鄂西北石漠化區困難立地一種造林技術的成效分析

楊佳偉 張維 劉學全 李細牛 張琳 鄭蘭英

摘 要： 結合鄂西北石漠化區困難立地造林需求，以保水劑、覆膜處理后的側柏苗木為研究對象，在鄂西北山地營造側柏幼林，研究分析保水劑、覆膜處理對石漠化山地造林成效的影響。結果表明：保水劑、覆膜處理后側柏幼樹地徑生長差異達顯著水平（p<0.05）、高生長差異達極顯著水平（p<0.01）;保水劑、覆膜處理后的3 a生側柏幼樹地徑主要集中于14～22 mm，平均地徑為17.32 mm，較對照樣地高出5.93%;幼樹高度主要集中于70～130 cm，平均高度為105.17 cm，較對照樣地高出55.62%;造林成活率達94.5%，較對照樣地高39.4個百分點，保存率達91.9%，較對照樣地高42.3個百分點;保水劑、覆膜處理后側柏苗木造林可一次成林，同時降低造林成本約16.86%。

關鍵詞： 鄂西北;石漠化;側柏;保水劑;覆膜;造林成效

中圖分類號：S728.1?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1004-3020（2021）01-0001-05

Effect Analysis of a Afforestation Technique on Difficult Site in Rocky

Desertification Area of Northwest Hubei Province

Yang Jiawei（1） Zhang Wei（1） Liu Xuequan（1） Li Xiniu（2） Zhang Lin（2） Zheng Lanying（1）

（1.Hubei Academy of Forestry Wuhan 430000;

2.Shiyan Municipal Forestry and Scientific Institute Shiyan 442000）

Abstract：According to the needs of afforestation in difficult sites in rocky desertification area of Northwest Hubei Province，the saplings of Platycladus orientalis treated with water retaining agent and film mulching were taken as the research objects，and the effects of water retaining agent and film mulching on afforestation effect of Platycladus orientalis were studied and analyzed.The results showed that the ground diameter growth difference of Platycladus orientalis saplings was significant （p< 0.05），and the height growth difference was extremely significant （p< 0.01）.The ground diameter of 3-year-old Platycladus orientalis saplings after water retaining agent and film mulching treatment was mainly 14～22 mm，with an average ground diameter of 17～32 mm，5.93% higher than that of the control plot.The height of saplings mainly concentrated in 70～130 cm，the average height was 105.17cm，55.62% higher than the control plot.the survival rate of afforestation was 94.5%，39.36 percentage points higher than the control plot，the preservation rate was 91.9%，42.30 percentage points higher than the control plot.The Platycladus orientalis saplings could be planted in one time after the treatment of water retaining agent and film mulching，and the afforestation cost was reduced by 16.86%.

Key words： Northwest Hubei Province;rocky desertification;Platycladus orientalis;water retaining agent;film mulching;afforestation effect

鄂西北地區是中國自然地理南北過渡的重要地區，也是中國南水北調中線工程的重要水源區，丹江口庫區生態環境保護意義重大。試驗所在地鄖陽區自1994年被長江水利委員會列為丹江口庫區水土保持重點防治區以來，先后開展了長江中上游水土保持重點治理、黃龍灘庫區坡改梯綜合治理試點、丹江口庫區水土保持重點治理等工程，治理小流域水土流失面積達1 766.24 km2[1]，治理成效顯著。但仍有部分區域由于早期不科學的森林經營以及不合理開墾耕種導致水土流失，形成基巖出露、土層瘠薄的困難立地，探索科學高效、適應區域營造林需求的植被恢復模式刻不容緩。

本試驗以側柏為主要試驗材料進行研究。側柏Platycladus orientalis為多年生常綠喬木，具有耐干旱瘠薄，適應性強且壽命長的特性，是石質山區、巖溶石漠化地區主要造林樹種之一，全國南北均有分布，尤其北方地區廣布，是中低山的地帶性植被[2]。目前，國內學者關于側柏人工林的研究主要集中于其養分元素分配及循環特征[3-5]，生物量及碳儲量[6-7]、枯落物水文效應[8-9]、水分利用策略[10]與水分脅迫機理[11]、密度效應[12]、生態化學計量[13]及育苗技術[14]等方面。而側柏在貧瘠地區造林方面研究主要集中在造林技術上[15]，針對不同措施與造林成效的持續動態相關研究則不多。本文針對鄂西北石漠化地困難立地，采用容器苗造林，設置對照樣地，對比分析保水劑、覆膜[16]等措施造林成效，為鄂西北石漠化困難立地造林提供參考。

