會寧縣退耕還林還草工程實施后植被狀況調查

李宗杰， 楊彩紅， 馬 瑞， 齊廣平， 王 立， 張 丞， 宋玲玲， 王景功

(甘肅農業大學 林學院， 甘肅 蘭州 730070)

植被是全球陸地生態系統的主體，在物質循環和能量轉化中發揮著重要作用，并且在維持全球碳平衡、減緩溫室氣體濃度升高、維護全球氣候穩定、水土保持等方面具有不可替代的作用[1-5]。在自然生態系統中，植被是最活躍和敏感的因子，大氣、水、土壤等成分的變化都能被其靈敏地反映出來，被稱為景觀變化的指示器。隨著對地觀測技術的不斷成熟，利用遙感數據進行植被動態變化分析的研究日益增多[6-8]。高時間，高空間和高光譜分辨率的遙感數據，如NOAA/AVHRR，MODIS，SPOT等為研究植被動態變化提供了可靠的數據源，使得過去難以實現的大尺度植被動態研究成為可能。植被指數能反映綠色植被的生長和分布狀況，在一定程度上反映著植被的變化，經過20 a多的研究，國內外學者提出了幾十種植被指數，常用的有NDVI，RVI，DVI，EVI，SAVI，MSAVI等，其中最常用的是NDVI[8-10]。

退耕還林還草工程是指在水土流失嚴重或糧食產量低而不穩定的坡耕地和沙化耕地，以及生態地位重要的耕地，退出糧食生產，植樹或種草。實行退耕還林還草資金和糧食補貼制度，國家按照核定的退耕地還林面積，在一定期限內無償向退耕還林者提供適當的糧食補助、種苗造林費和現金(生活費)補助。黃河流域以及北方地區，退耕地每年補助原糧1 500 kg/hm2，現金300元，還生態林的至少補助8 a，還經濟林的補助5 a，還草的補助2 a，退耕地和宜林荒山荒地補助種苗造林費750元/hm2[11]。該工程是提高區域植被覆蓋度的重要舉措，為合理利用土地資源，增加林草植被，再造秀美山川，維護國家生態安全，實現人與自然和諧共存而實施的一項重大生態工程。

會寧縣緊緊抓住退耕還林還草工程這一歷史機遇，強化措施，突出重點，加大了綜合治理力度，開創了生態環境建設的新局面。近幾年實踐證明，退耕還林對改善生態環境，改變不合理生產方式，加快貧困地區農民脫貧致富，優化農村產業結構，促進農村經濟發展發揮了積極作用，被群眾稱為“民心”工程、“德政”工程[12-14]。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

會寧縣地處甘肅省中部地區，屬黃土高原丘陵溝壑區第Ⅴ副區，地理坐標35°24′—36°26′N，104°29′—105°31′E，總面積5 666.25 km2，總人口58 萬，是甘肅省人口最多的縣。會寧縣南部多高大山梁，海拔較高，北部為低緩川塬，海拔較低。夏季暖濕空氣北上困難，冬季干冷空氣南下長驅直入，故氣候溫涼干燥，南北差異較大，降水少且分布不均勻，年際變率較大，年內四季分明、水熱同季，日照時間長，蒸發強烈，無霜期較短。氣候類型屬溫帶大陸型季風氣候，多年平均降雨量340 mm，多年平均蒸發量1 800 mm，由于降水稀少，林草覆蓋度僅為8.40%，加之黃土的特有屬性，水土流失十分嚴重，全縣土壤侵蝕模數6 156 t/(km2·a)，每年約流失表土4.20 mm，生態環境極為惡劣。

水土流失、荒漠化等生態環境的惡性循環，不僅加劇了該縣的貧困程度和自然災害的發生，也制約了全縣經濟和社會的可持續發展。1999 年國家開始實施西部大開發戰略，將生態環境的保護和建設作為西部開發的切入點和根本，實施了退耕還林還草工程和生態環境建設綜合治理工程。根據《全國生態環境建設規劃》和《甘肅省生態環境建設規劃》，1999年會寧縣被國家確定為國家生態環境建設綜合治理工程重點縣之一，加大投資進行生態環境的綜合治理。

