甘肅中部退耕還林還草氣候適應性分析
——以定西市為例

張 玲

(1.甘肅省氣象信息與技術裝備保障中心,甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省干旱氣候變化與減災重點實驗室/中國氣象局干旱氣候變化與減災重點開放實驗室,甘肅 蘭州 730020)

為了治理水土流失，改善生態環境，國家制定并實施了“退耕還林還草”重大戰略決策。中國科學院學部[1]（2003）的咨詢報告指出，在黃土高原地區退耕還林(草)過程中植被重建須遵循植被的地帶性規律和非地帶性特征。可見，植被的生長發育與氣候、地形特征等關系密切，做好不同植被的氣候適應性分析是退耕還林(草)的前提，同時也是確保退耕還林(草)工程取得成效的關鍵。

自退耕還林還草重大戰略實施以來，從土壤生態變化、地表沙化、環境影響、糧食安全及對策等方面開展了大量的研究。賀金紅[2]（2006）研究了黃土高原地區退耕還林(草)與糧食安全的關系的問題。姚蓉[3]（2014）針對黃土高原地區退耕還林(草)建設存在的缺乏科學合理的長期規劃,等問題,提出鞏固退耕成果的思路，完善技術投入體系，建立草畜轉化新機制。侯軍岐[4]（2002）以常規樹種為例比較分析了黃土高原地區退耕還林還草的經濟效果.從而提出一些政策建議。

位于甘肅中部的定西市是全國水土流失最為嚴重的地區之一[1]，全市總國土面積3638hm2，水土流失面積達3300hm2。嚴重的水土流失和水資源的極端缺乏，是導致定西生態環境惡化和經濟落后的主要根源[6]。1983年，定西被列為國務院“三西”建設重點縣和全國水土保持重點治理地區。1999年10月被確定為退耕還林工程試點縣，2000～2001年全縣完成退耕還林4651hm2，2002年被列為甘肅省退耕還林示范縣，完成退耕還林近1.3萬hm2。目前，定西地區林業用地面積約50萬hm2，其中林地21萬hm2，占林業用地面積的41%，天然林木面積9萬多hm2，占有林地面積的43%，人工林面積11萬多hm2，牧草種植面積10萬hm2。全區平均森林覆蓋率9.5%，現有活立木總蓄積510萬m3，且以年凈生長率3%的速度遞增。通過多年的實踐，培育、引進了適合該區不同氣候類型的樹種、草種。本文通過對主要樹種、草種的氣候適應性分析，確立適宜種植的區域，提出發展思路，為該區退耕還林還草、改善生態環境提供科學依據。

1 資料與方法

選取1999～2019年甘肅省定西市7個國家級氣象觀測站年溫度、降水量等資料和92個區域自動站氣象觀測資料及站點信息。

選取年平均氣溫 （Ta）、極端最低氣溫（eTmin）、10℃以上積溫（aT10）和年降水量（R）作為氣候區劃因子。采用多元回歸分析方法，分別將7個國家站的年平均氣溫、10℃以上積溫與經度、緯度、海拔高度等地形因子進行回歸分析，回歸模型如下：

式中：Y 表示區劃指標；X1、X2、X3分別表示經度、緯度、海拔高度；β表示殘差。

針對選出的氣候區劃因子，根據林草的氣候適宜性劃分為適宜、較適宜和不適宜3個等級，等級劃分標準見表1。另外，不同環境因子對植物的影響程度不同，需結合不同植物對環境影響因子賦予權重。其中，研究區樹類采用等權重賦值，各區劃因子的權重均為0.25，而草類則根據各因子對草的影響程度賦予不同的權重，Ta、eTmin、aT10和 R 分別為 0.2、0.25、0.25、0.3。

表1 甘肅定西市林草氣候適宜性等級劃分

2 林木和牧草的氣候適宜性區劃

根據表1氣候適宜性等級劃分標準，結合各自權重，得到定西市林木和牧草的氣候適宜區（如圖1所示）。可以看出，喬木和灌木適宜種植在臨洮、渭源、隴西西南部及漳縣、岷縣，漳縣南部和岷縣尤其適宜種植。牧草種植區較林木略大，包括臨洮、渭源、隴西、安定區西南部、通渭縣中南部、漳縣、岷縣等，其中岷縣中東部尤其適宜種植。