1 研究區概況

造林試驗區為湖北省十堰市鄖陽區，地處鄂豫陜三省邊沿，漢江上游下段，秦嶺巴山東延余脈褶皺緩坡地帶，北部屬秦嶺余脈，南部屬武當山，海拔多在800 m以上，屬亞熱帶濕潤性季風氣候，年均降水量824 mm。區域光照充足，熱量資源豐富，無霜期長，年均日照總時數超2 000 h，年平均氣溫13～16 ℃，年積溫4 800～5 000 ℃，無霜期240 d左右[17]。區內主要土壤類型為黃褐土和黃棕壤[18]，在寬緩的漢江河流階地，一般堆積了較厚的風成黃土，是黃褐土的成土母質，而在山坡地帶，黃褐土和黃棕壤的成土母質一般為基巖風化殘積坡積物，土壤侵蝕明顯，土壤剖面較薄或不完整，保水保肥性能差。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

造林試驗采用2 a生側柏容器苗，充分木質化，無機械損傷，無病蟲害;0.3～1 mm（M型）保水劑;可降解農業地膜。

2.2 試驗方法

造林試驗地點位于鄖陽區柳陂鎮鵬儒村，試驗地概況見表1。針對試驗地立地情況對造林苗木采取保水劑和覆膜造林措施。造林前沿等高線放線，打點，挖窩，兩條等高線之間的種植點交錯排列，呈品字形，整地規格為0.5 m×0.5 m×0.4 m。試驗樣地造林采用保水劑、覆膜處理，對照樣地無保水劑、覆膜處理。保水劑、覆膜處理造林總面積為17.2 hm2，根據坡位分布設置6個20 m×20 m固定試驗樣地，監測生長量與成活率，同時設置3個20 m×20 m固定對照樣地。

2018年3月，采用2 a生側柏容器苗造林，造林株行距為2 m×2 m。試驗保水劑處理，0.3～1 mm（M型）的保水劑按照25 g·株-1用量，與土壤拌勻，置于穴底部林木有效根系周圍。覆膜造林，將地膜裁成50 cm×50 cm的正方形，中間打孔，苗木栽上后，澆足水，將裁好的地膜由一邊中點至中間圓孔剪開，并由此處覆蓋到苗木根部，地膜四周蓋土壓緊，做到四周高中間低，形成一小的集水區，以利于聚水。

在進行生長數據監測時使用游標卡尺和卷尺進行每木檢尺，測定地徑和幼樹高，分別于2019年1月監測生長量及成活率，2020年6月監測生長量及保存率。將試驗側柏地徑、樹高按不同措施類型分類統計匯總，地徑、樹高計算加權平均值并分等級統計百分比，并對統計結果利用SPSS進行方差分析。

3 結果與分析

3.1 生長狀況

從監測樣地的側柏生長情況看，進行保水劑、覆膜處理的試驗樣地側柏整體長勢較好，幼樹高生長顯著，枝條濃密，冠幅伸展，但是由于試驗地土壤坡面不完整，土層厚度不一，部分區域長勢稍差，使得幼樹的高度分布區間比較大;對照樣地側柏幼樹生長則相對較差，樹形矮小，枝條稀疏，冠幅窄小，最為顯著的問題是在困難立地條件下成活率和保存率不高。

由表2可知，鄂西北石漠化區側柏采用保水劑、覆膜處理造林的成效顯著高于對照樣地。造林后第二年的地徑試驗樣地較對照樣地高出67.90%，幼樹高度較對照樣地高出77.18%，造林成活率比對照樣地分別高出39.4個百分點;造林后第三年，試驗樣地側柏幼樹地徑較對照樣地高出5.93%，幼樹高度較對照樣地高出55.62%，造林保存率比對照樣地分別高出42.3個百分點。由此可見，鄂西北石漠化地區采用側柏造林，造林樹苗經保水劑、覆膜處理后地徑差異在10%以內，但是幼樹高度的差異則是極顯著，且造林成活率和保存率幾近高出一倍。因此，鄂西北石漠化山地土壤坡面不完整區域，造林采用保水處理措施是保證造林成活率的關鍵技術手段。

