庫布齊沙漠東緣防沙治沙生態效益評價

王 睿, 楊國靖

(1.西華師范大學 國土資源學院, 四川 南充 637009; 2.中國科學院 西北生態環境資源研究院, 甘肅 蘭州 730000)

沙漠化是全球面臨的重大環境問題之一，沙漠化的蔓延對人類生存和發展構成了巨大威脅[1]。因此，沙漠化治理逐漸引起了學術界和政界的廣泛關注[2-5]。目前，沙漠化治理大多采用機械、生物和化學等防治措施，取得了顯著效果[6]。中國多年的沙漠化治理實踐表明，沙漠化治理措施的效果需要一定的方法來監測和評估[7]。對沙漠化治理效益監測和評估不僅有助于揭示區域生態治理現狀，而且通過科學評估，可以定量分析防沙治沙措施的效果，為區域生態治理與社會經濟可持續發展提供科學借鑒和決策。關于沙漠化治理的效益評價研究，國內外學者開展了大量有意義的工作并取得了諸多成果[8-10]。Berry[11]經過長期實地考察，提出了沙漠化防治效益分析，應以氣候、土壤、植被等自然因子為評價指標，建立了適用于廣大沙漠化地區的4級評價指標體系，對沙漠化治理效益評價提供了很好的借鑒。劉勇等[12]運用模糊綜合評價法對內蒙古通遼市沙漠化治理生態工程的生態效益進行了評價，包括保護草場權益、涵養水源效益、防風固沙效益等。丁國棟[13]以毛烏素沙地為研究區，在前期對植被因子、土壤因子分析的基礎上，以沙地草場類別為依據，建立了沙地草場退化的效益評價指標體系。劉玉平[14]采取植被分級、梯度分析等方法，建立了毛烏素沙地草場在植被群落層面上的沙漠化治理效益評價指標，主要包括植被指標、土壤指標、人文指標等。從前人研究發現，關于沙漠化防治效益評價研究方面，大多采用生態治理工程和草原沙漠化的評價指標和方法，關于沙漠化治理的效益評價研究顯得較為薄弱，尤其是對庫布齊沙漠東緣防沙治沙的生態經濟效益評估和分析的研究相對不足。

因此，本文擬以庫布齊沙漠東緣的生態治理區為研究區，通過實地調研、野外觀測、社會問卷調查及室內分析等研究手段，對該生態治理區的植被、土壤、氣象和防風治沙效果進行監測，分析治理區周邊農戶的社會經濟狀況，掌握庫布齊沙漠東緣生態治理狀況和發展態勢，并建立庫布齊東緣生態治理區防沙治沙效益評價指標體系，從生態、經濟和社會效益3方面進行綜合評價，以期為客觀評價庫布齊沙漠生態治理效益，促進庫布齊沙漠地區生態修復和社會經濟可持續發展提供科學支撐。

1 研究區概況

庫布齊沙漠是中國第7大沙漠，地處107°18′—111°30′E，39°30′—40°41′N，總面積約1.45×106hm2，沙漠全長約400 km，東部區南北寬約15～20 km，沙丘形態以沙丘鏈和網格狀沙丘居多[15]。庫布齊沙漠屬典型的溫帶大陸性季風干旱氣候區，年均降水量316 mm，年均蒸發量2 162 mm[16]，冬季較為寒冷，夏季溫和，晝夜溫差較大。全年平均氣溫6.2 ℃，平均風速4.5 m/s，以西風、西北風為主風向。

庫布齊沙漠地勢平坦，北部緊鄰黃河，農業灌溉較為便利，水熱條件良好。沙漠內植被種類單一，主要有油蒿(Atemisiaordosica)、檸條(Caraganakorshinskii)、沙米(Agriophyllumsqurrosum)、沙竹(Psammochloavillbsa)、沙拐棗(Calligonummongolicum)、楊柴(Astragalusmongolicum)、木蓼(Atraphaxisfrutescens)等[17]，生物多樣性貧乏，流動沙丘和半固定沙丘的植被覆蓋度較低，約為1.5%～3.5%。庫布齊沙漠植被東部較西部較為茂密，呈現出從西向東植被覆蓋度增大的趨勢[18]。

20世紀80年代，各級黨委政府、企業和個人先后參與庫布齊沙漠的生態治理，形成了集生態治理、產業發展、生態經濟和扶貧脫貧的庫布齊治沙扶貧模式[19]。庫布齊沙漠生態治理大致可分為以下幾個階段： ①被動初步造林階段(1988—1995)，主要特點是資金和技術投入少，造林進度慢，造林面積小，治理效果差； ②主動治沙造林階段(1996—2001)，各級政府高度重視，企業主動進行沙漠治理； ③理想化治沙造林階段(2002—2003)，部分企業進軍沙漠，但急于求成； ④正規化治沙造林階段(2004—2006)，造林技術大大提高，治沙效果顯著； ⑤科學化、規模化治沙造林階段(2007—2015)，庫布齊治沙扶貧理論體系形成，庫布齊沙漠治理由其北緣向腹部延伸。

