黑龙江三北五期工程区造林面积时空变化及影响因素

崔琳　王力刚　张强　张玉柱　季晓慧　周佳奇

摘要：  對黑龙江省三北五期工程2011-2020年10年来造林面积变化时空特征进行分析，结果表明：10年间，黑龙江省三北防护林造林总面积呈先减后增再减态势，总量从2011年的9.93万hm2减少至2020年的4.38万hm2，不同造林方式下造林面积变化幅度也存在着时段性差异；造林面积整体呈现西高东低的分布格局，主要造林区域为哈尔滨、齐齐哈尔、绥化，占造林总面积的57%，灌木造林分布区域零星分散，退化修复改造面积分布区域则相对集中在黑龙江西部的松嫩平原，封山育林面积主要分布在黑龙江中东部山区以及北部小兴安岭余脉；气候、水分、地形、社会、前期工程建设等诸多因素均会对防护林建设产生影响。

关键词：  三北五期工程；  造林面积；  时空变化特征；  影响因素

中图分类号：   S 757. 3               文献标识码：   A                文章编号：１００1 － 9499（２０24）03 － 0054 － 04

Spatio-temporal Variation Characteristics and Influencing Factors of Protection Forest Area Change in the Five Phase of Three-North Shelterbelt Program Region of Heilongjiang

CUI Lin1 WANG Ligang1**ZHANG Qiang1 ZHANG Yuzhu1 JI Xiaohui1 ZHOU Jiaqi2

（1.  Qiqihar Branch of Heilongjiang Academy of Forestry，  National Permanent Scientific Research Base on Shelter forest in Nenjiang Plain，  Qiqihar 161005;  2.  Qiqihar University，  Heilongjiang Qiqihar 161003）

Abstract The spatio-temporal variation characteristics in the five phase of Three-North Shelterbelt Program region of Heilongjiang during 2011-2020 were analyzed. The results showed that： In the past 10 years， the total afforestation area of the Three-North Shelterbelt Program in Heilongjiang Province has decreased first， then increased and then decreased， the amount of  protection forest area from 99300 hm2 in 2011 to 43800 hm2 in 2020 is decreasing， and the change amplitude of afforestation area under different afforestation methods also varies in certain periods. The afforestation area was high in the west and low in the east. The main afforestation areas were Harbin， Qiqihar and Suihua， accounting for 57% of the total afforestation area. The shrub afforestation distribution area was scattered scattered， the degraded restoration and reconstruction area was relatively concentrated in the Songnen Plain in the west of Heilongjiang Province， and the afforestation area was mainly distributed in the mountains in the middle and east of Heilongjiang Province and the remnant of the Xiao Hinggan Mountains in the north. Many factors such as climate， moisture， topography， society and pre-construction will affect the construction of shelterbelts.

Key words the five phase of Three-North Shelterbelt Program； forest area change； spatio-temporal variation characteristics； influencing factor

为改变我国三北（西北、华北、东北）地区干旱、风害危害、水土流失等荒漠化表现异常突出的现状，1978年伴随着我国改革开放同步开启了重大林业生态工程，三北防护林体系建设工程（简称“三北工程”）[ 1 ]。三北工程规划历时73年（1978-

2050年），分三阶段八期，前五期工程累计完成营造林保存面积达3 174.29万hm2，工程区森林覆盖率达到13.84%，有效的改善了三北地区脆弱的生态环境[ 2 - 3 ]。

黑龙江省三北工程区是我国“两屏三带”生态安全战略格局中“东北森林带”的重要组成部分，也是保障国家生态安全、粮食安全和黑土安全的生态屏障[ 4 ]。20世纪50年代起，该地区就开始了防护林的建設，其中三北工程是黑龙江省实施的第一个林业重点生态工程，在森林资源增长空间中占有较大比重，承担着全省70%以上的造林任务，很大程度上改善了区域风沙危害和水土流失等恶劣的自然环境。经过40多年持续建设，截止到2020年五期工程结束累计造林288.3万hm2，初步形成了功能完善的综合防护林体系，在维护该地区的生态安全、抵御自然灾害、改善农牧业生产条件等方面发挥着不可替代的作用，充分认识项目区已建成的防护林的时空特征变化，对于采取积极应对措施及时调整和充实防护林建设的决策系统，具有现实和前瞻性意义。

