生态环境指数在防沙治沙成效评价中的应用探讨

闫德仁

(内蒙古自治区林业科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010010)

内蒙古自治区地处祖国北疆，生态地位极端重要。其生态状况如何，不仅关系全区各族群众生存和发展，还关系到东北、华北、西北乃至全国的生态安全。几十年来，在内蒙古自治区党委、政府的领导下，依托“三北”防护林、“天然林保护”“京津风沙源”等国家重大生态建设工程，内蒙古防沙治沙取得了显著成效，生态状况逐年改善。根据全国荒漠化和沙化监测数据，内蒙古荒漠化和沙化土地面积连续实现“双减少”，沙化土地面积由40.79万km2减少到现在的39.82万km2。重点沙化土地治理区的生态状况明显改善。毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地等土地沙化趋势实现逆转，库布齐沙漠实现整体治理。沙化土地植被盖度大幅度提高，沙区土壤风蚀状况减轻趋势明显，土壤风蚀量下降了33%，地表释尘量下降了约37%，其中植被增加的贡献率为20%。而采用什么样的数量化指标，客观量化评价内蒙古防沙治沙取得显著成效是内蒙古生态安全屏障建设中需要深入探讨的问题。

生态环境是一个社会—经济—自然复合的生态系统，为人类提供自然资源和生存环境的服务功能，是人类生存和发展的基础[1]。而生态环境质量评价中指标体系构建和方法选择至关重要，不同的评价方法，可能会得到不同的评价结果。目前，生态环境质量评价方法主要有层次分析法、主成分分析法、模糊集对分析法、熵值法、专家咨询法、综合指数评价法、模糊综合评价法、灰色关联度分析法和人工神经网络评价法、压力—状态—响应模型法、生态足迹法、景观生态学法、图形叠置法等[1，2]。可以说，每种评价方法都在不同的领域得到广泛应用，但也存在着诸如数据收集难、指标体系庞大、评价方法计算复杂、参数选择专业性强、基层科技人员难以掌握等诸多问题。

生态环境指数(Ecological Environment Index，EI)是指反映被评价区域生态环境质量状况的一系列指数的综合[3]。为此，2006年国家环保总局正式发布了《生态环境状况评价技术规范(试行)》(HJ/T192-2006)，采用一个综合值反映区域的生态环境状况，即生态环境状况指数(EI指数)。2015年对部分指数进行优化修改后正式颁布实施了《生态环境状况评价技术规范》(HJ/T192-2015)。 张华等[4]依据HJ/T192-2006对科尔沁沙地生态环境质量评价结果表明，科尔沁沙地整体生态环境状况虽有所改善，但仍属于“较差”级别。陈丽华等[5]评价了甘南州生态环境质量，认为评价结果与现状吻合，说明该方法有较好的可操作性。易浪[6]评价表明，2000年和2010年陕西榆林市整体生态环境状况指数偏低，且呈现出下降的趋势，生态环境质量等级为一般。孙海鹏等[7]评价了锡林郭勒盟生态环境质量状况的年度变化，表明2014年全盟生态环境质量状况等级为“一般”，和2010年、2013年相比较无明显变化。上述评价结果存在的共性问题是直接套用了HJ/T192-2006中的计算公式，而没有结合地区防沙治沙生态环境建设特点对生态环境指数计算方法、参数等进行修订，特别是没有紧密结合防沙治沙工程建设取得的成效修订生态环境指数计算方法、参数等。所以，本文根据防沙治沙工程建设取得直接成效指标因素，并参考上述生态环境指数评价方法，构建了防沙治沙生态环境指数(Ecological Environment Index of Desertification Combat，EIC)，深入探讨利用EIC评价实施防沙治沙生态工程建设后风沙区生态环境质量状况的可行性，为基层科技人员提供简便、可操作的量化评价方法。

