黑龍江三北五期工程區(qū)造林面積時(shí)空變化及影響因素

崔琳　王力剛　張強(qiáng)　張玉柱　季曉慧　周佳奇

摘要：? 對(duì)黑龍江省三北五期工程2011-2020年10年來(lái)造林面積變化時(shí)空特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明：10年間，黑龍江省三北防護(hù)林造林總面積呈先減后增再減態(tài)勢(shì)，總量從2011年的9.93萬(wàn)hm2減少至2020年的4.38萬(wàn)hm2，不同造林方式下造林面積變化幅度也存在著時(shí)段性差異；造林面積整體呈現(xiàn)西高東低的分布格局，主要造林區(qū)域?yàn)楣枮I、齊齊哈爾、綏化，占造林總面積的57%，灌木造林分布區(qū)域零星分散，退化修復(fù)改造面積分布區(qū)域則相對(duì)集中在黑龍江西部的松嫩平原，封山育林面積主要分布在黑龍江中東部山區(qū)以及北部小興安嶺余脈；氣候、水分、地形、社會(huì)、前期工程建設(shè)等諸多因素均會(huì)對(duì)防護(hù)林建設(shè)產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞：? 三北五期工程；? 造林面積；? 時(shí)空變化特征；? 影響因素

中圖分類號(hào)：? ?S 757. 3? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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

為改變我國(guó)三北（西北、華北、東北）地區(qū)干旱、風(fēng)害危害、水土流失等荒漠化表現(xiàn)異常突出的現(xiàn)狀，1978年伴隨著我國(guó)改革開(kāi)放同步開(kāi)啟了重大林業(yè)生態(tài)工程，三北防護(hù)林體系建設(shè)工程（簡(jiǎn)稱“三北工程”）[ 1 ]。三北工程規(guī)劃歷時(shí)73年（1978-

2050年），分三階段八期，前五期工程累計(jì)完成營(yíng)造林保存面積達(dá)3 174.29萬(wàn)hm2，工程區(qū)森林覆蓋率達(dá)到13.84%，有效的改善了三北地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境[ 2 - 3 ]。

黑龍江省三北工程區(qū)是我國(guó)“兩屏三帶”生態(tài)安全戰(zhàn)略格局中“東北森林帶”的重要組成部分，也是保障國(guó)家生態(tài)安全、糧食安全和黑土安全的生態(tài)屏障[ 4 ]。20世紀(jì)50年代起，該地區(qū)就開(kāi)始了防護(hù)林的建設(shè)，其中三北工程是黑龍江省實(shí)施的第一個(gè)林業(yè)重點(diǎn)生態(tài)工程，在森林資源增長(zhǎng)空間中占有較大比重，承擔(dān)著全省70%以上的造林任務(wù)，很大程度上改善了區(qū)域風(fēng)沙危害和水土流失等惡劣的自然環(huán)境。經(jīng)過(guò)40多年持續(xù)建設(shè)，截止到2020年五期工程結(jié)束累計(jì)造林288.3萬(wàn)hm2，初步形成了功能完善的綜合防護(hù)林體系，在維護(hù)該地區(qū)的生態(tài)安全、抵御自然災(zāi)害、改善農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)條件等方面發(fā)揮著不可替代的作用，充分認(rèn)識(shí)項(xiàng)目區(qū)已建成的防護(hù)林的時(shí)空特征變化，對(duì)于采取積極應(yīng)對(duì)措施及時(shí)調(diào)整和充實(shí)防護(hù)林建設(shè)的決策系統(tǒng)，具有現(xiàn)實(shí)和前瞻性意義。

因此，本文選擇黑龍江三北工程區(qū)作為研究區(qū)域，對(duì)該地區(qū)剛結(jié)束的五期工程（2011-2020年）10年來(lái)的工程造林面積時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，進(jìn)一步了解三北五期工程區(qū)防護(hù)林的建設(shè)情況，以期為黑龍江省三北生態(tài)建設(shè)、第三階段防護(hù)林工程提升提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1. 1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于我國(guó)東北部（43°25′～50°53′N，121°11′～135°05′E），包含黑龍江省12個(gè)城市（圖1）。地貌為“五山一水一草三分田”，地勢(shì)表現(xiàn)為西北部、北部和東南部高，東北部、西南部低，丘陵山地海拔在250～1691m，約占全省面積的60.5%，平原海拔在0～300 m，占全省面積的37.0%。氣候呈明顯的大陸性季風(fēng)氣候，冬季多西北風(fēng)，寒冷干燥，夏季多東南風(fēng)，高溫多雨，占全年降水量的65%左右。年均氣溫-4～4 ℃，年均降水量為450～700 mm，無(wú)霜期100～160天，≥10 ℃年積溫為2 000～2 800 ℃。南北溫差大，東西部降水量分布不均，干旱、凍害等氣象災(zāi)害頻繁。

