随着经济社会的快速发展，人类活动对资源的过度开发利用使得脆弱的生态环境更趋恶化^[1]，水土流失加剧、水气土壤污染、生物多样性丧失、生态系统退化、灾害频发等越来越多的生态问题致使人类生态环境面临的压力不断增大，累积到一定程度将会影响经济社会可持续发展，危及区域和国家生态安全^[2]。生态安全是指生态系统的健康和完整情况，是人类在生产、生活和健康等方面不受生态破坏与环境污染等影响的保障程度^[3]。生态安全是随着生态恶化和环境问题日益严重而被提出的一种安全理念，其意在于揭示一个区域生态环境与社会经济发展之间的相互关系，指出生态环境状况是否对社会经济发展构成了威胁，生态环境与社会经济之间是否出现不协调现象，并随时监控生态环境的变化，确保区域生态系统的安全、健康、可持续发展以及社会经济的稳定^[4]。20世纪80年代初期，生态安全开始成为国际生态系统研究的热点领域和人类社会可持续发展面临的新主题^[5-6]，主要研究内容包括生态系统健康诊断、影响因素研究、区域生态风险分析、景观安全格局等^[3]。随着研究的不断深入, 人们逐渐认识到单一自然生态系统安全性评价的不足，开始关注人与自然综合作用的影响研究^[7]，识别出造成风险的关键影响因素和生态修复关键区域是生态安全研究的重点，通过何种途径实现生态修复、保障生态安全成为亟需解决的现实问题^[4]。

生态系统退化严重制约着国家生态环境质量的整体提升，控制生态系统退化和生态恢复已成为重要议题^[8]。加强生态系统保护与修复是提升生态环境质量、维护生态安全、促进国民经济可持续发展的重要途径。本文以生态安全研究为基础，以杭州市生态屏障“中国山核桃之都”临安区为例，探究了山核桃Carya cathayensis林生态退化的影响因素和作用机制，以及人与自然在生态退化中的综合影响，并提出针对性生态修复与提质增效技术措施，以期为山核桃林区保护修复受损生态环境、保障国土安全提供参考，为有效推动我国生态修复提供参考。

1.   研究区概况

临安区位于杭州市西部天目山山区，境内以山地丘陵为主，是浙西北重要的生态屏障，是太湖和钱塘江两大水系的源头，也是我国山核桃原产地，有上千年山核桃栽培史和500年生产加工史，其出产的“临安山核桃”是国家地理标志产品。山核桃既是临安区的优势特色支柱产业，也是临安山区林农的主要收入来源。根据临安区农业农村局统计数据，2022年，全国有山核桃林面积10万hm²，产量4万t，其中临安有山核桃林面积42 667 hm²，产量1.5万t，全产业链产值37.1亿元，其种植面积及产量均为全国第一。

在林农获得良好经济效益的同时，山核桃种植面积也急剧扩大。根据临安区森林资源规划设计调查数据，临安山核桃林从20世纪90年代的1.33万hm²，快速增加到了2022年的42 667 hm²。为了追求经济效益，部分林农砍掉原本生态良好的水土保持林来种植山核桃，在有些岩石裸露的陡坡山地从山顶到山脚都种满了山核桃。根据2019年临安区山核桃林地全面调查结果，为了提高产量、方便采收，林农大量使用除草剂和化肥，导致山核桃林下灌草消失殆尽，土壤严重酸化板结，水土大量流失，林地急剧退化，干腐病大面积爆发，山核桃成片死亡。为了促进山核桃产业可持续发展，临安区政府在2012年就提出了山核桃林生态经营理念，并于2017年提出了《“临安山核桃”亮牌战略三年攻坚行动》，力推山核桃生态化经营，已有少部分农户开展了林下种草、树下挂网采收山核桃等生态经营措施。但因山核桃种植涉及到临安区10万余林农的民生问题，生态经营和生态整治之路困难重重，生态环境恶化趋势未能得到有效逆转。

长期盲目扩张和过度经营严重破坏了山核桃产区的生态系统和自然环境。2019年8月，临安区遭遇了超强台风“利奇马”，台风引发的强降雨造成临安区西部山核桃产区突发大面积山洪、塌方和泥石流。根据临安区农业农村局统计数据，台风造成了38 000 hm²山核桃林地受损，260多km道路、河流被冲毁，直接经济损失达16亿元，重灾区也是主产区的岛石、龙岗和清凉峰三镇山核桃林区水土大量流失，沟壑纵横，严重威胁到区域生态和国土安全。