因此，本文选择黑龙江三北工程区作为研究区域，对该地区刚结束的五期工程（2011-2020年）10年来的工程造林面积时空变化特征进行分析，进一步了解三北五期工程区防护林的建设情况，以期为黑龙江省三北生态建设、第三阶段防护林工程提升提供科学参考。

1 材料与方法

1. 1 研究区概况

研究区域位于我国东北部（43°25′～50°53′N，121°11′～135°05′E），包含黑龙江省12个城市（图1）。地貌为“五山一水一草三分田”，地势表现为西北部、北部和东南部高，东北部、西南部低，丘陵山地海拔在250～1691m，约占全省面积的60.5%，平原海拔在0～300 m，占全省面积的37.0%。气候呈明显的大陆性季风气候，冬季多西北风，寒冷干燥，夏季多东南风，高温多雨，占全年降水量的65%左右。年均气温-4～4 ℃，年均降水量为450～700 mm，无霜期100～160天，≥10 ℃年积温为2 000～2 800 ℃。南北温差大，东西部降水量分布不均，干旱、冻害等气象灾害频繁。

1. 2 数据与分析

2001-2020年黑龙江省三北防护林体系建设五期（2011-2020年）工程造林面积统计数据均来源于黑龙江省林业统计年报数据，因建设区域还包含原省农垦总局、原龙煤集团、省监狱管理局，这三部分建设区域造林面积按行业部门统计，未划分到12个市105个县/区中，因此未包含在本次研究中。数据为五期工程期间包含按照造林方式分划分的黑龙江省12个市三北防护林体系建设五期工程期间防护林营建面积。

采用EXCEL软件处理原始试验数据，比较分析2011-2020年10年间造林面积的变化特征。利用ArcGIS 10.8对12个城市105个县（区）不同造林方式造林面积进行空间进行空间分析与作图。

2 结果与分析

2. 1 造林面积变化的时间特征

在2011-2020年10年间，黑龙江省三北工程区累计造林面积为62.85万hm2。从造林面积逐年变化程度来看（图2），造林面积变化存在较大年际波动，呈现2011-2013年下降，2013-2015年增长，2015-2020年再次下降的趋势。2011、2012年两年造林面积均达到了9万hm2，2011年造林面积最大达到9.93万hm2，2020年最小为4.38万hm2。2013、2016、2017、2018年造林面积变化范围为5～5.5万hm2，造林面积变化相对缓和。

通过对研究区域10年间不同造林方式造林面积进行比较发现（图2），造林方式主要以封山育林和人工乔木林为主，其中封山育林面积整体占比49.97%，人工乔木林面积占比41.65%，人工灌木林面积占比6.35%，退化修复改造项目造林面积占比最低，仅为2.03%。不同造林方式下造林面积变化幅度也存在着时段性差异，乔木人工林造林面积和灌木人工林造林面积在2015年前都呈现先增加，后大幅度减少，再增加的趋势，乔木人工林造林面积在2015后逐年减少并渐趋于稳定，灌木人工林造林面积在2015年后依然呈“M”形增减趋势。封山育林面积在2011-2013年大幅度较少，随后增加至3.5万hm2，2015年后呈现减少再增加最后又减少的现象。退化修复项目造林面积在2015年开始出现，从2016-2020年期间造林面积逐年增加，说明三北工程建设保存下来的林分，退化现象已经逐渐显露，退化林分修复与结构优化、幼中林抚育经营已成为我省三北防护林建设的一项重要内容。

