甘肃中部退耕还林还草气候适应性分析——以定西市为例

张 玲

(1.甘肃省气象信息与技术装备保障中心,甘肃 兰州 730020；2.甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室,甘肃 兰州 730020)

为了治理水土流失，改善生态环境，国家制定并实施了“退耕还林还草”重大战略决策。中国科学院学部[1]（2003）的咨询报告指出，在黄土高原地区退耕还林(草)过程中植被重建须遵循植被的地带性规律和非地带性特征。可见，植被的生长发育与气候、地形特征等关系密切，做好不同植被的气候适应性分析是退耕还林(草)的前提，同时也是确保退耕还林(草)工程取得成效的关键。

自退耕还林还草重大战略实施以来，从土壤生态变化、地表沙化、环境影响、粮食安全及对策等方面开展了大量的研究。贺金红[2]（2006）研究了黄土高原地区退耕还林(草)与粮食安全的关系的问题。姚蓉[3]（2014）针对黄土高原地区退耕还林(草)建设存在的缺乏科学合理的长期规划,等问题,提出巩固退耕成果的思路，完善技术投入体系，建立草畜转化新机制。侯军岐[4]（2002）以常规树种为例比较分析了黄土高原地区退耕还林还草的经济效果.从而提出一些政策建议。

位于甘肃中部的定西市是全国水土流失最为严重的地区之一[1]，全市总国土面积3638hm2，水土流失面积达3300hm2。严重的水土流失和水资源的极端缺乏，是导致定西生态环境恶化和经济落后的主要根源[6]。1983年，定西被列为国务院“三西”建设重点县和全国水土保持重点治理地区。1999年10月被确定为退耕还林工程试点县，2000～2001年全县完成退耕还林4651hm2，2002年被列为甘肃省退耕还林示范县，完成退耕还林近1.3万hm2。目前，定西地区林业用地面积约50万hm2，其中林地21万hm2，占林业用地面积的41%，天然林木面积9万多hm2，占有林地面积的43%，人工林面积11万多hm2，牧草种植面积10万hm2。全区平均森林覆盖率9.5%，现有活立木总蓄积510万m3，且以年净生长率3%的速度递增。通过多年的实践，培育、引进了适合该区不同气候类型的树种、草种。本文通过对主要树种、草种的气候适应性分析，确立适宜种植的区域，提出发展思路，为该区退耕还林还草、改善生态环境提供科学依据。

1 资料与方法

选取1999～2019年甘肃省定西市7个国家级气象观测站年温度、降水量等资料和92个区域自动站气象观测资料及站点信息。

选取年平均气温 （Ta）、极端最低气温（eTmin）、10℃以上积温（aT10）和年降水量（R）作为气候区划因子。采用多元回归分析方法，分别将7个国家站的年平均气温、10℃以上积温与经度、纬度、海拔高度等地形因子进行回归分析，回归模型如下：

式中：Y 表示区划指标；X1、X2、X3分别表示经度、纬度、海拔高度；β表示残差。

针对选出的气候区划因子，根据林草的气候适宜性划分为适宜、较适宜和不适宜3个等级，等级划分标准见表1。另外，不同环境因子对植物的影响程度不同，需结合不同植物对环境影响因子赋予权重。其中，研究区树类采用等权重赋值，各区划因子的权重均为0.25，而草类则根据各因子对草的影响程度赋予不同的权重，Ta、eTmin、aT10和 R 分别为 0.2、0.25、0.25、0.3。

表1 甘肃定西市林草气候适宜性等级划分

2 林木和牧草的气候适宜性区划

根据表1气候适宜性等级划分标准，结合各自权重，得到定西市林木和牧草的气候适宜区（如图1所示）。可以看出，乔木和灌木适宜种植在临洮、渭源、陇西西南部及漳县、岷县，漳县南部和岷县尤其适宜种植。牧草种植区较林木略大，包括临洮、渭源、陇西、安定区西南部、通渭县中南部、漳县、岷县等，其中岷县中东部尤其适宜种植。

