孫亞榮, 白應(yīng)飛, 王亞娟, 景雪東, 趙 敏, 萬星星, 陳云明,2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 2.中國科學(xué)院 水利部水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 3.延安市退耕還林工程管理辦公室, 陜西 延安 716000;4.延安市林業(yè)局, 陜西 延安 716000; 5.延安市天然林資源保護(hù)工程管理辦公室, 陜西 延安 716000)

延安市地處黃土高原腹地，由于不合理的土地利用、毀林開荒等人類活動(dòng)和惡劣氣候的雙重脅迫，使該區(qū)域植被遭到破壞，水土流失嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)厣鐣?huì)的可持續(xù)發(fā)展。退耕還林草工程可根據(jù)區(qū)域自然條件，社會(huì)經(jīng)濟(jì)需求，有目的地對(duì)生態(tài)系統(tǒng)各種資源進(jìn)行改變，常作為優(yōu)化環(huán)境，擴(kuò)充森林資源，保水保土等重要手段被廣泛使用[1-3]。作為我國迄今為止政策性最強(qiáng)、涉及面最廣、投資性最大、群眾參與程度最高的一項(xiàng)重大宏偉項(xiàng)目[4]，對(duì)抑制和扭轉(zhuǎn)生態(tài)環(huán)境的惡化至關(guān)重要，在促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，統(tǒng)籌人與自然和諧發(fā)展的科學(xué)道路與生態(tài)文明建設(shè)中意義重大。

自1999年以來，延安市在黨中央、國務(wù)院號(hào)召帶領(lǐng)下，率先在全國開展了大規(guī)模退耕還林草工作，2013年再次率先啟動(dòng)新一輪退耕還林草工作，以其執(zhí)著的“延安精神”，掀起了一場波瀾壯闊的“綠色革命”。截至2016年底，該區(qū)累計(jì)完成退耕還林草總面積7.143×105hm2，其中退耕還林面積4.378×105hm2，荒山造林面積2.601×105hm2，封山育林面積1.64萬 hm2[5]。經(jīng)過20 年退耕還林草工程，植被恢復(fù)成效顯著，有效遏制了區(qū)域水土流失，入黃泥沙量銳減，生物多樣性增加，使延安市成功實(shí)現(xiàn)了由黃到綠的歷史性變化，為全國生態(tài)修復(fù)提供了“延安樣本”。在以往的研究中，有關(guān)該區(qū)退耕還林草工程在降低黃土高原土壤侵蝕、減少水土流失以及提高植被覆蓋等方面成果豐碩，如謝怡凡等[6]以延安市土地利用/植被蓋度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，評(píng)估了當(dāng)?shù)?000—2018年生境質(zhì)量的時(shí)空演變格局及其驅(qū)動(dòng)因素，并表明該區(qū)生境質(zhì)量整體增加，空間呈現(xiàn)南高北低；朱會(huì)利等[7]表明2000—2012年延安市退耕還林草的植被覆蓋度整體趨于上升趨勢；陳雅茹等[8]對(duì)延安市1995—2007年退耕還林草前后的水土保持功能價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，并發(fā)現(xiàn)單位面積植被的土壤保持功能表現(xiàn)為林地>疏林地>草地>耕地，同時(shí)水土保持量呈現(xiàn)由東北向西南增加的趨勢，且以輕度和中度侵蝕為主[9]。

目前為止，延安市退耕還林草工作成效卓越，研究成果的數(shù)量和質(zhì)量逐年上升，但主要集中于對(duì)單一指標(biāo)成果評(píng)價(jià)，針對(duì)區(qū)域退耕還林草植被恢復(fù)取得成果的綜合評(píng)價(jià)研究較少，尤其在植被的空間分布、生態(tài)經(jīng)濟(jì)林種和類型等方面仍缺乏深入的系統(tǒng)性分析與評(píng)價(jià)。鑒于此，為進(jìn)一步加強(qiáng)當(dāng)?shù)赝烁€林草工程的科學(xué)性和合理性，本研究以延安市1999—2018年退耕還林草數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，揭示區(qū)域植被恢復(fù)概況，闡明該區(qū)退耕還林草工程中存在問題，提出適宜當(dāng)?shù)赝烁€林草發(fā)展的方向，為區(qū)域退耕還林草工程的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