2 研究方法與數據來源

2.1 研究方法

庫布齊沙漠東緣防沙治沙效益評價采取層次分析法和模糊綜合評判模型進行研究。層次分析法(AHP)是集定性與定量分析為主的決策分析方法，該方法通常將復雜的決策問題簡單化，數學化，將定性化延伸到定量化，適合于復雜模糊的綜合系統評價，被廣泛運用在復雜系統評價權重確定上[20]。運用層次分析法確定權重，采取模糊綜合評價模型，建立綜合評判矩陣對復雜的生態系統進行評價，展秀麗等[21]在青海湖流域防沙治沙生態效益評價中已有所運用，并具有較強的適用性。

2.1.1 構建評價指標體系 根據庫布齊沙漠東緣生態治理區的實際狀況，要選擇具有較強代表性且便于量化的評價指標，應當遵循以下建立原則：可操作性原則、典型性原則、全面性和概括性原則、科學性原則、獨立性原則等[22]。

根據以上評價指標建立原則，鑒于庫布齊沙漠東緣生態治理區情況和數據的可獲取性，本文構建了反映研究區防沙治沙的效益評價指標體系，主要涵蓋治理區的生態、經濟和社會3方面(圖1)。其中，生態效益評價指標包括土壤含水率、當地大風日數、地上生物量、草層高度、細沙比重、植被蓋度；經濟效益評價指標包括人均糧食、低保人口比重、農戶人均純收入、人均牲畜頭數；社會效益評價指標包括人均受教育年限、恩格爾系數、各專業技術人員數。

圖1 庫布齊沙漠東緣防沙治沙效益評價指標體系

庫布齊沙漠東緣防沙治沙效益評價指標體系可看作是1個2級3層結構的體系。其中，綜合效益是目標層，生態、經濟和社會效益是準則層，13個具體指標是方案層。基于模糊綜合評價理論，可將方案層對準則層的評價看作一級評價，同時將準則層對方案層的評價看作2級評價，因此整個評價指標體系構成了1個2級3層的模糊綜合評判模型。

2.1.2 確定評價指標權重 為確定庫布齊沙漠東緣防沙治沙效益評價指標的權重，邀請8位從事沙漠化治理、效益評估和干旱區生態環境研究方面的專家學者，對各級評價中各個元素的相對重要性進行兩兩比較并打分，打分標準采用1—9和倒數的相對重要性標度(表1)，從而得到判斷矩陣。

得出各個判斷矩陣后，進行層次單排序、層次總排序及一致性檢驗，層次單排序的一致性檢驗公式如下：

RC=IC/IR

(1)

式中：RC——一致性比率；IC——一致性指標；

IR——平均隨機一致性指標，當RC<0.10時，表示判斷矩陣有滿意的一致性，通過一致性檢驗，否則需重新構建判斷矩陣。層次總排序也需作一致性檢驗，檢驗類似于層次單排序。

表1 庫布齊沙漠東緣防沙治沙效益評價指標重要程度1-9標度

通過層次單排序及總排序一致性檢驗后，計算出評價指標權重，并對8位專家給出的權重統計，得出各評價指標的權重。判斷矩陣及權重見表2。

注：λmax=6.510 1；RC=0.081<0.10。

按照層次分析法，邀請8位從事沙漠化治理、效益評估和干旱區生態環境研究方面的專家學者對各評價指標進行打分，計算出了庫布齊沙漠東緣生態治理區防沙治沙生態效益評價指標的權重值。從表2可知，植被蓋度權重為0.360 2，地上生物量權重為0.214 4，草層高度權重為0.194 8，這3項評價指標的權重排在前3位，而細沙比重的權重值最小，僅為0.055 1，這表明細沙比重因子相對于其他評價因子重要性較小，而植被因子在沙漠化治理生態效益分析中更為重要，植被恢復狀況很大程度上影響沙漠化治理的成效。

2.1.3 計算評價指標隸屬度 如公式(2—3)，采取升半梯形和降半梯形的直線函數來表示庫布齊沙漠東緣防沙治沙效益評價指標的隸屬度。假設評價指標的最優值為ui，最劣值為vi，實際值為ai，Si為隸屬度，當ui>vi時，為升半梯形，反之為降半梯形。

升半梯形公式：

(2)

降半梯形公式：

(3)

庫布齊沙漠東緣防沙治沙生態效益評價指標分級的臨界值選取充分考慮了庫布齊沙漠東緣防沙治沙實際狀況，并參考了《草原沙化工程生態效益評價的指標體系構建和分析》《科爾沁土地沙漠化單要素分類標準》和《草原沙漠化治理工程生態效益評價》[23-26]，具體分級數值見表3。

