陕北榆林地区地处毛乌素沙地与黄土高原过渡地带，风蚀与水蚀同时存在，生态环境较为脆弱。近年来随着退耕还林还草等政策的实施，榆林地区植被盖度明显增加，生态环境逐渐好转，属于中国北方荒漠化治理的较为成功的典范。综合分析榆林地区生态环境好转的具体原因，退耕还林政策，三北防护林、京津风沙源治理等国家林业重点工程，煤矿区的生态修复治理等无疑是最主要的原因之一。但在生态环境好转的背景下，榆林地区近年来也出现了一系列新的生态环境问题，如局部地区地下水位下降，大多数河流流量减少，生态系统不稳定等等。因此，人类工程活动的正负效应在陕北榆林地区表现的异常突出，随着该地区资源开发规模和力度的加大，无疑会加剧这种效应，影响陕北榆林地区可持续发展以及黄河流域高质量发展。

笔者在充分收集前人资料的基础上，全面梳理了榆林地区近年来出现的各种问题，并分析了可能的原因，最后提出了对策建议。对于黄河中游生态脆弱区和资源型地区的可持续发展具有一定的借鉴意义。

1.   研究区概况

榆林地区处于陕西省的最北部，与甘宁晋蒙交界，东部隔黄河与山西省相望，西部连接甘肃和宁夏，南部与陕西省延安市接壤，北部与内蒙古自治区鄂尔多斯市相连。榆林市行政区划形似三角形，位于E 107.28°～111.15°，N 36°57′～39°35′，东西最大长度为309 km，南北最大宽度为295 km，总面积约为4.3万 km²，约占陕西省总面积的20.9 %。

榆林地区地处毛乌素沙地和黄土高原过渡区，总体地势特征从西北向东南倾斜，海拔一般为800～1800 m。西南部略高，平均海拔于1600～1800 m变化，其他地区海拔为1000～1200 m（图1）。大致以神木县中鸡–锦界–榆阳区麻黄梁–榆林城区–横山县白界–横山县城–靖边高家沟–靖边县城–宁条梁–定边县安边–砖井–红柳沟为界，西北部为风沙（滩地）区，属毛乌素沙地东南缘，海拔为1200～1500 m，沙丘沙地绵延不断，滩地、海子星罗棋布，地形较平坦，相对高差为10～15 m，沟谷切深一般为30～50 m。东部和南部是黄土高原丘陵地区，沟谷发育且深切，黄土梁、峁、沟壑发育，地形破碎，起伏较大，高程为930～1300 m，相对高差为150～300 m（张茂省等，2014）。

图  1  榆林市数字高程图

Figure  1.  The digital elevation map of Yulin area

下载: 全尺寸图片 幻灯片

榆林降水呈现夏秋多、春冬少的特点，降水量东南多、西北少，年内和年际变化均大。按季分配是夏季占年降水量的56.7%，秋季占26.7%，春季占14.5%，冬季占2.1%。榆林市及其周边地区16余个气象台（站）1959～2015年近57年的降水资料综合分析，各地区年平均降水量除高石崖水文站外，均在500 mm以下，且降水量由东向西递减，其中韩家峁、横山、殿市等水文站年均降水量较低，均在400 mm以下。

榆林地区地处陕西北部，地形条件复杂，水资源相对匮乏，水系主要分为内流及外流两类。外流水系为黄河流域，是榆林市境内水系的重要组成部分，支流众多，比较大的河流有无定河、窟野河、秃尾河、佳芦河及皇甫川、孤山川、石马川、清水川组成的“四河四川”。清涧河、延河、洛河、泾河部分支流起源于此，但市域范围内流程短，水量小。内流河分布在毛乌素沙地西北部的沙漠闭流区。

2.   研究方法

NDVI归一化植被指数，可以较为准确地反映地表植被覆盖状况。本次研究基于连续时间序列的SPOT/VEGETATION NDVI卫星遥感数据，采用了最大值合成法生成了月度、年度植被指数数据。