3.2 地徑、樹高、冠幅分布特征

地徑以2 mm為一個級別對地徑進行株數百分比的統計。由表3可知，鄂西北石漠化區采用保水劑和覆膜造林和無措施的3 a生側柏在地徑分布上存在顯著差異（p<0.05）。采用保水劑、覆膜處理后的3 a生側柏幼樹地徑分布范圍較廣，最小為8 mm，最大為26 mm，最大地徑是最小地徑的3倍有余，24.51%的林木地徑處于18 mm級別，而處于14～22 mm區間的林木占82.36%，小地徑級和大地徑級的分布類似于正態分布趨勢。對照樣地的3年生側柏幼樹地徑分布處于8～22 mm區間內，18 mm地徑級別的苗木占25.58%，16 mm地徑級占23.26%，處于14～22 mm區間的苗木占86.05%，而小于14 mm地徑級的占據13.95%，大于22 mm的則沒有。相同地徑級比較，保水劑、覆膜處理后側柏苗木在小于20 mm的各個級別所占比例均要小于對照樣地，而22 mm級別地徑占比則是遠大于對照樣地，且對照樣地在24 mm、26 mm地徑級所占比例為0。造林第2年地徑分布范圍顯示，試驗樣地樣本地徑級分布占比最多為14 mm級，占比為34.95%，主要分布區間集中10～16 mm，總占比為82.53%;對照樣本地徑級分布占比最多為8 mm級，占比為30.77%，主要分布區間集中于6～12 mm，總占比為84.62%。由此可見，保水劑、覆膜處理讓側柏幼樹的地徑分布規律上其區間更廣，且在一定程度上能夠增加大徑級數量，而未做處理的幼樹地徑分布區間相對較窄，地徑生長量有限。

樹高以20 cm為1樹高級，60對應樹高為50～70 cm，80對應樹高為70～90 cm，依次類推。從表4可以看出，鄂西北石漠化區采用保水劑和覆膜造林和無措施的3 a生側柏在樹高分布上存在極顯著差異（p<0.01）。保水劑、覆膜處理后的3 a生側柏樹高最高可達160 cm級，占比為3.92%，100 cm級別樹高占比最高，達30.39%，主要分布區間為70～130 cm，占調查樣本的比例達81.37%;未做處理的側柏幼樹樹高主要分布區間為50～90 cm，占調查樣本的比例為97.67%，還有2.33%是小于50 cm。相同樹高級比較，試驗樣地樹高無小于50 cm的樣本，大于90 cm的占比達68.63%，而對照樣地無大于90 cm的幼樹分布。造林第2年樹高級分布情況表明，試驗樣本經保水劑、覆膜處理后樹高級主要集中于80～120 cm，占比達87.38%，而對照樣本在此區間占比僅為13.51%，占比超過對照樣本73.87個百分點。說明鄂西北地區側柏苗木經過保水劑和覆膜處理后對高生長有顯著地促進作用，顯著優于未做處理的對照樣地。

側柏幼樹平均最大、最小冠幅監測結果顯示，保水劑、覆膜處理后的3年生側柏幼樹平均冠幅為35 cm×29 cm，冠幅最大值為60 cm，最小值為12 cm，平均冠幅大于30 cm的林木占監測株數的65.69%，平均冠幅大于20 cm的98.04%;未做處理的對照樣地樣本平均冠幅為18 cm×15 cm，冠幅最大值為26 cm，最小值為8 cm，平均冠幅大于20 cm的林木僅占51.2%。保水劑、覆膜處理后側柏幼樹的平均冠幅生長量、最大冠幅、最小冠幅均比未做處理的對照樣地大1倍，由此可見，保水劑、覆膜處理對于在鄂西北石漠化區側柏幼樹的冠幅生長顯著優于未處理的對照樣本。同時，幼樹更為伸展的樹冠能夠有更大的光合作用面積，同等立地條件下能夠積累更多的有機物，固碳釋氧能力更為突出。

3.3 保水措施造林成本

側柏林造林成本主要包括整地費、苗木費、定植費、補植費、撫育費、施肥及人工管護費用等，本試驗采用側柏幼苗造林，試驗樣地采取保水劑和覆膜措施，對照樣地采用常規造林模式，因此試驗樣地無幼林撫育費用，而對照樣地有除草的撫育費用。本文僅列舉對計算結果有顯著影響的因子進行分析，主要為苗木費、材料費、定植費、撫育費、補植費。按照營造林過程中的實際平均成本：容器苗1元·株-1，保水劑、地膜材料費0.3元·株-1，試驗樣本定植費1.3元·株-1，對照樣本定植費0.8元·株-1，苗木鋤草撫育費0.6元/株，補植費（含苗木及人工定植費）1.8元/株。

