1环县55年气候变化情况
1.1资料和方法
选取环县国家基本站1957—2012年的气温、降水量、日照、物候、灾害等资料，采用气候趋势系数[13]、气候倾向率[14]、累积距平、YAMAMOTO检验法[15]，计算突变前后的信燥比，检验气候突变点，分析环县55年来气候变化情况及对退耕还林还草的影响。
1.2气温的变化分析
从图1情况分析可见，环县逐年平均气温呈波动上升趋势，从表1可见20世纪60年代平均气温最低，50年代后期为次低，70年代后期至80年代前期变化基本平稳，80年代中期至90年代前期又为一较冷时期，气温变化剧烈，90年代后期到现在为一较暖时期，温度距平均为正值。年平均最低气温为6.5℃，出现在1967年，为有气象记录以来最低的；2006年平均气温为10.9℃，为有气象记录以来最高的，最高与最低相差高达4.4℃。用最小二乘法计算变化趋势系数，年平均气温的倾向率为0.43℃/10a，显著高于全国气温增温率0.22℃/10a，趋势系数0.78。从表2可见，环县四季中都有明显的升温趋势，春、夏、秋季的升温贡献都很大；环县年平均最高、最低气温都有上升的趋势，但最高气温对升温的贡献明显大于最低气温，气温日较差增大。通过累积距平分析（图2），平均气温在1987年存在偏冷向偏暖的突变，通过YAMAMOTO检验。见，突变前后年平均气温上升1.2℃，冬季平均气温上升1.3℃。
1.3降水变化分析
从环县年降水量变化曲线（图3）可见，与全国的平均年降水量呈减少趋势一致，环县的55年来降水量总体呈逐渐减少的趋势，倾向率为-15.4mm/10a。从表4可见，环县的年降水量出现两高两低，20世纪60年代是最多雨期，80年代是次多雨期，70、90年代是相对少雨期，60年代与90年代相差122.9mm，进入2010年后降水量略有回升。从季节变化趋势来看，冬、春两季的降水倾向率变化很小，分别为0.42mm/10a、0.67mm/10a，降水量的增加趋势不明显；夏、秋两季的降水都是减少的，秋季降水减少最多，倾向率为-13.9mm/10a，全年的降水减少主要是秋季引起的。从图4可见，日降水量≥0.1mm年平均降雨日数为83天，其中春季雨日占全年的24%左右，夏季占39%，秋季27%，冬季仅占10%；计算的年降水日数的气候倾向率为-4.75d/10a，降水日数大约每10年减少5天，大于年降水量减少程度，间接增大了降水强度，有利于局部大涝的形成。
2气候变化对环县退耕还林还草的影响分析
2.1对退耕还林还草有利的影响
2.1.1热量资源增加
环县有明显的大陆性季风气候特征：冬寒长，夏热短，春暖迟，秋凉早，对树木草类生长影响最大的是无霜期和冬季低温。随着气候变暖，1987年突变前与突变后年平均气温上升1.2℃，＞0℃林木生长平均时间为255天，无霜期延长5天，≥0℃活动积温3456.9~4000.6℃，≥10℃活动积温2573.5~3466.2℃，热量资源增加，引起生长期相应延长，可以保证树木、草类生长。变暖后最冷月（1月）平均气温-3.8℃，上升1.3℃，极端最低气温-25.1℃，树木草类受冻害危害减轻，大部分树木、草类可安全越冬。最热月平均气温为21.5℃，极端最高气温38.6℃，高温对树木草类生长危害不大。最高气温对升温的贡献明显大于最低气温，造成气温日较差大，平均日较差为13.0℃，最大日较差为28.7℃，利于林木草类生长。
2.1.2光能资源充分
环县地处北温带，日照长，太阳辐射强。随气候变化，降水量减小，降水日数减少，全年光照时数增加，年日照百分率为58%~62%，日照总时数为2596.2~2766.4h，全年太阳总辐射为6095MJ/m2，与同纬度的兰州、青岛等地比较，环县为日照时间较长，总辐射较高的地方之一。目前环县大部分地区光能利用率只有0.13%，水肥较好的地方，光能利用率也只有0.77%，可见退耕还林还草提高光能利用率大有可为。
2.1.3山区降水资源充沛
随气候变暖，环县年总降水量呈减少趋势，其中冬、春季有少量增加，夏、秋两季的降水都是减少的，秋季降水减少最多。降水时空分布不均，由东南向西北逐渐递减；降水年际变化大，最少年272.5mm，最多年812.9mm；降水季节分布不均，高度集中在7—9月，占全年降水的60%以上，且该时段降水强度较大，多形成地表径流，利用率低；春秋季节降水较少，冬雪特少。但环县土地资源丰富，全县土地总面积9236hm2,其中70%以上为山地，按年平均降水量350mm计算，山区年降水量2.26亿m3，是一个巨大的水资源库[16]，加以合理利用，可以满足林木生长对水的需求。
