库布齐沙漠东缘防沙治沙效益评价采取层次分析法和模糊综合评判模型进行研究。层次分析法(AHP)是集定性与定量分析为主的决策分析方法，该方法通常将复杂的决策问题简单化，数学化，将定性化延伸到定量化，适合于复杂模糊的综合系统评价，被广泛运用在复杂系统评价权重确定上[20]。运用层次分析法确定权重，采取模糊综合评价模型，建立综合评判矩阵对复杂的生态系统进行评价，展秀丽等[21]在青海湖流域防沙治沙生态效益评价中已有所运用，并具有较强的适用性。

2.1.1 构建评价指标体系 根据库布齐沙漠东缘生态治理区的实际状况，要选择具有较强代表性且便于量化的评价指标，应当遵循以下建立原则：可操作性原则、典型性原则、全面性和概括性原则、科学性原则、独立性原则等[22]。

根据以上评价指标建立原则，鉴于库布齐沙漠东缘生态治理区情况和数据的可获取性，本文构建了反映研究区防沙治沙的效益评价指标体系，主要涵盖治理区的生态、经济和社会3方面(图1)。其中，生态效益评价指标包括土壤含水率、当地大风日数、地上生物量、草层高度、细沙比重、植被盖度；经济效益评价指标包括人均粮食、低保人口比重、农户人均纯收入、人均牲畜头数；社会效益评价指标包括人均受教育年限、恩格尔系数、各专业技术人员数。

图1 库布齐沙漠东缘防沙治沙效益评价指标体系

库布齐沙漠东缘防沙治沙效益评价指标体系可看作是1个2级3层结构的体系。其中，综合效益是目标层，生态、经济和社会效益是准则层，13个具体指标是方案层。基于模糊综合评价理论，可将方案层对准则层的评价看作一级评价，同时将准则层对方案层的评价看作2级评价，因此整个评价指标体系构成了1个2级3层的模糊综合评判模型。

2.1.2 确定评价指标权重 为确定库布齐沙漠东缘防沙治沙效益评价指标的权重，邀请8位从事沙漠化治理、效益评估和干旱区生态环境研究方面的专家学者，对各级评价中各个元素的相对重要性进行两两比较并打分，打分标准采用1—9和倒数的相对重要性标度(表1)，从而得到判断矩阵。

得出各个判断矩阵后，进行层次单排序、层次总排序及一致性检验，层次单排序的一致性检验公式如下：

RC=IC/IR

(1)

式中：RC——一致性比率；IC——一致性指标；

IR——平均随机一致性指标，当RC<0.10时，表示判断矩阵有满意的一致性，通过一致性检验，否则需重新构建判断矩阵。层次总排序也需作一致性检验，检验类似于层次单排序。

表1 库布齐沙漠东缘防沙治沙效益评价指标重要程度1-9标度

通过层次单排序及总排序一致性检验后，计算出评价指标权重，并对8位专家给出的权重统计，得出各评价指标的权重。判断矩阵及权重见表2。

注：λmax=6.510 1；RC=0.081<0.10。

按照层次分析法，邀请8位从事沙漠化治理、效益评估和干旱区生态环境研究方面的专家学者对各评价指标进行打分，计算出了库布齐沙漠东缘生态治理区防沙治沙生态效益评价指标的权重值。从表2可知，植被盖度权重为0.360 2，地上生物量权重为0.214 4，草层高度权重为0.194 8，这3项评价指标的权重排在前3位，而细沙比重的权重值最小，仅为0.055 1，这表明细沙比重因子相对于其他评价因子重要性较小，而植被因子在沙漠化治理生态效益分析中更为重要，植被恢复状况很大程度上影响沙漠化治理的成效。

2.1.3 计算评价指标隶属度 如公式(2—3)，采取升半梯形和降半梯形的直线函数来表示库布齐沙漠东缘防沙治沙效益评价指标的隶属度。假设评价指标的最优值为ui，最劣值为vi，实际值为ai，Si为隶属度，当ui>vi时，为升半梯形，反之为降半梯形。

升半梯形公式：

(2)

降半梯形公式：

(3)

库布齐沙漠东缘防沙治沙生态效益评价指标分级的临界值选取充分考虑了库布齐沙漠东缘防沙治沙实际状况，并参考了《草原沙化工程生态效益评价的指标体系构建和分析》《科尔沁土地沙漠化单要素分类标准》和《草原沙漠化治理工程生态效益评价》[23-26]，具体分级数值见表3。