土地利用类型选择榆林市2000年（退耕还林还草开始）、2010年（人类工程活动影响显著）和2018年（现状）3期遥感影像，进行植被覆盖及土地利用现状解译工作。榆林市全区土地利用类型解译以美国地质勘探局（USGS）网站下载的Landsat多光谱数据为主要的数据源（采用2000、2010和2018年各年内6～9月各时段高质量遥感数据，云量控制在10% 以内），并以Google Earth 影像数据、公开发布的多个土地覆被/利用产品、MODIS 时间序列数据、DEM 数据等高空间分辨率影像和其他参考数据为辅助。各年份选择生长季受云影响最小的影像作为基础解译影像，在对影像进行大气纠正、镶嵌和增强处理后，形成2010年、2010年和2018年研究区遥感影像图。解译按照土地利用现状分类标准（GB/T21010-2007），分为耕地（旱地、水浇地）、林地（有林地、灌木林、疏林地、其他林）、草地（高覆盖、中覆盖、低覆盖）、水域（湖泊、河流、水库）、城镇工矿用地（城镇、乡村、厂矿）、未利用地等土地利用类型，采用面向对象的监督分类和人工目视解译结合的方法进行解译。训练样本来源于野外核查工作结果、公开的高分辨率遥感影像和公开发布的全球土地利用数据。

荒漠化程度采用遥感解译结合地面验证得出，2000年选用美国Landsat7（ETM）卫星影像数据，融合后空间分辨率为15 m，接收时间分别为6～9月，数据的光谱覆盖范围为0.45～2.35 µm。2018年选用高分一号卫星影像数据，空间分辨率为8 m，重采样为15 m数据，接收时间分别为6～9月，数据的光谱覆盖范围为0.45～0.89 µm。采用专业遥感数据处理软件PCI和ERDAS对原始数据进行了大气纠正、融合、镶嵌和增强等处理。采用人工目视解译的方法开展了荒漠化专题的遥感解译。

地下水位变化，土壤水分现状，水资源利用现状，生态功能区生态问题及防治措施来自野外实地调查走访，典型点实测，《榆林市水资源公报》和《全国生态功能区划》。

3.   近二十年来榆林植被覆盖度明显提高，沙化土地得到有效治理

3.1   NDVI植被指数明显增加

1999～2018年榆林市植被指数（NDVI）发生了明显的变化，NDVI增加的区域占91.11%，NDVI保持不变的区域占7.91%，NDVI下降的区域占0.98%（图2）。

图  2  1999年与2018年榆林市NDVI对比变化趋势

Figure  2.  Change of normalized difference vegetation index between 1999 and 2018

下载: 全尺寸图片 幻灯片

1999～2018年，榆林市区域年NDVI均值呈增加趋势（图3）。榆林市区域年NDVI均值从1999年的0.259，增加到2018年的0.548，表明榆林市植被覆盖度越来越高，整体向好。通过线性回归模拟出榆林市NDVI年变化趋势：y=0.0122x+0.2991（R²=0.845）。

图  3  1999～2018年榆林市NDVI年均值变化趋势

Figure  3.  The mean value of the Normalized Difference Vegetation Index from 1999 to 2018

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.2   未利用地持续减少，林草地面积显著增加，国土绿化面积明显增加

通过2000年（退耕还林还草开始）、2010年（人类工程活动影响显著）和2018年（现状）3期遥感影像对榆林市土地利用类型进行解译得出：2000～2018年，榆林市未利用地持续减少，林地、草地和建设用地呈现出增加的趋势，水域和耕地则是先减少后增加。2000～2010年间，耕地、草地和林地的变化率都显著高于2010～2018年（图4）。2010年以前，林草地占比较低，退耕还林还草的效果显著，2010年以后，随着大规模退耕还林还草的实施，整体林草地的覆盖度明显上升，加之耕种条件差，可供退耕的耕地面积的明显减少，导致由耕地转变为林草地的趋势减缓，侧面说明植被覆盖度越来越高。

