氣候變化對(duì)環(huán)縣退耕還林還草的影響及應(yīng)對(duì)措施

劉英　周忠文　昔小麗　車向軍　杜軍

摘要：退耕還林還草是環(huán)縣半干旱區(qū)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的主方向，也是生態(tài)環(huán)境建設(shè)的一項(xiàng)重要工作，研究氣候變化對(duì)其影響有重要現(xiàn)實(shí)意義。采用氣候趨勢(shì)系數(shù)、氣候傾向率、累積距平、YAMAMOTO檢驗(yàn)法分析了環(huán)縣1957—2012年連續(xù)55年氣象資料。結(jié)果表明：55年來，環(huán)縣年平均氣溫增幅為0.43℃/10a，顯著高于全國年平均氣溫增幅0.22℃/10a的水平，而且年平均氣溫在1987年存在偏冷向偏暖的突變現(xiàn)象，突變前后平均氣溫上升了1.2℃；55a來，年降水量呈減少趨勢(shì)變化，減幅為15.4mm/10a，年降水日數(shù)也呈減少趨勢(shì)變化；氣候暖干化，造成本區(qū)熱量增加，光照豐富，也致使干旱、山洪、冰雹、霜凍等自然災(zāi)害加重，對(duì)退耕還林還草工作造成一定的影響。為了更好的應(yīng)對(duì)氣候變化帶來的影響，建議該地應(yīng)進(jìn)行種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，由以糧為主轉(zhuǎn)為以牧草、林木為主的經(jīng)營模式，改善生態(tài)環(huán)境。退耕還林還草應(yīng)走防護(hù)林和經(jīng)濟(jì)林相結(jié)合，喬、灌、草相結(jié)合的路子；應(yīng)選抗旱性和抗寒性較強(qiáng)本土樹種草種；草類、灌木可利用雨季進(jìn)行直播造林，提高在荒山、荒坡、荒溝等地的造林面積，喬木宜選用植苗造林方式，在春、秋兩季選取多株造林、遮陰造林等抗旱造林方法，噴灑增溫保墑劑，提高成活率；大力發(fā)展“121”雨水集流等水利工程，整地蓄水保墑，以水養(yǎng)林養(yǎng)草。

關(guān)鍵詞：氣候變化；環(huán)縣；退耕還林還草；應(yīng)對(duì)措施

中圖分類號(hào)：S162 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號(hào)：2014-0023

0 引言

環(huán)縣位于甘肅省東部，陜、甘、寧三省（區(qū)）交界地帶，地處毛烏素沙漠邊緣，屬黃土高原溝壑區(qū)，是半干旱區(qū)與干旱區(qū)的重要?dú)夂蜻^度帶，境內(nèi)群山起伏，梁峁縱橫，植被稀疏，土松水苦，自然環(huán)境嚴(yán)酷；加之群眾廣種薄收，亂開濫墾，地面植被遭到嚴(yán)重破壞，森林覆蓋面積不足3%，水土流失嚴(yán)重，生態(tài)失去平衡造成惡性循環(huán)，降水少，蒸發(fā)大，風(fēng)沙多，干旱化加劇，氣象災(zāi)害頻繁。退耕還林還草是近年來中國西部地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的一項(xiàng)重要工作，也是調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的主方向。環(huán)縣是一個(gè)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)非常脆弱的地區(qū)，1999年國家開始在該地區(qū)進(jìn)行退耕還林還草試點(diǎn)工作，并于2002年正式在全國啟動(dòng)退耕還林還草工程。氣候變化對(duì)西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響是多尺度、全方位、多層次的，正面和負(fù)面影響并存，氣候暖干化使得生態(tài)環(huán)境更加脆弱，大部分西北地區(qū)植被退化，西北地區(qū)東部草地退化率為45%，目前氣候變暖問題已成為國內(nèi)外研究的重點(diǎn)，中外學(xué)者在這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究工作，取得了很大的成果，尤其是氣候變暖對(duì)西北區(qū)和隴東地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響方面研究成果較多，張曉麗等對(duì)退耕還林還草的政策、效益方面進(jìn)行了分析，但對(duì)退耕還林還草的影響研究并不多。本研究重點(diǎn)分析氣候變化對(duì)環(huán)縣退耕還林還草的影響，從技術(shù)方面為環(huán)縣大面積實(shí)施退耕還林還草工程提出建議，有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 環(huán)縣55年氣候變化情況