表3 库布齐沙漠东缘防沙治沙生态效益各评价指标的分级数值

2.2 数据来源

本文数据来源于研究区实地观测数值、社会问卷调查数据和统计年鉴等。其中，生态效益评价指标数据来源于2016年4月对库布齐沙漠东缘生态治理区植被、水文、气象和土壤等的现状监测数据，其中，生态治理区位于库布齐沙漠东北部独贵塔拉镇至锡尼镇运煤专线的穿沙公路南侧的一个典型沙丘上，面积共2.5 hm2，治理区内植被类型多为沙生灌丛。选取典型植被区，随机调查1 m×1 m的样方测量获取其植被盖度、草层高度和地上生物量数据；采取传感器精度为±0.1 m/s+2%的多点自记式风速仪测量并记录，来获取当地大风日数数据；选取在前期无降水的条件下，在治理区随机选择10 cm处土样，用环刀取样，土样装入标记好的密封袋避光密封。将土壤样品带回实验室装入铝盒中，用精度为0.001 g电子天平称重，在105 ℃烘箱内烘8 h至恒重，冷却后称重记录来获取土壤含水率；细沙比重通过挖土壤垂直剖面，取地表10 cm土层沙样，带回实验室测定得到。而社会、经济效益评价指标数据则来源于2016年9月对生态治理区周边农户社会问卷调查和2013—2017年《鄂尔多斯统计年鉴》《杭锦旗统计年鉴》和《杭锦旗辉煌50年》等资料，其中，发放调查问卷325份，有效问卷316份，调查问卷内容涉及农户对研究区防沙治沙生态政策的认知、防沙治沙措施改善环境的程度、治沙模式的效果分析等，同时将获取的数据进行室内分析和处理，以满足研究需要。

3 结果与分析

3.1 生态效益评价

库布齐沙漠东缘防沙治沙效益评价是在生态、经济和社会效益评价的基础上，利用层次分析法计算的指标权重，结合研究区实地监测的现状数据和社会问卷数据等，基于模糊综合评价模型，结合各评价指标实地现状观测数据，从而计算出隶属度(表4)。

表4 库布齐沙漠东缘防沙治沙生态效益评价指标数值及隶属度

注：数据来源于2016年4月实地观测。

根据库布齐沙漠东缘生态治理区实地调研和现状观测数据，结合各评价指标的分级数值，将观测值代入隶属度计算公式，从而得出隶属度，将层次分析法得出的权重乘以隶属度，并加权求和，计算出库布齐沙漠东缘防沙治沙的生态效益指数。

(4)

式中：M——生态效益指数;Wi——各评价指标的权重;Si——各评价指标的隶属度。

运用生态效益评价指数模型，计算出库布齐沙漠东缘生态治理区的生态效益指数，将其换算为百分制，然后根据评价总分做相应分析，评价得分越高，表示其生态效益越好；评价得分越低，代表其生态效益越差。基于前人研究成果[27]，评价等级划分标准见表5。

表5 库布齐沙漠东缘防沙治沙生态效益评价等级划分标准

基于上述数学模型，将实测值代入公式，计算出库布齐沙漠东缘生态治理区防沙治沙生态效益指数为0.53，将其换算为百分制，即53，依据表5的划分标准，其生态效益属于一般。这反映出库布齐沙漠东缘区目前正处于中级生态系统，生态系统还较为脆弱，防沙治沙工作正在初步显现成效，但还应进一步采取有效的生态治理措施确保防沙治沙效益的提高。针对库布齐沙漠东缘生态治理区的生态效益现状，究其原因，可能与该区域防沙治沙措施实施的时间较短，土壤水分和理化性质及其植被生长状况密切相关，因为固沙植物生长需要一定的生长周期，且受限于区域水分条件，故在一定程度上影响了其生态效益。总之，库布齐沙漠东缘防沙治沙生态效益状况属于一般，随着今后该区域生态治理措施的跟进，土壤和植被等生态系统构成部分的逐步恢复，治理效益将呈现良好态势，但仍需要一定的生态治理政策和治理措施的持续推进和保护。

