武威东沙窝防风固沙植物适宜性评价

摘要为科学营建防风固沙植被并持续发挥生态功能，需要对沙旱生植物进行适宜性评价。通过对地处腾格里沙漠西南缘的武威东沙窝的13种沙旱生植物调查，采用层次分析法（AHP），将生态适应性、防风固沙能效和管理成本作为准则层，种群存活率、植株枝条成活率等11个因子为因子层，对防风固沙植物进行了适宜性评价。结果表明：白刺、梭梭等8种沙旱生植物在生态适应性、防风固沙能效和管理成本3方面表现良好，具有良好的防风固沙作用；枸杞等5种植物表现较差，不适宜防风固沙；白刺、梭梭等8种沙旱生植物须大力加以保护。

关键词武威东沙窝;防风固沙;沙旱生植物;适宜性评价

中图分类号：S728.4 文献标识码：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2024.05.001

Suitability Evaluation of Windbreak and Sandfixing Plants in Dongshawo of Wuwei

Liu Mingcheng1，Hu Qing2，Man Duoqing3

（1. Qian Xuesen Sand Industry Center Laboratory，Gansu Endangered Animal Protection Center of National Forestry and Grassland Administration，Wuwei 733000，China;2. Wuwei Vocational College，Wuwei 733000，China;3. Gansu Desert Control Research Institute，Lanzhou 730070，China）

AbstractIn order to scientifically construct windbreak and sandfixing vegetation and continue to exert ecological functions，it is necessary to evaluate the suitability of psammophytes. Based on the investigation of thirteen species of psammophytes in Dongshawo of Wuwei，which is located in the southwest margin of Tengger Desert，the suitability evaluation of sandfixing plants was carried out by using analytic hierarchy process（AHP）. The ecological adaptability，windbreak and sandfixing energy efficiency and management cost were taken as the criterion layer，and eleven factors such as population survival rate and plant branch survival rate were taken as the factor layer. The results showed as follows： eight species of psammophytes such as Nitraria tangutorum and Haloxylon ammodendron performed well in the three aspects of ecological adaptability，windbreak and sandfixing efficiency and management cost，and had good windbreak and sandfixing effect;five kinds of plants such as Lycium chinense had poor performance and were not suitable for windbreak and sandfixing;eight kinds of psammophytes such as Nitraria tangutorum and Haloxylon ammodendron should be vigorously protected.

Key wordsDongshawo of Wuwei;windbreak and sandfixing;psammophyte;suitability evaluation

甘肃省沙漠与沙漠化土地分布面积大，生态环境脆弱，是我国沙漠化危害最为严重的省份之一，沙漠化对当地居民的社会经济生活带来了多方面的危害，严重制约着经济社会的可持续发展[1-4]。沙区植被建设是土地沙漠化防治的重要手段[5]，在干旱半干旱荒漠区，特别是荒漠绿洲边缘风沙防治过程中，营造沙旱生植被是广泛应用的措施，也是保护土壤不被风力侵蚀的最有效、长久、环保的方法[6]。防风固沙效应是防风固沙林的最基本效应[7]。经过几十年的探索与实践，河西风沙治理取得了举世瞩目的成就[8]，沙化土地总体上减少，沙化程度进一步减轻[9]。但出现了因树种选择等因素不当导致林木衰败，甚至死亡等生态退化的问题[10]。

当前，在习近平生态文明思想指引下，统筹山水林田湖草沙一体化保护和系统治理，全面推进“美丽中国”建设，河西走廊—塔克拉玛干沙漠边缘阻击战[11]及《北方防沙带生态保护和修复重大工程建设规划（2021-2035）》将河西走廊沙漠化治理纳入国家生态战略规划，为河西走廊沙漠化地区生态建设提出新的更高要求。本文通过对地处腾格里沙漠西南缘的武威东沙窝沙旱生植物的调查，建立防风固沙植物适宜性评价体系，评价以防治风沙功能为主的适宜沙旱生植物（或树种），为当地生态保护、植被建设和生态修复提供参考依据。

1调查区自然概况

武威东沙窝位于河西走廊东段，腾格里沙漠西南缘，西临凉州绿洲，东北、东南分别与古浪县、民勤县接壤，区内遍布新月形沙丘或沙丘链，面积约18万hm²，年降水量为110～170 mm，由东南向西北递减，年蒸发量1 400～3 040 mm，蒸发量高出降水量10倍以上；年日照时数2 800～3 316 h，太阳辐射总量502.42～628.02 kJ·cm^-2，光热资源丰富；常年以西北风为主，年平均风速2.0～4.5 m·s^-1，8级以上大风日29 d，年风沙日数达129 d，沙尘暴日数27 d；年均气温7.8 ℃，年最高气温39.5 ℃，最低气温-32 ℃；无霜期140 d，干燥度大于4；无可利用地表水。土壤以风沙土为主，伴灰漠土等类型，沙质为中、细沙，含水量1%左右。常年干旱少雨，风沙灾害严重，植被稀疏，天然植被有