2.   研究方法

2.1   数据来源

研究所需要的数据主要包括遥感影像数据、森林资源数据、地质结构数据、地质灾害数据、坡度坡位数据、水土流失数据、降雨数据、经营方式数据。其中，遥感数据为2017年Landsat TM遥感影像，来源于地理空间数据云，数据分辨率为10 m；森林资源、坡度、坡位数据来源于2017年浙江省森林资源规划设计调查结果；地质结构数据来源于《临安市土地利用总体规划（2006—2020年）》（2017年8月11日，浙江省人民政府发布通知,撤销县级临安市,设立杭州市临安区）；地质灾害数据来源于2017年临安地质灾害点分布图；水土流失数据来源于2015年《临安市水土保持规划》和2019年山核桃林地全面调查结果；降雨数据来源于杭州市临安区气象局；经营方式数据来源于2019年山核桃林地全面调查结果。

2.2   生态退化影响因素与机制研究

2.2.1   自然因素、生态退化与灾害关系研究

（1）生态区位

在2015年《全国生态功能区划（修编版）》中，临安区（图1）属于全国生态系统服务功能水源涵养和生物多样性保护较为重要的区域，同时其生态环境敏感性也较高。在2013年《浙江省生态功能区划》中，临安区属于全省生态系统服务功能重要和极重要区之一，也是土壤侵蚀的极敏感区、浙江省水土流失重点监督区和预防区。

图  1  研究区地形地貌图

Figure  1.  Topographic map of the study area

下载: 全尺寸图片 幻灯片

（2）地质构造

临安区的西北和西南山地区域是山核桃主产区。该区域多崇山峻岭、深沟幽谷，地质构造属扬子准地台钱塘台褶带，岩性多为残坡积含碎石、石灰岩及强中风化粉砂质泥岩。发育的土壤主要为砂质岩性土，结构松散，土体稳定性和持水能力不足，地质稳定性差，容易受外力作用发生山体滑坡、塌方，属地质灾害易发区。

根据《临安市土地利用总体规划（2006—2020年）》，临安地质环境脆弱，全区地质灾害易发区面积有288 300 hm²，占全区总面积的92%，其中地质灾害高易发区面积有2 729.3 hm²，主要分布在西北部的岛石及龙岗等山核桃主产区。这些区域被划为地质灾害重点防治区，需要加强地质灾害防治。

（3）水土流失

临安区属于水力侵蚀为主的南方红壤丘陵区，水土流失类型主要为水力侵蚀，暴雨季节易发生滑坡、泥石流等地质灾害。根据2014年浙江省水土保持调查结果，临安区水土流失面积达24 198 hm²，主要分布在坡度较大区域。其中强烈、极强烈和剧烈侵蚀区占比28.72%，主要分布在岛石、龙岗、清凉峰等西部山区乡镇（图2），山核桃林地是这些乡镇水土流失的主要区域。为此，《临安市水土保持规划》将岛石镇、龙岗镇、天目山镇等西部山区乡镇划为县级水土流失重点治理区。

图  2  研究区水土流失现状图

Figure  2.  Current status map of soil erosion in the study area

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2019年8月，台风“利奇马”危害之后，临安区政府组织开展了山核桃林地全面调查。调查结果显示，强降雨造成山核桃林地发生了大面积水土流失，其中，水土流失强度“强烈以上”的面积有 11 038 hm²，占山核桃林总面积的 25.85%，主要集中在岛石、龙岗、清凉峰三个重灾区镇。调查数据也说明了山核桃林区是临安水土流失的主要区域，不合理经营是造成水土流失的主要原因。