图1 林木（a）和牧草（b）生长适应区

3 主要树种的气候适宜性

3.1 主要树种生物学特性

3.1.1 油松

油松属暖温带树种，主根强壮，侧根伸展，组成强大的根系群，能充分吸收土壤中的养分，耐瘠薄，是喜光树种，但幼龄耐蔽阴。该树种较耐旱耐寒，是黄土高原干旱、半干旱荒山造林的树种，一般分布在海拔2200～2700m的山地阴坡、半阴坡。油松分布的下限气象指标为：年平均气温为4.3℃，1月平均气温-12.4℃，7月平均气温18.1℃，年极端最低气温-27.9℃，年平均雨量305mm。分布上限气象指标为：年平均气温1.5℃，1月平均气温-15.2℃，7月平均气温15.3℃，年平均降水量434mm。由此可知，年降水量300mm以上的山地阴坡、半阴坡，适宜营造油松林，而年降水量450mm以上地区，15～25a就能兼伐椽材。

3.1.2 侧柏

侧柏是黄土高原丘陵沟壑区营造水土保持林的主要树种之一[7]。它的气候适应性强，可在寒温带、暖温带栽种。在年平均气温8～16℃，年降水量300～1600mm的地区均适宜栽种。侧柏能耐-35℃的低温，且具有极强的抗旱能力，持久干旱仍能正常生长，唯不能抗风害，冬春季风大易发生枯梢现象。对土壤要求不严，是针叶树中最耐盐、碱的树种。为定西市干旱、半干旱山地阴坡造林的优良树种。

3.1.3 青杨

青杨速生、抗旱、出材率高。喜温凉湿润气候，比较耐寒（能耐-30.0℃低温，且能开花结果），较暖地区生长较差，抗旱，不耐水淹，对土壤要求不严，但盐碱地不能生长，海拔800～3000m的地方都能生长。树液流动平均气温2.5℃，开花—出叶平均气温9.0℃以上，5.5℃全部落叶，要求0℃以上积温日数190d以上，0℃以上的积温在2000℃以上的地方生长发育良好，适宜的年降水量在300～6000mm。

3.1.4 柠条

柠条是一种灌木，其根深、枝多、叶茂、耐寒、耐旱、耐瘠薄，具有固土保水、改良土壤的作用；平茬萌蘖力强，生长迅速（4a平茬亩产干柴175kg，6a生的为252kg，10a生的1163kg），枝干坚实，外被腊质，易燃、火力旺，是很好的薪柴，还能编织，嫩枝可作饲料、肥料，是半干旱山区荒山造林的主要灌木品种。它喜光、耐塞（可耐-32.7℃的低温，冻土深度1.28m）、耐高温，幼苗较怕旱，需要在湿润土壤中才能成活生长，两年后十分耐旱，土壤过湿反而生长不良，一般4月上、中旬萌芽，5月开花，6月中旬至7月上旬成熟，11月上、中旬落叶，一年中5～7月生长快，8月减退，9月逐渐停止生长。

3.1.5 沙棘

沙棘是一种多年生的灌木或小乔木，属于胡颓子科(Elaeagnaceae)，沙棘属 (Hippophae Lin)。沙棘属植物枝叶茂密、根系发达、有根瘤，且生长迅速，抗干旱风沙、耐盐碱瘠薄、御严寒酷暑，具有保持水土、防风固沙、改良土壤和适应性强等促进生态平衡的作用，富含生物活性物质和氨基酸、脂肪酸、微量元素等，具有广泛的营养保健和药用价值，受到人们的高度重视[8]，有黄土高原及其他水土流失地区的生态“维生素”之称。

大多数林木在日平均气温5.0℃开始生长，通常把日平均气温稳定通过5.0℃的界限作为树木生长期，10.0℃以上积温持续期为活跃生长期。根据上述标准，得到甘肃定西市林木生长期155.3～209.4d，活跃生长期93.7～155.9d（见表2）。