延安市位于陜西省北部，黃土高原中部(35°21′—37°31′N，107°41′—110°31′E)，以丘陵溝壑區(qū)為主，地勢北高南低，全市總面積3.7萬km2，占全國土地面積的0.39%，人口228.26萬，是全國總?cè)丝诘?.16%，表現(xiàn)為人口分布稀疏，礦產(chǎn)資源豐富，該區(qū)氣候夏季炎熱少雨，晝夜溫差大，降水量少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，屬典型的大陸干旱半干旱氣候。自1999年實(shí)施退耕還林草工作后，截止2018年延安市退耕還林草面積達(dá)71.82萬hm2，其中共營造生態(tài)林67.60萬hm2，以刺槐(Robiniapseudoacacia)和沙棘(Hippophaerhamnoides)為主，退耕還林中生態(tài)經(jīng)濟(jì)樹種主要有蘋果(Maluspumila)、棗(Ziziphusjujuba)、梨(Pyrusspp)、核桃(Juglansregia)和花椒(Zanthoxylumbungeanum)等15種，共涉及13個(gè)行政區(qū)。

2 數(shù)據(jù)來源

本研究所使用的延安市各區(qū)縣退耕還林草植被類型、林種分布和植被覆蓋度的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來源于延安市退耕還林辦公室，并結(jié)合延安市的退耕還林草植被類型數(shù)據(jù)整理所得延安市各區(qū)縣喬灌草的空間分布特征，水土流失面積減少量和固土等水土保持效益數(shù)據(jù)來自延安市2018年第五屆六次《政府工作報(bào)告》和《2018年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃執(zhí)行情況與2019年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃草案報(bào)告》。

3 結(jié)果與分析

3.1 延安市退耕還林草實(shí)施概況

3.1.1 退耕還林草面積及區(qū)域分布 截至2018年，延安市累計(jì)完成退耕還林草面積71.82萬hm2，在吳起縣和安塞區(qū)最高，分別占13.78萬hm2，9.49萬hm2，其中退耕還林草工程中主要以退耕還林為主，占總退耕還林草工程的61.49%，其次為荒山造林(36.22%)，封山育林面積最小(2.28%)(表1)，退耕還林與荒山造林面積分別是封山育林面積的26.93倍和15.87倍。延安市各區(qū)縣退耕還林面積中，吳旗縣退耕面積最高，達(dá)7.69萬hm2，占全市退耕還林的17.4%，其次為安塞區(qū)(5.65萬hm2)、志丹縣(5.51萬hm2)、寶塔區(qū)(4.68萬hm2)和延川縣(4.85萬hm2)，黃陵縣最少，為0.29萬hm2，僅占區(qū)域退耕還林的0.66%?；纳皆炝质鞘兄本种饕烁€林草工程，當(dāng)?shù)鼗纳皆炝置娣e0.38萬hm2，相當(dāng)于延安市荒山造林面積的1/76，安塞區(qū)和志丹縣分別達(dá)3.66萬hm2，3.47萬hm2，累計(jì)占荒山育林總面積的27.4%。封山育林在退耕還林草工程中占比均較小，各區(qū)縣分別在0.08～0.21萬hm2間波動(dòng)。

