張景忠+王云毅

摘 要： 以生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)為基礎(chǔ)，采用層次分析法（AHP），建立了達(dá)拉特旗風(fēng)沙區(qū)退耕還林還草綜合生態(tài)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和數(shù)學(xué)模型，指標(biāo)體系包括3個(gè)層次12項(xiàng)指標(biāo)；采用德爾菲法和AHP確定了各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重。對(duì)試驗(yàn)區(qū)3種典型退耕模式進(jìn)行綜合生態(tài)效益評(píng)價(jià)，并與未退耕荒地對(duì)比研究。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：3種典型退耕還林模式與未退耕荒地的綜合生態(tài)效益指數(shù)大小趨勢為：沙柳+沙蒿退耕模式﹥檸條+沙蒿退耕模式﹥楊樹+沙蒿退耕模式﹥未退耕荒地；3種退耕模式綜合效益值均達(dá)到未退耕地的4倍以上；退耕還林還草工程生物效益、土壤效益、小氣候效益、防風(fēng)固沙效益顯著；沙棘+沙蒿退耕模式生態(tài)效益數(shù)值最高，可以作為達(dá)拉特旗風(fēng)沙區(qū)或其他風(fēng)沙區(qū)生態(tài)建設(shè)中最優(yōu)植被配置模式。

關(guān)鍵詞： 退耕還林還草； 生態(tài)效益； 評(píng)價(jià)指標(biāo)； 風(fēng)沙區(qū)

退耕還林還草工程是我國針對(duì)西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化而實(shí)施的一項(xiàng)重大舉措，是西部大開發(fā)戰(zhàn)略的根本點(diǎn)和切入點(diǎn)，其實(shí)質(zhì)是將不適合耕種的土地資源植樹種草，轉(zhuǎn)化為林草地的過程[1]。其效益的如何關(guān)系到農(nóng)業(yè)的良性發(fā)展，生態(tài)環(huán)境改善以及社會(huì)和諧。因此，科學(xué)地評(píng)價(jià)退耕還林還草工程生態(tài)效益?zhèn)涫苌鐣?huì)各界關(guān)注[2]。不同的退耕還林模式產(chǎn)生生態(tài)效益差別較大[3～4]，合理的退耕還林模式能提高林草覆蓋度、縮短植被恢復(fù)時(shí)間、實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益的最大化，相反，不合理的退耕模式會(huì)影響植被生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，延緩植被恢復(fù)。本文針對(duì)達(dá)拉特旗風(fēng)沙區(qū)退耕還林還草工程，選取當(dāng)?shù)赝烁€林還草規(guī)模最大、最具代表性的楊樹+沙蒿退耕還林還草模式、檸條+沙蒿退耕還林還草模式、沙柳+沙蒿退耕還林還草模式3種林草模式，通過定量評(píng)價(jià)3種模式與未退耕荒地的綜合生態(tài)效益，對(duì)比分析得出綜合生態(tài)效益最大的退耕模式，評(píng)價(jià)結(jié)果可以為風(fēng)沙區(qū)退耕還林還草工程選擇適宜的退耕模式提供理論依據(jù)。

1. 試驗(yàn)地概況

達(dá)拉特旗地處內(nèi)蒙古鄂爾多斯高原的北部，地處黃河南岸，與包頭市隔河相望。全旗總土地面積8200km2，屬溫帶干旱、半干旱氣候區(qū)，具有明顯的大陸性季風(fēng)氣候特征，年均氣溫7.4℃，地理坐標(biāo)東經(jīng)109°00′～110°45′，北緯40°00′～40°30′，地形地貌呈南高北低，由南向北傾斜，海拔在1000m～1500m之間。南部為地表破碎、溝壑縱橫的黃土丘陵溝壑區(qū)，面積2277.2km2；中部為大部分半固定丘陵的庫布齊沙漠風(fēng)沙區(qū)，面積3991km2；北部為沖、洪積形成的平原區(qū)，地勢平坦。黃河干流自西向東沿本旗北緣過境，全長178.5km，境內(nèi)鄂爾多斯臺(tái)地北坡有10條南北流向的平行河谷，俗稱十大孔兌（季節(jié)性河流），匯入黃河，十大孔兌自西向東依次為：毛布拉孔兌、布爾斯太溝、黑賴溝、西柳溝、罕臺(tái)川、壕慶河、哈什拉川、木哈爾日河、東柳溝、呼斯太河。

試驗(yàn)地位于達(dá)拉特旗中游風(fēng)沙區(qū)前虎各兔壕村，地貌屬于梁灘覆沙相間分布型，典型大陸性氣候，特征為少雨、多風(fēng)、干燥。多年平均降水量310mm左右，降雨多集中在6月～9月，全年風(fēng)沙較大，蒸發(fā)旺盛，年均蒸發(fā)量2191.7mm，無霜期115d～160d之間，全年日照時(shí)數(shù)為2940h～3400h之間，試驗(yàn)區(qū)土壤類型多為流動(dòng)風(fēng)沙土、半流動(dòng)風(fēng)沙土、固定風(fēng)沙土，土層較薄。試驗(yàn)區(qū)從2002年實(shí)施退耕還林工程以來，累計(jì)完成退耕還林工程8727.3km2，退耕樹種主要以沙蒿（）、山杏（）、油松（）、沙打旺（）、楊樹（）等耐干旱草樹種為主。