2.2对退耕还林还草不利的影响
2.2.1干旱加剧
环县为内陆干旱气候区，地表水匮乏，地下水位深，自然降水少且时空分布不均，局地性明显，使干旱出现范围广，影响面宽。环县50年来年平均气温增幅达0.43℃/10a，高于全国平均增幅(0.22℃/10a)，年总降水量呈减少趋势，倾向率为-15.4mm/10a，加剧了干旱化程度，年大旱的概率增加5%。环县干旱主要分春旱、春末初夏旱、伏旱、秋旱；环县春季降水少、风沙大土壤水分损失严重，出现春旱的几率高达62%，直接影响植树造林工作的开展和新植林木的成活，伏期（7月中旬到8月中旬）是林木蒸腾耗水最大时期，此期环县一般降水较多，但降水强度较大，利用率低，出现伏旱的机率为40%，影响林木的生长和林区蓄墒。干旱成为当地退耕还林，植树种草的最主要气象灾害，水分不足是环县植树造林的最大限制因子。
2.2.2暴雨冰雹增多
年降水量不多，且主要集中在汛期，多以阵雨形式下降，大—暴雨是全年降水的主要成分。50年来总降水量呈减少趋势，倾向率为-15.4mm/10a，年降水日数的气候倾向率为-4.75d/10a，增大了降水强度，更有利于局地大涝的形成，夏季异常降水极端气候事件出现频率增加，使大涝概率由7%增至10%。大—暴雨引起山洪暴发，造成水土流失严重，加重林区干旱程度，使树木根系露出土面，破坏林草生长。冰雹也是环县活动频繁的一种气象灾害，平均每年都有2~3天，最严重的70年代平均每年11次，其中1977年达19次。冰雹对林木、花果造成机械砸伤，并常伴大雨出现，危害更大。
2.2.3霜冻危害加重
霜冻对树木危害主要指早、晚霜冻。晚霜冻指出现在4月后的霜冻，早霜冻指出现在10月前的霜冻，环县晚霜冻出现在5月份的频率达63%，出现在6月份的频率也有25%，早霜冻出现在10月前的频率有42%，早、晚霜冻不但缩短林草生长期，还可以造成林草受冻死亡。气候变暖造成生长期延长，根据环县农气站1986到2012年物候观测资料分析，树木春季萌动提早2~5天，秋季落叶晚3~4天，早、晚霜冻危害加重。2.2.4大风增多环县地处毛乌素大沙漠南缘，四季风沙较大，气候变暖，进一步加剧大风的危害，全年8级以上大风达13~38天，平均为18天，最多达85天，环县素有“一年一场风，从春刮到冬”之说。大风造成土壤风蚀，肥力下降，跑墒快，林草的幼苗易发生风抽死亡，并造成林木机械损伤，危害较大。
3环县退耕还林还草应对措施
3.1发展水利工程，整地蓄水保墒，以水养林
水分不足是环县造林的主要限制因子，环县地下水和地表水资源极为贫乏，应高度重视环县山区丰富的雨水资源，大力发展“121”雨水集蓄等水利工程。山坡平缓地带修水平梯田，陡峭地段修反坡梯田或鱼鳞坑，疏松土壤，加厚土层，改善土壤理化性质，增强土壤蓄水保墒保肥能力。在径流线上，发展各种雨水积蓄工程，挖蓄水坑，修筑涝坝等拦截雨水，把雨季多余的水积蓄起来，即可防止水土流失也可在干旱时灌溉，以水养林，可大大提高造林的成活率和经济效益。
3.2合理调整造林布局
环县属黄土高原半干旱地区，植树造林应走防护林和经济林相结合，乔、灌、草相结合的路子，根据气候学方法估算，甘肃黄土高原区乔木林年蒸散耗水量大约350~540mm，环县降水基本可以满足乔木和灌木成活和生长对水分的需求；但从梁峁上现有的侧柏、油松、杨树、榆树、山杏等乔木和柠条、沙棘、沙大王、苜蓿、毛条、柳等灌木长势看，乔木生长10多年后，树高一般仅2~3m，树木直径不超过5~10cm，而且近几年生长量极小，有的已成为“小老头树”，而灌木长势基本良好；这些情况表明年降水量400mm左右的环县梁峁上，水分条件不能保证乔木良好成材，经济效益不大，梁峁上应种植草类和灌木，阴坡上可种植少量稀疏的乔木，重点建设好防护林和生态林；河谷山川区应植乔木、灌木和一些经济林木，重点建设好用材林和经济林。
3.3选择造林方式，掌握造林适宜期