图  4  2000～2018年榆林市土地利用类型变化

Figure  4.  Land use and cover change from 2000 to 2018

下载: 全尺寸图片 幻灯片

前人对榆林地区的植被覆盖和土地利用变化进行了大量的研究（蔚霖等，2009；杨强等，2015；王涛等，2017；封建民等，2018；栾金凯等，2018；石玉琼等，2018；杨波等，2019；李亚丽等，2021；Gu et al.，2021；Luo et al.，2021；Kou et al.，2021；叶璇等，2022；张凡等，2023），目前基本上已经取得了如下共识：榆林地区自1999年大规模的退耕还林还草以及其他各类工程实施以来，植被覆盖度明显增加，土地利用类型变化较大；在各类土地利用类型中，耕地和草地占比最大，是榆林地区分布面积最广的两种土地利用类型；未利用地明显减少，大部分转化为草地；耕地减少，转化为林地和草地；建设用地明显增加。

3.3   荒漠化程度明显减轻

通过遥感解译结合地面验证，得出了2018年和2000年的荒漠化程度（图5）。结果表明，2000～2018年水蚀荒漠化面积减少了245 km²。沙质荒漠化土地面积减少了1722.68 km²，其中，重度沙质荒漠化面积减少最为明显，减少了63%。此外，零星分布的盐碱质荒漠化土地，近二十年来有轻微的减少。值得注意的是，在东北部矿区出现了工矿型荒漠化土地，面积约246.64 km²。

图  5  榆林市2000年（a）和2018年荒漠化土地分布图（b）

Figure  5.  （a）The distribution of desertification land in Yulin of 2000 and（b） 2018

下载: 全尺寸图片 幻灯片

榆林市荒漠化程度得到有效遏制，尤其是沙化土地的治理，对全国治沙工作起到了引领和示范作用。已治理的沙化土地占沙化土地总面积的93.24%，约5733 km²流沙得到了固定或半固定，沙区植被平均覆盖度达到了60%。经过多年的治理，逐步形成了“带片网”、“乔灌草”相结合的区域性防护林体系和“南治土北治沙”的榆林治沙模式（李智佩等，2002；聂浩刚等，2005；杨忠信，2018；王枫等，2021；李文明等，2022；冯立等，2023）。

4.   榆林市植被覆盖度好转的背景下新的生态环境隐患

4.1   区域地下水位下降

通过水井调查和走访，从20世纪80年代到21世纪初，由于农业灌溉、生活用水和能源化工用水量的增加，地下水位呈明显下降趋势（图6），最大下降量近20 m。近年来加大了对浅层地下水的保护，地下水位逐渐趋于稳定，近几年来随着降雨量的增加，加之部分地区煤矿排水，西北部滩地地下水位有回升的趋势，部分低洼地出现积水。陶虹等（2016）通过监测得出陕北典型风沙滩地区浅层地下水位在1995～2010年整体波动下降，呈强降弱升态势，2010年后，水位逐年上升。范立民等（2018）通过调查监测发现，榆林西北部毛乌素沙地与黄土高原接壤区泉群大幅度减少，由1994年的2580处减少到2015年的376处。徐友宁等（2022）对陕西大柳塔煤矿及周边进行调查，发现采煤对矿区地下水位产生了较大影响，部分泉水干枯，但对沙地植被生态的影响不明显。冯立等（2023）综合前人资料认为，榆–神–府矿区采煤对烧变岩含水层和第四系潜水含水层造成影响，区域地下水水位下降 5～12 m，且多数区域已经下降到基岩面以下，直接影响地下水位浅埋区的植被生态，加剧二次沙化。此外，地下水位下降后，水体、湿地面积也相应减少。从近年来调查监测结果发现，榆林地区地下水位变化较为复杂，整体上，区域地下水位有下降的趋势，但在西北部滩地区，地下水位埋深浅，地下水埋深主要受降水等影响，多年来呈波动式变化。东北部煤矿集中区，区域地下水位下降比较明显。