2. 2 造林面积变化的空间特征

为剖析造林面积空间动态变化，利用ArcGIS 10.8对黑龙江省三北工程区12个市造林不同造林方式下造林面积进行空间可视化，并通过自然断点法将造林面积分为五类。从图3可以看出，造林面积在不同造林方式下空间分布格局存在较大差异。

从市域尺度上看，黑龙江省三北五期工程区造林面积整体呈现西高东低的分布格局，主要造林区域为哈尔滨市、齐齐哈尔市、绥化市，造林面积分别为14.12、11.59、10.11万hm2，均超过10万hm2，该区域既是松嫩平原黑龙江的核心区，也是黑龙江省的生态脆弱区，作为三北工程建设主体部分，占五期工程造林总面积的57%。造林面积最低区域则为伊春市和七台河市，造林面积分别为0.74、0.15万hm2，均低于1万hm2，造林面积较低也反应了该区域天然林地空间分布连片、生境质量良好。

分析造林面积在不同造林方式下空间分布格局可知，人工乔木林造林面积的分布格局与总造林面积相似，其余造林方式则各不相同。人工灌木造林面积和退化修复改造面积分布区域最为狭窄，分别为2.08、1.27万hm2，鸡西市、七台河市、黑河市、伊春市均未开展该方式造林。其中人工灌木造林面积分布区域较为零星分散，主要以哈尔滨通河县、齐齐哈尔拜泉县、绥化兰西县和庆安县4个县为主，造林面积达1.64万hm2，占五期工程人工灌木造林总面积的78.94%，这可能与上述县域发展灌木产业方向和政策有关。退化修复改造面积分布区域则相对集中在黑龙江西部的松嫩平原，其中齐齐哈尔市改造面积达到0.65万hm2，占五期工程退化修复改造总面积的51.18%，表明以齐齐哈尔市为主的三北工程早期核心建设区的修复改造面积在逐渐扩大。封山育林面积主要分布在黑龙江中东部山区以及北部小兴安岭余脉，封育面积为32.43万hm2，是三北五期工程中面积最大的造林方式，该区域是东北森林带的重要组成部分，多数天然林为经采伐或遭受自然灾害后形成的次生林，存在森林质量不高、结构不合理、生态功能衰退等问题，封山育林是恢复自然植被、扩大森林覆盖面积、增加绿色经济效益的有效途径。

2. 3 黑龙江防护林建设的影响因素

2. 3. 1 气候因素

三北地区正在经历暖干化的气候变化，且未来变化趋势将更加明显。气候变化是影响林地变化的主要自然因素，尤其是温度和降水的变化对林木种类选择及其分布和生长状况有重大的影响[ 5 ]。黑龙江三北工程区地域辽阔，热量分布从西南向东北递减，降雨由西向东递增，市域之间气候条件差异显著。防护林建设过程中林木气候适应性将直接关系到工程建设的成败，因此造林应该以适应当地气候生态环境为首要条件，同时考虑以疏林化和灌丛化的植被类型设计顺应暖干化气候变化带来的植被分布格局变化。

2. 3. 2 水分因素

土壤水分是半干旱区限制植物生长发育的关键因子，水分条件是影响林分生产力及其稳定性的重要因素，而防护林形成的森林系统也会对区域降水量、水文等方面造成影响[ 6 ]。此外，地下水位、非地带性的水资源及其他行业用水安全等都会影响工程区内水资源承载力[ 7 ]。因此在实际造林过程中更应该兼顾上述因素，综合考量地区水量平衡问题，“以水定林”合理选择植被结构配置，降低植被群落密度，同时将林水协调管理理念纳入防护林建设和管理[ 8 ]。

2. 3. 3 地形因素

海拔、坡度、坡向等地形因素在工程区空间上变化显著，进而影响植被的种类及生长状况。工程区内西部、东部为松嫩平原和三江平原，地势平缓，海拔 0～300 m，植被类型原以草原及农作物为主，是人工林营建的重要区域；中东部和北部为山区，海拔250～1 691 m，植被覆盖以天然林为主，是封山育林建设的重要区域。