從表5可以看出，鄂西北石漠化區側柏造林成本差異主要體現在保水劑與地膜材料費、造林定植費、撫育費及補植費幾個方面。試驗樣地的側柏幼樹平均保存率能夠達到90%以上，如無成片不成活現象則不需要補植，而對照樣地苗木保存率不足50%，至少需要補植1次，補植密度為1 010株·hm-2，補植費用達1 818元·hm-2。本試驗區為困難立地，為了保持水土，營造幼林只進行幼樹周邊撫育，撫育人工費相對較低，采用覆膜造林的幼樹不涉及此項，可節省撫育費用1 500元·hm-2。因此，保水劑、覆膜造林在保水材料、定植人工費用方面投入成本較高，但是由于其較高的成活率和保存率，使其在補植費方面比對照樣地節省了一大筆費用，達到1 818元·hm-2，不計算整地、施肥等費用情況下單位面積造林成本比對照樣地節省1 318元，節省費用占比達16.86%。由此可見，鄂西北石漠化區側柏造林中采用保水劑、覆膜等保水保溫措施既能實現一次成林，也可有效控制造林投資成本。

4 結論與討論

本文針對鄂西北石漠化地區困難立地造林實際需求，采用控制變量法研究保水劑、覆膜處理對側柏的造林成效，研究發現，保水劑、覆膜處理后側柏第3年平均地徑達17.32 mm，平均樹高為105.17 cm，較對照樣地分別高出5.93%、55.62%;地徑分布上試驗樣地3年生側柏范圍較廣，小地徑級和大地徑級的分布類似于正態分布趨勢;樹高分布上試驗樣地3年生側柏高主要集中于70～130 cm，占調查樣本的比例達81.37%，最高可達160 cm，極顯著高于對照樣地（p<0.01）;冠幅分布上保水劑、覆膜處理后側柏幼樹冠幅更為舒展，尺寸較對照樣地大1倍;試驗樣地側柏人工林幼樹成活率較對照樣地高出約42個百分點，造林保存率可達90%，造林成效顯著。因此，在鄂西北石漠化地區土壤剖面較薄或不完整的立地條件下營造側柏人工林，采用保水劑、覆膜等保水保溫措施處理對于側柏幼樹前期樹高、冠幅生長及保存率均有顯著促進作用（p<0.05）。同時，保水劑、覆膜措施造林由于其較高的成活率和保存率，在補植費方面比對照樣地節省了一大筆費用，達到1 818元·hm-2，單位面積造林成本比對照樣地節省1 318元·hm-2，節省費用占比可達16.86%。造林地是林木生存的物質基礎[19]，造林地立地條件的優劣是影響造林成活率及幼樹生長狀態的重要因素，直接影響營林培育目標的實現與否。保水劑和覆膜處理能夠穩固新造林幼樹在造林初期生境的水分含量，保證幼樹生長的水分需求，同時避免幼樹周邊土壤環境雜草對生境資源的爭奪。

鄂西北石漠化困難立地面積廣，土壤坡面不完整，保水保肥能力弱，植被恢復較為困難，部分地區連續多次造林失敗，改善造林地土壤水含量是保障造林恢復成效的關鍵措施。各級造林工程、生態修復工程在造林成本上有一定控制，往往造林投資不足以支撐傳統造林模式的全部過程，恢復成效不佳，因此用更少的經費來實現預期的修復成效對造林工程的實施是至關重要的。由此可見，鄂西北石漠化區側柏人工造林中采用保水劑、覆膜措施既能實現一次成林，保證造林修復效果，也可有效控制造林投資成本。本文研究僅針對側柏這單一樹種，且研究內容主要集中在地徑、樹高、成活率等方面，針對植物生理、抗旱機制及以櫟類為代表的鄂西北地帶性植被缺乏探究，下一步作者將就樹種選擇、水分脅迫、生態化學劑量、養分循環等方面對石漠化地區生態修復成效做進一步探析。

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（責任編輯：唐 嵐）

收稿日期：2020-09-18

基金項目：中央財政林業技術推廣項目“丹江口庫區水源涵養林營建技術推廣示范”（[2018]HBTG03）;湖北大巴山森林生態系統國家定位觀測研究站運行補助項目。

作者簡介：楊佳偉（1990～），研究實習員，碩士，主要從事石漠化生態修復方面研究。

劉學全為通訊作者。