图  6  神木市某监测孔地下水埋深动态变化图

Figure  6.  Variation of ground water depth in Shenmu county

下载: 全尺寸图片 幻灯片

4.2   生态系统尚不稳定，依然十分脆弱

遥感监测发现，榆林市主要土地利用类型为草地，占到全区的48.2%，其中低、中、高覆盖度草地分别占20.7%、18.0%和9.5%。林地占比较小，仅占到全区的9.5%（图7）。

图  7  榆林市土地利用类型统计图

Figure  7.  Statistical chart of land use in Yulin city

下载: 全尺寸图片 幻灯片

研究发现，20世纪60、70年代营造的以杨树为主的防护林，已老化退化濒临死亡，飞播灌丛植被经过30年左右的生长，进入过熟期。20世纪60年代开始引种的樟子松，是防沙治沙的最主要乔木造林树种，多年来形成了“一树独大”的局面（赵国平等，2018）。虽然在造林时多营造的是樟子松与紫穗槐等灌木的乔灌混交林，但随着郁闭度提高，灌木逐步死亡，混交林演变成樟子松纯林，存在巨大的生态安全隐患（武烽东等，2004）。

4.3   近年来土地利用方式和耕作方式出现了新的变化

榆林市自2011年以来在西北部毛乌素沙地开采了大量的耕地，利用最新的遥感影像圈定计算得出约250 km²（图8），实际上因遥感影像精度及解译精度的问题，其他学者报道的实际数字远大于该数字，达333～520 km²（郭瑾瑞等，2020）。耕地开垦使得榆林市连年实现耕地保有量稳中有增，耕地质量不断提高的良好成效，并为保障全省重点建设项目补充耕地做出了重大贡献。

图  8  榆林市毛乌素沙地新增耕地分布图

Figure  8.  New cultivated land in Mu Us Sandy Land in Yulin

下载: 全尺寸图片 幻灯片

但是，目前毛乌素沙地的开发的耕地多用于种植耗水量较大的土豆和玉米等，要满足灌溉需要，只有富水性强、补给量充足的地区才能得到有效保障。大规模开发地下水如不能及时补给，就会导致地下水位的下降。因此，大规模水浇地的整治开发，会增加地下水的消耗，如开发不当，会影响毛乌素沙地的生态环境（石辉等，2019）。此外，整理开发的土地冬春季大面积裸露，加之秋收后的翻耕，极易引起扬沙。

4.4   湖泊（海子）水面减小，河川径流量减少

遥感解译得出，2000～2018年，湖泊和水库坑塘面积呈现减少趋势，由128.68 km² 减少至116.22 km²，但2018年较2010年呈现出增加的趋势。2000～2010年，湖泊和水库坑塘面积减少的较明显，由128.68 km²下降至105.85 km²。此外，大量的监测数据也发现，近50年以来榆林市较大的河流窟野河、秃尾河和无定河河流流量呈现出递减趋势（图9）。

图  9  无定河（白家川站）、秃尾河（高家川站）、窟野河（温家川站）干流径流量多年变化图

Figure  9.  Variation of annual runoff of Wuding River (in the station of Baijiachuan), Tuwei River (in the station of Gaojiachuan) and Kuye River (in the station of Wenjiachuan)

下载: 全尺寸图片 幻灯片

湖泊湿地萎缩、各大河流径流量减少与气象要素和人类工程活动等有关（张健等，2016）。不同学者采用不用的方法对红碱淖的面积进行了监测，发现红碱淖的水面面积总体上呈现减少趋势，气候暖干化加上人类工程活动，如水利工程建设、煤矿开采、灌溉等，是造成湖泊面积萎缩的的关键因素。近年来，通过人工补水等措施，湖泊萎缩的趋势出现逆转（尹立河等，2008；杨立彬等，2014；王莺等，2018；江维等，2018；卓静等，2019；马红利等，2020；谢治国等，2021；姬莉雯等，2023）。