（4）降雨

良好的森林植被具有显著的蓄水保土作用，其防止水土流失、减少土壤侵蚀主要是通过乔木林冠层、灌木草本层、枯枝落叶层三方面对雨水的滞留, 以及植物根系的作用减弱径流对地表的侵蚀^[9-11] ，从而减缓地表径流形成，减少滑坡、泥石流和山洪的发生。研究表明，地表枯落物的最大持水量是自身重量的1.7～3.5倍，可以显著增强土壤的抗冲蚀能力。坡度大于25°、地表存在10 cm厚的枯枝落叶层的油松Pinus tabuliformis林和山杨Populus davidiana林分别可减少土壤冲蚀量的90%和83%，20 cm厚的枯落物则可完全抑制土壤侵蚀^[12-13]。但植物在水土保持方面也存在一定的局限性。当短时强降雨量超过森林植被对雨水的吸收、缓滞能力以及土壤的最大持水量时，质地松散的土体在饱和持水情况下，容易因重力和径流冲刷诱发滑坡等地质灾害。

临安区境内北、西、南三面环山，西北多崇山峻岭。根据《临安市土地利用总体规划（2006—2020年）》，西北部的天目山和清凉峰是两大省级暴雨中心，容易受台风、梅雨等降雨因素影响，形成短时局地暴雨。2019年8月，受超强台风“利奇马”影响，临安西部山区遭遇了历史上最大的短时局地强降雨，有5个站点降雨量在400 mm以上，而同期城区降雨量仅为山区镇的三分之一。其中岛石镇和龙岗镇1 h降雨量超过了70 mm，造成这二镇多处山核桃连片种植区域爆发泥石流、山体滑坡和塌方，成为受灾最严重的地区。

2.2.2   人为因素、生态退化与灾害关系研究

（1）除草清园

根据2019年山核桃林地全面调查数据，临安山核桃林主产区除草清园、林下无植被和割过又长出矮草丛的山核桃林面积占山核桃林总面积的86.58%。本次发生地质灾害的山核桃林中，95%以上灾害都发生在常年进行除草清园、林下植被缺乏等过度经营的山核桃林地，而周边具有乔灌草复层结构的松阔生态公益林基本没有受到台风的影响。同为强降雨区，太湖源镇生态经营的山核桃林因为有乔、灌、草、枯枝落叶多层植被对降雨的滞留， 以及植物根系和良好土壤结构的作用，减弱了径流对地表的侵蚀，在本次史上最强暴雨中也基本没有发生灾害。

（2）过度使用农药

为了采摘方便，山核桃种植区的林农大量使用除草剂全面清除山核桃林内灌木杂草。根据2019年山核桃林地全面调查数据，种植过程中使用除草剂的山核桃林面积有 20 216 hm²，占山核桃林总面积的53.20% 。

山核桃与其他乔木树种一样，本身也具有一定的水土保持能力，但仅有乔木层的林地保土蓄水能力弱于复层林。除草剂的使用破坏了山核桃林地原有的生物多样性，造成林下无地表覆盖物，黄土裸露，林分日趋纯林化、单层林化，林地涵养水源、土壤保墒和树木抗旱能力大幅下降，生态系统极其脆弱，抗自然灾害和病虫害能力也快速退化，一有台风暴雨就容易发生地质灾害。

（3）过度施肥

山核桃喜欢生长在富含石灰岩的山上，土壤比较瘠薄。近年来，林农为了快速提高产量大量施用化肥，虽然短时间内实现了增产增收，但长期过度施用单一化肥，会造成土壤理化性质发生改变并严重酸化板结、土壤退化^[14-15]。

据杭州市林水局2015年专题调查，临安长期过度施肥的山核桃林面积占山核桃林总面积的70.4%，土壤酸化板结导致了毁灭性森林病害——山核桃干腐病的大面积发生，山核桃林成片大面积枯死。调查当年，临安市山核桃干腐病发病率为86.5%，病枯山核桃树3.7万余株。干腐病破坏了树木根系^[16-17]，使病枯山核桃树木减缓径流冲刷能力大幅下降，台风暴雨时容易风倒，泥沙俱下时造成河道堵塞，冲毁房屋、道路。

2.3   生态敏感性评价

生态敏感性是生态系统对环境变化及人类干扰的反应程度，是评价生态系统稳定性、安全性的重要指标^[18-20]。生态敏感性评价是退化生态区保护、修复的基础，通过将对区域生态退化起决定作用的影响因素和对区域生态安全具有重要意义的生境斑块，识别为确保区域生态安全和需要优先生态修复、保护的关键因素和地块^[4]，针对性采取科学的修复技术措施。