表2 甘肃定西市林木生长期及活跃生长期天数（d）

另外，从油松、侧柏、青杨、柠条、紫穗槐、榆树、毛条、沙棘等树种的水热适宜条件来看，这些树种在定西地区均适宜种植。

3.2 主要树种的气候适宜种植区划

根据定西市气候资源特征，以地形、地貌、气候为主导因子，将全市划分为2个林业种植区：北部干旱区和南部高寒阴湿区（图1）。其中，北部干旱区包括定西、通渭、陇西和临洮北部、渭源北部，主要适宜种植柠条、刺槐、山杏、沙棘、山毛桃、侧柏、红柳等树种；南部高寒阴湿区包括临洮南部、渭源南部及漳县、岷县，适宜的树种主要有云杉、落叶松、沙棘等。

4 主要草种的气候适宜性

4.1 主要牧草的生物学特性

牧草的整个生长发育过程都与气候条件有关，气候条件决定着牧草种类的分布、品种的选择和引进、种植制度等。

4.1.1 紫花苜蓿

紫花苜蓿是我国栽培历史悠久的人工牧草，也是定西市种植比较广泛的优良牧草，被称为“牧草之王”。紫花苜蓿茎叶茂盛，植株高60～80㎝，茎粗0.7～0.9㎝，呈细空心；直根系，根深 2m 左右，粗 1～2㎝，根固氮肥田作用大，根茎均是营养价值很高的青绿饲料，干物质的蛋白质含量达18%～20%，为玉米的2.2倍，具有广泛的生态适应性和生长稳定性。因此，苜蓿成为该市种植业和畜牧业的重要纽带，不仅是优质饲料，也是作物轮作中主要养地品种，更是燃料不足的补充物。

紫花苜蓿抗干旱，耐瘠薄。从春季日平均气温稳定通过0℃返青到盛夏种子成熟，适宜的日平均气温为5～20℃，全生育期过程所需0℃以上积温为1700～2000℃，生长期 120～150d，且适宜在年降水量300～800㎜的地方生长。定西市2600m以下地区均能满足紫花苜蓿生长发育所需的温度和水分条件。紫花苜蓿在该区一年可割两次，最佳割草期以盛花期干物质增长量最大、蛋白质含量较高的6月中旬左右为好。秋季，当日平均气温稳定通过0℃终日前的10～20d，紫花苜蓿地上部分停止生长并进入越冬期，此时应进行第二次收割。紫花苜蓿在越冬期可耐-20℃左右的低温，故在该区可安全越冬。

4.1.2 红豆草

红豆草原产于欧洲，20世纪50年代引入我国栽培，为豆科植物，根系发达，并着生大量根瘤菌，能给土壤留下大量有机质和氮素。红豆草喜温凉，在凉爽气候下营养生长期长，产量高，若遇夏季高温，很快开花结籽，产量低；耐寒耐旱，抗旱抗寒能力较紫花苜蓿强。如通渭1981年10月初的强降温、1982年5月的倒春寒，均对红豆草未造成冻害，依然保持绿色，而苜蓿早已干枯。另外，红豆草返青期较苜蓿早一周，枯黄期比苜蓿迟半月，其适应性强，是种草养畜、草田轮作的优良牧草，干物质蛋白质含量达22%～23%。

红豆草生长迅速，结籽率高，籽粒较大，易得苗，有利于扩大再生产。定西市当年播种的红豆草就可完成全生育过程。从播种到种子成熟，需0℃以上积温2000℃左右，间隔日数130～150d；出苗至种子成熟，需0℃以上积温1800℃左右，间隔日数100～120d。二、三年生的红豆草返青后即进入分枝期，从返青至种子成熟全生育期需0℃以上积温1300～1500℃左右，间隔日数 80～120d；比当年播种收籽的积温少500℃左右，天数少20d左右。

红豆草适宜生长的海拔高度上限为2600m，其营养器官生长发育的适宜温度为9～13℃，16～20℃不适宜于红豆草生长；正常年份，从返青至种子成熟总耗水量255㎜，干旱年耗水量178㎜。因此，红豆草适宜在定西市播种。