资料显示，榆林市22个水文站的径流均呈现减少趋势，主要受区域用水量增加和降雨量减少的影响（曹巍等，2019）。就无定河流域来说，人类工程活动是黄土丘陵沟壑区和风沙区径流量与输沙量减少的主要因素；人类工程活动对风沙区的减沙和减水效益分别为81.43%和21.74%；对黄土丘陵沟壑区的减沙和减水效益分别为58.46%和27.12%（杨媛媛等，2017）。2000年以前，气象要素是影响毛乌素沙地湖泊面积变化的主要因素，2000年以后，湖泊面积变化主要受人类工程活动的影响（徐丹蕾等，2019）。1960～2012年，无定河流域不同地貌类型区的支流，如海流兔河和大理河年径流量均呈现明显下降的趋势。在黄土丘陵沟壑区，大规模建设的水土保持措施，尤其是淤地坝等的建设是大理河径流量在1971年左右减少的重要原因。而北部风沙区，大规模水利工程的建设和农业灌溉用水的增加是导致海流兔河径流量变化的主要原因（任宗萍等，2019）。

5.   对策建议

水是榆林市生态环境保护和高质量发展的关键因素（马裕德等，2011；张茂省等，2014；Wang et al.，2021；党学亚等，2022），因此解决好水资源的优化配置及宏观调控是解决资源环境矛盾的根本。为此，建议在以下几个方面加强研究和监控。

5.1   加强水资源开发优化配置

2020年全市总用水量11.21亿m³，农业用水量为6.95亿m³，占总用水量的62.0%；工业用水量为2.82亿m³，占总用水量的25.2%；居民生活用水量为0.97亿m³，占总用水量的8.6%；城镇公共用水量为0.34亿m³，占总用水量的3.0%；生态环境用水量为0.13亿m³，占总用水量的1.2%（榆林市水利局，2020）。总体来说，近20年榆林市的水资源用量中，农业、工业和生活用水占的比例较高，而生态用水所占比例较低。建议考虑区内的地表水、地下水和矿坑疏排水以及可预见期限内能够完成的黄河引水，平衡生态、生活及工农业用水之间的关系，优化工农业经济产业布局，获取最大的经济社会效益。

此外，需加大矿井水利用的强度和黄河引水工程的建设力度。榆林市涌水量较大的煤矿主要分布在榆阳区和神木市，矿井水利用潜力较大。目前矿井水利用存在的主要问题是，矿井水量大的区域和地下水资源量丰富的区域是重复的，导致资源无法有效利用。鉴于此，部分企业因矿井涌水量较大，超出当时设计处理能力，导致矿井水处理能力不足，直接外排或储存在蓄水池，造成了资源浪费。因此，建议加强矿井水利用的强度和区域调控。

榆林市水资源相对有限，随着能源资源开发力度的快速增加和社会经济的飞速发展，当地水资源难以支撑榆林市经济社会的可持续发展。因此，建设引黄工程对榆林市经济社会全局和长远发展具有重要战略意义。

5.2   需充分考虑水资源承载力，限制高耗水的树种

自黄土高原1999年开始退耕还林以来，陕北榆林地区的降水呈逐年增加的趋势，同时蒸（散）发也呈增加趋势，土壤水分则呈减少趋势。野外调查结果发现，土壤水分具有垂直变化的特点，主要表现为表层较干，土壤含水层随深度增加有增大的趋势，但通常1 m左右以下土壤含水量较为稳定。2019年土壤含水量调查结果显示，大部分样方点土壤含水量变化范围较为集中，约为0.5%～3.5%，相对干燥，这与植物过度消耗土壤水具有密切关系。已有研究同样表明，黄土高原部分乔灌木在造林5～8年后，存在部分纯林生长不良，呈现衰退的趋势，“土壤干层”现象严重等问题（Jia et al.，2015；Huang et al.，2019；Bai et al.，2021）。