山核桃既是临安区的支柱产业，也是当地林农的重要收入来源。基于经济发展和民生视角，生态保护应以保障民生和生态安全为根本原则，同时考虑“生态”与“经济”两方面的均衡。参考相关研究成果并结合研究区情况^[21-22]，选取分布区位、坡度、地质灾害、地质结构、林下植被盖度、短时降水、水土流失程度、除草清园、使用除草剂、过度施肥10个引发临安山核桃产区生态退化和生态灾害的主要影响因子构建生态敏感性评价体系，采用层次分析法和权重组合，结合GIS技术空间叠加进行生态敏感性评价^[23-24]。评价结果分为一般敏感、高敏感2个等级（表1）。

表  1  生态敏感性评价因子

Table  1.  The factors of ecological sensitivity

评价因子	敏感性等级		权重
	一般	高
分布区位	海拔>500 m	海拔≤500 m	0.08
坡度	≤35°	>35°	0.12
地质灾害	较低易发区	高易发区	0.05
地质结构	较稳定	不稳定	0.06
林下植被盖度	>0.3	≤0.3	0.10
短时降水量	<400 mm	≥400 mm	0.07
水土流失程度	一般侵蚀	强烈侵蚀	0.14
除草清园	不除草	除草	0.12
使用除草剂	不使用	使用	0.13
过度施肥	合理	过度	0.13

下载: 导出CSV 

| 显示表格

3.   结果与分析

3.1   生态安全综合评价

根据生态退化影响因子与机制研究综合分析，临安山核桃林地发生灾害的原因包括自然因素和人为因素。自然因素主要是山核桃产区自身的区位和地质条件导致的地质稳定性差、坡度大、生态敏感脆弱、多暴雨等；人为因素主要是林地过度开发，以及采取除草清园、滥用除草剂和过度施肥等过度经营措施，导致了临安山核桃产区林地退化、生态安全性较差。

临安山核桃主产区分布在地质灾害易发区，也是临安的生态敏感区、水土流失重点防治区。该区域土壤瘠薄，同时，作为浙西北的生态屏障、太湖和钱塘江的发源地，从其本身自然条件和区域生态需求出发，应该在控制水土流失、保障生态安全的前提下，重点发展水土保持和水源涵养防护林，科学适量地种植山核桃经济林以维护地方经济发展。

但受利益诱导，林农盲目地大量发展山核桃，本应种植防护林的山顶、45°以上的陡坡地连片种满山核桃。岛石全镇山林面积中防护林比例仅为28%，林种结构无法有效发挥保土蓄水、生态屏障作用。

3.2   生态敏感性综合评价

通过GIS技术对引发临安山核桃产区生态退化和灾害主要影响因素进行生态敏感性评价因子的叠加，得出临安山核桃产区生态敏感性评价结果。其中高生态敏感区面积有4 143.9 hm²（图3），占比9.7%，分散地分布在岛石、龙岗、清凉峰等乡镇的生态敏感区、地质灾害易发区，包括山高坡陡、工程地质稳定性差、水土流失严重、已经发生或易发生地质灾害的乡镇村庄居民点周边、国省县道、重要河流水库、地质灾害点，以及山核桃树病枯死率高、从山顶到山脚大面积连片种植山核桃纯林的山顶区域。其余区域为一般敏感区，面积有38 557.8 hm²，占比90.3%，连片集中分布在坡度相对平缓、地质稳定性高、地表林草覆盖率高、水土流失较少的区域。

图  3  研究区生态敏感等级空间分布图

Figure  3.  Spatial distribution map of ecological sensitivity levels in the study area

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.3   生态修复路径与提质增效技术措施

3.3.1   生态空间管控

为保护、修复生态环境，同时兼顾山核桃产业发展，根据敏感性高低进行生态空间管控^[25]，科学制定生态保护、修复路径与提质增效技术措施，分区治理。其中生态敏感性高的区域生态脆弱性也高，生态本底更易受到破坏或已经破坏，需要进行严格的保护和修复，划定为山核桃林地禁止经营区；一般敏感区生态环境相对较好，划定为山核桃林地生态经营区。

