閆德仁

(內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

內(nèi)蒙古自治區(qū)地處祖國北疆，生態(tài)地位極端重要。其生態(tài)狀況如何，不僅關(guān)系全區(qū)各族群眾生存和發(fā)展，還關(guān)系到東北、華北、西北乃至全國的生態(tài)安全。幾十年來，在內(nèi)蒙古自治區(qū)黨委、政府的領(lǐng)導(dǎo)下，依托“三北”防護(hù)林、“天然林保護(hù)”“京津風(fēng)沙源”等國家重大生態(tài)建設(shè)工程，內(nèi)蒙古防沙治沙取得了顯著成效，生態(tài)狀況逐年改善。根據(jù)全國荒漠化和沙化監(jiān)測數(shù)據(jù)，內(nèi)蒙古荒漠化和沙化土地面積連續(xù)實(shí)現(xiàn)“雙減少”，沙化土地面積由40.79萬km2減少到現(xiàn)在的39.82萬km2。重點(diǎn)沙化土地治理區(qū)的生態(tài)狀況明顯改善。毛烏素沙地、渾善達(dá)克沙地、科爾沁沙地和呼倫貝爾沙地等土地沙化趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，庫布齊沙漠實(shí)現(xiàn)整體治理。沙化土地植被蓋度大幅度提高，沙區(qū)土壤風(fēng)蝕狀況減輕趨勢(shì)明顯，土壤風(fēng)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(xiàn)率為20%。而采用什么樣的數(shù)量化指標(biāo)，客觀量化評(píng)價(jià)內(nèi)蒙古防沙治沙取得顯著成效是內(nèi)蒙古生態(tài)安全屏障建設(shè)中需要深入探討的問題。

生態(tài)環(huán)境是一個(gè)社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)，為人類提供自然資源和生存環(huán)境的服務(wù)功能，是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。而生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中指標(biāo)體系構(gòu)建和方法選擇至關(guān)重要，不同的評(píng)價(jià)方法，可能會(huì)得到不同的評(píng)價(jià)結(jié)果。目前，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法主要有層次分析法、主成分分析法、模糊集對(duì)分析法、熵值法、專家咨詢法、綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法、壓力—狀態(tài)—響應(yīng)模型法、生態(tài)足跡法、景觀生態(tài)學(xué)法、圖形疊置法等[1，2]?？梢哉f，每種評(píng)價(jià)方法都在不同的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但也存在著諸如數(shù)據(jù)收集難、指標(biāo)體系龐大、評(píng)價(jià)方法計(jì)算復(fù)雜、參數(shù)選擇專業(yè)性強(qiáng)、基層科技人員難以掌握等諸多問題。

生態(tài)環(huán)境指數(shù)(Ecological Environment Index，EI)是指反映被評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況的一系列指數(shù)的綜合[3]。為此，2006年國家環(huán)?？偩终桨l(fā)布了《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ/T192-2006)，采用一個(gè)綜合值反映區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況，即生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(EI指數(shù))。2015年對(duì)部分指數(shù)進(jìn)行優(yōu)化修改后正式頒布實(shí)施了《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T192-2015)。 張華等[4]依據(jù)HJ/T192-2006對(duì)科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果表明，科爾沁沙地整體生態(tài)環(huán)境狀況雖有所改善，但仍屬于“較差”級(jí)別。陳麗華等[5]評(píng)價(jià)了甘南州生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，認(rèn)為評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)狀吻合，說明該方法有較好的可操作性。易浪[6]評(píng)價(jià)表明，2000年和2010年陜西榆林市整體生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)偏低，且呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)為一般。孫海鵬等[7]評(píng)價(jià)了錫林郭勒盟生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況的年度變化，表明2014年全盟生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況等級(jí)為“一般”，和2010年、2013年相比較無明顯變化。上述評(píng)價(jià)結(jié)果存在的共性問題是直接套用了HJ/T192-2006中的計(jì)算公式，而沒有結(jié)合地區(qū)防沙治沙生態(tài)環(huán)境建設(shè)特點(diǎn)對(duì)生態(tài)環(huán)境指數(shù)計(jì)算方法、參數(shù)等進(jìn)行修訂，特別是沒有緊密結(jié)合防沙治沙工程建設(shè)取得的成效修訂生態(tài)環(huán)境指數(shù)計(jì)算方法、參數(shù)等。所以，本文根據(jù)防沙治沙工程建設(shè)取得直接成效指標(biāo)因素，并參考上述生態(tài)環(huán)境指數(shù)評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建了防沙治沙生態(tài)環(huán)境指數(shù)(Ecological Environment Index of Desertification Combat，EIC)，深入探討利用EIC評(píng)價(jià)實(shí)施防沙治沙生態(tài)工程建設(shè)后風(fēng)沙區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)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(píng)價(jià)方法。

