尋烏縣稀土尾砂地植被修復(fù)效益綜合評價

胡根華，魯向暉，劉明蘭

(1.江西省河道湖泊管理局，江西 南昌 330009； 2.南昌工程學(xué)院 水利與生態(tài)工程學(xué)院，江西 南昌 330099)

稀土尾砂為稀土礦開采后的殘留礦渣，不僅大量占壓土地資源，而且質(zhì)地疏松，處理不當(dāng)易引發(fā)水土流失，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。南嶺山區(qū)既是我國重要的稀土產(chǎn)地，也是長江流域和珠江流域重要的水源區(qū)，為了保護生態(tài)環(huán)境，防治水土流失和水污染，必須重視稀土尾砂的整治。

尋烏縣位于江西省南部的南嶺山區(qū)，蘊藏有豐富的稀土資源，自20世紀(jì)70年代起，稀土開采為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展作出了巨大的貢獻，但限于當(dāng)時落后的開采工藝，大量的尾砂沒有得到及時處理而隨意地堆積在稀土礦區(qū)，形成了“溝壑縱橫，紅色沙漠”的人工地貌[1]，不僅占壓耕地，破壞植被，而且引發(fā)了嚴(yán)重的水土流失，并誘發(fā)了地下水污染、地質(zhì)災(zāi)害等。尋烏縣位于東江源頭，東江是廣東及香港居民用水的主要水源，大面積堆積的稀土尾砂對東江源頭的水質(zhì)也產(chǎn)生了潛在的影響[2]。為此，尋烏縣政府有關(guān)部門開展了針對稀土尾砂治理的植被修復(fù)工作，并積極與科研院所合作，通過大量的引種實踐，篩選出用桉樹(EucalyptusRobustaSmith)與混合草種搭配快速恢復(fù)稀土尾砂地植被的方法。目前，尋烏縣稀土礦區(qū)種植桉樹的面積已占礦區(qū)總面積的60%以上，礦區(qū)植被覆蓋率得到了顯著提高。但是，人們對桉樹人工林對生態(tài)環(huán)境的影響存在爭議[3-5]，桉樹能否對稀土尾砂地的生態(tài)環(huán)境起到改善作用也未見明確的研究報道。因此，尋烏縣當(dāng)前利用桉樹修復(fù)稀土尾砂地的措施是否合理，大面積種植桉樹人工林治理稀土尾砂是利還是弊，以及如何科學(xué)地評價桉樹對稀土尾砂地修復(fù)的生態(tài)及社會效益，已成為當(dāng)?shù)卣毙杳鞔_的問題。本研究以尋烏縣文峰鄉(xiāng)稀土尾砂治理區(qū)為研究對象，采用層次分析法綜合評價模型，對研究區(qū)桉樹修復(fù)稀土尾砂地的生態(tài)、社會及經(jīng)濟效益進行綜合評價，以期為科學(xué)評價研究區(qū)現(xiàn)有治理措施的效益和存在問題提供理論依據(jù)，為采用桉樹修復(fù)稀土尾砂地的治理前景提供指導(dǎo)及應(yīng)對策略，這對東江源區(qū)的水土保持、水質(zhì)保護，稀土資源的可持續(xù)利用都具有積極的作用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江西省贛州市尋烏縣文峰鄉(xiāng)。尋烏縣位于贛閩粵三省交界處，是珠江水系東江的發(fā)源地，稀土資源豐富。文峰鄉(xiāng)位于尋烏縣東南部，地處東江流域?qū)鹾又杏?，是尋烏縣主要的稀土礦區(qū)。自20世紀(jì)70年代中期開采稀土以來，遺留的稀土尾砂與裸露基巖共同形成了稀土采礦跡地，植被無法生長，素有“南方沙漠”之稱。研究區(qū)總面積為81.66 km2，水土流失面積58.80 km2，占總面積的72%。堆積的稀土尾砂呈無規(guī)則狀，地形起伏較大，相對高差最大可達150 m，坡度15°以上的面積占到礦區(qū)總面積的66.39%。研究區(qū)屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，雨量豐富，多年平均降水量1 639.1 mm，4—6月份降水量占全年降水量的50%左右，且多為暴雨；氣候溫和，多年平均氣溫為17.9 ℃。

經(jīng)走訪有關(guān)部門及實地調(diào)查，研究區(qū)在實施治理之前全部為裸露的稀土尾砂地，無任何植被生長，自然條件惡劣。自2008年開始，尋烏縣水土保持局開始對研究區(qū)稀土尾砂進行治理，采用桉樹加混合草籽的方式對稀土尾砂區(qū)進行植被修復(fù)，到2014年，研究區(qū)已形成大片的桉樹人工林，植被覆蓋率達60%以上，治理初見成效。