3.3.2   分区施策

在进行生态空间管控、科学分区基础上进行分区施策，分别施行“退山核桃林为生态公益林、生态经营”等生态保护、恢复与提质增效技术措施。

（1）“禁止经营区”生态修复路径及技术措施

“禁止经营区”以长治久安为目标，采取退山核桃林为生态公益林的修复措施，禁止人为经营以生产山核桃为目的的经济林。

首先，鼓励农户将生态脆弱、退化严重、不适合发展经济林的“禁止经营区”全部退出经济林经营模式，由财政给予生态整治补助资金，进行生态补偿。其次，在“禁止经营区”开展林相改造，通过飞播和人工补植造林相结合，将退化的山核桃经济林全部改造成乔灌草复层生态公益近自然森林，加快恢复山核桃林下植被，并实施长年封山育林和近自然经营，修复、保育退化土地和受损生态环境，促进生态恢复。

（2）生态经营区生态保护及提质增效技术

生态经营区以提质、增效、可持续发展为目标，大力进行生态化改造，推进山核桃林地生态化经营，并出台山核桃林地流转扶持政策，按照产业化发展需求，通过经营机制改革推进适度规模经营，促进山核桃产业的标准化、集约化经营，打造品牌，提质增效。

山核桃林地全面禁用除草剂，山核桃采收使用自然落果、树下挂网等安全采收技术，保障采收安全，减少对树木的损伤；全面推广测土配方施肥改土，修复土壤，减少面源污染；山核桃林下套种灌草，加大地表覆盖，降低雨水对地表的侵蚀，减少水土流失；对大面积连片的山核桃纯林进行林相改造，在山顶、山腰和山脚的山核桃林中补植木荷Schima superba 、浙江樟Cinnamomum japonicum 等生态树种，整体形成防护林和经济林混交生态保护模式，减少病虫害，防止水土流失。

4.   结论与讨论

以生态安全研究为基础，本文分析研究了临安区山核桃林生态退化并引发大面积山洪、塌方和泥石流等地质灾害的影响因素和作用机制，识别出了生态修复关键区域，提出了生态空间管控和分区施策的思路，制定了退山核桃林为生态公益林、生态经营等适用于退化山核桃林生态修复和提质增效的技术措施。

基于上述研究可知，有乔灌草复层植被和枯枝落叶层、土壤结构良好的山核桃林，减缓地表径流冲刷、持蓄水保土能力更强；而没有植被，或仅有乔木林层、土壤板结的山核桃林地蓄水保土能力较低，容易形成地表径流冲刷，引发滑坡和泥石流等地质灾害。

研究结果表明，山核桃产区发生地质灾害是自然和人为因素共同作用的结果。在自然因素无法改变的条件下，对生态脆弱地区尤其是生态高敏感区的人为活动进行合理管控，杜绝过度经营以遏制生态持续恶化，并采取技术措施修复已退化的土地和生态环境是保障区域生态安全的有效途径。在生态脆弱的临安山区，根据生态受损和退化原因，应在管控人为活动的基础上增加以维护生态安全为主的生态公益林的比例，科学适度地发展山核桃林。25°以上坡地的山核桃林都应采用林下种灌草的生态化经营方式，禁止铲草清园、喷洒除草剂、过量施用化肥等过度经营造成的生态破坏行为。其中生态灾害易发、地质稳定性差的高敏感区域，应禁止经营山核桃，将其逐步改造成水土保持和水源涵养林，以修复受损生态环境。

有别于普通的生态修复，山核桃林地修复既关乎到地方经济发展，也直接关系到百姓民生，生态修复措施必须将“生态”与“经济”兼顾，不仅要制定科学技术措施修复退化的林地，维护生态和国土安全，也要有合理的经济和政策措施辅助维护民生安全，采取禁止经营、退山核桃林为生态公益林这样的生态修复措施要规模适度。另外，在生态敏感性高的“禁止经营区”生态修复后，生态系统稳定性和安全性的提升程度仍有待进一步跟踪研究。对生态修复关键因素及关键区域的整体识别的研究较少^[26]，还是当前的难点之一，需要在今后的研究中进一步加强完善。

我国脆弱生态区分布广泛，生态系统退化类型多样，加强脆弱生态系统保护与修复任重而道远。作为全国山核桃最大产区，在临安率先开展山核桃林生态修复，将为全国山核桃产业健康发展提供先行先试的有益探索，对推动重要生态地区生态修复、可持续发展具有积极的引领示范作用，其实践模式可以为同类型其他地区科学修复生态环境提供参考。