表3 庫布齊沙漠東緣防沙治沙生態效益各評價指標的分級數值

2.2 數據來源

本文數據來源于研究區實地觀測數值、社會問卷調查數據和統計年鑒等。其中，生態效益評價指標數據來源于2016年4月對庫布齊沙漠東緣生態治理區植被、水文、氣象和土壤等的現狀監測數據，其中，生態治理區位于庫布齊沙漠東北部獨貴塔拉鎮至錫尼鎮運煤專線的穿沙公路南側的一個典型沙丘上，面積共2.5 hm2，治理區內植被類型多為沙生灌叢。選取典型植被區，隨機調查1 m×1 m的樣方測量獲取其植被蓋度、草層高度和地上生物量數據；采取傳感器精度為±0.1 m/s+2%的多點自記式風速儀測量并記錄，來獲取當地大風日數數據；選取在前期無降水的條件下，在治理區隨機選擇10 cm處土樣，用環刀取樣，土樣裝入標記好的密封袋避光密封。將土壤樣品帶回實驗室裝入鋁盒中，用精度為0.001 g電子天平稱重，在105 ℃烘箱內烘8 h至恒重，冷卻后稱重記錄來獲取土壤含水率；細沙比重通過挖土壤垂直剖面，取地表10 cm土層沙樣，帶回實驗室測定得到。而社會、經濟效益評價指標數據則來源于2016年9月對生態治理區周邊農戶社會問卷調查和2013—2017年《鄂爾多斯統計年鑒》《杭錦旗統計年鑒》和《杭錦旗輝煌50年》等資料，其中，發放調查問卷325份，有效問卷316份，調查問卷內容涉及農戶對研究區防沙治沙生態政策的認知、防沙治沙措施改善環境的程度、治沙模式的效果分析等，同時將獲取的數據進行室內分析和處理，以滿足研究需要。

3 結果與分析

3.1 生態效益評價

庫布齊沙漠東緣防沙治沙效益評價是在生態、經濟和社會效益評價的基礎上，利用層次分析法計算的指標權重，結合研究區實地監測的現狀數據和社會問卷數據等，基于模糊綜合評價模型，結合各評價指標實地現狀觀測數據，從而計算出隸屬度(表4)。

表4 庫布齊沙漠東緣防沙治沙生態效益評價指標數值及隸屬度

注：數據來源于2016年4月實地觀測。

根據庫布齊沙漠東緣生態治理區實地調研和現狀觀測數據，結合各評價指標的分級數值，將觀測值代入隸屬度計算公式，從而得出隸屬度，將層次分析法得出的權重乘以隸屬度，并加權求和，計算出庫布齊沙漠東緣防沙治沙的生態效益指數。

(4)

式中：M——生態效益指數;Wi——各評價指標的權重;Si——各評價指標的隸屬度。

運用生態效益評價指數模型，計算出庫布齊沙漠東緣生態治理區的生態效益指數，將其換算為百分制，然后根據評價總分做相應分析，評價得分越高，表示其生態效益越好；評價得分越低，代表其生態效益越差。基于前人研究成果[27]，評價等級劃分標準見表5。

表5 庫布齊沙漠東緣防沙治沙生態效益評價等級劃分標準

基于上述數學模型，將實測值代入公式，計算出庫布齊沙漠東緣生態治理區防沙治沙生態效益指數為0.53，將其換算為百分制，即53，依據表5的劃分標準，其生態效益屬于一般。這反映出庫布齊沙漠東緣區目前正處于中級生態系統，生態系統還較為脆弱，防沙治沙工作正在初步顯現成效，但還應進一步采取有效的生態治理措施確保防沙治沙效益的提高。針對庫布齊沙漠東緣生態治理區的生態效益現狀，究其原因，可能與該區域防沙治沙措施實施的時間較短，土壤水分和理化性質及其植被生長狀況密切相關，因為固沙植物生長需要一定的生長周期，且受限于區域水分條件，故在一定程度上影響了其生態效益。總之，庫布齊沙漠東緣防沙治沙生態效益狀況屬于一般，隨著今后該區域生態治理措施的跟進，土壤和植被等生態系統構成部分的逐步恢復，治理效益將呈現良好態勢，但仍需要一定的生態治理政策和治理措施的持續推進和保護。