1.2 數據和方法

1.2.1 數據來源 本研究所采用的數據是美國國家航空航天局提供的MODIS—NDVI數據，該數據可免費下載。本文主要運用了2000和2011年的MODIS-NDVI數據，空間分辨率為250 m，時間分辨率為16 d，每年共23期數據。MODIS植被指數具有數據接收免費、時間分辨率高、空間分辨率中等、通道多、波段窄等優點，其優良特性是NOAA—AVHRR傳感器所不能比擬的。如MODIS在紅光和近紅外波段地面空間分辨率為250 m，且探測波段較窄，避開了近紅外波段的水汽吸收帶，且紅色通道(620～670 nm)比AVHRR的(580～680 nm)更窄，對葉綠素的吸收更敏感，提高了對稀疏植被的探測能力，這對于地處干旱區的會寧縣而言極為適用。

1.2.2 研究方法

(1)研究區植被指數的分析。① 利用MODLAND提供的MRT(modis reprojection tools)工具將下載的遙感數據進行拼接、格式和地圖投影轉換，將HDF格式轉化為GEOTiff格式，將Sinusoidal地圖投影轉換為Albers Equal Area。② 在ArcGIS中，利用ArcMap軟件下的Spatial Analyst Tool工具對投影變換后的數據進行裁剪，分別得到2000和2011年會寧縣的NDVI數據集，然后，在遙感影像處理軟件ENVI中用NDVI最大值合成法，對同屬一個月的多期NDVI影像進行最大值合成，合成逐月的NDVI影像，該方法可進一步去除噪聲點并提高數據的可靠性。③ 在ArcGIS中，利用ArcMap軟件，在Spatial Analyst Tool工具下的柵格計算器(raster calculator)分別對2000和2011年5—9月的NDVI數據取均值，得到年NDVI數據。因為在西北干旱區植被的生長季一般為5—9月，所以本文以5—9月NDVI的平均值作為年NDVI數據。最后利用ArcMap軟件，在Spatial Analyst Tool工具下的柵格計算器中對2011和2000年的兩期NDVI影像進行差值分析，得出2000—2011年植被指數的變化情況。

(2)退耕還林還草區現場調查。① 通過對小流域現狀植物的全面調查，選取土門峴鄉和劉寨鄉流域現有的植物群落，在這些群落分布的典型地段(塬區、溝壑、梁區)設置樣地，樣地設置采用典型取樣法，取樣面積分別為：喬木樣方20 m×20 m，灌木樣方10 m×10 m，草本樣方1 m×1 m；在每個鄉不同典型地段分別選取典型樣方。② 分別對喬木的樹種、高度、胸徑、地徑，灌木的樹種、樹高、地徑和草本的草種、高度等指標進行現場測定。最后，對數據進行匯總分析，得出林木或草的生長狀況。

(3)研究區山洪暴發情況走訪調查。① 在不同區域選擇典型的排洪溝，主要是水流沖刷侵蝕形成的黃土溝谷，為了便于走訪調查，選擇的溝谷基本位于居民點附近。② 分別對50處具有代表性的排洪溝洪水暴發情況進行調查，對同一個溝谷退耕還林還草工程實施之前和之后山洪暴發的次數至少走訪3家農戶，然后對調查的數據取平均值。最后，匯總調查數據，確定不同排洪溝山洪暴發情況，得出山洪暴發次數對比情況。

(4)研究區農戶走訪調查。① 設計調查問卷，調查該工程實施前后，山洪暴發的強度以及破壞性；農戶對退耕還林還草的實施態度及其感知；該工程實施前后，農戶的經濟收入變化，農戶對生態環境的感知變化，水土流失的發生情況等[15]。② 我們在不同的區域分別對100名農戶進行了調查。最后，根據調查情況分析匯總數據，得出農戶走訪調查情況。