1 數(shù)據(jù)采集

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況評(píng)價(jià)中，數(shù)據(jù)采集對(duì)指標(biāo)體系構(gòu)建和應(yīng)用具有重要影響，而評(píng)價(jià)防沙治沙取得的成效涉及多項(xiàng)指標(biāo)。但是，從簡便、可操作的量化評(píng)價(jià)方法考慮，數(shù)據(jù)采集應(yīng)該選擇直接成效指標(biāo)而不采用間接指標(biāo)，選擇指標(biāo)應(yīng)容易獲取、具有普遍性。所以，本文在探討EIC評(píng)價(jià)方法時(shí)，主要選擇的數(shù)據(jù)指標(biāo)有流動(dòng)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(guān)的一些間接指標(biāo)，如社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、生態(tài)效益指標(biāo)和氣象指標(biāo)等并沒有選擇，一是因?yàn)檫@些指標(biāo)數(shù)據(jù)采集困難，二是這些指標(biāo)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(biāo)(如降雨量、沙塵天氣等氣象指標(biāo))。

2 EIC指數(shù)體系構(gòu)成

EIC評(píng)價(jià)方法中的指數(shù)體系主要包括沙化土地面積逆轉(zhuǎn)指數(shù)、林草資源面積指數(shù)、林草固沙植被蓋度指數(shù)和生物豐富度指數(shù)，各指標(biāo)權(quán)重則參考《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》，或結(jié)合防沙治沙生態(tài)工程建設(shè)成效指標(biāo)的相對(duì)重要性而確定。和《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》中的評(píng)價(jià)指數(shù)相比，將土地退化指數(shù)修改為沙化土地面積逆轉(zhuǎn)指數(shù)，將植被覆蓋度指數(shù)修改為林草固沙植被蓋度指數(shù)，保留了生物豐富度指數(shù)。水網(wǎng)密度指數(shù)和環(huán)境質(zhì)量指數(shù)沒有采用，而是選擇了林草資源面積指數(shù)。這樣修改的目的是想體現(xiàn)防沙治沙生態(tài)工程建設(shè)成效的特點(diǎn)。因?yàn)樯硡^(qū)工業(yè)排放物與區(qū)域總體排放物相比數(shù)量相對(duì)較少，盡管沙區(qū)存在著一些湖泊、河流等，而對(duì)固沙成效的影響范圍有限，即使有一些影響，也主要體現(xiàn)在林草固沙植被生長發(fā)育方面。

3 EIC評(píng)價(jià)方法指標(biāo)賦值

3.1 沙化土地面積逆轉(zhuǎn)指數(shù)

3.1.1 權(quán)重 沙化土地面積逆轉(zhuǎn)指數(shù)權(quán)重值見表1。

表1 沙化土地面積逆轉(zhuǎn)指數(shù)權(quán)重

3.1.2 指數(shù)計(jì)算方法

沙化土地面積逆轉(zhuǎn)指數(shù)=Aero×(0.45×固定沙地面積+0.35×半固定沙地面積+0.20×流動(dòng)沙地面積)/區(qū)域總面積

其中，Aero為沙化土地面積逆轉(zhuǎn)指數(shù)歸一化系數(shù)，參考值為146.33。

3.2 林草資源面積指數(shù)

3.2.1 權(quán)重 林草資源面積指標(biāo)權(quán)重值見表2。

表2 林草資源面積指標(biāo)權(quán)重

3.2.2 指數(shù)計(jì)算方法

林草資源面積指數(shù)=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(qū)域總面積

其中，Afgz為林草資源面積指數(shù)歸一化系數(shù)，參考值為236.043 5。

3.3 林草固沙植被蓋度指數(shù)

3.3.1 權(quán)重 林草固沙植被蓋度權(quán)重值見表3。

表3 林草植被蓋度分級(jí)權(quán)重

3.3.2 指數(shù)計(jì)算方法

林草固沙植被蓋度指數(shù)=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(qū)域總面積

其中，Aveg為林草固沙植被蓋度指數(shù)歸一化系數(shù)，參考值為 458.53。

3.4 生物豐富度指數(shù)

3.4.1 權(quán)重 生物豐富度指標(biāo)權(quán)重值見表4。

表4 生物豐富度指標(biāo)權(quán)重

3.4.2 指數(shù)計(jì)算方法

生物豐富度指數(shù)=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(dòng)沙地總面積)/區(qū)域總面積

其中，Abio為生物豐富度指數(shù)歸一化系數(shù)，參考值為511.26。

4 防沙治沙生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)

4.1 權(quán)重

各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重見表5。

表5 各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

4.2 指數(shù)計(jì)算方法

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

4.3 等級(jí)劃分

根據(jù)防沙治沙生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)計(jì)算分值，將防沙治沙區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況劃分為5級(jí)，即優(yōu)、良、一般、較差和差。具體見表6。

表6 防沙治沙區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況分級(jí)

5 防沙治沙生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)模擬結(jié)果

5.1 數(shù)據(jù)來源

例如，某沙漠區(qū)土地總面積為14 179.49 km2，其中，相關(guān)土地類型面積、林草固沙植被蓋度數(shù)據(jù)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(píng)價(jià)結(jié)果

依據(jù)表7、表8數(shù)據(jù)，計(jì)算防沙治沙生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(EIC)結(jié)果如表9。