1.1 資料和方法

選取環(huán)縣國家基本站1957—2012年的氣溫、降水量、日照、物候、災(zāi)害等資料，采用氣候趨勢(shì)系數(shù)、氣候傾向率、累積距平、YAMAMOTO檢驗(yàn)法，計(jì)算突變前后的信燥比，檢驗(yàn)氣候突變點(diǎn)，分析環(huán)縣55年來氣候變化情況及對(duì)退耕還林還草的影響。

1.2 氣溫的變化分析

從圖1情況分析可見，環(huán)縣逐年平均氣溫呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，從表1可見20世紀(jì)60年代平均氣溫最低，50年代后期為次低，70年代后期至80年代前期變化基本平穩(wěn)，80年代中期至90年代前期又為一較冷時(shí)期，氣溫變化劇烈，90年代后期到現(xiàn)在為一較暖時(shí)期，溫度距平均為正值。年平均最低氣溫為6.5℃，出現(xiàn)在1967年，為有氣象記錄以來最低的；2006年平均氣溫為10.9℃，為有氣象記錄以來最高的，最高與最低相差高達(dá)4.4℃。用最小二乘法計(jì)算變化趨勢(shì)系數(shù)，年平均氣溫的傾向率為0.43℃/10a，顯著高于全國氣溫增溫率0.22℃/10a，趨勢(shì)系數(shù)0.78。從表2可見，環(huán)縣四季中都有明顯的升溫趨勢(shì)，春、夏、秋季的升溫貢獻(xiàn)都很大；環(huán)縣年平均最高、最低氣溫都有上升的趨勢(shì)，但最高氣溫對(duì)升溫的貢獻(xiàn)明顯大于最低氣溫，氣溫日較差增大。通過累積距平分析（圖2），平均氣溫在1987年存在偏冷向偏暖的突變，通過YAMAMOTO檢驗(yàn)。從表3可見，突變前后年平均氣溫上升1.2℃，冬季平均氣溫上升1.3℃。

1.3 降水變化分析

從環(huán)縣年降水量變化曲線（圖3）可見，與全國的平均年降水量呈減少趨勢(shì)一致，環(huán)縣的55年來降水量總體呈逐漸減少的趨勢(shì)，傾向率為-15.4 mm/10a。從表4可見，環(huán)縣的年降水量出現(xiàn)兩高兩低，20世紀(jì)60年代是最多雨期，80年代是次多雨期，70、90年代是相對(duì)少雨期，60年代與90年代相差122.9 mm，進(jìn)入2010年后降水量略有回升。從季節(jié)變化趨勢(shì)來看，冬、春兩季的降水傾向率變化很小，分別為0.42 mm/10a、0.67 mm/10a，降水量的增加趨勢(shì)不明顯；夏、秋兩季的降水都是減少的，秋季降水減少最多，傾向率為-13.9 mm/10a，全年的降水減少主要是秋季引起的。從圖4可見，日降水量≥0.1 mm年平均降雨日數(shù)為83天，其中春季雨日占全年的24%左右，夏季占39%，秋季27%，冬季僅占10%；計(jì)算的年降水日數(shù)的氣候傾向率為-4.75 d/10a，降水日數(shù)大約每10年減少5天，大于年降水量減少程度，間接增大了降水強(qiáng)度，有利于局部大澇的形成。

