内蒙古达拉特旗风沙区退耕还林还草生态效益评价
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摘 要： 以生态经济学为基础，采用层次分析法（AHP），建立了达拉特旗风沙区退耕还林还草综合生态效益评价指标体系和数学模型，指标体系包括3个层次12项指标；采用德尔菲法和AHP确定了各项指标权重。对试验区3种典型退耕模式进行综合生态效益评价，并与未退耕荒地对比研究。评价结果表明：3种典型退耕还林模式与未退耕荒地的综合生态效益指数大小趋势为：沙柳+沙蒿退耕模式柠条+沙蒿退耕模式杨树+沙蒿退耕模式未退耕荒地；3种退耕模式综合效益值均达到未退耕地的4倍以上；退耕还林还草工程生物效益、土壤效益、小气候效益、防风固沙效益显著；沙棘+沙蒿退耕模式生态效益数值最高，可以作为达拉特旗风沙区或其他风沙区生态建设中最优植被配置模式。
关键词： 退耕还林还草； 生态效益； 评价指标； 风沙区
退耕还林还草工程是我国针对西部地区生态环境恶化而实施的一项重大举措，是西部大开发战略的根本点和切入点，其实质是将不适合耕种的土地资源植树种草，转化为林草地的过程[1]。其效益的如何关系到农业的良性发展，生态环境改善以及社会和谐。因此，科学地评价退耕还林还草工程生态效益备受社会各界关注[2]。不同的退耕还林模式产生生态效益差别较大[3～4]，合理的退耕还林模式能提高林草覆盖度、缩短植被恢复时间、实现生态效益的最大化，相反，不合理的退耕模式会影响植被生态系统的稳定性，延缓植被恢复。本文针对达拉特旗风沙区退耕还林还草工程，选取当地退耕还林还草规模最大、最具代表性的杨树+沙蒿退耕还林还草模式、柠条+沙蒿退耕还林还草模式、沙柳+沙蒿退耕还林还草模式3种林草模式，通过定量评价3种模式与未退耕荒地的综合生态效益，对比分析得出综合生态效益最大的退耕模式，评价结果可以为风沙区退耕还林还草工程选择适宜的退耕模式提供理论依据。
1. 试验地概况
达拉特旗地处内蒙古鄂尔多斯高原的北部，地处黄河南岸，与包头市隔河相望。全旗总土地面积8200km2，属温带干旱、半干旱气候区，具有明显的大陆性季风气候特征，年均气温7.4℃，地理坐标东经109°00′～110°45′，北纬40°00′～40°30′，地形地貌呈南高北低，由南向北倾斜，海拔在1000m～1500m之间。南部为地表破碎、沟壑纵横的黄土丘陵沟壑区，面积2277.2km2；中部为大部分半固定丘陵的库布齐沙漠风沙区，面积3991km2；北部为冲、洪积形成的平原区，地势平坦。黄河干流自西向东沿本旗北缘过境，全长178.5km，境内鄂尔多斯台地北坡有10条南北流向的平行河谷，俗称十大孔兑（季节性河流），汇入黄河，十大孔兑自西向东依次为：毛布拉孔兑、布尔斯太沟、黑赖沟、西柳沟、罕台川、壕庆河、哈什拉川、木哈尔日河、东柳沟、呼斯太河。
试验地位于达拉特旗中游风沙区前虎各兔壕村，地貌属于梁滩覆沙相间分布型，典型大陆性气候，特征为少雨、多风、干燥。多年平均降水量310mm左右，降雨多集中在6月～9月，全年风沙较大，蒸发旺盛，年均蒸发量2191.7mm，无霜期115d～160d之间，全年日照时数为2940h～3400h之间，试验区土壤类型多为流动风沙土、半流动风沙土、固定风沙土，土层较薄。试验区从2002年实施退耕还林工程以来，累计完成退耕还林工程8727.3km2，退耕树种主要以沙蒿（）、山杏（）、油松（）、沙打旺（）、杨树（）等耐干旱草树种为主。
2. 调查方法及数据来源
根据试验区不同退耕还林还草模式，在前虎各兔壕村具有代表性地段设置4类监测小区：杨树+沙蒿退耕还林区、柠条+沙蒿退耕还林区、沙柳+沙蒿退耕还林区及未退耕荒地（对照区）。在监测小区内完成如下效益监测和调查：a. 植被调查：组成种类、株高、密度、频度、盖度等生物多样性指标。b. 土壤生态环境调查：挖取剖面用环刀分层取样，在实验室分析相关理化性状。c. 气象数据：采用移动自动气象站，测定降水、温度、湿度、太阳辐射、风速、风向等气候因子。d. 防风固沙效益调查：通过计算一定时间内集沙槽内的集沙量计算风蚀模数；通过测量样地内土壤结皮的面积估算土壤结皮率。
美国运筹学家20世纪70年代初提出一种决策方法―层次分析法（Analytic Hierarchy Process简称AHP）。这种方法通常将一个复杂的多目标问题逐级分解成若干层次和若干指标，通过对各指标进行比较得出多方案的权重，作为多方案优化决策的系统方法[5～6]。
3.1 指搜∪〉脑则
为了客观地评价达拉特旗风沙区退耕还林还草工程的综合生态效益，在结合相关研究基础上[7]，根据试验区实际情况，确定构建研究区生态效益指标体系时需遵循的原则。
（1）目的性原则。指标体系的设置必须紧紧围绕目的层展开，使评价结果能够准确地反映评价意图，因此，要选择有代表性的、能够反映研究区特点的指标，决不选取与评价内容、评价对象无关的指标。