1. 2 數(shù)據(jù)與分析

2001-2020年黑龍江省三北防護(hù)林體系建設(shè)五期（2011-2020年）工程造林面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均來(lái)源于黑龍江省林業(yè)統(tǒng)計(jì)年報(bào)數(shù)據(jù)，因建設(shè)區(qū)域還包含原省農(nóng)墾總局、原龍煤集團(tuán)、省監(jiān)獄管理局，這三部分建設(shè)區(qū)域造林面積按行業(yè)部門統(tǒng)計(jì)，未劃分到12個(gè)市105個(gè)縣/區(qū)中，因此未包含在本次研究中。數(shù)據(jù)為五期工程期間包含按照造林方式分劃分的黑龍江省12個(gè)市三北防護(hù)林體系建設(shè)五期工程期間防護(hù)林營(yíng)建面積。

采用EXCEL軟件處理原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較分析2011-2020年10年間造林面積的變化特征。利用ArcGIS 10.8對(duì)12個(gè)城市105個(gè)縣（區(qū)）不同造林方式造林面積進(jìn)行空間進(jìn)行空間分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2. 1 造林面積變化的時(shí)間特征

在2011-2020年10年間，黑龍江省三北工程區(qū)累計(jì)造林面積為62.85萬(wàn)hm2。從造林面積逐年變化程度來(lái)看（圖2），造林面積變化存在較大年際波動(dòng)，呈現(xiàn)2011-2013年下降，2013-2015年增長(zhǎng)，2015-2020年再次下降的趨勢(shì)。2011、2012年兩年造林面積均達(dá)到了9萬(wàn)hm2，2011年造林面積最大達(dá)到9.93萬(wàn)hm2，2020年最小為4.38萬(wàn)hm2。2013、2016、2017、2018年造林面積變化范圍為5～5.5萬(wàn)hm2，造林面積變化相對(duì)緩和。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)域10年間不同造林方式造林面積進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)（圖2），造林方式主要以封山育林和人工喬木林為主，其中封山育林面積整體占比49.97%，人工喬木林面積占比41.65%，人工灌木林面積占比6.35%，退化修復(fù)改造項(xiàng)目造林面積占比最低，僅為2.03%。不同造林方式下造林面積變化幅度也存在著時(shí)段性差異，喬木人工林造林面積和灌木人工林造林面積在2015年前都呈現(xiàn)先增加，后大幅度減少，再增加的趨勢(shì)，喬木人工林造林面積在2015后逐年減少并漸趨于穩(wěn)定，灌木人工林造林面積在2015年后依然呈“M”形增減趨勢(shì)。封山育林面積在2011-2013年大幅度較少，隨后增加至3.5萬(wàn)hm2，2015年后呈現(xiàn)減少再增加最后又減少的現(xiàn)象。退化修復(fù)項(xiàng)目造林面積在2015年開(kāi)始出現(xiàn)，從2016-2020年期間造林面積逐年增加，說(shuō)明三北工程建設(shè)保存下來(lái)的林分，退化現(xiàn)象已經(jīng)逐漸顯露，退化林分修復(fù)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化、幼中林撫育經(jīng)營(yíng)已成為我省三北防護(hù)林建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

2. 2 造林面積變化的空間特征

為剖析造林面積空間動(dòng)態(tài)變化，利用ArcGIS 10.8對(duì)黑龍江省三北工程區(qū)12個(gè)市造林不同造林方式下造林面積進(jìn)行空間可視化，并通過(guò)自然斷點(diǎn)法將造林面積分為五類。從圖3可以看出，造林面積在不同造林方式下空間分布格局存在較大差異。