表9 某沙漠不同時(shí)間防沙治沙生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)變化

從表9中可以看出，經(jīng)過近20年的防沙治沙生態(tài)治理，區(qū)域生態(tài)環(huán)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(jí)屬于一般偏上。和1989年相比，沙化土地面積逆轉(zhuǎn)指數(shù)提高了15.44%，林草資源面積指數(shù)提高了37.50%，林草植被蓋度指數(shù)提高了2.21%，生物豐度指數(shù)提高了5.02%。說明沙化土地面積逆轉(zhuǎn)和林草資源面積增加對(duì)改善沙區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況具有關(guān)鍵性作用。

6 結(jié)論與討論

本文的主要目的是參考EI評(píng)價(jià)方法，并緊密結(jié)合防沙治沙生態(tài)工程建設(shè)取得的成效指標(biāo)，探討構(gòu)建EIC指數(shù)體系，并確定評(píng)價(jià)參數(shù)的可行性。同時(shí)，利用衛(wèi)星影像解譯數(shù)據(jù)，模擬計(jì)算某沙漠實(shí)施防沙治沙工程建設(shè)后的防沙治沙生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)。結(jié)果表明，EIC值客觀反映了20年某沙漠實(shí)施防沙治沙工程建設(shè)后的成效，并發(fā)現(xiàn)沙化土地面積逆轉(zhuǎn)和林草資源面積增加對(duì)改善沙區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況具有關(guān)鍵性作用。

根據(jù)本文涉及未公開的衛(wèi)星影像解譯數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，該沙漠1989—2019年間，土地沙化指數(shù)ADI平均值由3.25下降到2.94，土地沙化程度整體實(shí)現(xiàn)好轉(zhuǎn)，其人為貢獻(xiàn)率為56.63%，同時(shí)沙漠植被蓋度增加變化的人為貢獻(xiàn)率為59.81%。這和EIC評(píng)價(jià)方法計(jì)算的結(jié)論基本一致，說明利用EIC評(píng)價(jià)方法能夠取得預(yù)期的評(píng)價(jià)結(jié)果。

事實(shí)上，防沙治沙生態(tài)工程建設(shè)主要是通過工程措施固沙和生物技術(shù)治沙等綜合技術(shù)，增加林草植被面積，使流動(dòng)沙地逐漸轉(zhuǎn)化為半固定沙地或固定沙地，減少流動(dòng)沙地面積，逐漸增加半固定沙地、固定沙地面積，并實(shí)現(xiàn)沙化土地的逆轉(zhuǎn)。所以，和《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》相比，本研究利用EIC指數(shù)體系評(píng)價(jià)實(shí)施防沙治沙工程建設(shè)后的防沙治沙生態(tài)環(huán)境狀況，其針對(duì)性更具體、數(shù)據(jù)采集更方便，更具有可操作性。當(dāng)然，任何評(píng)價(jià)方法都有其不足，EIC評(píng)價(jià)方法也不例外。例如，指數(shù)歸一化系數(shù)問題，目前還沒有適合沙區(qū)可以使用的歸一化系數(shù)，相關(guān)的參考文獻(xiàn)嚴(yán)重不足，幾乎沒有可以借鑒的參數(shù)可以參考。所以，歸一化系數(shù)只能參考《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》中數(shù)據(jù)。另外，《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》中生物豐度指數(shù)采用的指標(biāo)是林地、草地、水域濕地、耕地、建設(shè)用地和未利用地的面積數(shù)據(jù)，而EIC指數(shù)體系中選擇的指標(biāo)是喬木林、灌木林、草地、水域濕地、耕地和流動(dòng)沙地面積，而沒有選擇建設(shè)用地和未利用地。因?yàn)榉郎持紊彻こ探ㄔO(shè)區(qū)幾乎都被劃入生態(tài)區(qū)，嚴(yán)格控制建設(shè)用地，而所謂的未利用地在沙區(qū)多數(shù)歸并為流動(dòng)沙地。防沙治沙生態(tài)建設(shè)的主要目的是適當(dāng)增加沙區(qū)的林地、草地面積，并提高其固沙能力，通過減少流動(dòng)沙地面積，實(shí)現(xiàn)沙化土地的逆轉(zhuǎn)。此外，《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》中植被蓋度指數(shù)使用的是DNVI區(qū)域平均值，或者使用林地、草地、耕地、建設(shè)用地和未利用地的面積數(shù)據(jù)。而在評(píng)價(jià)防沙治沙成效時(shí)，不同植被蓋度的面積結(jié)構(gòu)更具有實(shí)際意義。因?yàn)椋郴恋氐牧鲃?dòng)性是按照植被蓋度的差異進(jìn)行劃分的。通常，植被蓋度小于10%的沙地為流動(dòng)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(qū)域平均值，或者使用林地、草地、耕地、建設(shè)用地和未利用地的面積數(shù)據(jù)計(jì)算植被蓋度指數(shù)。評(píng)價(jià)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(biāo)，并賦予不同的權(quán)重，計(jì)算植被蓋度指數(shù)能夠更好地反映植被固沙成效的客觀性。