2 結果與討論

2.1 研究區2000-2011年植被指數變化

由表1，圖1—2可知，2000—2011年會寧縣植被NDVI指數明顯增加，反映了植被蓋度顯著增大。計算得知植被NDVI指數增加的面積占全縣總面積的77.74%，約為4 404.75 km2，植被NDVI指數減少的面積占總面積的22.26%，約為1 261.50 km2，植被NDVI指數減少的區域主要位于會寧縣西北部和中西部。這些變化可由以下事實說明：(1)自1999—2006年，會寧縣累計完成生態工程造林692.57 km2，全縣森林覆蓋率達到9.2%，建成了鐵木山、華家嶺、大山頂等一批規模大、質量高的示范工程，區域生態環境得到明顯改善，水土流失得到了有效的控制，部分重點治理區基本實現了“土不下山、水要出溝”。(2)完成小流域治理670 km2，甘溝驛鎮田岔村、太平店鎮大山頂被列為國家小流域治理示范點，已經發揮著涵養水源、保持水土、改變區域氣候條件的良好效益；而且鐵木山被列為省級森林公園，覆蓋面積3.10 km2。 (3)2006年會寧縣啟動了生態小康村鎮綠化項目，國家投資140萬元，在郭城驛、河畔、頭寨子、甘溝驛等鄉鎮完成生態綠化造林9.33 km2，用于改善農村生態環境和生活環境。退耕還林、“121”集雨工程、梯田建設、小流域治理工程的持續實施為全縣生態環境良性發展，構建和諧會寧打下良好的生態基礎。因此，這些變化總體反映了會寧縣植被蓋度近年來明顯增加，生態恢復的良好局面與退耕還林還草的實施密切相關，特別是退耕還林還草政策實施以后，會寧縣從生態大環境建設的戰略布局著眼，積極采取多種措施加強了生態環境的恢復與建設步伐，為縣域經濟社會的可持續發展奠定了良好基礎。

表1 2000-2011年會寧縣植被蓋度變化

圖1 2000-2011年會寧縣NDVI植被指數空間變化

圖2 2000-2011年會寧縣植被空間變化分布

2.2 不同地貌區植被的生長狀況

以會寧縣北部鄉鎮的土門峴鄉和劉寨鄉為例，在不同的地貌區(主要為黃土塬區、黃土梁區、溝壑區)選擇典型樣方，調查林木或草地生長狀況，主要調查了林木種類、林木高度、地徑、胸徑、樹高等指標，以確定植被恢復及其生長狀況。如表2所示，作為溝壑區代表的大岔溝山杏、刺槐和山桃的地徑分別為10.37，9.70和9.40 cm，樹高分別為232.96，322.30和214.70 cm，而檸條和紫花苜蓿的生長高度為95和71 cm，相比較而言刺槐和檸條的生長狀況較好；黃土梁區(后山梁、護山梁和十三盤梁)山楊、山杏、刺槐、臭椿和榆樹的地徑分別為6.50，10.28，8.17，8.36和11.46 cm，樹高分別為355.06，233.47，337.32，381.29和302.18 cm，山杏、刺槐、臭椿和榆樹的胸徑分別為9.56，6.45，7.95和10.38 cm，檸條和紫花苜蓿的生長高度分別為93.87和72.41 cm，榆樹和檸條的生長狀況較好；堡子塬山杏、刺槐、山桃和榆樹的地徑分別為10.27，8.17，8.83和6.29 cm，樹高分別為242.78，321.94，213.79和298.78 cm，胸徑分別為6.87，7.97，7.09和5.98 cm，檸條和紫花苜蓿的生長高度分別為94.73和75.15 cm，榆樹和檸條的生長狀況較好，作為經濟作物的山杏生長狀況也較好而且掛果率較高；陽凹坡臭椿和刺槐地徑為11.50和7.37 cm，胸徑為10.85和6.87 cm，樹高為297.76和301.12 cm，檸條和紫花苜蓿的生長高度分別為86.60和72.36 cm。總之，通過對典型地貌區的調查發現，退耕還林還草工程所選用的林木和草本植物均較適宜研究區的生長環境，經過將近10 a的恢復，呈現出良好的生長勢頭，而且不同地貌區林木的種植基本體現了因地制宜的原則，取得了較好的水土保持效益。