1 数据采集

生态环境质量状况评价中，数据采集对指标体系构建和应用具有重要影响，而评价防沙治沙取得的成效涉及多项指标。但是，从简便、可操作的量化评价方法考虑，数据采集应该选择直接成效指标而不采用间接指标，选择指标应容易获取、具有普遍性。所以，本文在探讨EIC评价方法时，主要选择的数据指标有流动沙地面积、半固定沙地面积、固定沙地面积、乔木林面积、灌木林面积、草地面积、水域湿地面积、耕地面积，以及林草植被总盖度。而和防沙治沙成效相关的一些间接指标，如社会经济指标、生态效益指标和气象指标等并没有选择，一是因为这些指标数据采集困难，二是这些指标又间接影响着防沙治沙成效，或者并不是防沙治沙本身就能够明显改变的自然指标(如降雨量、沙尘天气等气象指标)。

2 EIC指数体系构成

EIC评价方法中的指数体系主要包括沙化土地面积逆转指数、林草资源面积指数、林草固沙植被盖度指数和生物丰富度指数，各指标权重则参考《生态环境状况评价技术规范》，或结合防沙治沙生态工程建设成效指标的相对重要性而确定。和《生态环境状况评价技术规范》中的评价指数相比，将土地退化指数修改为沙化土地面积逆转指数，将植被覆盖度指数修改为林草固沙植被盖度指数，保留了生物丰富度指数。水网密度指数和环境质量指数没有采用，而是选择了林草资源面积指数。这样修改的目的是想体现防沙治沙生态工程建设成效的特点。因为沙区工业排放物与区域总体排放物相比数量相对较少，尽管沙区存在着一些湖泊、河流等，而对固沙成效的影响范围有限，即使有一些影响，也主要体现在林草固沙植被生长发育方面。

3 EIC评价方法指标赋值

3.1 沙化土地面积逆转指数

3.1.1 权重 沙化土地面积逆转指数权重值见表1。

表1 沙化土地面积逆转指数权重

3.1.2 指数计算方法

沙化土地面积逆转指数=Aero×(0.45×固定沙地面积+0.35×半固定沙地面积+0.20×流动沙地面积)/区域总面积

其中，Aero为沙化土地面积逆转指数归一化系数，参考值为146.33。

3.2 林草资源面积指数

3.2.1 权重 林草资源面积指标权重值见表2。

表2 林草资源面积指标权重

3.2.2 指数计算方法

林草资源面积指数=Afgz×(0.30×乔木林总面积+0.40×灌木林总面积+0.30×草地总面积)/区域总面积

其中，Afgz为林草资源面积指数归一化系数，参考值为236.043 5。

3.3 林草固沙植被盖度指数

3.3.1 权重 林草固沙植被盖度权重值见表3。

表3 林草植被盖度分级权重

3.3.2 指数计算方法

林草固沙植被盖度指数=Aveg×(0.10×低覆盖度植被总面积+0.25×较低覆盖度植被总面积+0.30×中覆盖度植被总面积+0.20×较高覆盖度植被总面积+0.15×高覆盖度植被总面积)/区域总面积

其中，Aveg为林草固沙植被盖度指数归一化系数，参考值为 458.53。

3.4 生物丰富度指数

3.4.1 权重 生物丰富度指标权重值见表4。

表4 生物丰富度指标权重

3.4.2 指数计算方法

生物丰富度指数=Abio×(0.15×乔木林总面积+0.20×灌木林总面积+0.25×草地总面积+0.25×水域湿地总面积+0.10×耕地总面积+0.05×流动沙地总面积)/区域总面积

