武威東沙窩防風(fēng)固沙植物適宜性評價

摘要為科學(xué)營建防風(fēng)固沙植被并持續(xù)發(fā)揮生態(tài)功能，需要對沙旱生植物進行適宜性評價。通過對地處騰格里沙漠西南緣的武威東沙窩的13種沙旱生植物調(diào)查，采用層次分析法（AHP），將生態(tài)適應(yīng)性、防風(fēng)固沙能效和管理成本作為準(zhǔn)則層，種群存活率、植株枝條成活率等11個因子為因子層，對防風(fēng)固沙植物進行了適宜性評價。結(jié)果表明：白刺、梭梭等8種沙旱生植物在生態(tài)適應(yīng)性、防風(fēng)固沙能效和管理成本3方面表現(xiàn)良好，具有良好的防風(fēng)固沙作用；枸杞等5種植物表現(xiàn)較差，不適宜防風(fēng)固沙；白刺、梭梭等8種沙旱生植物須大力加以保護。

關(guān)鍵詞武威東沙窩;防風(fēng)固沙;沙旱生植物;適宜性評價

中圖分類號：S728.4 文獻標(biāo)識碼：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

甘肅省沙漠與沙漠化土地分布面積大，生態(tài)環(huán)境脆弱，是我國沙漠化危害最為嚴(yán)重的省份之一，沙漠化對當(dāng)?shù)鼐用竦纳鐣?jīng)濟生活帶來了多方面的危害，嚴(yán)重制約著經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展[1-4]。沙區(qū)植被建設(shè)是土地沙漠化防治的重要手段[5]，在干旱半干旱荒漠區(qū)，特別是荒漠綠洲邊緣風(fēng)沙防治過程中，營造沙旱生植被是廣泛應(yīng)用的措施，也是保護土壤不被風(fēng)力侵蝕的最有效、長久、環(huán)保的方法[6]。防風(fēng)固沙效應(yīng)是防風(fēng)固沙林的最基本效應(yīng)[7]。經(jīng)過幾十年的探索與實踐，河西風(fēng)沙治理取得了舉世矚目的成就[8]，沙化土地總體上減少，沙化程度進一步減輕[9]。但出現(xiàn)了因樹種選擇等因素不當(dāng)導(dǎo)致林木衰敗，甚至死亡等生態(tài)退化的問題[10]。

當(dāng)前，在習(xí)近平生態(tài)文明思想指引下，統(tǒng)籌山水林田湖草沙一體化保護和系統(tǒng)治理，全面推進“美麗中國”建設(shè)，河西走廊—塔克拉瑪干沙漠邊緣阻擊戰(zhàn)[11]及《北方防沙帶生態(tài)保護和修復(fù)重大工程建設(shè)規(guī)劃（2021-2035）》將河西走廊沙漠化治理納入國家生態(tài)戰(zhàn)略規(guī)劃，為河西走廊沙漠化地區(qū)生態(tài)建設(shè)提出新的更高要求。本文通過對地處騰格里沙漠西南緣的武威東沙窩沙旱生植物的調(diào)查，建立防風(fēng)固沙植物適宜性評價體系，評價以防治風(fēng)沙功能為主的適宜沙旱生植物（或樹種），為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)保護、植被建設(shè)和生態(tài)修復(fù)提供參考依據(jù)。

1調(diào)查區(qū)自然概況

武威東沙窩位于河西走廊東段，騰格里沙漠西南緣，西臨涼州綠洲，東北、東南分別與古浪縣、民勤縣接壤，區(qū)內(nèi)遍布新月形沙丘或沙丘鏈，面積約18萬hm²，年降水量為110～170 mm，由東南向西北遞減，年蒸發(fā)量1 400～3 040 mm，蒸發(fā)量高出降水量10倍以上；年日照時數(shù)2 800～3 316 h，太陽輻射總量502.42～628.02 kJ·cm^-2，光熱資源豐富；常年以西北風(fēng)為主，年平均風(fēng)速2.0～4.5 m·s^-1，8級以上大風(fēng)日29 d，年風(fēng)沙日數(shù)達129 d，沙塵暴日數(shù)27 d；年均氣溫7.8 ℃，年最高氣溫39.5 ℃，最低氣溫-32 ℃；無霜期140 d，干燥度大于4；無可利用地表水。土壤以風(fēng)沙土為主，伴灰漠土等類型，沙質(zhì)為中、細沙，含水量1%左右。常年干旱少雨，風(fēng)沙災(zāi)害嚴(yán)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構(gòu)建防風(fēng)固沙植物適宜性評價體系