表1 延安市各縣退耕還林草工程分布特征

3.1.2 退耕還林草中植被覆蓋度的空間變化 植被覆蓋度指植被在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計(jì)區(qū)總面積的百分比[10]，是評(píng)判區(qū)域生態(tài)環(huán)境的重要指標(biāo)[11]。2000—2018年延安市平均植被覆蓋度隨時(shí)間整體呈上升趨勢，與延安市北部變化趨勢相近，全市退耕還林草平均植被蓋度由2000年的46.1%增加到2018年的78.4%，植被蓋度增加了32.3%，延安市北部平均植被蓋度從2000年的29.8%增加到2018年的70.6%，其中北部是延安市平均植被蓋度的0.90倍，平均上升了25.41個(gè)百分點(diǎn)，黃龍縣植被覆蓋度最高，達(dá)90.5%，其次為黃陵縣，為89.7%，吳起縣最低，僅為66.7%(圖1)。將延安市和延安市北部植被蓋度與統(tǒng)計(jì)年份進(jìn)行線性擬合發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)刂脖簧w度隨時(shí)間變化均存在顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.01)，相關(guān)系數(shù)R2分別為0.87，0.85(圖2)?？傮w來看，延安市退耕還林草主要集中于延安市北部，這主要受政策的執(zhí)行和落實(shí)情況以及地域小氣候變化影響。

圖1 2018年延安市各區(qū)縣植被覆蓋度 圖2 2000-2018年延安市植被覆蓋度

3.2 延安市各區(qū)縣退耕還林草中植被的分布特征

3.2.1 延安市各區(qū)縣喬灌草資源分布特征 在統(tǒng)計(jì)的延安市13個(gè)區(qū)縣退耕還林草中共營造喬木林、灌木林和草本植物47種，其中喬木林36種、灌木林9種、草本植物2種。表2為延安市退耕還林草工程中喬木林、灌木林和草本植被的配置，其中退耕還林草中喬灌草面積總體表現(xiàn)為喬木林(46.81萬hm2)>灌木林(25.01萬hm2)>草本植物(0.01萬hm2)，比例約4 680∶250∶1，喬木林是灌木林和草本面積的19倍和4 680倍。喬灌草分布表明，各區(qū)縣中喬木林在延川縣、寶塔區(qū)和延長縣較高，分別為7.09萬hm2，6.72萬hm2，5.00萬hm2，黃陵縣最少(0.78萬hm2)，灌木林在吳起縣(11.16萬hm2)、安塞區(qū)(4.77萬hm2)、志丹縣(4.13萬hm2)占比較大，草本植物均較少，僅有甘泉縣涉及，面積為0.01萬hm2。喬灌比例除安塞區(qū)和志丹縣在1∶1外，其余比例均存在差異，其中黃龍縣和延川縣喬灌差異最大，達(dá)87倍和64倍，使得延安市退耕還林草表現(xiàn)為林分結(jié)構(gòu)簡單，空間利用率低，重喬輕灌草嚴(yán)重。

3.2.2 延安市各區(qū)縣中植被類型分布特征 統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，延安市退耕還林草主要代表喬灌種有刺槐、沙棘、側(cè)柏(Platycladusorientalis)、山杏(Armeniacasibirica)和蘋果，分別占退耕還林草總面積的47.93%，28.81%，4.71%，4.42%和2.96%，累計(jì)占88.83%(表3)。通過分析各區(qū)縣退耕還林草植被表明，各區(qū)縣退耕還林植被均以刺槐為主，在寶塔區(qū)(5.48萬hm2)、子長縣(5.2萬hm2)等北部地區(qū)較高，最大極差達(dá)5.27萬hm2，這主要是因刺槐在干旱地區(qū)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，成活率高，在保持水土、抵抗侵蝕方面有一定優(yōu)勢。其次退耕植被主要為灌木沙棘，經(jīng)濟(jì)林主要以蘋果為主，在寶塔區(qū)(0.86萬hm2)、安塞區(qū)(0.30萬hm2)、延川縣(0.25萬hm2)和延長縣(0.20萬hm2)等地區(qū)占比均較大，山杏主要集中于子長縣(0.94萬hm2)、安塞區(qū)(0.62萬hm2)、延長縣(0.61萬hm2)和甘泉縣(0.41萬hm2)，不同植被類型在黃陵縣與黃龍縣中均涉及較少。