在定西市，红豆草一般一年割两次，第一次在6月中、下旬，第二次在开花盛期10月上旬左右，最佳割草期为盛花期，草的产量最高。红豆草的产草量与分枝期的气温呈反相关，即产草量随分枝期气温的升高而下降，适宜温度为4～10℃，温度过高，分枝期缩短，分枝数减少，不利于营养器官的生长，产量明显下降。在开花期，红豆草具有很强的感光性和感温性。晴天温度适宜时，花朵开放的数量随温度的升高而增加，当温度在20～25℃范围内，温度越高，开花数量越多；在阴天，开花时间比晴天短，开花数量明显减少。因此，晴天有利于红豆草生长发育。

4.1.3 草木栖

白花草木栖具有兼饲料、肥料、燃料及蓄水保土等多种性能，深受干旱地区群众的欢迎，被誉为“宝贝草”。草木栖抗干旱，耐低温，耐瘠薄，适应性强，在本区可大面积播种。

草木栖可耐-30℃的低温，适宜年降水量300～500㎜，适宜种植范围与紫花苜蓿相似。当年夏播的草木栖，发育期只能到分枝期，第二年才能完成全生育过程。从返青至种子成熟需0℃以上积温1600～1800℃，间隔日数100～120d。草木栖草质硬，火苗高，是解决干旱区燃料问题的好薪柴。在干旱少雨的自然条件下，大量种植草木栖，不但提供适当的饲料和燃料，还可保水蓄墒改善当地自然环境，进而影响气候。

4.1.4 毛苕子

毛苕子是优良的绿肥牧草，茎嫩而软，叶量大，产量高，易压青腐化，既是水田套种的好绿肥，又是旱地轮作肥田养地作物，更是养猪的好饲料。毛苕子能耐-30℃的低温，在年降水量450㎜左右的地方或可灌溉区栽培。

4.1.5 小冠花

小冠花有很强的走茎和许多侧茎，生长迅速，能很快形成密集的草层，覆盖率高，结籽率、自繁率高，是荒山种植很有前途的草种，适合本区干旱地区封山绿化。

4.2 主要牧草适宜性气候区划

光、热、水、风等气候因子对牧草的生长发育具有重要的制约和促进作用。它决定和影响着牧草的种植结构、生长发育、形态特征、产量品质等。

光照是牧草生长的能量来源，在太阳光照下，牧草通过光合作用制造有机物质，维持其生命活动。定西市降水偏少，阴雨天数少，光照充足，太阳辐射量大，光合作用强，因此牧草积累的蛋白质等有机物含量较高，适合牧草生长。

温度是牧草生长的外在主要条件，只有当温度达到一定界限后，牧草才能正常生长发育。定西市山谷地区气温适宜，有利于牧草生长。

水分是牧草生长发育过程中所必需的，牧草从幼苗期至抽穗、开花期，水分均占组成物质的75%以上，并影响着牧草的种类特性、草场类型及产量与品质。定西市牧草多为豆科和禾本科，抗旱能力强，且牧草茎叶茂盛，生长发育快，产量高，适口性好，适于大面积播种。

风对牧草生长发育有一定影响。一方面风可帮助牧草传播花粉和种子，使牧草受粉结籽，进行繁殖，同时通过风力改变牧草周围环境，促进牧草生长；另一方面，大风可加剧牧草叶片的蒸腾和地面水分蒸发，造成生理干旱，严重时可引起草场沙化，对牧草生长不利。