沙米（Agriophyllum squarrosum）、

木紫菀（Asterothamnus centraliasiaticus）等。

2研究方法

2.1构建防风固沙植物适宜性评价体系

本研究采用层次分析法和隶属函数法进行防风固沙植物适宜性综合评价和选择。

层次分析法（Analytical Hierarchy Process简称AHP）是美国运筹学家萨蒂（T.L.Saaty）于20世纪70年代提出的，80年代初期引进到我国，已成为一种常用的多目标决策方法。这种方法把一个复杂的问题表现为层次结构。同一层次内不同因素的权重，通过两两之间的比较判断而得；下一层次因素的权重，既要考虑本层次，又要考虑上一层次[12]。层次分析法把人们主观判断用数量方式表达和处理，实现了定性分析和定量分析的结合，因而提高了系统评价的有效性、可靠性和可行性。

2.1.1评价原则

对防风固沙植物适宜性进行评价时，以生态适应性为基础，突出防风固沙功能，兼顾管理成本因素。

——实践性：总结防治风沙实践经验，提取和优化主要因素及指标，在生态适应性方面，重点是植物“活”的表现；防风固沙功能方面，突出植物“能”和沙漠“效”的表现；管理成本方面，注重管理“本”的问题，以此构建可行的评价体系。

——实效性：针对沙旱生植物、风沙环境等要素，以显明、易获取的性状和能效为指标，采取科学合理的分析方法，能客观评价防风固沙植物适宜性，并应用于沙漠生态保护和建设的实践活动。

——简约性：根据风沙防治实践经验和沙旱生植物生长状态，用易量化、尽可能少的因素和指标，充分反映沙旱生植物与环境及管理成本等因素，达到沙旱生植物适宜性评价的目标。

2.1.2评价体系构建及指标的选取

在参考国内外研究资料及风沙治理实践经验的基础上，结合当地沙区环境特征，从植物的生长适应性、防风固沙能效和管理成本3个方面进行指标选取。根据AHP将评价指标体系划分为目标层（A）、准则层（B）、因子层（C）3个层次，以防风固沙植物适宜性评价为目标，具体体现在生态适应性、防风固沙能效和管理成本组成的准则层，种群存活率等11个因子（指标）是衡量准则层的因子层，最终形成防风固沙植物适宜性综合评价的递阶层次结构（图1）。

2.1.3权重的确定

采用AHP确定各因子层权重。根据递阶层次用1～9标度法对上级层与下属层的重要性进行两两比较并构造判断矩阵。本研究共选取10名从事林业工作的专业人员和管理人员进行问卷调查，根据问卷结果建立判断矩阵，采用DPS软件计算判断矩阵的特征向量并通过一致性检验，即为各评价指标权重。

2.2沙旱生植物调查

2.2.1材料和调查方法

2022-2023年秋季，在调查区域范围内选取初植密度或天然分布基本一致、处于较为平缓沙丘或平沙地中龄沙旱生植物，按20 m×10 m规格设置调查样地，每种沙旱生植物3次重复，调查指标取其平均值。参与调查的沙旱生植物有柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）、中间锦鸡儿（Caragana liouana）、枸杞（Lycium chinense）、紫穗槐（Amorpha fruticosa ）、籽蒿（Artemisia sieversiana）、沙棘（Hippophae rhamnoides）、四翅滨藜（Atriplex canescens）、

梭梭（Haloxylon ammodendron）、花棒（Corethrodendron scoparium）、沙拐枣（Calligonum mongolicum）、柽柳（Tamarix ramosissima）、沙木蓼（Atraphaxis bracteata）、白刺（Nitraria tangutorum）共13种。

2.2.2因子指标评价标准

对沙旱生植物进行科学评价，首先应对因子层的各因子指标进行量化，根据因子指标的等级分别赋予相应的分值。各指标评分标准见表1。

定性评价因子按因子评价标准得分取平均值。

定性评价因子评分标准：

根据防风固沙评价体系各因子权重大小（最终权重），把因子分为重因子、次重因子、中因子和轻因子等4类。

重因子类：0.15≤权重值＜0.2，分5级；

次重因子类：0.1≤权重值＜0.15，分4级；

中因子类：0.03≤权重值＜0.1，分3级；

轻因子类：权重值＜0.03，分2级。

2.2.3因子指标值的归一化计算

由于调查指标间的量纲不统一，故采用隶属函数法对指标值进行归一化，其中S为评价因子归一化值，X为指标实测值，X为该指标实测最大值，X为实测最小值。因子层指标值标准化公式如下：