2 氣候變化對(duì)環(huán)縣退耕還林還草的影響分析

2.1 對(duì)退耕還林還草有利的影響

2.1.1 熱量資源增加 環(huán)縣有明顯的大陸性季風(fēng)氣候特征：冬寒長，夏熱短，春暖遲，秋涼早，對(duì)樹木草類生長影響最大的是無霜期和冬季低溫。

隨著氣候變暖，1987年突變前與突變后年平均氣溫上升1.2℃，>0℃林木生長平均時(shí)間為255天，無霜期延長5天，≥0℃活動(dòng)積溫3456.9～4000.6℃，≥10℃活動(dòng)積溫2573.5～3466.2℃，熱量資源增加，引起生長期相應(yīng)延長，可以保證樹木、草類生長。

變暖后最冷月（1月）平均氣溫-3.8℃，上升1.3℃，極端最低氣溫25.1℃，樹木草類受凍害危害減輕，大部分樹木、草類可安全越冬。最熱月平均氣溫為21.5℃，極端最高氣溫38.6℃，高溫對(duì)樹木草類生長危害不大。

最高氣溫對(duì)升溫的貢獻(xiàn)明顯大于最低氣溫，造成氣溫日較差大，平均日較差為13.0℃，最大日較差為28.7℃，利于林木草類生長。

2.1.2 光能資源充分 環(huán)縣地處北溫帶，日照長，太陽輻射強(qiáng)。隨氣候變化，降水量減小，降水日數(shù)減少，全年光照時(shí)數(shù)增加，年日照百分率為58%～62%，日照總時(shí)數(shù)為2596.2～2766.4 h，全年太陽總輻射為6095 MJ/m2，與同緯度的蘭州、青島等地比較，環(huán)縣為日照時(shí)間較長，總輻射較高的地方之一。目前環(huán)縣大部分地區(qū)光能利用率只有0.13%，水肥較好的地方，光能利用率也只有0.77%，可見退耕還林還草提高光能利用率大有可為。

2.1.3 山區(qū)降水資源充沛 隨氣候變暖，環(huán)縣年總降水量呈減少趨勢(shì)，其中冬、春季有少量增加，夏、秋兩季的降水都是減少的，秋季降水減少最多。降水時(shí)空分布不均，由東南向西北逐漸遞減；降水年際變化大，最少年272.5mm，最多年812.9mm；降水季節(jié)分布不均，高度集中在7—9月，占全年降水的60%以上，且該時(shí)段降水強(qiáng)度較大，多形成地表徑流，利用率低；春秋季節(jié)降水較少，冬雪特少。但環(huán)縣土地資源豐富，全縣土地總面積9236 hm²，其中70%以上為山地，按年平均降水量350 mm計(jì)算，山區(qū)年降水量2.26億m³，是一個(gè)巨大的水資源庫nq，加以合理利用，可以滿足林木生長對(duì)水的需求。

2.2 對(duì)退耕還林還草不利的影響

2.2.1 干旱加劇 環(huán)縣為內(nèi)陸干旱氣候區(qū)，地表水匱乏，地下水位深，自然降水少且時(shí)空分布不均，局地性明顯，使干旱出現(xiàn)范圍廣，影響面寬。環(huán)縣50年來年平均氣溫增幅達(dá)0.43℃/10a，高于全國平均增幅（0.22℃/10a），年總降水量呈減少趨勢(shì)，傾向率為-15.4 mm/10a，加劇了干旱化程度，年大旱的概率增加5%。環(huán)縣干旱主要分春旱、春末初夏旱、伏旱、秋旱；環(huán)縣春季降水少、風(fēng)沙大土壤水分損失嚴(yán)重，出現(xiàn)春旱的幾率高達(dá)62%，直接影響植樹造林工作的開展和新植林木的成活，伏期（7月中旬到8月中旬）是林木蒸騰耗水最大時(shí)期，此期環(huán)縣一般降水較多，但降水強(qiáng)度較大，利用率低，出現(xiàn)伏旱的機(jī)率為40%，影響林木的生長和林區(qū)蓄墑。干旱成為當(dāng)?shù)赝烁€林，植樹種草的最主要?dú)庀鬄?zāi)害，水分不足是環(huán)縣植樹造林的最大限制因子。