2. 調(diào)查方法及數(shù)據(jù)來源

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)不同退耕還林還草模式，在前虎各兔壕村具有代表性地段設(shè)置4類監(jiān)測小區(qū)：楊樹+沙蒿退耕還林區(qū)、檸條+沙蒿退耕還林區(qū)、沙柳+沙蒿退耕還林區(qū)及未退耕荒地（對(duì)照區(qū)）。在監(jiān)測小區(qū)內(nèi)完成如下效益監(jiān)測和調(diào)查：a. 植被調(diào)查：組成種類、株高、密度、頻度、蓋度等生物多樣性指標(biāo)。b. 土壤生態(tài)環(huán)境調(diào)查：挖取剖面用環(huán)刀分層取樣，在實(shí)驗(yàn)室分析相關(guān)理化性狀。c. 氣象數(shù)據(jù)：采用移動(dòng)自動(dòng)氣象站，測定降水、溫度、濕度、太陽輻射、風(fēng)速、風(fēng)向等氣候因子。d. 防風(fēng)固沙效益調(diào)查：通過計(jì)算一定時(shí)間內(nèi)集沙槽內(nèi)的集沙量計(jì)算風(fēng)蝕模數(shù)；通過測量樣地內(nèi)土壤結(jié)皮的面積估算土壤結(jié)皮率。

3. 生態(tài)效益評(píng)價(jià)

美國運(yùn)籌學(xué)家20世紀(jì)70年代初提出一種決策方法—層次分析法（Analytic Hierarchy Process簡稱AHP）。這種方法通常將一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)問題逐級(jí)分解成若干層次和若干指標(biāo)，通過對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行比較得出多方案的權(quán)重，作為多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法[5～6]。

3.1 指標(biāo)選取的原則

為了客觀地評(píng)價(jià)達(dá)拉特旗風(fēng)沙區(qū)退耕還林還草工程的綜合生態(tài)效益，在結(jié)合相關(guān)研究基礎(chǔ)上[7]，根據(jù)試驗(yàn)區(qū)實(shí)際情況，確定構(gòu)建研究區(qū)生態(tài)效益指標(biāo)體系時(shí)需遵循的原則。

（1）目的性原則。指標(biāo)體系的設(shè)置必須緊緊圍繞目的層展開，使評(píng)價(jià)結(jié)果能夠準(zhǔn)確地反映評(píng)價(jià)意圖，因此，要選擇有代表性的、能夠反映研究區(qū)特點(diǎn)的指標(biāo)，決不選取與評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)對(duì)象無關(guān)的指標(biāo)。

（2）綜合性原則。退耕還林還草綜合生態(tài)效益是多個(gè)方面效益的綜合，要統(tǒng)籌兼顧各個(gè)方面的效益，因此必須建立多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系來反映各個(gè)指標(biāo)對(duì)綜合生態(tài)效益的影響。

（3）可操作性原則。從指標(biāo)的選取到指標(biāo)體系的建立應(yīng)當(dāng)具有可行性與實(shí)用性，調(diào)查方法要易于掌握，調(diào)查數(shù)據(jù)要易于取得與計(jì)算，要充分考慮其在實(shí)踐中可操作性，保證有效地進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。

（4）規(guī)范可比性原則。退耕還林工程涉及社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域和層次，指標(biāo)的選取應(yīng)科學(xué)、避免隨意性，同時(shí)，各指標(biāo)應(yīng)該有統(tǒng)一的量綱，從而保證各指標(biāo)在縱向、橫向具有可比性。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

根據(jù)層次分析法基本原理，遵循指標(biāo)選取原則，建立三個(gè)層次的指標(biāo)體系（圖1）。第一層為目的層，即退耕還林工程綜合生態(tài)效益A；第二層為準(zhǔn)則層，包括生物效益B1，土壤效益B2，小氣候效益B3，防風(fēng)固沙效益B4。第三層為指標(biāo)層Ci（i=1，2，3，…，n），共12個(gè)指標(biāo)。特別說明的指標(biāo)如下：

（1）生物多樣性C2：本文采用生物多樣性指數(shù)。

（1）

（1）式中：—多樣性指數(shù)，Pi—第i種的相對(duì)重要值，Pi=（相對(duì)高度+相對(duì)頻度+相對(duì)密度+相對(duì)蓋度）/4，S—種數(shù)。