如指标与目的性状正相关，则S=（X-X）/（X-X）；

若负相关，则S=1-（X-X）/（X-X），或将指标反向评价。

有关数据用Excel 2007软件进行计算。

2.2.4沙旱生植物综合得分评价标准

综合得分≥0.80，优秀；

0.70≤综合得分＜0.80，为良好；

0.60≤综合得分＜0.70，为一般；综合得分＜0.60，较差。

3结果与分析

3.1防风固沙适宜性评价体系权重

表2是准则层对目标层权重，其中λmax=3.038 5，CI=0.019 3 ，CR=0.037 2。沙区干旱少雨，气候条件恶劣，植被存活十分困难。因此，植物存活情况直接反映了对生境的适应性，是防风固沙林树种选择的关键因素，权重为0.637 0；防风固沙林的主导功能是防风固沙，其生态功能是建设防风固沙林的重要目的，权重为0.258 3；管理成本反映生态治理工程的经济性，权重为0.104 7。

表3是因子层对生态适应性的权重，其中λmax=4.031 0，CI=0.010 3，CR=0.011 7。从种群方面看，存活率作为反映树种生态适应性的综合指标，权重最大，为0.467 3；个体方面，植株生活力表现为枝条生长情况，权重0.277 2；天然更新能力反映了在自然条件下，树种从个体自身到新生个体延续，权重为0.160 1；在干旱沙区环境下，病虫害发生较轻，抗病虫害能力权重仅为0.095 4。

表4是因子层对防风固沙能效的权重表，其中λmax=4.045 8，CI=0.015 3，CR=0.017 2。防风固沙植物的主要功能是防治风沙灾害，植物能够增加下垫面粗糙度，与抗风沙能力关系密切，其中，冠幅影响较大，权重最大，为0.422 0；株高影响较小，株高权重为0.177 5；固沙直接反映了树种的抗风蚀效果，权重为0.270 9，阻沙效果权重为0.129 5。

表5是因子层对管理成本的权重，其中λmax=3.038 5，CI=0.019 3，CR=0.037 2。防风固沙植物的管理成本关系植被营建的经济效益，建植成本权重最大，为0.637 0，是影响防风固沙林建设的重要因子；其次是抚育成本，权重为0.258 3；苗木供给度权重为0.104 7。

表6是综合排序结果，反映了目标层下的准则层及各因子权重，各判断矩阵的CR均小于0.10，通过一致性检验。表6为根据结果构建出的评价体系，可以看出，生长适应性的权重最大， 生态功能次之，最后为管理成本。表明选择防风固沙树种时，首先要考虑是否适应沙区的生长环境，其次是发挥防风固沙的生态效益，改善沙区的生态环境，最后兼顾管理成本，这与武威东沙窝实施的防风固沙工程建设目的相一致。

3.2沙旱生植物评价得分权重

应用调查数据，结合评价指标体系进行计算，得到武威东沙窝沙旱生植物因子权重和综合得分（表7、表8）。根据得分情况将沙旱生植物分为4类：第1类树种表现优秀，得分≥0.80分，共2种，分别是白刺（0.886 6）和梭梭（0.857 7）；第2类表现良好，得分0.70～＜0.80分，共4种，分别是柠条锦鸡儿（0.794 9）、花棒（0.785 4）、中间锦鸡儿（0.784 8）和沙拐枣（0.721 8）；第3类表现一般，得分为0.60～＜0.70分，共2种，分别为红柳（0.685 8）和籽蒿（0.673 9）；第4类表现较差，得分＜0.60分，共5种，分别为枸杞、沙棘、四翅滨藜、沙木蓼和紫穗槐。

从以上结果可以看出，得分0.60分以上的树种共有8个，分别为白刺、梭梭、柠条锦鸡儿、花棒、中间锦鸡儿、沙拐枣、柽柳、籽蒿，可作为武威东沙窝防风固沙的适宜植物。

4结论讨论

武威东沙窝沙旱生植物适宜性评价结果表明，生态适应性权重最大，其种群存活率、植株枝条成活率权重均居前列。因此，沙旱生植物的种群存活、植株枝条的成活是获得沙旱生植物适宜性评价优良结果的决定因素。该结论也与实际沙旱生植物表现是相一致的。

调查评价的13种沙旱生植物，其中白刺、梭梭2种得分最高，表现优秀；柠条锦鸡儿、花棒、中间锦鸡儿、沙拐枣表现良好，在防风固沙实践中可对这些树种进行广泛的保护和应用。

通过评价与实际对比，白刺、梭梭、柠条锦鸡儿、花棒、中间锦鸡儿、沙拐枣、柽柳、籽蒿等8种沙旱生植物可作为武威东沙窝防风固沙的适宜性植物。

此外，本研究是根据多年的实践经验对沙旱生植物进行适宜性评价的一次探索，旨在指导防治风沙的具体实践。因此，该评价主要基于沙旱生植物形态、能效等外在表现以及植被营建资料开展的，未涉及沙旱生植物生理指标等深层次因素，尚需在以后工作中进一步探索完善。

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