本研究采用層次分析法和隸屬函數(shù)法進行防風(fēng)固沙植物適宜性綜合評價和選擇。

層次分析法（Analytical Hierarchy Process簡稱AHP）是美國運籌學(xué)家薩蒂（T.L.Saaty）于20世紀(jì)70年代提出的，80年代初期引進到我國，已成為一種常用的多目標(biāo)決策方法。這種方法把一個復(fù)雜的問題表現(xiàn)為層次結(jié)構(gòu)。同一層次內(nèi)不同因素的權(quán)重，通過兩兩之間的比較判斷而得；下一層次因素的權(quán)重，既要考慮本層次，又要考慮上一層次[12]。層次分析法把人們主觀判斷用數(shù)量方式表達和處理，實現(xiàn)了定性分析和定量分析的結(jié)合，因而提高了系統(tǒng)評價的有效性、可靠性和可行性。

2.1.1評價原則

對防風(fēng)固沙植物適宜性進行評價時，以生態(tài)適應(yīng)性為基礎(chǔ)，突出防風(fēng)固沙功能，兼顧管理成本因素。

——實踐性：總結(jié)防治風(fēng)沙實踐經(jīng)驗，提取和優(yōu)化主要因素及指標(biāo)，在生態(tài)適應(yīng)性方面，重點是植物“活”的表現(xiàn)；防風(fēng)固沙功能方面，突出植物“能”和沙漠“效”的表現(xiàn)；管理成本方面，注重管理“本”的問題，以此構(gòu)建可行的評價體系。

——實效性：針對沙旱生植物、風(fēng)沙環(huán)境等要素，以顯明、易獲取的性狀和能效為指標(biāo)，采取科學(xué)合理的分析方法，能客觀評價防風(fēng)固沙植物適宜性，并應(yīng)用于沙漠生態(tài)保護和建設(shè)的實踐活動。

——簡約性：根據(jù)風(fēng)沙防治實踐經(jīng)驗和沙旱生植物生長狀態(tài)，用易量化、盡可能少的因素和指標(biāo)，充分反映沙旱生植物與環(huán)境及管理成本等因素，達到沙旱生植物適宜性評價的目標(biāo)。

2.1.2評價體系構(gòu)建及指標(biāo)的選取

在參考國內(nèi)外研究資料及風(fēng)沙治理實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)厣硡^(qū)環(huán)境特征，從植物的生長適應(yīng)性、防風(fēng)固沙能效和管理成本3個方面進行指標(biāo)選取。根據(jù)AHP將評價指標(biāo)體系劃分為目標(biāo)層（A）、準(zhǔn)則層（B）、因子層（C）3個層次，以防風(fēng)固沙植物適宜性評價為目標(biāo)，具體體現(xiàn)在生態(tài)適應(yīng)性、防風(fēng)固沙能效和管理成本組成的準(zhǔn)則層，種群存活率等11個因子（指標(biāo)）是衡量準(zhǔn)則層的因子層，最終形成防風(fēng)固沙植物適宜性綜合評價的遞階層次結(jié)構(gòu)（圖1）。

2.1.3權(quán)重的確定

采用AHP確定各因子層權(quán)重。根據(jù)遞階層次用1～9標(biāo)度法對上級層與下屬層的重要性進行兩兩比較并構(gòu)造判斷矩陣。本研究共選取10名從事林業(yè)工作的專業(yè)人員和管理人員進行問卷調(diào)查，根據(jù)問卷結(jié)果建立判斷矩陣，采用DPS軟件計算判斷矩陣的特征向量并通過一致性檢驗，即為各評價指標(biāo)權(quán)重。