造林分为植苗造林和直播造林2种方式。一般草类、灌木可利用雨季（5—9月）进行直播造林，提高在荒山、荒坡、荒沟等地的造林面积；乔木宜选用植苗造林方式，以提高存活率。造林适宜期应根据各季节的温度、日照、降水及土壤墒情确定，造林时期一般为春季、雨季或秋季。环县雨季气温较高，日照强烈，苗木水分蒸腾快，容易造成苗木脱水、风干，降低造林成活率。环县秋季一般土壤水分较充足，但气温、地温较高，早载植虽有利于根系愈合，但带叶的苗木容易失水和出现根腐烂降低成活率，过晚载植，天气已冷，苗木根系容易受冻，造林难以成活。环县春季土壤返浆期是土壤墒情最好的时期，这时苗木已由休眠状态复苏，开始萌生新根，移栽后能较好的吸收土壤水分，根系从土壤中吸收的水分，能与苗木地上部分的蒸腾失水维持平衡，有利于苗木成活，因此环县应在春季土壤返浆期苗木根系开始萌发时造林较适宜。
3.4选用适宜树种草种，提高成活率
选用树种时应选抗旱性和抗寒性较强的树种，防止早晚霜冻的影响。采用侧柏、油松、杨树、山杏、沙棘、毛条等本土树种和紫花苜蓿、沙大王等本土草种[17]，根系发达，抗旱性较强，不但能利用较深层次的水分，也能起到防止水土流失，成功把握性大；引进树种必须经过较长时间气候条件的试验观察，其环境适应性和生长表现确优于当地树种才能推广载植。
3.5选用几种抗旱造林方法
3.5.1看墒造林土壤墒情好坏，直接影响造林成活率的高低。环县多为沙壤土，沙壤土土壤重量含水率在10%~12%以上时，一般不灌水或少灌水可达到较高的成活率。土壤墒情较差的情况下，灌水有利于缓苗，生根和稳定成活。3.5.2借墒造林在干旱又无灌溉条件的地方，可在造林地附近的山洼、坡脚、沟底土层深厚处，取掉上层干土，取其下层湿土运往造林地，在载植坑内将一些湿土增培于苗木根部踩实，然后复上一层松土，增加了坑土底墒，容易踩实，以利缓苗，可提高林木成活率。3.5.3接墒造林在土层较厚而上层土壤干旱的地方，先取掉土层干土，到下层墒情好处刨坑，刨坑时湿土放开，在坑内植苗时再将湿土回埋到苗木根部，两次埋土、踩实、再覆一层土。3.5.4开沟造林干旱的山坡采用开沟造林，可以拦蓄雨雪和杂草枯落物，减少日光照射和旱风吹袭，增加土壤水分，减少苗木蒸腾失水和土壤跑墒，有利于苗木成活。3.5.5采用化学药剂造林用ABT生根粉处理根、增温保墒剂喷洒穴面、蒸腾抑制挤处理叶面等技术，可增强土壤保墒能力，大大减少水分蒸发，增高地温，保持体内水分平衡，促进苗木生长，提高成活率。3.5.6多株造林在一个植株穴内载植多株苗木，增加苗木的成活机率。干旱季节和干旱山地采用此法造林，虽成本较高，但可以大大提高造林成活率。3.5.7覆盖造林遮挡法，在植穴阳光照射的一方，竖立起遮蔽体，遮挡阳光直射，减少苗木水分蒸腾，可以起到缓苗作用，有利于其成活。据环县林业站研究，苗木新载植后，采用草类，石块、地膜、黑网防晒膜等进行覆盖，成活率提高25%以上。
4结论
（1）环县55年来，平均气温呈波动上升趋势，年平均气温的倾向率为0.43℃/10a，显著高于全国气温增温率0.22℃/10a；最高气温对升温的贡献大于最低气温，平均气温在1987年存在偏冷向偏暖的突变，突变前后年平均气温上升1.2℃，冬季平均气温上升1.3℃。55年来，降水量总体呈逐渐减少的趋势，倾向率为-15.4mm/10a，秋季降水减少最多；年降水日数减少的气候倾向率为-4.75d/10a。（2）气候暖干化，致使该地干旱、山洪、冰雹、霜冻等自然灾害频发，但同时该地的热量资源增加，生长期延长。为了更好的应对气候变化带来的影响，该地应进行种植结构调整，由以粮为主转为以牧草、林木为主的经营模式。环县地处毛乌素沙漠边缘，多年来广种薄收，乱开滥垦，地面植被遭到严重破坏，干旱化加剧，生态失去平衡造成恶性循环，气象灾害频繁，顺应天时，大力调整种植业结构，实行退耕还林还草工程将提高农业生态系统生产力，改善农业生态环境，有利于农业生态系统的稳定可持续发展，应该加大实施力度[18]。（3）环县退耕还林还草应对措施：植树造林应走防护林和经济林相结合，乔、灌、草相结合的路子；应选抗旱性和抗寒性较强的侧柏、油松、杨树、山杏、沙棘、毛条、紫花苜蓿、沙大王等本土树种草种，根系发达，抗旱性较强，不但能利用较深层次的水分，也能林到防止水土流失；草类、灌木可利用雨季（5—9月）进行直播造林，提高在荒山、荒坡、荒沟等地的造林面积，乔木宜选用植苗造林方式，在春、秋两季选取多株造林、覆盖造林等退耕还林还草方法，喷洒增温保墒剂，提高成活率；大力发展“121”雨水集流等水利工程，整地蓄水保墒，以水养林养草。
作者：刘英 周忠文 昔小丽 车向军 杜军 单位：中国气象局兰州干旱气象研究所 甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室