2.2.2 暴雨冰雹增多 年降水量不多，且主要集中在汛期，多以陣雨形式下降，大一暴雨是全年降水的主要成分。50年來總降水量呈減少趨勢(shì)，傾向率為-15.4 mm/10a，年降水日數(shù)的氣候傾向率為-4.75 d/10a，增大了降水強(qiáng)度，更有利于局地大澇的形成，夏季異常降水極端氣候事件出現(xiàn)頻率增加，使大澇概率由7%增至10%。大一暴雨引起山洪暴發(fā)，造成水土流失嚴(yán)重，加重林區(qū)干旱程度，使樹木根系露出土面，破壞林草生長。冰雹也是環(huán)縣活動(dòng)頻繁的一種氣象災(zāi)害，平均每年都有2～3天，最嚴(yán)重的70年代平均每年11次，其中1977年達(dá)19次。冰雹對(duì)林木、花果造成機(jī)械砸傷，并常伴大雨出現(xiàn)，危害更大。

2.2.3 霜凍危害加重 霜凍對(duì)樹木危害主要指早、晚霜凍。晚霜凍指出現(xiàn)在4月后的霜凍，早霜凍指出現(xiàn)在10月前的霜凍，環(huán)縣晚霜凍出現(xiàn)在5月份的頻率達(dá)63%，出現(xiàn)在6月份的頻率也有25%，早霜凍出現(xiàn)在10月前的頻率有42%，早、晚霜凍不但縮短林草生長期，還可以造成林草受凍死亡。氣候變暖造成生長期延長，根據(jù)環(huán)縣農(nóng)氣站1986到2012年物候觀測資料分析，樹木春季萌動(dòng)提早2～5天，秋季落葉晚3～4天，早、晚霜凍危害加重。

2.2.4 大風(fēng)增多 環(huán)縣地處毛烏素大沙漠南緣，四季風(fēng)沙較大，氣候變暖，進(jìn)一步加劇大風(fēng)的危害，全年8級(jí)以上大風(fēng)達(dá)13-38天，平均為18天，最多達(dá)85天，環(huán)縣素有“一年一場風(fēng)，從春刮到冬”之說。大風(fēng)造成土壤風(fēng)蝕，肥力下降，跑墑快，林草的幼苗易發(fā)生風(fēng)抽死亡，并造成林木機(jī)械損傷，危害較大。

3 環(huán)縣退耕還林還草應(yīng)對(duì)措施

3.1 發(fā)展水利工程，整地蓄水保墑，以水養(yǎng)林

水分不足是環(huán)縣造林的主要限制因子，環(huán)縣地下水和地表水資源極為貧乏，應(yīng)高度重視環(huán)縣山區(qū)豐富的雨水資源，大力發(fā)展“121”雨水集蓄等水利工程。山坡平緩地帶修水平梯田，陡峭地段修反坡梯田或魚鱗坑，疏松土壤，加厚土層，改善土壤理化性質(zhì)，增強(qiáng)土壤蓄水保墑保肥能力。在徑流線上，發(fā)展各種雨水積蓄工程，挖蓄水坑，修筑澇壩等攔截雨水，把雨季多余的水積蓄起來，即可防止水土流失也可在干旱時(shí)灌溉，以水養(yǎng)林，可大大提高造林的成活率和經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 合理調(diào)整造林布局