從市域尺度上看，黑龍江省三北五期工程區(qū)造林面積整體呈現(xiàn)西高東低的分布格局，主要造林區(qū)域?yàn)楣枮I市、齊齊哈爾市、綏化市，造林面積分別為14.12、11.59、10.11萬(wàn)hm2，均超過(guò)10萬(wàn)hm2，該區(qū)域既是松嫩平原黑龍江的核心區(qū)，也是黑龍江省的生態(tài)脆弱區(qū)，作為三北工程建設(shè)主體部分，占五期工程造林總面積的57%。造林面積最低區(qū)域則為伊春市和七臺(tái)河市，造林面積分別為0.74、0.15萬(wàn)hm2，均低于1萬(wàn)hm2，造林面積較低也反應(yīng)了該區(qū)域天然林地空間分布連片、生境質(zhì)量良好。

分析造林面積在不同造林方式下空間分布格局可知，人工喬木林造林面積的分布格局與總造林面積相似，其余造林方式則各不相同。人工灌木造林面積和退化修復(fù)改造面積分布區(qū)域最為狹窄，分別為2.08、1.27萬(wàn)hm2，雞西市、七臺(tái)河市、黑河市、伊春市均未開(kāi)展該方式造林。其中人工灌木造林面積分布區(qū)域較為零星分散，主要以哈爾濱通河縣、齊齊哈爾拜泉縣、綏化蘭西縣和慶安縣4個(gè)縣為主，造林面積達(dá)1.64萬(wàn)hm2，占五期工程人工灌木造林總面積的78.94%，這可能與上述縣域發(fā)展灌木產(chǎn)業(yè)方向和政策有關(guān)。退化修復(fù)改造面積分布區(qū)域則相對(duì)集中在黑龍江西部的松嫩平原，其中齊齊哈爾市改造面積達(dá)到0.65萬(wàn)hm2，占五期工程退化修復(fù)改造總面積的51.18%，表明以齊齊哈爾市為主的三北工程早期核心建設(shè)區(qū)的修復(fù)改造面積在逐漸擴(kuò)大。封山育林面積主要分布在黑龍江中東部山區(qū)以及北部小興安嶺余脈，封育面積為32.43萬(wàn)hm2，是三北五期工程中面積最大的造林方式，該區(qū)域是東北森林帶的重要組成部分，多數(shù)天然林為經(jīng)采伐或遭受自然災(zāi)害后形成的次生林，存在森林質(zhì)量不高、結(jié)構(gòu)不合理、生態(tài)功能衰退等問(wèn)題，封山育林是恢復(fù)自然植被、擴(kuò)大森林覆蓋面積、增加綠色經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。

2. 3 黑龍江防護(hù)林建設(shè)的影響因素

2. 3. 1 氣候因素

三北地區(qū)正在經(jīng)歷暖干化的氣候變化，且未來(lái)變化趨勢(shì)將更加明顯。氣候變化是影響林地變化的主要自然因素，尤其是溫度和降水的變化對(duì)林木種類選擇及其分布和生長(zhǎng)狀況有重大的影響[ 5 ]。黑龍江三北工程區(qū)地域遼闊，熱量分布從西南向東北遞減，降雨由西向東遞增，市域之間氣候條件差異顯著。防護(hù)林建設(shè)過(guò)程中林木氣候適應(yīng)性將直接關(guān)系到工程建設(shè)的成敗，因此造林應(yīng)該以適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蛏鷳B(tài)環(huán)境為首要條件，同時(shí)考慮以疏林化和灌叢化的植被類型設(shè)計(jì)順應(yīng)暖干化氣候變化帶來(lái)的植被分布格局變化。

2. 3. 2 水分因素

土壤水分是半干旱區(qū)限制植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵因子，水分條件是影響林分生產(chǎn)力及其穩(wěn)定性的重要因素，而防護(hù)林形成的森林系統(tǒng)也會(huì)對(duì)區(qū)域降水量、水文等方面造成影響[ 6 ]。此外，地下水位、非地帶性的水資源及其他行業(yè)用水安全等都會(huì)影響工程區(qū)內(nèi)水資源承載力[ 7 ]。因此在實(shí)際造林過(guò)程中更應(yīng)該兼顧上述因素，綜合考量地區(qū)水量平衡問(wèn)題，“以水定林”合理選擇植被結(jié)構(gòu)配置，降低植被群落密度，同時(shí)將林水協(xié)調(diào)管理理念納入防護(hù)林建設(shè)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區(qū)空間上變化顯著，進(jìn)而影響植被的種類及生長(zhǎng)狀況。工程區(qū)內(nèi)西部、東部為松嫩平原和三江平原，地勢(shì)平緩，海拔 0～300 m，植被類型原以草原及農(nóng)作物為主，是人工林營(yíng)建的重要區(qū)域；中東部和北部為山區(qū)，海拔250～1 691 m，植被覆蓋以天然林為主，是封山育林建設(shè)的重要區(qū)域。

