植被生態
壹、植被組合與分布
調查區處於我國東部季風區與內陸幹旱區的過渡地帶,植被性質具有明顯的過渡特色,即從暖溫帶落葉闊葉林帶向溫帶森林灌叢草原過渡。延河以南以落葉闊葉林為主,其主要組成樹種有遼東櫟、山楊、白樺等闊葉樹以及油松、側柏等針葉樹;延河以北地帶則以森林灌叢草原為主,主要有荊條、酸棗、狼牙刺等灌木以及白羊草、黃背草等眾多草本植物。全區植被覆蓋率較低,且分布極不均勻(圖2-19);汾川河流域森林植被較好,覆蓋率為68%;延河左岸無天然次生林,只有部分稀疏退化草場,右岸森林覆蓋率僅為34%,流域內水土流失嚴重。
(壹)喬木
除油松林、側柏林、杜松林、山楊林、遼東櫟林、小葉楊林等在調查區以北局部地方(溝道及梁峁陰坡半陰坡下部)有片斷零星分布外,森林主要集中在區以南的橋山、黃龍山和嶗山等土石低山丘陵。在這幾個主要森林群落中,側柏林主要分布在陽坡半陽坡,白樺林主要分布在陰坡半陰坡,遼東櫟林、山楊林、油松林主要分布在陰坡半陰坡,但在陽坡半陽坡也有分布,且從平地、坡麓壹直到梁頂山脊。
圖2-19 植被類型分布圖
1—冬小麥、春小麥和糜谷作物;2—糜谷和馬鈴薯作物,壹年壹熟;3—河谷陽坡:長芒草、白楊草、興安胡枝子和雜類草原植物組合,河谷陰坡:長芒草、大針茅、興安胡枝子和雜類草原組合;4—河谷陽坡:酸棗、荊條、狼牙刺、黃背草、白楊草、蒿類灌草組合,河谷陰坡:秀線菊、胡枝子、虎榛子、野古草、大油芒灌草組合;5—油松林;6—側柏林;7—油松、華山松、櫟林;8—遼東櫟林;9—山楊和樺木林
(二)灌木
灌木在調查區北部,主要是白刺花、黃薔薇、沙棘、河朔蕘花、木本鐵線蓮、杠柳、山杏、虎榛子、丁香等灌叢,其中河朔蕘花、木本鐵線蓮、白刺花、沙棘、山杏等灌叢能生長在梁峁陽坡半陽坡,黃薔薇、丁香、虎榛子等灌叢則生長在溝道和梁峁陰坡半陰坡。而胡枝子、連翹、黃櫨、荊條、酸棗、細弱海棠等灌叢僅見於調查區南部地區。
(三)草甸和草原
草甸中除白羊草草甸在調查區北部有較廣泛分布外,基本上都集中分布在南部地區。草原主要分布在調查區以北地區。其中以長芒草、艾蒿、鐵桿蒿草原分布最廣,百裏香草原次之,再次為厚穗濱草、興安胡枝子、冷蒿、糙隱子草、草木樨狀紫雲英、宿根早熟禾、大針茅、白草、茵陳蒿等草原群落。在區內以南天然植被現今保存較多之地(如黃龍山、橋山次生林區),雖也有長芒草、艾蒿、鐵桿蒿等草原分布,但長芒草草原僅分布在路邊、田埂及林緣植被破壞嚴重的地方,艾蒿、鐵桿蒿草原則分別見於植被嚴重破壞的局部陽坡和陰坡處;而在天然植被幾乎完全破壞的地方,長芒草草原分布雖然較廣,但卻是森林破壞後的壹種植被退化性次生現象。在調查區以北,上述草甸草原、典型草原均廣泛存在。在以南則僅有長芒草、艾蒿、鐵桿蒿等草甸草原,而百裏香、冷蒿和大針茅等典型草原則完全不見。
(四)栽培作物
主要為冬小麥、春小麥、糜谷類、馬鈴薯類作物,大部分分布在調查市以北的溝谷坡地以及殘塬上;在東南緣黃土殘塬上目前主要為果樹林。由此可見,從植被的分布與組合來看,調查區以南屬於落葉闊葉林區,以北屬於草原區。
二、植被生態演化
目前對第四紀以來黃土高原原生植被的認識主要有3種觀點:壹是黃土高原在地質歷史時期曾廣泛發育有森林草原和森林植被,曾經有超過50%的面積被森林植被覆蓋,目前沒有森林生長是人類活動的結果;二是黃土高原的原始植被沒有超出草原的範圍,草原植被是黃土高原的頂級群落;三是黃土高原的植被不能簡單地表述為森林和森林草原或是草原,而應區分不同地形部位和區域。大部分學者認為,黃土高原的植被以草原為主,在局部溝谷中森林(疏林)植被能較好的發育。