環(huán)縣屬黃土高原半干旱地區(qū)，植樹造林應(yīng)走防護(hù)林和經(jīng)濟(jì)林相結(jié)合，喬、灌、草相結(jié)合的路子，根據(jù)氣候?qū)W方法估算，甘肅黃土高原區(qū)喬木林年蒸散耗水量大約350～540 mm，環(huán)縣降水基本可以滿足喬木和灌木成活和生長對(duì)水分的需求；但從梁峁上現(xiàn)有的側(cè)柏、油松、楊樹、榆樹、山杏等喬木和檸條、沙棘、沙大王、苜蓿、毛條、柳等灌木長勢(shì)看，喬木生長10多年后，樹高一般僅2～3 m，樹木直徑不超過5～10 cm，而且近幾年生長量極小，有的已成為“小老頭樹”，而灌木長勢(shì)基本良好；這些情況表明年降水量400 mm左右的環(huán)縣梁峁上，水分條件不能保證喬木良好成材，經(jīng)濟(jì)效益不大，梁峁上應(yīng)種植草類和灌木，陰坡上可種植少量稀疏的喬木，重點(diǎn)建設(shè)好防護(hù)林和生態(tài)林；河谷山川區(qū)應(yīng)植喬木、灌木和一些經(jīng)濟(jì)林木，重點(diǎn)建設(shè)好用材林和經(jīng)濟(jì)林。

3.3 選擇造林方式，掌握造林適宜期

造林分為植苗造林和直播造林2種方式。一般草類、灌木可利用雨季（5—9月）進(jìn)行直播造林，提高在荒山、荒坡、荒溝等地的造林面積；喬木宜選用植苗造林方式，以提高存活率。

造林適宜期應(yīng)根據(jù)各季節(jié)的溫度、日照、降水及土壤墑情確定，造林時(shí)期一般為春季、雨季或秋季。環(huán)縣雨季氣溫較高，日照強(qiáng)烈，苗木水分蒸騰快，容易造成苗木脫水、風(fēng)干，降低造林成活率。環(huán)縣秋季一般土壤水分較充足，但氣溫、地溫較高，早載植雖有利于根系愈合，但帶葉的苗木容易失水和出現(xiàn)根腐爛降低成活率，過晚載植，天氣已冷，苗木根系容易受凍，造林難以成活。環(huán)縣春季土壤返漿期是土壤墑情最好的時(shí)期，這時(shí)苗木已由休眠狀態(tài)復(fù)蘇，開始萌生新根，移栽后能較好的吸收土壤水分，根系從土壤中吸收的水分，能與苗木地上部分的蒸騰失水維持平衡，有利于苗木成活，因此環(huán)縣應(yīng)在春季土壤返漿期苗木根系開始萌發(fā)時(shí)造林較適宜。

3.4 選用適宜樹種草種，提高成活率

選用樹種時(shí)應(yīng)選抗旱性和抗寒性較強(qiáng)的樹種，防止早晚霜凍的影響。采用側(cè)柏、油松、楊樹、山杏、沙棘、毛條等本土樹種和紫花苜蓿、沙大王等本土草種，根系發(fā)達(dá)，抗旱性較強(qiáng)，不但能利用較深層次的水分，也能起到防止水土流失，成功把握性大；引進(jìn)樹種必須經(jīng)過較長時(shí)間氣候條件的試驗(yàn)觀察，其環(huán)境適應(yīng)性和生長表現(xiàn)確優(yōu)于當(dāng)?shù)貥浞N才能推廣載植。

3.5 選用幾種抗旱造林方法

3.5.1 看墑造林 土壤墑情好壞，直接影響造林成活率的高低。環(huán)縣多為沙壤土，沙壤土土壤重量含水率在10%～12%以上時(shí)，一般不灌水或少灌水可達(dá)到較高的成活率。土壤墑情較差的情況下，灌水有利于緩苗，生根和穩(wěn)定成活。

3.5.2 借墑造林 在干旱又無灌溉條件的地方，可在造林地附近的山洼、坡腳、溝底土層深厚處，取掉上層干土，取其下層濕土運(yùn)往造林地，在載植坑內(nèi)將一些濕土增培于苗木根部踩實(shí)，然后復(fù)上一層松土，增加了坑土底墑，容易踩實(shí)，以利緩苗，可提高林木成活率。