1.2 研究方法

評價桉樹的生長對生態(tài)環(huán)境的影響具有模糊性，因此本研究利用模糊數(shù)學(xué)的方法來進行評價。在評價過程中，各評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)一般采用專家給定的方法確定[6]，故不可避免地帶有一定的主觀影響，導(dǎo)致評價結(jié)果會產(chǎn)生一定的偏差。而層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)可以將非定量事件作定量分析[7]，既可以保證定性表述的科學(xué)性，又可獲得定量分析的準(zhǔn)確性，實現(xiàn)了評價指標(biāo)在定性及定量上的統(tǒng)一，較好地避免了因為主觀因素導(dǎo)致的評價結(jié)果偏差問題。因此，可用層次分析法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的專家打分法，確定各指標(biāo)的權(quán)重。

本研究依據(jù)桉樹對研究區(qū)稀土尾砂修復(fù)的目標(biāo)，建立修復(fù)效果評價指標(biāo)體系，采用專家打分的方式，對各指標(biāo)進行評價，形成優(yōu)、良、中、差、劣5個評價等級，然后利用層次分析法與模糊綜合評價模型，對桉樹修復(fù)稀土尾砂的綜合效益進行評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 層次分析模型

2.1.1 聚類因子綜合評價指標(biāo)體系的建立

稀土尾砂植被修復(fù)的綜合效益由生態(tài)效益、社會效益、經(jīng)濟效益等組成，每一個單項效益又由各個考核指標(biāo)構(gòu)成。本研究對尋烏縣文峰鄉(xiāng)稀土尾砂區(qū)進行了詳細(xì)調(diào)查及走訪，依據(jù)設(shè)立桉樹人工林的最初目的及礦區(qū)稀土尾砂的治理現(xiàn)狀，將各評價因素分類，形成了兩個層次的聚類因子指標(biāo)體系，具體見表1。

2.1.2 聚類因子權(quán)重的確定

依據(jù)建立的桉樹修復(fù)稀土尾砂綜合效益聚類因子指標(biāo)體系，通過走訪專家(2人)、政府部門相關(guān)工作人員(4人)、學(xué)者(3人)、農(nóng)戶(8人)、稀土礦主(3人)，對各層次評價指標(biāo)進行打分，并對各指標(biāo)按照優(yōu)、良、中、差、劣幾個等級進行評定。最后，對各評價指標(biāo)評分結(jié)果進行歸一化處理，結(jié)果見表1。

2.2 綜合評價模型的建立與評價結(jié)果

2.2.1 綜合評價模型的建立

桉樹修復(fù)稀土尾砂綜合效益(因素集U)由3個子效益(生態(tài)效益U1，社會效益U2，經(jīng)濟效益U3)組成，本研究共有兩層因素集，即：第一層因素集U={U1(生態(tài)效益),U2(社會效益),U3(經(jīng)濟效益)}；第二層因素集U1={u11(涵養(yǎng)水源),u12(固土防蝕),u13(改良土壤),u14(穩(wěn)定邊坡),u15(生物多樣性),u16(防治病蟲害),u17(生態(tài)恢復(fù)),u18(攔蓄徑流),u19(消耗水分),u110(林木抗逆性)}，U2={u21(礦區(qū)綠化),u22(美化環(huán)境),u23(荒地治理),u24(增加財政),u25(增加林地),u26(木材儲備),u27(科學(xué)研究),u28(綜合效益)}，U3={u31(木材收入),u32(管護投入),u33(林木資源),u34(培肥土壤),u35(技術(shù)推廣),u36(樹種培育),u37(直接價值),u38(間接價值)}。

表1 尋烏縣桉樹修復(fù)稀土尾砂綜合效益評價指標(biāo)體系及評分表(20人)

評語集V={V1(優(yōu))，V2(良)，V3(中)，V4(差)，V5(劣)}。

對Ui={ui1,ui2,…,uim}中的各因素進行單因素評價，建立模糊映射

fi：Ui→F(V)

ui→f(ui)=(ri1,ri2,…，rim)∈F(V)

模糊映射f可確定一個模糊關(guān)系Rf∈F(U×V)，即Rf(ui，vj)=f(ui)(vi)=rij,因此Rf可由下列模糊矩陣R∈Mn×m表示：

在本研究中，第一層因素集U={U1,U2,U3}，第二層因素集U1={u11,u12,…,u110},U2={u21,u22,…,u28},U3={u31,u32,…,u38}，利用上述方法建立模糊映射，得到評判矩陣Ri，以(Ui，V，Ri)為原始模型，在Ui中通過層次分析法求出第一層各因素的權(quán)重值A(chǔ)i，求得第一層各因素的綜合評價

Bi=Ai·Ri∈F(V) (i=1,2,…,p)