3.2 農戶對防沙治沙生態效益的響應

本研究于2016年9月對庫布齊沙漠東緣生態治理區周邊—杭錦旗的7個蘇木(鎮)，26個嘎查的農戶進行社會經濟狀況調查，設計了相應的調查問卷，問卷內容涉及農戶對研究區防沙治沙生態政策的認知、防沙治沙措施改善環境的程度、治沙模式的效果分析等，將調查問卷數據收集整理，運用SPSS軟件進行統計分析，初步研究了庫布齊沙漠東緣生態治理區的社會經濟狀況。通過對農戶行為調查，可以從側面反映出他們對庫布齊沙漠治理的感知及其庫布齊防沙治沙對其生產生活的影響，為進一步探討庫布齊沙漠東緣防沙治沙生態效益評價起到重要的鋪墊作用。基于調查問卷統計分析，從圖2a中發現關于庫布齊沙漠防沙治沙政策的了解程度上，被訪農戶約65.2%的比較了解該政策，僅有6%的農戶不了解相關治理政策，可見庫布齊沙漠防沙治沙政策被大部分農戶所了解，其生產生活也受到政策影響。從圖2b中發現，農戶認為庫布齊沙漠防沙治沙對環境改善的占到63%，增加農戶收入的占到21%，促進農業產業結構的占11%，不清楚的占5%，可見絕大多數農戶認為庫布齊治沙措施對當地生態環境影響較大，同時也增加了農戶經濟收入。從圖2c中可知，關于庫布齊沙漠防沙治沙措施對生態環境改善程度，72.5%的農戶認為明顯改善，而回答輕度改善的占21%，沒有改善的僅占6.5%，反映出庫布齊沙漠防沙治沙效果顯著，明顯改善了當地生態環境，庫布齊沙漠東緣防沙治沙的生態效益逐步凸顯。從圖2d中可知，農戶對是否愿意參加庫布齊沙漠生態治理，絕大多數農戶(89.7%)表示愿意參與沙漠化治理，對參與沙漠化治理持無所謂態度的占8.2%，不愿意參與比例最小，占2.1%，這表明當地農戶對庫布齊沙漠生態治理參與度很高，能積極參與到沙漠化治理中，對庫布齊治沙措施的響應度高。問卷調查的統計結果顯示，關于沙漠生態環境改善的原因，認為與庫布齊治沙措施的實施“有很大關系”的占56.6%，“有一點關系”的占33.7%，“無關”的占9.7%，表明庫布齊沙漠生態環境的改善與當地防沙治沙關系較為密切，農戶對治理效果的滿意度較高，庫布齊沙漠防沙治沙的生態效益顯著。

從以上結果分析可知，庫布齊沙漠地區農戶行為的響應具有如下特點：首先，被訪農戶普遍認為庫布齊防沙治沙措施對當地生態環境有一定程度的改善，但還需政府進一步努力，確保治理效果；其次，被訪農戶大多知道生態環境保護的重要性，能積極參與到庫布齊沙漠化治理中，對沙漠化治理工作較為認同，但鑒于當地農戶受教育程度普遍較低，生態環保意識較差，還需政府在農戶文化知識水平方面進一步改善。

圖2 研究區農戶對庫布齊沙漠防沙治沙的感知

4 結論與討論

(1) 基于層次分析法，通過邀請專家打分建立判斷矩陣，計算出研究區沙漠化治理的生態效益各評價指標權重。從權重可知，排在前3位的分別是植被蓋度、地上生物量、草層高度評價指標，表明植被因子在沙漠化治理中較其他因子更為重要，植被恢復狀況對沙漠化治理的影響度更顯著，今后在庫布齊沙漠應加強植被修復，確保沙漠化治理成效明顯。

(2) 采取模糊綜合評價法，結合模糊綜合評價數學模型，計算出研究區沙漠化治理的生態效益一般，表明庫布齊沙漠東緣區生態系統還較為脆弱，生態修復處于中等階段，隨著今后該區域生態政策和治理措施的推進，治理效益將呈現良好態勢，但在此過程中需注重生態承載力問題。

(3) 通過對庫布齊沙漠東緣治理區周邊—杭錦旗農戶社會經濟狀況的調查，初步探討了庫布齊沙漠東緣地區農戶的生態環保意識和對防沙治沙效益的響應，當地農戶普遍認為防沙治沙明顯改善了當地生態環境，大多數農戶對沙漠化治理工作認同度較高，但鑒于農戶科技文化水平較低，生態環保意識較差，還需進一步努力，切實提高沙漠治理效果。

鑒于研究數據的難獲取性和部分社會經濟指標的難定量化，本文未對研究區防沙治沙的社會經濟效益進行深入分析，只對其生態效益進行了現狀評價，由于研究數據較為欠缺，選取了研究區當年的面板數據，初步分析了研究區沙漠化治理的生態效益，今后應對研究區防沙治沙的社會經濟效益進行科學評價，同時應結合時間序列對研究區防沙治沙效益進行動態對比分析，從而更加全面科學的對研究區防沙治沙的生態、經濟和社會效益進行綜合分析。