5 退耕还林还草生态环境建设的建议

定西市根据自然地理气候特征，尤其是水、热、土壤的立地条件，以集流林业为指导思想，以小流域为单元，集中连片规划。规划重点突出东河、西巩河和九华沟三个流域，国道、省道、县乡道三条通道，西岩山、南山、东山三条通道。林业等部门能“重心下移”，深入村社，指导以工程措施积蓄雨水、提高林草成活率，坚持高标准正方形集流坑和水平阶整地措施，创造了三种模式：一是实行林—草、林—草—林、草—林配置，采用漏斗集流坑整地栽树，使地表径流尽快进入植树穴，中间相隔2m的种草带，地埂灌木锁边，最大可能恢复植被；二是采用水平阶长方形漏斗集流坑整地栽树，坡面种草，坑边地沿红柳、沙棘灌木锁边；三是在西南部土石山区采用水平阶长方形漏斗集流坑或燕尾鱼鳞坑整地，坑内栽种落叶松、云杉等针叶树，坑边地埂沙棘锁边。先整地后栽树，抢墒栽树种草。事实证明，上述模式是一条成功经验[9]。科学选用林种时，需要考虑以生态林为主，适当栽种山杏等生态经济兼用林。栽植方式采用乔、灌、草带状混交方式，加大密度促使早郁闭，以保障林木的成活率。从抽样情况看，林木成活率普遍在85%以上，牧草成活率普遍在95%以上。这些经验值得在全区范围内推广及完善。全区在下一阶段的退耕还林工作中，要利用国家5～8a的补助及优惠政策，紧密结合经济社会发展战略，综合各种发展情况，全方位推进工作，同时要把退耕还林纳入国民经济与社会发展计划，编制每年退耕还林具体方案，确保逐步实施，实现“十年初见成效，二十年大见成效，五十年建成秀美山川”的目标。具体建议如下：

一是与经济社会的可持续发展结合起来。可持续发展不仅突出环境资源的价值，而且从动态角度强调永续利用，强调代际公平。实践证明，退耕还林是改善生态环境的重大工程。要保护和节约自然资源，尤其要注意保护和节约土地资源、水资源，改善农业生态环境[12]。以治水改土为中心，营造防护林，增加植被。定西地区7个县都受制于水资源的匮乏，应突出对水源的保护，把退耕还林的重点放在建立水源涵养林的区域。恢复流域植被，重点流域是当务之急。如大阴梁、四店梁一带涵养的是渭河水系，金钟乡和卓尼县交界处以及木寨岭一带涵养的是漳河水系，定西市应把重点放在东岳、黑山、高峰、香泉一线，保内官、香泉一带的地下水。同时要加大禁牧力度，强化管护措施，确保退耕还林成果，力争通过十年努力，使封禁区植被良好，林草丰茂，涵养水源的功能逐步完善，保证区域生态环境的可持续性。

二是与精准扶贫结合起来。要树立“绿水青山就是金山银山”的发展理念，把退耕还林作为调整农村产业结构、增加农民收入的一个重要手段。农村贫困区，大部分是生态贫困区，即生态环境基础脆弱，自然条件恶劣。生态恶化是贫困的重要原因，故而要确立生态扶贫思路，把生态恢复与保护作为脱贫发展的基本任务[10]。一些行政村耕作条件差、交通不便、农民生活相对贫穷，可以实行封禁绿化，劳务输出和异地开发，在农民自愿的基础上迁移人口，建立规划完善的生态中心村，从根本上解决贫困人口与生态环境的矛盾。

三是与发展生态农业相结合。生态农业最早于20世纪20年代兴起欧洲，随后在瑞士、英国、日本、以色列等国家得到发展，20世纪70年代末东南亚地区开始发展生态农业。定西地区发展生态农业，需通过植物在空间上和时间上的合理配置，结合动物的转化，重点发展农（种草）牧型、林（种植饲料灌木）牧型，提高资源利用率、土地生产率和劳动就业率。实践证明，定西地区发展绿色无公害农业，具有生态环境优势和资源优势，经济效益和生态效益比较明显[1 1]。生态环境优势主要表现定西地区远离大城市，受工业污染较轻，环境质量较好，是生产绿色无公害物种的理想基地。资源优势主要表现在该地区适宜种植许多药用植物、可食用植物，如苦菜、蕨菜、食用菌、当归、党参、红芪、黄芪、甘草、麻黄、冬虫夏草等。退耕还林过程就是调整农业结构的过程，在山区及半山区大力发展绿色产业与绿色食品的前景非常大，应探索发展节粮型草食畜牧业及保健食品，拓展农业资源开发的广度和深度。同时，可以与发展生态农业旅游结合起来。大力发展环境优美，充分利用农业资源，开发出以陇中农村独特的田园风光、农事劳作及风土人情为内容的旅游项目，促进发展。