2.2沙旱生植物調(diào)查

2.2.1材料和調(diào)查方法

2022-2023年秋季，在調(diào)查區(qū)域范圍內(nèi)選取初植密度或天然分布基本一致、處于較為平緩沙丘或平沙地中齡沙旱生植物，按20 m×10 m規(guī)格設(shè)置調(diào)查樣地，每種沙旱生植物3次重復(fù)，調(diào)查指標(biāo)取其平均值。參與調(diào)查的沙旱生植物有檸條錦雞兒（Caragana korshinskii）、中間錦雞兒（Caragana liouana）、枸杞（Lycium chinense）、紫穗槐（Amorpha fruticosa ）、籽蒿（Artemisia sieversiana）、沙棘（Hippophae rhamnoides）、四翅濱藜（Atriplex canescens）、

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

2.2.2因子指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)

對沙旱生植物進行科學(xué)評價，首先應(yīng)對因子層的各因子指標(biāo)進行量化，根據(jù)因子指標(biāo)的等級分別賦予相應(yīng)的分值。各指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

定性評價因子按因子評價標(biāo)準(zhǔn)得分取平均值。

定性評價因子評分標(biāo)準(zhǔn)：

根據(jù)防風(fēng)固沙評價體系各因子權(quán)重大?。ㄗ罱K權(quán)重），把因子分為重因子、次重因子、中因子和輕因子等4類。

重因子類：0.15≤權(quán)重值＜0.2，分5級；

次重因子類：0.1≤權(quán)重值＜0.15，分4級；

中因子類：0.03≤權(quán)重值＜0.1，分3級；

輕因子類：權(quán)重值＜0.03，分2級。

2.2.3因子指標(biāo)值的歸一化計算

由于調(diào)查指標(biāo)間的量綱不統(tǒng)一，故采用隸屬函數(shù)法對指標(biāo)值進行歸一化，其中S為評價因子歸一化值，X為指標(biāo)實測值，X為該指標(biāo)實測最大值，X為實測最小值。因子層指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化公式如下：

如指標(biāo)與目的性狀正相關(guān)，則S=（X-X）/（X-X）；

若負(fù)相關(guān)，則S=1-（X-X）/（X-X），或?qū)⒅笜?biāo)反向評價。

有關(guān)數(shù)據(jù)用Excel 2007軟件進行計算。

2.2.4沙旱生植物綜合得分評價標(biāo)準(zhǔn)

綜合得分≥0.80，優(yōu)秀；

0.70≤綜合得分＜0.80，為良好；

0.60≤綜合得分＜0.70，為一般；綜合得分＜0.60，較差。

3結(jié)果與分析

3.1防風(fēng)固沙適宜性評價體系權(quán)重

表2是準(zhǔn)則層對目標(biāo)層權(quán)重，其中λmax=3.038 5，CI=0.019 3 ，CR=0.037 2。沙區(qū)干旱少雨，氣候條件惡劣，植被存活十分困難。因此，植物存活情況直接反映了對生境的適應(yīng)性，是防風(fēng)固沙林樹種選擇的關(guān)鍵因素，權(quán)重為0.637 0；防風(fēng)固沙林的主導(dǎo)功能是防風(fēng)固沙，其生態(tài)功能是建設(shè)防風(fēng)固沙林的重要目的，權(quán)重為0.258 3；管理成本反映生態(tài)治理工程的經(jīng)濟性，權(quán)重為0.104 7。

表3是因子層對生態(tài)適應(yīng)性的權(quán)重，其中λmax=4.031 0，CI=0.010 3，CR=0.011 7。從種群方面看，存活率作為反映樹種生態(tài)適應(yīng)性的綜合指標(biāo)，權(quán)重最大，為0.467 3；個體方面，植株生活力表現(xiàn)為枝條生長情況，權(quán)重0.277 2；天然更新能力反映了在自然條件下，樹種從個體自身到新生個體延續(xù)，權(quán)重為0.160 1；在干旱沙區(qū)環(huán)境下，病蟲害發(fā)生較輕，抗病蟲害能力權(quán)重僅為0.095 4。