2. 3. 4 社會(huì)因素

適宜大規(guī)模造林的工程建設(shè)區(qū)基本為農(nóng)牧業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，研究表明以草原牧場(chǎng)和糧食耕作為主的農(nóng)業(yè)拓墾所侵占的林地占了林地減少量的88.18%[ 4 ]，受基本農(nóng)田和基本草原政策保護(hù)，可造林區(qū)域在耕地、牧場(chǎng)等農(nóng)牧業(yè)用地外呈零散分布，人地矛盾愈演愈烈，工程造林難度逐年加大。土地資源政策、人口等社會(huì)因素都將可能成為直接或間接影響工程建設(shè)的原因。

2. 3. 5 前期工程因素

1978年黑龍江啟動(dòng)三北防護(hù)林工程建設(shè)以來(lái)，前四期累計(jì)造林225萬(wàn)hm2，封山育林14.0萬(wàn)hm2，初步形成了一個(gè)以農(nóng)田防護(hù)林為基本框架，網(wǎng)、帶、片，喬、灌、草結(jié)合的綜合防護(hù)林體系。但工程建設(shè)的仍存在著發(fā)展不平衡、樹(shù)種結(jié)構(gòu)單一防護(hù)效益差、早期保存林分亟需撫育及修復(fù)等問(wèn)題，也是后續(xù)黑龍江防護(hù)林建設(shè)需要考慮的因素。

3 結(jié) 論

黑龍江省三北工程區(qū)累計(jì)造林面積為62.85萬(wàn)hm2，在時(shí)間尺度上，造林面積變化存在較大年際波動(dòng)，總面積呈先減后增再減態(tài)勢(shì)，總量從2011年的9.93萬(wàn)hm2減少至2020年的4.38萬(wàn)hm2，不同造林方式下造林面積變化幅度也存在著時(shí)段性差異，喬、灌木人工林和封山育林面積呈現(xiàn)年度波動(dòng)性變化，退化修復(fù)項(xiàng)目造林在2015年出現(xiàn)，從2016年～2020年期間造林面積逐年增加。

在空間尺度上，造林面積整體呈現(xiàn)西高東低的分布格局，主要造林區(qū)域?yàn)槲挥诤邶埥〉纳鷳B(tài)脆弱區(qū)的哈爾濱、齊齊哈爾、綏化，造林面積均超過(guò)10萬(wàn)hm2，占造林總面積的57%；伊春市和七臺(tái)河市造林面積均低于1萬(wàn)hm2，反應(yīng)了該區(qū)域生境質(zhì)量良好。喬木林面積的分布格局與總造林面積相似，灌木林面積和退化修復(fù)改造面積分布區(qū)域最為狹窄，灌木造林分布區(qū)域零星分散，退化修復(fù)改造分布區(qū)域則相對(duì)集中在黑龍江西部的松嫩平原，齊齊哈爾市改造面積達(dá)到0.65萬(wàn)hm2，占五期工程退化修復(fù)改造總面積的51.18%，封山育林面積主要分布在黑龍江中東部山區(qū)以及北部小興安嶺余脈。

影響因素上，氣候、水分、地形、社會(huì)、前期工程建設(shè)等諸多因素均會(huì)對(duì)防護(hù)林建設(shè)產(chǎn)生影響，因此未來(lái)三北工程建設(shè)應(yīng)根據(jù)建設(shè)區(qū)域氣候資源、土壤水分狀況、植物的生物生態(tài)學(xué)特性，遵循適地、適水、適樹(shù)原則，仿擬自然植被群落結(jié)構(gòu)，考慮疏林化和灌叢化，同時(shí)正確客觀的認(rèn)識(shí)前期工程的成效、存在的問(wèn)題及其原因，建立一個(gè)因地制宜、穩(wěn)定的三北防護(hù)林生態(tài)體系。

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