圖1 林木（a）和牧草（b）生長適應區

3 主要樹種的氣候適宜性

3.1 主要樹種生物學特性

3.1.1 油松

油松屬暖溫帶樹種，主根強壯，側根伸展，組成強大的根系群，能充分吸收土壤中的養分，耐瘠薄，是喜光樹種，但幼齡耐蔽陰。該樹種較耐旱耐寒，是黃土高原干旱、半干旱荒山造林的樹種，一般分布在海拔2200～2700m的山地陰坡、半陰坡。油松分布的下限氣象指標為：年平均氣溫為4.3℃，1月平均氣溫-12.4℃，7月平均氣溫18.1℃，年極端最低氣溫-27.9℃，年平均雨量305mm。分布上限氣象指標為：年平均氣溫1.5℃，1月平均氣溫-15.2℃，7月平均氣溫15.3℃，年平均降水量434mm。由此可知，年降水量300mm以上的山地陰坡、半陰坡，適宜營造油松林，而年降水量450mm以上地區，15～25a就能兼伐椽材。

3.1.2 側柏

側柏是黃土高原丘陵溝壑區營造水土保持林的主要樹種之一[7]。它的氣候適應性強，可在寒溫帶、暖溫帶栽種。在年平均氣溫8～16℃，年降水量300～1600mm的地區均適宜栽種。側柏能耐-35℃的低溫，且具有極強的抗旱能力，持久干旱仍能正常生長，唯不能抗風害，冬春季風大易發生枯梢現象。對土壤要求不嚴，是針葉樹中最耐鹽、堿的樹種。為定西市干旱、半干旱山地陰坡造林的優良樹種。

3.1.3 青楊

青楊速生、抗旱、出材率高。喜溫涼濕潤氣候，比較耐寒（能耐-30.0℃低溫，且能開花結果），較暖地區生長較差，抗旱，不耐水淹，對土壤要求不嚴，但鹽堿地不能生長，海拔800～3000m的地方都能生長。樹液流動平均氣溫2.5℃，開花—出葉平均氣溫9.0℃以上，5.5℃全部落葉，要求0℃以上積溫日數190d以上，0℃以上的積溫在2000℃以上的地方生長發育良好，適宜的年降水量在300～6000mm。

3.1.4 檸條

檸條是一種灌木，其根深、枝多、葉茂、耐寒、耐旱、耐瘠薄，具有固土保水、改良土壤的作用；平茬萌蘗力強，生長迅速（4a平茬畝產干柴175kg，6a生的為252kg，10a生的1163kg），枝干堅實，外被臘質，易燃、火力旺，是很好的薪柴，還能編織，嫩枝可作飼料、肥料，是半干旱山區荒山造林的主要灌木品種。它喜光、耐塞（可耐-32.7℃的低溫，凍土深度1.28m）、耐高溫，幼苗較怕旱，需要在濕潤土壤中才能成活生長，兩年后十分耐旱，土壤過濕反而生長不良，一般4月上、中旬萌芽，5月開花，6月中旬至7月上旬成熟，11月上、中旬落葉，一年中5～7月生長快，8月減退，9月逐漸停止生長。

3.1.5 沙棘

沙棘是一種多年生的灌木或小喬木，屬于胡頹子科(Elaeagnaceae)，沙棘屬 (Hippophae Lin)。沙棘屬植物枝葉茂密、根系發達、有根瘤，且生長迅速，抗干旱風沙、耐鹽堿瘠薄、御嚴寒酷暑，具有保持水土、防風固沙、改良土壤和適應性強等促進生態平衡的作用，富含生物活性物質和氨基酸、脂肪酸、微量元素等，具有廣泛的營養保健和藥用價值，受到人們的高度重視[8]，有黃土高原及其他水土流失地區的生態“維生素”之稱。

大多數林木在日平均氣溫5.0℃開始生長，通常把日平均氣溫穩定通過5.0℃的界限作為樹木生長期，10.0℃以上積溫持續期為活躍生長期。根據上述標準，得到甘肅定西市林木生長期155.3～209.4d，活躍生長期93.7～155.9d（見表2）。