（2）土壤結(jié)皮率C12：土壤結(jié)皮率=土壤平均結(jié)皮面積/總面積×100%。

3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

指標(biāo)權(quán)重反映指標(biāo)對(duì)效益整體的相對(duì)重要性和綜合影響程度，因此指標(biāo)權(quán)重的確定是重中之重，它直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前指標(biāo)權(quán)重確定方法有特爾菲法、AHP法、多元統(tǒng)計(jì)分析法、因子分析法等[8～9]。本研究采用特爾菲法和AHP法。通過組織水土保持學(xué)、治沙、林學(xué)和生態(tài)方面的專家24名，計(jì)算各指標(biāo)的特爾菲法權(quán)重值；通過構(gòu)造兩兩比較矩陣，經(jīng)過一致性檢驗(yàn)，計(jì)算了各指標(biāo)的AHP法權(quán)重值，然后取兩個(gè)方法計(jì)算出來權(quán)重值的平均值（見表1）。

3.4 綜合生態(tài)效益評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型

（2）

式中：N——綜合生態(tài)效益指數(shù)，Wi——第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，Ri——各退耕還林還草模式第i項(xiàng)指標(biāo)的無量綱化數(shù)據(jù)矩陣。

3.5 指標(biāo)的無量綱化處理

由于各指標(biāo)的量綱不同，各指標(biāo)之間無法在量上進(jìn)行直接比較，因此需要對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理，本研究根據(jù)生態(tài)觀測的常規(guī)方法，以未退耕荒地（對(duì)照樣地）作為參照對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化計(jì)算。計(jì)算公式如下。

（1）對(duì)于指標(biāo)數(shù)值越小生態(tài)效益越好的指標(biāo)：

（3）

（2）對(duì)于指標(biāo)數(shù)值越大生態(tài)效益越好的指標(biāo)：

（4）

式中，X實(shí)際表示各退耕模式各指標(biāo)的實(shí)際調(diào)查值或計(jì)算值，X對(duì)照表示未退耕荒地各指標(biāo)的實(shí)際調(diào)查值或計(jì)算值。

3.6 綜合效益分析

根據(jù)無量綱化處理公式（公式3、公式4），對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)地調(diào)查或計(jì)算的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理（表2），根據(jù)無量綱化數(shù)據(jù)與各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，運(yùn)用綜合效益評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型（公式2），計(jì)算出達(dá)拉特旗不同退耕還林還草模式的綜合生態(tài)效益指數(shù)（表3、表4）。

由表3可知，不同退耕模式的綜合生態(tài)效益指數(shù)大小趨勢為：沙柳+沙蒿模式﹥檸條+沙蒿模式﹥楊樹+沙蒿模式﹥未退耕荒地，沙柳+沙蒿模式綜合生態(tài)效益為未退耕荒地的5.21倍，檸條+沙蒿模式綜合生態(tài)效益為未退耕荒地的4.51倍；楊樹+沙蒿退耕模式綜合生態(tài)效益為未退耕荒地的4.16倍。不同退耕還林還草模式各項(xiàng)指標(biāo)的效益值均大于未退耕荒地，尤其是植被覆蓋率指標(biāo)和土壤結(jié)皮率、風(fēng)蝕模數(shù)等指標(biāo)明顯大于未退耕荒地。由表4可知，不同退耕還林還草模式的生物效益、土壤效益、小氣候效益、防風(fēng)固沙效益的貢獻(xiàn)率不一樣（圖2），但各項(xiàng)效益值均明顯大于未退耕荒地，這充分表明達(dá)拉特旗風(fēng)沙區(qū)退耕還林對(duì)于提高植被覆蓋率、保護(hù)生物多樣性、調(diào)節(jié)小氣候、改良土壤和保持水土等方面發(fā)揮著重要作用。

4. 結(jié)論

（1）達(dá)拉特旗風(fēng)沙區(qū)退耕還林還草綜合生態(tài)效益評(píng)價(jià)體系由生物效益、土壤效益、小氣候效益和防風(fēng)固沙效益3個(gè)層次12項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成；運(yùn)用德爾菲法和AHP法的平均值確定指標(biāo)權(quán)重，可以在一定程度上避免人為主觀判斷的局限性；最終確定出“土壤結(jié)皮率”指標(biāo)權(quán)重最大（0.1842）、“土壤孔隙度”指標(biāo)權(quán)重最?。?.0410）。

（2）3種典型退耕還林還草模式發(fā)揮生物效益、土壤效益、小氣候效益、防風(fēng)固沙效益的大小不同，各效益對(duì)綜合效益貢獻(xiàn)大小不同。

（3）3種典型退耕還林模式的綜合生態(tài)效益指數(shù)均大于未退耕荒地，其綜合效益指數(shù)大小趨勢為：沙柳+沙蒿退耕模式﹥檸條+沙蒿退耕模式﹥楊樹+沙蒿退耕模式﹥未退耕荒地，3種退耕模式綜合生態(tài)效益值均達(dá)到未退耕地的4倍以上。表明達(dá)拉特旗風(fēng)沙區(qū)退耕還林還草工程對(duì)于提高林草覆蓋率、維護(hù)生物多樣性、調(diào)節(jié)小氣候、改良土壤和保持水土等方面發(fā)揮著重要作用。沙柳+沙蒿退耕模式生態(tài)效益數(shù)值最高，可以作為達(dá)拉特旗風(fēng)沙區(qū)或其他風(fēng)沙區(qū)生態(tài)建設(shè)中最優(yōu)植被配置模式。

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