2. 3. 4 社会因素

适宜大规模造林的工程建设区基本为农牧业发达地区，研究表明以草原牧场和粮食耕作为主的农业拓垦所侵占的林地占了林地减少量的88.18%[ 4 ]，受基本农田和基本草原政策保护，可造林区域在耕地、牧场等农牧业用地外呈零散分布，人地矛盾愈演愈烈，工程造林难度逐年加大。土地资源政策、人口等社会因素都将可能成为直接或间接影响工程建设的原因。

2. 3. 5 前期工程因素

1978年黑龙江启动三北防护林工程建设以来，前四期累计造林225万hm2，封山育林14.0万hm2，初步形成了一个以农田防护林为基本框架，网、带、片，乔、灌、草结合的综合防护林体系。但工程建设的仍存在着发展不平衡、树种结构单一防护效益差、早期保存林分亟需抚育及修复等问题，也是后续黑龙江防护林建设需要考虑的因素。

3 结 论

黑龙江省三北工程区累计造林面积为62.85万hm2，在时间尺度上，造林面积变化存在较大年际波动，总面积呈先减后增再减态势，总量从2011年的9.93万hm2减少至2020年的4.38万hm2，不同造林方式下造林面积变化幅度也存在着时段性差异，乔、灌木人工林和封山育林面积呈现年度波动性变化，退化修复项目造林在2015年出现，从2016年～2020年期间造林面积逐年增加。

在空间尺度上，造林面积整体呈现西高东低的分布格局，主要造林区域为位于黑龙江省的生态脆弱区的哈尔滨、齐齐哈尔、绥化，造林面积均超过10万hm2，占造林总面积的57%；伊春市和七台河市造林面积均低于1万hm2，反应了该区域生境质量良好。乔木林面积的分布格局与总造林面积相似，灌木林面积和退化修复改造面积分布区域最为狭窄，灌木造林分布区域零星分散，退化修复改造分布区域则相对集中在黑龙江西部的松嫩平原，齐齐哈尔市改造面积达到0.65万hm2，占五期工程退化修复改造总面积的51.18%，封山育林面积主要分布在黑龙江中东部山区以及北部小兴安岭余脉。

影响因素上，气候、水分、地形、社会、前期工程建设等诸多因素均会对防护林建设产生影响，因此未来三北工程建设应根据建设区域气候资源、土壤水分状况、植物的生物生态学特性，遵循适地、适水、适树原则，仿拟自然植被群落结构，考虑疏林化和灌丛化，同时正确客观的认识前期工程的成效、存在的问题及其原因，建立一个因地制宜、稳定的三北防护林生态体系。

参考文献

［1］ 姜凤岐，  于占源，  曾德慧，  等.  气候变化对三北防护林的影响与应对策略［J］. 生态学杂志， 2009， 28（9）： 1702 - 1705.

［2］ 朱教君，  郑晓.  关于三北防护林体系建设的思考与展望——基于40年建设综合评估结果［J］. 生态学杂志， 2019， 38（5）：1600 - 1610.

［3］ 王琪.  “三北”防护林工程实现跨越式转变——国家林草局完成“三北”五期工程全面评估［J］. 国土绿化， 2022（8）： 4 - 5.

［4］ 杨绪红，  金晓斌，  杨永可，  等.  1950—2020年东北地区林地时空变化特征分析［J］. 地理科学， 2022， 42（11）： 1996 - 2005.

［5］ 张丹妮，  陈西雅，  臧传富.  三北防护林体系建设工程区宜林潜力［J］. 林业科学， 2021， 57（5）： 184 - 194.

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［7］ 王盛萍，  张志强，  张化永，  等.  黄土高原防护林建设的恢复生态学与生态水文学基础［J］. 生态学报， 2010， 30（9）： 2475 - 2483.

［8］ 王延平，  邵明安，  張兴昌.  陕北黄土区陡坡地人工植被的土壤水分生态环境［J］. 生态学报， 2008（8）： 3769 - 3778.