表2 甘肅定西市林木生長期及活躍生長期天數（d）

另外，從油松、側柏、青楊、檸條、紫穗槐、榆樹、毛條、沙棘等樹種的水熱適宜條件來看，這些樹種在定西地區均適宜種植。

3.2 主要樹種的氣候適宜種植區劃

根據定西市氣候資源特征，以地形、地貌、氣候為主導因子，將全市劃分為2個林業種植區：北部干旱區和南部高寒陰濕區（圖1）。其中，北部干旱區包括定西、通渭、隴西和臨洮北部、渭源北部，主要適宜種植檸條、刺槐、山杏、沙棘、山毛桃、側柏、紅柳等樹種；南部高寒陰濕區包括臨洮南部、渭源南部及漳縣、岷縣，適宜的樹種主要有云杉、落葉松、沙棘等。

4 主要草種的氣候適宜性

4.1 主要牧草的生物學特性

牧草的整個生長發育過程都與氣候條件有關，氣候條件決定著牧草種類的分布、品種的選擇和引進、種植制度等。

4.1.1 紫花苜蓿

紫花苜蓿是我國栽培歷史悠久的人工牧草，也是定西市種植比較廣泛的優良牧草，被稱為“牧草之王”。紫花苜蓿莖葉茂盛，植株高60～80㎝，莖粗0.7～0.9㎝，呈細空心；直根系，根深 2m 左右，粗 1～2㎝，根固氮肥田作用大，根莖均是營養價值很高的青綠飼料，干物質的蛋白質含量達18%～20%，為玉米的2.2倍，具有廣泛的生態適應性和生長穩定性。因此，苜蓿成為該市種植業和畜牧業的重要紐帶，不僅是優質飼料，也是作物輪作中主要養地品種，更是燃料不足的補充物。

紫花苜蓿抗干旱，耐瘠薄。從春季日平均氣溫穩定通過0℃返青到盛夏種子成熟，適宜的日平均氣溫為5～20℃，全生育期過程所需0℃以上積溫為1700～2000℃，生長期 120～150d，且適宜在年降水量300～800㎜的地方生長。定西市2600m以下地區均能滿足紫花苜蓿生長發育所需的溫度和水分條件。紫花苜蓿在該區一年可割兩次，最佳割草期以盛花期干物質增長量最大、蛋白質含量較高的6月中旬左右為好。秋季，當日平均氣溫穩定通過0℃終日前的10～20d，紫花苜蓿地上部分停止生長并進入越冬期，此時應進行第二次收割。紫花苜蓿在越冬期可耐-20℃左右的低溫，故在該區可安全越冬。

4.1.2 紅豆草

紅豆草原產于歐洲，20世紀50年代引入我國栽培，為豆科植物，根系發達，并著生大量根瘤菌，能給土壤留下大量有機質和氮素。紅豆草喜溫涼，在涼爽氣候下營養生長期長，產量高，若遇夏季高溫，很快開花結籽，產量低；耐寒耐旱，抗旱抗寒能力較紫花苜蓿強。如通渭1981年10月初的強降溫、1982年5月的倒春寒，均對紅豆草未造成凍害，依然保持綠色，而苜蓿早已干枯。另外，紅豆草返青期較苜蓿早一周，枯黃期比苜蓿遲半月，其適應性強，是種草養畜、草田輪作的優良牧草，干物質蛋白質含量達22%～23%。

紅豆草生長迅速，結籽率高，籽粒較大，易得苗，有利于擴大再生產。定西市當年播種的紅豆草就可完成全生育過程。從播種到種子成熟，需0℃以上積溫2000℃左右，間隔日數130～150d；出苗至種子成熟，需0℃以上積溫1800℃左右，間隔日數100～120d。二、三年生的紅豆草返青后即進入分枝期，從返青至種子成熟全生育期需0℃以上積溫1300～1500℃左右，間隔日數 80～120d；比當年播種收籽的積溫少500℃左右，天數少20d左右。

紅豆草適宜生長的海拔高度上限為2600m，其營養器官生長發育的適宜溫度為9～13℃，16～20℃不適宜于紅豆草生長；正常年份，從返青至種子成熟總耗水量255㎜，干旱年耗水量178㎜。因此，紅豆草適宜在定西市播種。