表2 不同地貌類型區林木或草的生長狀況 cm

2.3 山洪暴發次數和農戶滿意度調查

黃土高原地區由于黃土的特殊性質，如濕陷性、易侵蝕等，形成了眾多的溝壑地形，當植被覆蓋稀少時，遇降雨常常造成山洪暴發，導致嚴重的水土流失；而當植被覆蓋率高時，水土保持能力增強，山洪暴發的次數也將減少，因此通過確定退耕還林還草工程實施前后山洪暴發次數的變化可反映水土保持的效益。位于會寧縣北部的劉寨鄉和土門峴鄉，由于降水較少且不均勻，再加上黃土地貌類型多樣且支離破碎，是會寧縣最為嚴重的水土流失區之一，為此先后調查了上述兩鄉鎮不同地貌類型區的50個排洪溝退耕還林還草工程實施前后山洪的暴發次數情況。如圖3所示，退耕還林還草工程實施前山洪暴發次數明顯高于實施后，50個排洪溝的均值分別為7和3次，減少了近1/2多。而且山洪的流量和破壞力也明顯降低，調查期間一次暴雨過后很多排洪溝僅有少量的泥水流出溝口，且尚未持續兩小時便停止，這些證據表明隨著植被覆蓋狀況的不斷改善，退耕還林還草工程已基本形成了良好的水土保持功能。

圖3 退耕還林還草工程實施前后主要排洪溝山洪暴發次數對比

廣大農戶的緊密配合是退耕還林還草工程取得良好效益的最重要條件，因此通過問卷調查初步分析了農戶對退耕還林還草的實施態度及其感知，以及該工程實施前后農戶的經濟收入變化，對生態環境的感知變化，水土流失的發生情況等。如表3所示，約92.63%的農戶認為嚴重的水土流失對生產生活有著負面影響。而且大多數農戶反映了2000年之前的大山洪暴發常常造成人畜傷亡事件，其對一個家庭的生產與生活造成了不可估量的損失，正是基于這一認識，約70%的農戶一開始就對這一生態恢復政策持擁護態度并積極配合了政府的要求。當談及該工程實施前后家庭經濟收入的變化時，約78.00%的農戶確認自己的收入提高了，主要來自于3方面： (1)政府對退耕還林還草所占耕地面積的有效補助。(2)耕地面積減少后，利用更多的農閑時間打工或開展其他副業的收入大大增加。(3)尚未退耕還林還草的耕地(均為上等地)主要種植經濟類作物，特別是通過鋪砂將土地改造為砂田，然后種植西瓜和籽瓜增加了一部分收入，也就是農戶對土地的經營更加集約化。由于該工程的實施，63.83%的農戶認為對農作物的損害減少了。農民感受最深切的是該工程實施前后，山變綠了，樹變多了，山洪基本沒有了。81.05%的農戶認為這一措施已基本解決了區域的水土流失問題，所以當談及是否繼續支持該工程的建設時，有92.00%的農戶強烈擁護。這一調查表明，當前的退耕還林還草工程基本達到了相應的水土保持效益要求，也得到了廣大農戶的擁護和支持。但就農戶反映的糧食產量減少的問題，認為通過大力發展農村水利建設可以克服，這一措施也是達到長久保持并進一步推進該工程的重要保障，因此這一政策無疑是“功在當代，利在千秋”。

表3 農戶對退耕還林還草實施的感知與態度走訪調查結果

3 結 論

(1)基于對遙感NDVI數據的分析發現，從2000年到2011年會寧縣植被蓋度明顯增加，植被NDVI指數增加的面積占全縣總面積的77.74%，約4 404.75 km2，減少的面積占總面積的22.26%，約1 261.50 km2，NDVI指數減少的區域主要位于會寧縣西北部和中西部。

(2)通過對典型地貌區的調查發現，退耕還林還草工程所選用的林木和草本植物均較適宜研究區的生長環境，經過將近10 a的恢復，呈現出良好的生長勢頭，而且在不同的地貌區林木的種植較好地體現了因地制宜的原則。

(3)調查證實退耕還林還草工程實施前山洪暴發次數明顯高于實施后，50個排洪溝的均值分別為7和3次，減少了1/2多，而且山洪的流量和破壞力也明顯降低，證明退耕還林還草工程已基本形成了良好的水土保持功能。

(4)調查表明，廣大農戶對退耕還林還草工程取得的顯著水土保持效益廣泛認同，而且大多數農戶的家庭經濟收入呈現增加勢頭，調查也反映出通過大力發展農村水利事業，進而加大農戶增產增收將是鞏固該工程水土保持效益的有力措施。

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