表2 延安市各區(qū)縣喬灌草分布特征

3.2.3 延安市各區(qū)縣中林種分布特征 表4生態(tài)林與經(jīng)濟(jì)林面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，該區(qū)退耕還林草工程以生態(tài)林為主，占退耕還林草總面積的94.04%(67.54萬hm2)，而生態(tài)經(jīng)濟(jì)林僅占5.96%(4.28萬hm2)，生態(tài)林與經(jīng)濟(jì)林面積比達(dá)16∶1，且經(jīng)濟(jì)樹種以山地蘋果、山杏和山桃等為主(表3)，均以零星種植為主。其中生態(tài)林中退耕還林面積是荒山造林和封山育林的1.5倍和24.5倍，經(jīng)濟(jì)林在封山育林和荒山造林中均未涉及。以延安市各區(qū)縣為單元分析，退耕還林中生態(tài)林主要集中于吳起縣(7.69萬hm2)、子長縣(6.18萬hm2)、安塞區(qū)(5.31萬hm2)和志丹縣(5.03萬hm2)，經(jīng)濟(jì)林分別在寶塔區(qū)(0.90萬hm2)、延長縣(0.70萬hm2)、延川縣(0.65萬hm2)、志丹縣(0.48萬hm2)和安塞區(qū)(0.34萬hm2)。通過對(duì)延安市各區(qū)縣的生態(tài)經(jīng)濟(jì)林比(8∶2)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，吳起縣生態(tài)經(jīng)濟(jì)林比例失衡最大，達(dá)14∶0，其次為安塞區(qū)，為27∶1，黃龍縣最小(8∶2)。

表3 延安市各區(qū)縣植被分布特征 萬hm2

表4 延安市各區(qū)縣生態(tài)林與經(jīng)濟(jì)林分布特征

3.3 延安市退耕還林草中植被的水土保持效益分析

根據(jù)延安市2018年第五屆六次《政府工作報(bào)告》和《2018年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃執(zhí)行情況與2019年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃草案報(bào)告》記載，延安市年入黃河泥沙由治理前2.58億t(1999年)降為0.31億t(2018年)，降幅達(dá)87.98%，每年退耕還林草涵養(yǎng)水源6.0億m3，固土達(dá)1 044.1萬t，水土流失面積減少了6 716.2 km2。在延安市實(shí)施退耕還林草工程植被恢復(fù)后，每年吸收污染物7.9萬t，滯塵879萬t，吸滯TSP 703萬t；揚(yáng)沙天氣由退耕前的27.2次/年減少為2.7次/年，城區(qū)空氣優(yōu)良天數(shù)達(dá)到315 d。目前，省級(jí)以上自然保護(hù)區(qū)達(dá)到7個(gè)，其中國家自然保護(hù)區(qū)2個(gè)，13個(gè)縣區(qū)均被列為全國生態(tài)環(huán)境建設(shè)示范縣。區(qū)域水土流失現(xiàn)狀明顯好轉(zhuǎn)，新增水土流失治理面積1 000 km2，新增水土流失地區(qū)封育保護(hù)面積142.3 km2。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

(1) 2000—2018年延安市植被覆蓋度隨時(shí)間變化表現(xiàn)為顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.01)，增加32.3個(gè)百分點(diǎn)，決定系數(shù)R2為0.87。各區(qū)縣植被覆蓋度中黃龍縣(90.5%)和黃陵縣較高(89.7%)，而吳起縣則較低(66.7%)。

(2) 延安市退耕還林草植被主要以喬木刺槐和灌木沙棘為主，占退耕還林草面積的76.74%，草本植物僅在甘泉縣涉及，其中喬木林累計(jì)營造46.81萬hm2，灌木林25.01萬hm2和草本植物0.01萬hm2。而喬灌草比在黃龍縣差異最大(87∶0∶0)，其次是延川縣(64∶0∶0)，而甘泉縣中喬灌草比差異最小(261∶41∶1)。