其中，Abio为生物丰富度指数归一化系数，参考值为511.26。

4 防沙治沙生态环境状况指数

4.1 权重

各项评价指标体系权重见表5。

表5 各项评价指标权重确定

4.2 指数计算方法

防沙治沙生态环境状况指数(EIC)=0.35×沙化土地面积逆转指数+0.20×林草资源面积指数+0.30×固沙植被盖度指数+0.15×生物丰富度指数。

4.3 等级划分

根据防沙治沙生态环境状况指数计算分值，将防沙治沙区域生态环境状况划分为5级，即优、良、一般、较差和差。具体见表6。

表6 防沙治沙区域生态环境状况分级

5 防沙治沙生态环境状况指数模拟结果

5.1 数据来源

例如，某沙漠区土地总面积为14 179.49 km2，其中，相关土地类型面积、林草固沙植被盖度数据如表7、表8。

表7 某沙漠土地类型面积 单位：km2

表8 某沙漠不同林草固沙植被盖度面积 单位：km2

5.2 模拟评价结果

依据表7、表8数据，计算防沙治沙生态环境状况指数(EIC)结果如表9。

表9 某沙漠不同时间防沙治沙生态环境状况指数变化

从表9中可以看出，经过近20年的防沙治沙生态治理，区域生态环境状况得到初步改善。EIC值从1989年的44.21提高到2019年的47.95，但总体等级属于一般偏上。和1989年相比，沙化土地面积逆转指数提高了15.44%，林草资源面积指数提高了37.50%，林草植被盖度指数提高了2.21%，生物丰度指数提高了5.02%。说明沙化土地面积逆转和林草资源面积增加对改善沙区生态环境状况具有关键性作用。

6 结论与讨论

本文的主要目的是参考EI评价方法，并紧密结合防沙治沙生态工程建设取得的成效指标，探讨构建EIC指数体系，并确定评价参数的可行性。同时，利用卫星影像解译数据，模拟计算某沙漠实施防沙治沙工程建设后的防沙治沙生态环境状况指数。结果表明，EIC值客观反映了20年某沙漠实施防沙治沙工程建设后的成效，并发现沙化土地面积逆转和林草资源面积增加对改善沙区生态环境状况具有关键性作用。

根据本文涉及未公开的卫星影像解译数据分析结果表明，该沙漠1989—2019年间，土地沙化指数ADI平均值由3.25下降到2.94，土地沙化程度整体实现好转，其人为贡献率为56.63%，同时沙漠植被盖度增加变化的人为贡献率为59.81%。这和EIC评价方法计算的结论基本一致，说明利用EIC评价方法能够取得预期的评价结果。

事实上，防沙治沙生态工程建设主要是通过工程措施固沙和生物技术治沙等综合技术，增加林草植被面积，使流动沙地逐渐转化为半固定沙地或固定沙地，减少流动沙地面积，逐渐增加半固定沙地、固定沙地面积，并实现沙化土地的逆转。所以，和《生态环境状况评价技术规范》相比，本研究利用EIC指数体系评价实施防沙治沙工程建设后的防沙治沙生态环境状况，其针对性更具体、数据采集更方便，更具有可操作性。当然，任何评价方法都有其不足，EIC评价方法也不例外。例如，指数归一化系数问题，目前还没有适合沙区可以使用的归一化系数，相关的参考文献严重不足，几乎没有可以借鉴的参数可以参考。所以，归一化系数只能参考《生态环境状况评价技术规范》中数据。另外，《生态环境状况评价技术规范》中生物丰度指数采用的指标是林地、草地、水域湿地、耕地、建设用地和未利用地的面积数据，而EIC指数体系中选择的指标是乔木林、灌木林、草地、水域湿地、耕地和流动沙地面积，而没有选择建设用地和未利用地。因为防沙治沙工程建设区几乎都被划入生态区，严格控制建设用地，而所谓的未利用地在沙区多数归并为流动沙地。防沙治沙生态建设的主要目的是适当增加沙区的林地、草地面积，并提高其固沙能力，通过减少流动沙地面积，实现沙化土地的逆转。此外，《生态环境状况评价技术规范》中植被盖度指数使用的是DNVI区域平均值，或者使用林地、草地、耕地、建设用地和未利用地的面积数据。而在评价防沙治沙成效时，不同植被盖度的面积结构更具有实际意义。因为，沙化土地的流动性是按照植被盖度的差异进行划分的。通常，植被盖度小于10%的沙地为流动沙地，植被盖度10%～30%的沙地为半固定沙地，植被盖度大于30%为固定沙地。所以，如果选用DNVI区域平均值，或者使用林地、草地、耕地、建设用地和未利用地的面积数据计算植被盖度指数。评价防沙治沙成效，存在着成效被低估的可能；而采用不同的植被盖度指标，并赋予不同的权重，计算植被盖度指数能够更好地反映植被固沙成效的客观性。