(壹)第四紀以來
黃土地層的孢粉分析結果表明,在整個第四紀期間,孢粉含量普遍不高,說明黃土高原的植被壹直比較稀疏。例如,在洛川黑木溝剖面,大部分層段孢粉稀少,僅見有少數的草本植物,如蒿屬、藜科、麻黃科等,代表了植物十分稀疏的荒漠草原景觀。僅有少數層段的孢粉含量相對比較豐富,其中木本植物孢粉可占到35.4%~51.7%,主要有松屬、樺屬、榿木屬和櫟屬等;草本植物占58.3%~38%,主要為禾本科、藜科、蒿屬等,代表了植被比較繁茂的暖溫帶森林草原景觀。除了孢粉資料之外,黃土和古土壤的土壤學研究也證明,黃土是幹燥寒冷氣候環境下的產物,其中弱成土作用的黃土代表幹冷荒漠草原,中等成土作用的黃土代表幹冷草原,顯著成土作用的黃土代表草原環境。而古土壤被認為是比較溫暖氣候條件下的產物,其中黑壚土代表草原環境,碳酸鹽褐土和褐土代表草原-旱生森林環境,淋溶褐土指示旱生森林環境,而棕褐壤則指示落葉闊葉林-旱生森林過渡環境。據劉東生(1985)估算,970ka B.P.以來,黃土堆積時期占60%(579ka B.P.),古土壤發育時期僅占40%(391ka B.P.),其中指示草原環境的碳酸鹽褐土、褐土和黑壚土又占到69%(270ka B.P.),這說明,970ka B.P.以來,黃土高原主要是草原-幹草原環境,地表植物相當稀疏。
陜北黃土高原自更新世以來,氣候經歷了冷、暖、幹、濕的多次交替變化。生態植被也經歷了森林-草原之間的多次演變,森林草原過渡帶隨著氣候的變化而不斷的南北移動。早更新世初期,氣候濕冷,陜北黃土高原南部為濕冷生針葉林,北部是濕冷生的灌叢草甸;早更新世中期,氣候變暖,陜北南部植被也由針葉林演化為闊葉林;早更新世末期氣候又逐漸變冷,陜北南部植被又演變為針葉林,中部地區為濕冷生草甸,北部則接近凍原草甸植被;中更新世氣候又漸變暖,前期濕潤後期偏幹,陜北南部又出現闊葉林。晚更新世氣候又經歷了多次冷暖幹濕的交替演變。趙景波等(1999)對陜北黃土高原南緣的岐山剖面孢粉分析表明,在128ka~75ka B.P.,氣候溫暖濕潤,岐山植被表現為落葉闊葉林;到了75ka~54ka B.P.,氣候條件由溫濕轉變為冷幹,植被也由森林過渡到草原或森林草原;54ka~36ka B.P.,氣候再次變得溫暖濕潤,植被相應的由森林草原變為落葉闊葉林;36ka~32ka B.P.,氣候寒冷幹旱,植被表現為草原或森林草原;32ka~23ka B.P.,氣候變得溫和半幹旱,植被變為稀疏闊葉林或森林草原;23ka~12ka B.P.,氣候再次變得寒冷幹旱、半幹旱,岐山植被再次退化為草原或森林草原,陜北植被主要表現為草原景觀。洛川剖面、富縣剖面孢粉研究也表明,晚更新世以來氣候經歷了多次冷、暖、幹、濕的波動,植被狀況隨著氣候變化經歷了森林-草原的多次自然更叠轉換。
(二)人類歷史時期
歷史時期黃土高原植被變化可歸結為:西周以前及西周戰國時期植被保持著天然狀態,自東南向西北分別由落葉闊葉林、疏林灌叢草原、溫帶典型草原和溫帶荒漠化草原構成,不僅隴中、陜北南部、晉西有面積較大的森林分布,就是陜北北部的橫山、白於山,甚至更北的禿尾河上遊,晉西北山地森林分布也相當廣,廣大黃土丘陵地區呈現森林和草原相互交錯的狀況。秦漢時期黃土高原天然植被仍占較大比例,人類活動尚沒有改變黃土高原的植被面貌。唐宋時期關中平原、汾渭河流域已無天然森林,黃土丘陵、山地植被也遭到破壞,黃土高原北部沙漠開始擴張,自然環境處在惡化之中。黃土高原歷史植被的毀滅性破壞主要在明清時期。造成黃土高原歷史時期植被變化的原因有自然因素,但更主要的原因則是人為開墾土地,人為采伐森林和過度放牧造成的。根據歷史時期黃土高原森林分布圖推算,春秋戰國時期黃河中遊森林覆蓋率為53%,秦漢時期下降為42%,唐宋時期下降至32%,明清時期下降至4%。所以,黃土高原主要是近600多年來人類活動對植被破壞的結果。