(3) 到2018年為止，延安市累計(jì)實(shí)施退耕還林草面積71.82萬hm2，主要集中于延安市北部(吳起縣、安塞區(qū)、志丹縣、子長縣、延川縣、寶塔區(qū)和延長縣)，分別占延安市退耕還林草總面積的19.18%，13.21%，12.59%，10.75%，10.03%，9.91%和8.35%。退耕還林草以生態(tài)林為主，面積達(dá)67.54萬hm2，而經(jīng)濟(jì)林僅占退耕還林草面積的4.28萬hm2。

4.2 建 議

退耕還林草工程是我國實(shí)施西部大開發(fā)項(xiàng)目的重要政策之一，1999年國務(wù)院提出了退耕還林草工程，2002年國務(wù)院根據(jù)《退耕還林條例》將退耕還林草工程分為：退耕還林、封山綠化、以糧代賑和個(gè)體承包四部分，并在延安市率先開展了退耕還林草試驗(yàn)點(diǎn)。從整體上看，延安市退耕還林草取得了顯著成效，但仍存在一些問題，本研究針對(duì)延安市退耕還林草工程實(shí)施成效，剖析以下存在問題(植被覆蓋度高，喬灌草空間分布不均，生態(tài)林與生態(tài)經(jīng)濟(jì)林的科學(xué)配置)，并對(duì)延安市新一輪退耕還林草工程提出以下建議：

(1) 明確延安市各區(qū)縣退耕還林草植被覆蓋度最優(yōu)閾值。植被覆蓋度是表征森林生態(tài)系統(tǒng)中喬木林和灌草間相互關(guān)系的一個(gè)重要指標(biāo)，可從側(cè)面反映森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如高蓋度的植被導(dǎo)致區(qū)域蒸騰耗水增加，使得土壤水分對(duì)植被供需不足，特別是典型水資源稀缺的黃土高原地區(qū)，供水的不平衡致使土壤干燥化，延安市出現(xiàn)許多“小老頭”樹就是一個(gè)范例[12]。因此，在森林生態(tài)系統(tǒng)中喬木林覆蓋度應(yīng)存在一個(gè)閾值，使得植被蓋度處于閾值兩側(cè)時(shí)生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)截然不同的變化特征[13]。如果忽視植被的閾值效應(yīng)，就可能導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不合理，最終影響森林生態(tài)系統(tǒng)功能。如張軍澤等[14]表明，在植被恢復(fù)中喬木層閾值為42.85%，當(dāng)蓋度超過該值后，林下灌草覆蓋度開始下降；索立柱[15]以安塞區(qū)為研究對(duì)象，分析不同喬灌林地的最優(yōu)植被蓋度，并提出當(dāng)植被蓋度降低25%～50%時(shí)，可有效減少土壤干燥化。因此，確定該市各區(qū)縣的植被閾值對(duì)區(qū)域今后退耕還林草意義重大。在高蓋度的區(qū)縣可通過撫育間伐以喬木林為主的高密度人工林，有效降低植被蓋度，而對(duì)低蓋度的地區(qū)，可靈活選擇植被，提高植被蓋度，發(fā)揮退耕還林草的最大效益。最后，只有靈活把握選種育苗、適地栽種、撫育間伐、防治病蟲害等環(huán)節(jié)的配合與管控，才能實(shí)現(xiàn)植被的快速發(fā)展。然而，對(duì)延安市各區(qū)縣的植被閾值鮮有研究，可作為今后的研究方向。