3.5.3 接墑造林 在土層較厚而上層土壤干旱的地方，先取掉土層干土，到下層墑情好處刨坑，刨坑時(shí)濕土放開，在坑內(nèi)植苗時(shí)再將濕土回埋到苗木根部，兩次埋土、踩實(shí)、再覆一層土。

3.5.4 開溝造林 干旱的山坡采用開溝造林，可以攔蓄雨雪和雜草枯落物，減少日光照射和旱風(fēng)吹襲，增加土壤水分，減少苗木蒸騰失水和土壤跑墑，有利于苗木成活。

3.5.5 采用化學(xué)藥劑造林 用ABT生根粉處理根、增溫保墑劑噴灑穴面、蒸騰抑制擠處理葉面等技術(shù)，可增強(qiáng)土壤保墑能力，大大減少水分蒸發(fā)，增高地溫，保持體內(nèi)水分平衡，促進(jìn)苗木生長，提高成活率。

3.5.6 多株造林在一個(gè)植株穴內(nèi)載植多株苗木，增加苗木的成活機(jī)率。干旱季節(jié)和干旱山地采用此法造林，雖成本較高，但可以大大提高造林成活率。

3.5.7 覆蓋造林遮擋法，在植穴陽光照射的一方，豎立起遮蔽體，遮擋陽光直射，減少苗木水分蒸騰，可以起到緩苗作用，有利于其成活。據(jù)環(huán)縣林業(yè)站研究，苗木新載植后，采用草類，石塊、地膜、黑網(wǎng)防曬膜等進(jìn)行覆蓋，成活率提高25%以上。

4 結(jié)論

（1）環(huán)縣55年來，平均氣溫呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，年平均氣溫的傾向率為0.43℃/10a，顯著高于全國氣溫增溫率0.22℃/10a；最高氣溫對(duì)升溫的貢獻(xiàn)大于最低氣溫，平均氣溫在1987年存在偏冷向偏暖的突變，突變前后年平均氣溫上升1.2℃，冬季平均氣溫上升1.3℃。55年來，降水量總體呈逐漸減少的趨勢(shì)，傾向率為-15.4mm/10a，秋季降水減少最多；年降水日數(shù)減少的氣候傾向率為4.75 d/10a。

（2）氣候暖干化，致使該地干旱、山洪、冰雹、霜凍等自然災(zāi)害頻發(fā)，但同時(shí)該地的熱量資源增加，生長期延長。為了更好的應(yīng)對(duì)氣候變化帶來的影響，該地應(yīng)進(jìn)行種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，由以糧為主轉(zhuǎn)為以牧草、林木為主的經(jīng)營模式。環(huán)縣地處毛烏素沙漠邊緣，多年來廣種薄收，亂開濫墾，地面植被遭到嚴(yán)重破壞，干旱化加劇，生態(tài)失去平衡造成惡性循環(huán)，氣象災(zāi)害頻繁，順應(yīng)天時(shí)，大力調(diào)整種植業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)行退耕還林還草工程將提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，有利于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)該加大實(shí)施力度。

（3）環(huán)縣退耕還林還草應(yīng)對(duì)措施：植樹造林應(yīng)走防護(hù)林和經(jīng)濟(jì)林相結(jié)合，喬、灌、草相結(jié)合的路子；應(yīng)選抗旱性和抗寒性較強(qiáng)的側(cè)柏、油松、楊樹、山杏、沙棘、毛條、紫花苜蓿、沙大王等本土樹種草種，根系發(fā)達(dá)，抗旱性較強(qiáng)，不但能利用較深層次的水分，也能林到防止水土流失；草類、灌木可利用雨季（5—9月）進(jìn)行直播造林，提高在荒山、荒坡、荒溝等地的造林面積，喬木宜選用植苗造林方式，在春、秋兩季選取多株造林、覆蓋造林等退耕還林還草方法，噴灑增溫保墑劑，提高成活率；大力發(fā)展“121”雨水集流等水利工程，整地蓄水保墑，以水養(yǎng)林養(yǎng)草。