从不同类型植被的蒸散耗水特征来看，林地耗水量大于草地，草地大于稀疏灌丛。榆林地区的多年年均降水量约为365 mm，但在空间上存在差异性，其中东南部降水偏多，而西部偏低。当前，结合榆林地区降水条件，植被恢复应该以灌草为主。通过优化调整人工造林树种组成来降低水资源消耗，限制高耗水树种如新疆杨、白榆、樟子松、油松、刺槐和侧柏等乔木林的比例，增加符合当地水热条件的天然树种（如柠条、沙蒿、沙棘）的比例。此外，还可结合土壤水分承载力的测算，参考低覆盖造林治沙理念，通过造林密度的调控实现人工林结构与功能的稳定持续，做到适地适树。

造林树种的确定还需兼顾“因害设防”的问题。榆林地区是风蚀、水蚀交错区，在造林树种选择时要综合考虑植物的防风固沙与水土保持功能。不同类型的植物生态功能各异。乔木树种固然耗水量高，但是具有较强的阻风能力，农田防护林的树种多采用杨树、樟子松以及榆树等。

5.3   从生态功能保护的角度需降低榆林毛乌素沙地土地开发强度，加强生态空间转用监测评估

毛乌素沙地是防风固沙生态功能区，大区上属于鄂尔多斯高原防风固沙重要区。该区域属内陆半干旱气候区，主要发育以沙生植被为主的草原植被类型，土地沙化敏感性程度极高，是中国防风固沙重要区域。区内主要的生态环境问题是人类对草地资源的过度利用，矿产资源开发导致草地生态系统严重退化，草地生物量和生产力不断下降、土地沙化程度加重，对当地乃至周边地区居民生产生活带来危害。主要生态保护措施是：建立以“带、片、网”相结合的防风固沙体系，建立能有效保护耕地的农田防护体系，加强对流动沙丘的固定和治理，改变粗放的生产经营方式，停止一切过度消耗地表水、超采地下水等会导致生态功能继续恶化的人为活动，加强矿产资源开发的生态恢复治理力度（环境保护部，2015）。

但目前的土地整治开发活动与毛乌素沙地的生态功能相悖。因此，建议降低毛乌素沙地土地开发强度，加大土地整治的力度，应首先考虑提高现有土地的质量。同时，在土地整治开发过程中，需考虑土地整治与沙化控制，农业生产与水安全保障，开发土地内、外部风蚀等问题和影响（石辉等，2019）。此外，加强区域地下水位和沙化监测，防止“二次沙化”出现。加强水、土资源承载力等研究，探索毛乌素沙地转用耕地的用途管制规则。

6.   结论

（1）近20年以来，陕北榆林地区植被覆盖度近年来呈明显增加的趋势；林草地呈明显的增加趋势，未利用地明显减少；荒漠化程度明显减轻，尤其是沙质荒漠化土地显著减少。

（2）近年来河流流量减少、区域地下水位下降、生态系统不稳定、土地利用方式等的改变可能会引起新的生态环境问题。

（3）建议加强水资源的宏观调控和监测评价，生态修复过程中需充分考虑水土资源承载力，生态空间转用需根据主体生态功能加强准入和转用监测。

致谢：“陕北榆林荒漠化区综合地质调查与评价”项目组的于国强、崔旭东、赵振宏、张乐中、刘洁、王龙莺、魏兴丽、付东萍参与了野外调查工作，中国科学院地理与资源研究所的王平老师，西安理工大学的时鹏老师，黄河水利科学研究院申震洲老师，陕西省治沙研究所的石长春老师提供了部分数据，在此一并感谢。