在定西市，紅豆草一般一年割兩次，第一次在6月中、下旬，第二次在開花盛期10月上旬左右，最佳割草期為盛花期，草的產量最高。紅豆草的產草量與分枝期的氣溫呈反相關，即產草量隨分枝期氣溫的升高而下降，適宜溫度為4～10℃，溫度過高，分枝期縮短，分枝數減少，不利于營養器官的生長，產量明顯下降。在開花期，紅豆草具有很強的感光性和感溫性。晴天溫度適宜時，花朵開放的數量隨溫度的升高而增加，當溫度在20～25℃范圍內，溫度越高，開花數量越多；在陰天，開花時間比晴天短，開花數量明顯減少。因此，晴天有利于紅豆草生長發育。

4.1.3 草木棲

白花草木棲具有兼飼料、肥料、燃料及蓄水保土等多種性能，深受干旱地區群眾的歡迎，被譽為“寶貝草”。草木棲抗干旱，耐低溫，耐瘠薄，適應性強，在本區可大面積播種。

草木棲可耐-30℃的低溫，適宜年降水量300～500㎜，適宜種植范圍與紫花苜蓿相似。當年夏播的草木棲，發育期只能到分枝期，第二年才能完成全生育過程。從返青至種子成熟需0℃以上積溫1600～1800℃，間隔日數100～120d。草木棲草質硬，火苗高，是解決干旱區燃料問題的好薪柴。在干旱少雨的自然條件下，大量種植草木棲，不但提供適當的飼料和燃料，還可保水蓄墑改善當地自然環境，進而影響氣候。

4.1.4 毛苕子

毛苕子是優良的綠肥牧草，莖嫩而軟，葉量大，產量高，易壓青腐化，既是水田套種的好綠肥，又是旱地輪作肥田養地作物，更是養豬的好飼料。毛苕子能耐-30℃的低溫，在年降水量450㎜左右的地方或可灌溉區栽培。

4.1.5 小冠花

小冠花有很強的走莖和許多側莖，生長迅速，能很快形成密集的草層，覆蓋率高，結籽率、自繁率高，是荒山種植很有前途的草種，適合本區干旱地區封山綠化。

4.2 主要牧草適宜性氣候區劃

光、熱、水、風等氣候因子對牧草的生長發育具有重要的制約和促進作用。它決定和影響著牧草的種植結構、生長發育、形態特征、產量品質等。

光照是牧草生長的能量來源，在太陽光照下，牧草通過光合作用制造有機物質，維持其生命活動。定西市降水偏少，陰雨天數少，光照充足，太陽輻射量大，光合作用強，因此牧草積累的蛋白質等有機物含量較高，適合牧草生長。

溫度是牧草生長的外在主要條件，只有當溫度達到一定界限后，牧草才能正常生長發育。定西市山谷地區氣溫適宜，有利于牧草生長。

水分是牧草生長發育過程中所必需的，牧草從幼苗期至抽穗、開花期，水分均占組成物質的75%以上，并影響著牧草的種類特性、草場類型及產量與品質。定西市牧草多為豆科和禾本科，抗旱能力強，且牧草莖葉茂盛，生長發育快，產量高，適口性好，適于大面積播種。

風對牧草生長發育有一定影響。一方面風可幫助牧草傳播花粉和種子，使牧草受粉結籽，進行繁殖，同時通過風力改變牧草周圍環境，促進牧草生長；另一方面，大風可加劇牧草葉片的蒸騰和地面水分蒸發，造成生理干旱，嚴重時可引起草場沙化，對牧草生長不利。