（2）综合性原则。退耕还林还草综合生态效益是多个方面效益的综合，要统筹兼顾各个方面的效益，因此必须建立多指标评价体系来反映各个指标对综合生态效益的影响。
（3）可操作性原则。从指标的选取到指标体系的建立应当具有可行性与实用性，调查方法要易于掌握，调查数据要易于取得与计算，要充分考虑其在实践中可操作性，保证有效地进行分析与评价。
（4）规范可比性原则。退耕还林工程涉及社会多个领域和层次，指标的选取应科学、避免随意性，同时，各指标应该有统一的量纲，从而保证各指标在纵向、横向具有可比性。
3.2 评价指标体系的建立
根据层次分析法基本原理，遵循指标选取原则，建立三个层次的指标体系（图1）。第一层为目的层，即退耕还林工程综合生态效益A；第二层为准则层，包括生物效益B1，土壤效益B2，小气候效益B3，防风固沙效益B4。第三层为指标层Ci（i=1，2，3，…，n），共12个指标。特别说明的指标如下：
（1）生物多样性C2：本文采用生物多样性指数。
（1）
（1）式中：―多样性指数，Pi―第i种的相对重要值，Pi=（相对高度+相对频度+相对密度+相对盖度）/4，S―种数。
（2）土壤结皮率C12：土壤结皮率=土壤平均结皮面积/总面积×100%。
3.3 评价指标权重的确定
指标权重反映指标对效益整体的相对重要性和综合影响程度，因此指标权重的确定是重中之重，它直接影响评价结果的准确性。目前指标权重确定方法有特尔菲法、AHP法、多元统计分析法、因子分析法等[8～9]。本研究采用特尔菲法和AHP法。通过组织水土保持学、治沙、林学和生态方面的专家24名，计算各指标的特尔菲法权重值；通过构造两两比较矩阵，经过一致性检验，计算了各指标的AHP法权重值，然后取两个方法计算出来权重值的平均值（见表1）。
3.4 综合生态效益评价数学模型
（2）
式中：N――综合生态效益指数，Wi――第i个指标的权重，Ri――各退耕还林还草模式第i项指标的无量纲化数据矩阵。
3.5 指标的无量纲化处理
由于各指标的量纲不同，各指标之间无法在量上进行直接比较，因此需要对各指标进行无量纲化处理，本研究根据生态观测的常规方法，以未退耕荒地（对照样地）作为参照对各评价指标进行无量纲化计算。计算公式如下。
（1）对于指标数值越小生态效益越好的指标：
（3）
（2）对于指标数值越大生态效益越好的指标：
（4）
式中，X实际表示各退耕模式各指标的实际调查值或计算值，X对照表示未退耕荒地各指标的实际调查值或计算值。
3.6 综合效益分析
根据无量纲化处理公式（公式3、公式4），对各项指标实地调查或计算的原始数据进行无量纲化处理（表2），根据无量纲化数据与各评价指标权重，运用综合效益评价数学模型（公式2），计算出达拉特旗不同退耕还林还草模式的综合生态效益指数（表3、表4）。
由表3可知，不同退耕模式的综合生态效益指数大小趋势为：沙柳+沙蒿模式柠条+沙蒿模式杨树+沙蒿模式未退耕荒地，沙柳+沙蒿模式综合生态效益为未退耕荒地的5.21倍，柠条+沙蒿模式综合生态效益为未退耕荒地的4.51倍；杨树+沙蒿退耕模式综合生态效益为未退耕荒地的4.16倍。不同退耕还林还草模式各项指标的效益值均大于未退耕荒地，尤其是植被覆盖率指标和土壤结皮率、风蚀模数等指标明显大于未退耕荒地。由表4可知，不同退耕还林还草模式的生物效益、土壤效益、小气候效益、防风固沙效益的贡献率不一样（图2），但各项效益值均明显大于未退耕荒地，这充分表明达拉特旗风沙区退耕还林对于提高植被覆盖率、保护生物多样性、调节小气候、改良土壤和保持水土等方面发挥着重要作用。
4. 结论
（1）达拉特旗风沙区退耕还林还草综合生态效益评价体系由生物效益、土壤效益、小气候效益和防风固沙效益3个层次12项指标构成；运用德尔菲法和AHP法的平均值确定指标权重，可以在一定程度上避免人为主观判断的局限性；最终确定出“土壤结皮率”指标权重最大（0.1842）、“土壤孔隙度”指标权重最小（0.0410）。
（2）3种典型退耕还林还草模式发挥生物效益、土壤效益、小气候效益、防风固沙效益的大小不同，各效益对综合效益贡献大小不同。
（3）3种典型退耕还林模式的综合生态效益指数均大于未退耕荒地，其综合效益指数大小趋势为：沙柳+沙蒿退耕模式柠条+沙蒿退耕模式杨树+沙蒿退耕模式未退耕荒地，3种退耕模式综合生态效益值均达到未退耕地的4倍以上。表明达拉特旗风沙区退耕还林还草工程对于提高林草覆盖率、维护生物多样性、调节小气候、改良土壤和保持水土等方面发挥着重要作用。沙柳+沙蒿退耕模式生态效益数值最高，可以作为达拉特旗风沙区或其他风沙区生态建设中最优植被配置模式。
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