對第二層因素以Bi為因素Ui的單因素判斷，建立模糊映射f:U→F(V)，Ui→f(Ui)=Bi，得到第二層評價矩陣：

以(U，V，R)為原始模型，U中給各因素的指標(biāo)分配利用層次分析法求出權(quán)重A。

最后，求得綜合評價B=A·R∈F(V)。

經(jīng)計算，得出第一層因素集指標(biāo)權(quán)重為A=(A1,A2,A3)=(0.42,0.32,0.26)；第二層因素集指標(biāo)權(quán)重分別為A1=(B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8,B9,B10)=(0.087 0,0.099 0,0.159 5,0.099 0,0.075 0,0.098 0,0.088 0,0.099 0,0.097 0,0.098 5)，A2=(B11,B12,B13,B14,B15,B16,B17,B18)=(0.124 5,0.100 0,0.173 0,0.059 0,0.201 5,0.079 0,0.163 0,0.100 0)，A3=(B19,B20,B21,B22,B23,B24,B25,B26)=(0.097 5,0.096 5,0.180 0,0.088 0,0.141 5,0.099 0,0.138 5,0.159 0)。

2.2.2 綜合評價結(jié)果

本研究利用專家打分及層次分析法得出各層次因子的權(quán)重，并對各評價指標(biāo)評語歸一化，為建立模糊映射、構(gòu)建評價矩陣服務(wù)。

評價指標(biāo)評語集：V={V1(優(yōu)),V2(良),V3(中),V4(差),V5(劣)}

單因素評價矩陣為：

B1=A1·R1=(0.154 4，0.237 0，0.295 9，0.256 3，0.056 4)→V3

B2=A2·R2=(0.260 5，0.329 5，0.276 3，0.118 7，0.015 1)→V2

B3=A3·R3=(0.100 7，0.285 4，0.327 9，0.248 9，0.037 2)→V3

評價結(jié)果表明，桉樹修復(fù)稀土尾砂的生態(tài)效益為中、社會效益為良、經(jīng)濟效益為中。

依據(jù)上述對第二層因子集綜合評價的結(jié)果，本研究再對桉樹修復(fù)稀土尾砂的綜合效益進行評價。

第一層因子集B=A·R=A·{B1，B2，B3}，權(quán)重A=(0.42,0.32,0.26)，進行綜合評價，得

(0.174 4，0.279 2，0.297 9，0.210 4，0.038 2)→V3

以上結(jié)果表明，采用26個指標(biāo)對桉樹修復(fù)稀土尾砂地的綜合效益評價結(jié)果為中。

對B作歸一化處理得B=(0.17，0.28，0.30，0.21，0.04)，表明對桉樹修復(fù)稀土尾砂的綜合效益總體評價態(tài)勢為：17%為優(yōu)，28%為良，30%為中，21%為差，4%為劣。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

利用層次分析法與模糊綜合評價模型對研究區(qū)桉樹修復(fù)稀土尾砂地的綜合效益進行了評價，結(jié)果表明：目前采用桉樹對稀土尾砂地進行生態(tài)修復(fù)，其生態(tài)效益的評價結(jié)果為中，社會效益的評價結(jié)果為良，經(jīng)濟效益的評價結(jié)果為中，生態(tài)修復(fù)的綜合效益評價為中；生態(tài)修復(fù)總體評估態(tài)勢為17%為優(yōu)，28%為良，30%為中，21%為差，4%為劣。

3.2 討 論

桉樹的種植在林業(yè)生態(tài)研究中一直爭論比較多，爭論的焦點主要集中于桉樹的種植容易導(dǎo)致林地地力衰退[8]、生態(tài)多樣性降低[9]、群落結(jié)構(gòu)單一等[10-11]。我國種植的桉樹在實踐中也表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，特別是在亞熱帶及熱帶地區(qū)，良好的氣候為桉樹生長提供了有利條件，加之桉樹具有速生、耐貧瘠、耐酸等生理特點，因此是生態(tài)環(huán)境退化地區(qū)及侵蝕劣地植被修復(fù)的重要樹種之一。在贛南地區(qū)稀土尾砂地，桉樹表現(xiàn)出良好的生長狀況，為該區(qū)域植被恢復(fù)、生態(tài)環(huán)境改善起到了先鋒作用，效益顯著。

本研究結(jié)果顯示，采用桉樹對稀土尾砂生態(tài)修復(fù)的綜合效益為中，這和文獻[12]的研究結(jié)果一致。這說明在亞熱帶地區(qū)引種及種植桉樹的過程中，雖然其表現(xiàn)出了良好的生長適應(yīng)性，使當(dāng)?shù)氐闹脖桓采w率得到了提高，獲得了一定的社會效益及生態(tài)效益，但是，其在生態(tài)效益的評價中存在一些問題，比較突出的主要有生物多樣性單一、需肥量大、缺水嚴(yán)重等，這些問題已經(jīng)在當(dāng)前的治理工作中顯現(xiàn)出來。因此，要科學(xué)地進行稀土尾砂的生態(tài)修復(fù)，在現(xiàn)有修復(fù)工作的基礎(chǔ)上，還應(yīng)對桉樹的種植和引種進行合理的布局，篩選出適合在稀土尾砂上生長的其他植物品種，與桉樹進行混交，才能起到豐富物種多樣性、改良土壤，恢復(fù)稀土尾砂生產(chǎn)力的作用。這樣才可以從根本上完善稀土尾砂的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，治理水土流失，實現(xiàn)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善。