3.2 农户对防沙治沙生态效益的响应

本研究于2016年9月对库布齐沙漠东缘生态治理区周边—杭锦旗的7个苏木(镇)，26个嘎查的农户进行社会经济状况调查，设计了相应的调查问卷，问卷内容涉及农户对研究区防沙治沙生态政策的认知、防沙治沙措施改善环境的程度、治沙模式的效果分析等，将调查问卷数据收集整理，运用SPSS软件进行统计分析，初步研究了库布齐沙漠东缘生态治理区的社会经济状况。通过对农户行为调查，可以从侧面反映出他们对库布齐沙漠治理的感知及其库布齐防沙治沙对其生产生活的影响，为进一步探讨库布齐沙漠东缘防沙治沙生态效益评价起到重要的铺垫作用。基于调查问卷统计分析，从图2a中发现关于库布齐沙漠防沙治沙政策的了解程度上，被访农户约65.2%的比较了解该政策，仅有6%的农户不了解相关治理政策，可见库布齐沙漠防沙治沙政策被大部分农户所了解，其生产生活也受到政策影响。从图2b中发现，农户认为库布齐沙漠防沙治沙对环境改善的占到63%，增加农户收入的占到21%，促进农业产业结构的占11%，不清楚的占5%，可见绝大多数农户认为库布齐治沙措施对当地生态环境影响较大，同时也增加了农户经济收入。从图2c中可知，关于库布齐沙漠防沙治沙措施对生态环境改善程度，72.5%的农户认为明显改善，而回答轻度改善的占21%，没有改善的仅占6.5%，反映出库布齐沙漠防沙治沙效果显著，明显改善了当地生态环境，库布齐沙漠东缘防沙治沙的生态效益逐步凸显。从图2d中可知，农户对是否愿意参加库布齐沙漠生态治理，绝大多数农户(89.7%)表示愿意参与沙漠化治理，对参与沙漠化治理持无所谓态度的占8.2%，不愿意参与比例最小，占2.1%，这表明当地农户对库布齐沙漠生态治理参与度很高，能积极参与到沙漠化治理中，对库布齐治沙措施的响应度高。问卷调查的统计结果显示，关于沙漠生态环境改善的原因，认为与库布齐治沙措施的实施“有很大关系”的占56.6%，“有一点关系”的占33.7%，“无关”的占9.7%，表明库布齐沙漠生态环境的改善与当地防沙治沙关系较为密切，农户对治理效果的满意度较高，库布齐沙漠防沙治沙的生态效益显著。

从以上结果分析可知，库布齐沙漠地区农户行为的响应具有如下特点：首先，被访农户普遍认为库布齐防沙治沙措施对当地生态环境有一定程度的改善，但还需政府进一步努力，确保治理效果；其次，被访农户大多知道生态环境保护的重要性，能积极参与到库布齐沙漠化治理中，对沙漠化治理工作较为认同，但鉴于当地农户受教育程度普遍较低，生态环保意识较差，还需政府在农户文化知识水平方面进一步改善。

图2 研究区农户对库布齐沙漠防沙治沙的感知

4 结论与讨论

(1) 基于层次分析法，通过邀请专家打分建立判断矩阵，计算出研究区沙漠化治理的生态效益各评价指标权重。从权重可知，排在前3位的分别是植被盖度、地上生物量、草层高度评价指标，表明植被因子在沙漠化治理中较其他因子更为重要，植被恢复状况对沙漠化治理的影响度更显著，今后在库布齐沙漠应加强植被修复，确保沙漠化治理成效明显。

(2) 采取模糊综合评价法，结合模糊综合评价数学模型，计算出研究区沙漠化治理的生态效益一般，表明库布齐沙漠东缘区生态系统还较为脆弱，生态修复处于中等阶段，随着今后该区域生态政策和治理措施的推进，治理效益将呈现良好态势，但在此过程中需注重生态承载力问题。

(3) 通过对库布齐沙漠东缘治理区周边—杭锦旗农户社会经济状况的调查，初步探讨了库布齐沙漠东缘地区农户的生态环保意识和对防沙治沙效益的响应，当地农户普遍认为防沙治沙明显改善了当地生态环境，大多数农户对沙漠化治理工作认同度较高，但鉴于农户科技文化水平较低，生态环保意识较差，还需进一步努力，切实提高沙漠治理效果。

鉴于研究数据的难获取性和部分社会经济指标的难定量化，本文未对研究区防沙治沙的社会经济效益进行深入分析，只对其生态效益进行了现状评价，由于研究数据较为欠缺，选取了研究区当年的面板数据，初步分析了研究区沙漠化治理的生态效益，今后应对研究区防沙治沙的社会经济效益进行科学评价，同时应结合时间序列对研究区防沙治沙效益进行动态对比分析，从而更加全面科学的对研究区防沙治沙的生态、经济和社会效益进行综合分析。