5 退耕還林還草生態環境建設的建議

定西市根據自然地理氣候特征，尤其是水、熱、土壤的立地條件，以集流林業為指導思想，以小流域為單元，集中連片規劃。規劃重點突出東河、西鞏河和九華溝三個流域，國道、省道、縣鄉道三條通道，西巖山、南山、東山三條通道。林業等部門能“重心下移”，深入村社，指導以工程措施積蓄雨水、提高林草成活率，堅持高標準正方形集流坑和水平階整地措施，創造了三種模式：一是實行林—草、林—草—林、草—林配置，采用漏斗集流坑整地栽樹，使地表徑流盡快進入植樹穴，中間相隔2m的種草帶，地埂灌木鎖邊，最大可能恢復植被；二是采用水平階長方形漏斗集流坑整地栽樹，坡面種草，坑邊地沿紅柳、沙棘灌木鎖邊；三是在西南部土石山區采用水平階長方形漏斗集流坑或燕尾魚鱗坑整地，坑內栽種落葉松、云杉等針葉樹，坑邊地埂沙棘鎖邊。先整地后栽樹，搶墑栽樹種草。事實證明，上述模式是一條成功經驗[9]。科學選用林種時，需要考慮以生態林為主，適當栽種山杏等生態經濟兼用林。栽植方式采用喬、灌、草帶狀混交方式，加大密度促使早郁閉，以保障林木的成活率。從抽樣情況看，林木成活率普遍在85%以上，牧草成活率普遍在95%以上。這些經驗值得在全區范圍內推廣及完善。全區在下一階段的退耕還林工作中，要利用國家5～8a的補助及優惠政策，緊密結合經濟社會發展戰略，綜合各種發展情況，全方位推進工作，同時要把退耕還林納入國民經濟與社會發展計劃，編制每年退耕還林具體方案，確保逐步實施，實現“十年初見成效，二十年大見成效，五十年建成秀美山川”的目標。具體建議如下：

一是與經濟社會的可持續發展結合起來。可持續發展不僅突出環境資源的價值，而且從動態角度強調永續利用，強調代際公平。實踐證明，退耕還林是改善生態環境的重大工程。要保護和節約自然資源，尤其要注意保護和節約土地資源、水資源，改善農業生態環境[12]。以治水改土為中心，營造防護林，增加植被。定西地區7個縣都受制于水資源的匱乏，應突出對水源的保護，把退耕還林的重點放在建立水源涵養林的區域。恢復流域植被，重點流域是當務之急。如大陰梁、四店梁一帶涵養的是渭河水系，金鐘鄉和卓尼縣交界處以及木寨嶺一帶涵養的是漳河水系，定西市應把重點放在東岳、黑山、高峰、香泉一線，保內官、香泉一帶的地下水。同時要加大禁牧力度，強化管護措施，確保退耕還林成果，力爭通過十年努力，使封禁區植被良好，林草豐茂，涵養水源的功能逐步完善，保證區域生態環境的可持續性。

二是與精準扶貧結合起來。要樹立“綠水青山就是金山銀山”的發展理念，把退耕還林作為調整農村產業結構、增加農民收入的一個重要手段。農村貧困區，大部分是生態貧困區，即生態環境基礎脆弱，自然條件惡劣。生態惡化是貧困的重要原因，故而要確立生態扶貧思路，把生態恢復與保護作為脫貧發展的基本任務[10]。一些行政村耕作條件差、交通不便、農民生活相對貧窮，可以實行封禁綠化，勞務輸出和異地開發，在農民自愿的基礎上遷移人口，建立規劃完善的生態中心村，從根本上解決貧困人口與生態環境的矛盾。

三是與發展生態農業相結合。生態農業最早于20世紀20年代興起歐洲，隨后在瑞士、英國、日本、以色列等國家得到發展，20世紀70年代末東南亞地區開始發展生態農業。定西地區發展生態農業，需通過植物在空間上和時間上的合理配置，結合動物的轉化，重點發展農（種草）牧型、林（種植飼料灌木）牧型，提高資源利用率、土地生產率和勞動就業率。實踐證明，定西地區發展綠色無公害農業，具有生態環境優勢和資源優勢，經濟效益和生態效益比較明顯[1 1]。生態環境優勢主要表現定西地區遠離大城市，受工業污染較輕，環境質量較好，是生產綠色無公害物種的理想基地。資源優勢主要表現在該地區適宜種植許多藥用植物、可食用植物，如苦菜、蕨菜、食用菌、當歸、黨參、紅芪、黃芪、甘草、麻黃、冬蟲夏草等。退耕還林過程就是調整農業結構的過程，在山區及半山區大力發展綠色產業與綠色食品的前景非常大，應探索發展節糧型草食畜牧業及保健食品，拓展農業資源開發的廣度和深度。同時，可以與發展生態農業旅游結合起來。大力發展環境優美，充分利用農業資源，開發出以隴中農村獨特的田園風光、農事勞作及風土人情為內容的旅游項目，促進發展。