新中國成立後,黃土高原植被破壞主要有三個時期:20世紀50年代末“大躍進”,60~70年代“文革”,70年代“農業學大寨”。新中國成立後,人口的快速增加,黃土高原植被破壞驚人,例如子午嶺林區20世紀50~80年代林線後退20km,平均每年後退0.5km。林地面積減少了42.0%。寧夏固原縣50年代初有天然次生林48000hm2,到1981年僅剩5333hm2,減少了88.9%。西吉縣50年代有天然次生林2593hm2,到1981年僅剩300hm2,減少了88.4%。山西呂梁山北部50年代還生長著茂密的喬木和灌木,到80年代從山麓到分水嶺已成裸露的山地,山坡幾乎全部被開墾為農田。
20世紀70年代末以來,黃土高原植樹造林日漸被重視,截至1995年,***造林種草0.1×108hm2,其中營造喬木林386.7×104hm2,灌木林320×104hm2,經濟林74.2×104hm2,種草234.5×104hm2。植被破壞的狀況被初步遏制,部分地區植被覆蓋度提高,生態環境改善。進入21世紀,國家在黃土高原實行“退耕還林、還草”政策,大面積的不適宜耕作的坡地實行退耕政策,目前區內天然植被得到了很好的恢復,生態環境較以前有進壹步改善,但仍然屬於脆弱生態環境系統。
三、生態環境預測
(壹)現狀
調查區屬半濕潤半幹旱氣候,多年平均降水量大於500mm,境內溝壑縱橫、梁峁起伏,地形支離破碎,光熱資源豐富,但水分條件不足,是典型的旱作農業區。區內土地廣闊,但等級低,且坡地面積大,水土流失嚴重,森林面積雖大但多集中在南部,分布不均。
據2003年9月9日Spot5遙感數據,運用ENVI遙感圖像處理軟件,選擇Spot5近紅外波段B3和可見光紅波段B2,進行歸壹化差值計算,求取植被指數 INDVI(Normalization Difference Vegetation In?dex)。
計算公式:
延安寶塔區滑坡崩塌地質災害
式中:RIR為近紅外波段地表反射率;R為可見光紅波段地表反射率。
根據植被指數換算植被覆蓋率,計算結果如圖2-20。調查區南部植被覆蓋率明顯高於北部,梁峁高於河谷。北部植被覆蓋率壹般<0.3,大多數區域<0.6;南部植被覆蓋率壹般>0.6,局部>0.8。
圖2-20 研究區植被覆蓋率分布圖
(二)發展趨勢預測
過去由於受“以糧為綱”思想和廣種薄收生產方式的制約,區內水土流失治理效果不很明顯。1998年以來,退耕還林、封山禁牧、舍飼養畜使延安的生態建設進入了壹個新的階段。1998年至今,延安***退耕還林44.2×104hm2,其中荒山造林16.5×104hm2,水土流失治理程度由20.7%提高到37.3%。目前延安生態環境惡化的勢頭得到初步遏制,全市13個縣區全部被列為全國生態環境建設試點示範縣區。近年來,隨著退耕還林和山川秀美工程的實施,寶塔區植被覆蓋率明顯提高,在科學發展觀和構建和諧社會思想的指導下,生態環境將會朝著不斷好轉的趨勢發展。