(2) 科學(xué)配置生態(tài)系統(tǒng)中喬灌草空間分布。喬灌草植被的空間配置作為植被建設(shè)的核心，其目的不僅能解決喬木林、灌木林和草本植物的空間配置及比例問題，也關(guān)系到喬灌草的物種選擇和生態(tài)及生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)維持和提高森林生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性至關(guān)重要[16-17]。辛云玲等[18]以延安市為例，分析水土保持林樹種的空間林分結(jié)構(gòu)特征，結(jié)果表明延安市林層結(jié)構(gòu)簡單，成層性不強(qiáng)，更新困難，而在林分水平結(jié)構(gòu)上延安市植被主要表現(xiàn)為植被單一、林齡較高且相近[19]；郭彪等[20]以喬木小葉楊、灌木沙棘和撂荒地為研究對(duì)象，分析其土壤水分變化特征，并表明在植被的恢復(fù)重建過程中，需調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，改善喬灌草比例，實(shí)現(xiàn)多樣化植被恢復(fù)，合理分配種群密度，構(gòu)建相對(duì)平衡的植被群落，減少個(gè)體與群落間矛盾[21]。因此，在新一輪退耕還林草中要特別重視喬灌草的合理搭配，在遵循造林基本原則(宜林則林、宜草則草、宜荒則荒)的基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域自然植被的地帶性分布和局部小氣候，充分考慮林草比例和物種選擇，既實(shí)現(xiàn)喬灌草空間合理分配，又達(dá)到土地資源合理利用的目的。如近年來品質(zhì)優(yōu)良的苜蓿在多數(shù)地區(qū)成為首推草種，但對(duì)于地處干旱半干旱的黃土丘陵區(qū)，在草本植物的推廣過程中重點(diǎn)關(guān)注草種的抗旱節(jié)水。

(3) 協(xié)調(diào)生態(tài)林與生態(tài)經(jīng)濟(jì)林比例。經(jīng)濟(jì)林是除生產(chǎn)木材以外的果品、藥材、飲料和工業(yè)原料等為主要目的的經(jīng)濟(jì)林種，也是森林生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分[22]，其不但能有效增加人民收益，而且在促進(jìn)社會(huì)發(fā)展和蓄水保土等方面作用顯著，同時(shí)兼?zhèn)渖鷳B(tài)林、保障民生和改善當(dāng)?shù)厣钏降墓δ??？茖W(xué)規(guī)范經(jīng)營經(jīng)濟(jì)林亦可起到保水保土效果[23]。根據(jù)最新退耕還林條例，生態(tài)林與經(jīng)濟(jì)林比應(yīng)維持在8∶2，即經(jīng)濟(jì)林比重應(yīng)不低于退耕還林草面積的20%，所以生態(tài)林與經(jīng)濟(jì)林比成為延安市退耕還林草的重要存在問題。因此，在今后工作中，我們應(yīng)堅(jiān)持以生態(tài)林為主，根據(jù)區(qū)域氣候、地形等特點(diǎn)發(fā)展特種生態(tài)經(jīng)濟(jì)林，特別是果業(yè)和草地畜牧業(yè)，如近年來新興的洛川蘋果、安塞蘋果等。然而在發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟(jì)林過程中，不僅要提高生態(tài)經(jīng)濟(jì)林?jǐn)?shù)量，還要重視其質(zhì)量，以提高農(nóng)民積極性，保證就業(yè)增收。同時(shí)，堅(jiān)持“生態(tài)建設(shè)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)業(yè)建設(shè)生態(tài)化”的基本理念，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，因地制宜選擇林種，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)既能綠水青山，又能金山銀山的奮斗目標(biāo)，滿足社會(huì)對(duì)林業(yè)多樣化發(fā)展的需求[24]。

致謝：退耕還林草作為國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，不僅有較好的經(jīng)濟(jì)效益，也對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大影響。目前，延安市退耕還林草工程成果顯著，同時(shí)也存在一些問題，而這些問題的解決離不開政府和人民的共同努力。最后，作者在此非常感謝陜西省延安市退耕還林辦公室提供的有關(guān)退耕還林草工程數(shù)據(jù)及相關(guān)建議和信息協(xié)助。