表4是因子層對防風(fēng)固沙能效的權(quán)重表，其中λmax=4.045 8，CI=0.015 3，CR=0.017 2。防風(fēng)固沙植物的主要功能是防治風(fēng)沙災(zāi)害，植物能夠增加下墊面粗糙度，與抗風(fēng)沙能力關(guān)系密切，其中，冠幅影響較大，權(quán)重最大，為0.422 0；株高影響較小，株高權(quán)重為0.177 5；固沙直接反映了樹種的抗風(fēng)蝕效果，權(quán)重為0.270 9，阻沙效果權(quán)重為0.129 5。

表5是因子層對管理成本的權(quán)重，其中λmax=3.038 5，CI=0.019 3，CR=0.037 2。防風(fēng)固沙植物的管理成本關(guān)系植被營建的經(jīng)濟效益，建植成本權(quán)重最大，為0.637 0，是影響防風(fēng)固沙林建設(shè)的重要因子；其次是撫育成本，權(quán)重為0.258 3；苗木供給度權(quán)重為0.104 7。

表6是綜合排序結(jié)果，反映了目標(biāo)層下的準(zhǔn)則層及各因子權(quán)重，各判斷矩陣的CR均小于0.10，通過一致性檢驗。表6為根據(jù)結(jié)果構(gòu)建出的評價體系，可以看出，生長適應(yīng)性的權(quán)重最大， 生態(tài)功能次之，最后為管理成本。表明選擇防風(fēng)固沙樹種時，首先要考慮是否適應(yīng)沙區(qū)的生長環(huán)境，其次是發(fā)揮防風(fēng)固沙的生態(tài)效益，改善沙區(qū)的生態(tài)環(huán)境，最后兼顧管理成本，這與武威東沙窩實施的防風(fēng)固沙工程建設(shè)目的相一致。

3.2沙旱生植物評價得分權(quán)重

應(yīng)用調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合評價指標(biāo)體系進行計算，得到武威東沙窩沙旱生植物因子權(quán)重和綜合得分（表7、表8）。根據(jù)得分情況將沙旱生植物分為4類：第1類樹種表現(xiàn)優(yōu)秀，得分≥0.80分，共2種，分別是白刺（0.886 6）和梭梭（0.857 7）；第2類表現(xiàn)良好，得分0.70～＜0.80分，共4種，分別是檸條錦雞兒（0.794 9）、花棒（0.785 4）、中間錦雞兒（0.784 8）和沙拐棗（0.721 8）；第3類表現(xiàn)一般，得分為0.60～＜0.70分，共2種，分別為紅柳（0.685 8）和籽蒿（0.673 9）；第4類表現(xiàn)較差，得分＜0.60分，共5種，分別為枸杞、沙棘、四翅濱藜、沙木蓼和紫穗槐。

從以上結(jié)果可以看出，得分0.60分以上的樹種共有8個，分別為白刺、梭梭、檸條錦雞兒、花棒、中間錦雞兒、沙拐棗、檉柳、籽蒿，可作為武威東沙窩防風(fēng)固沙的適宜植物。

4結(jié)論討論

武威東沙窩沙旱生植物適宜性評價結(jié)果表明，生態(tài)適應(yīng)性權(quán)重最大，其種群存活率、植株枝條成活率權(quán)重均居前列。因此，沙旱生植物的種群存活、植株枝條的成活是獲得沙旱生植物適宜性評價優(yōu)良結(jié)果的決定因素。該結(jié)論也與實際沙旱生植物表現(xiàn)是相一致的。

調(diào)查評價的13種沙旱生植物，其中白刺、梭梭2種得分最高，表現(xiàn)優(yōu)秀；檸條錦雞兒、花棒、中間錦雞兒、沙拐棗表現(xiàn)良好，在防風(fēng)固沙實踐中可對這些樹種進行廣泛的保護和應(yīng)用。

通過評價與實際對比，白刺、梭梭、檸條錦雞兒、花棒、中間錦雞兒、沙拐棗、檉柳、籽蒿等8種沙旱生植物可作為武威東沙窩防風(fēng)固沙的適宜性植物。

此外，本研究是根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗對沙旱生植物進行適宜性評價的一次探索，旨在指導(dǎo)防治風(fēng)沙的具體實踐。因此，該評價主要基于沙旱生植物形態(tài)、能效等外在表現(xiàn)以及植被營建資料開展的，未涉及沙旱生植物生理指標(biāo)等深層次因素，尚需在以后工作中進一步探索完善。

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