不同造林方式對寧南山區樟子松抗旱造林效果的影響

王正安, 余治家, 馬 杰, 佘 萍, 賈寶光, 李 穎

(寧夏農林科學院固原分院, 寧夏 固原 756000)

在中國西北干旱、半干旱地區，水資源的匱乏是制約恢復森林植被和改善生態環境的最重要限制因素之一，尤其干旱、半干旱地區在中國分布較廣，占中國國土總面積的50%左右[1-3]。寧夏南部山區位于黃土高原東段的西部干旱、半干旱區，該區域干旱少雨，年均蒸發量大、水土流失嚴重等問題，一直困擾著該區域以造林為主的植被恢復建設[4]。因此如何利用有效的人工造林技術進一步提升林木成活率顯得非常必要且關鍵，隨著國土綠化行動的大力實施，在該地區的荒山造林綠化中，普遍存在的問題是針葉樹種造林苗木規格小，不敢用大規格苗木，栽植后還要普遍拉水澆灌等問題，導致：①由于苗木小，鼠、兔害嚴重，樹木保存率低，難以郁閉成林；②由于要拉水灌溉，大量耗水耗油，既污染了環境，又加劇了水和石油資源的消耗，還加大了造林成本；③因造林難度大、造林成活率低、保存率低、林分穩定性差等，已成為制約該地區森林植被恢復的主要問題，使貧困缺水的干旱、半干旱山區生態建設質量難以提高，嚴重影響著生態建設的質量和速度。因此，量化不同造林處理措施的效果的評價，合理應用抗旱造林技術，研究如何采用合理的蓄水、保墑、節水措施來抗旱節水造林成為生產上急需解決的重要技術難題，通過有效解決林業工程抗旱造林中存在的問題，對林業生態建設的可持續發展，增加森林覆蓋率，具有重要的現實意義。

樟子松(Pinussylvestnisvar.mongolica)是中國三北地區主要優良造林樹種之一。由于其常綠樹種、喜光耐寒，樹干通直，生長較快，材質好，適應性強，已成為中國北方干旱、半干旱區營造防風固沙、水土保持林和用材林的主要樹種[5]。近年來，隨著社會經濟的發展，中國林業工程規模也逐漸擴大，涉及到林業工程抗旱造林問題也逐漸備受國內外學者關注的熱點，尤其干旱、半干旱地區抗旱造林技術措施的探究更是國內外學者研究的重點，針對干旱、半干旱地區抗旱造林技術的實際應用做了許多研究，主要從保墑技術措施增加林地水分供給和工程修筑集水等方面開展了具體研究，取得了眾多成果。如孫彥楠等[6]對抗旱造林技術的應用研究表明，綜合技術處理的效果大小依次為：保水劑+地膜+生根粉>保水劑+地膜>保水劑。王懷彪等[7]對毛烏素沙地樟子松抗旱造林關鍵技術研究認為立地條件對樟子松造林成活率和生長影響很大，造林成效依次為：覆沙黃土地>固定沙地>流沙地>半固定沙地。張源潤等[8]對寧南半干旱退化山區抗旱造林技術研究表明，覆蓋不僅能調節土壤的水熱狀況，還有保護果樹根系不被盛夏地表高溫灼燒的作用。曹楗翊等[9]對樟子松澆水覆膜技術及其保水效果研究認為樟子松的存活率和生長量大小依次為：澆水+覆膜>澆水+不覆膜>不澆水+不覆膜。但涉及干旱、半干旱區寧南山區的此類研究較少。楊彩霞[10]、高秀琴[11]只是對寧南山區抗旱造林技術要點簡單闡述，缺乏相應基礎試驗研究。目前的山區造林仍然需大量的拉水澆灌，花費代價大，造林效果還不明顯，造成了人力、物力和資源的浪費。因此，研究與探討適宜的抗旱造林技術，對開展該區域抗旱造林示范，探索科學、合理適用的造林技術方法和困難立地造林綠化進程和生態恢復具有現實的指導和借鑒意義。

本文基于造林初期的3個指標(成活率、年均生長量及造林成本)提高的幅度為衡量指標，應用模糊數學隸屬函數值法對干旱半干旱的疊疊溝小流域內5種不同造林處理措施的初期效果進行綜合比較與評價，以期篩選出較為適宜的造林處理技術措施應用于實踐，有效解決干旱半干旱區缺水導致造林成活率底的問題，為指導當地的森林植被建設和水資源綜合管理提供理論基礎，也為當地林業生態工程中合理造林提供技術依據。利于森林資源造林培育科學化管理以及對該技術的推廣應用具有參考價值。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

寧夏南部山區位于祁連山地槽東翼與鄂爾多斯臺地西緣之間，地理坐標150°09′—106°58′E，34°14′—37°04′N。土地總面積16 775.65 km2，占寧夏土地總面積的 32.4%。屬黃河中上游黃土丘陵溝壑區，有林地面積204，530 hm2，森林植被覆蓋率為 17.6%。自20世紀60年代開始大規模營造人工林，是典型的森林草原向干草原過渡地段，干旱少雨，自然災害頻繁，是病蟲鼠危害的典型區域，也是土石質山區造林難度較大，保存率較低的地區。

本試驗設置在固原市疊疊溝林場所在的小流域地理坐標為 106°08′44″E，35°58′10″N，坡度為10°～20°，土壤厚度大于80 cm, 0—100 cm土層容重為1.08 g/cm3，0—100 cm土層總孔隙為58.78%。疊疊溝林場距固原市區15 km，一般海拔大部分在1 975～2 615 m之間，年平均氣溫6～7 ℃，年降水量450 mm，且主要集中在7—9月，年平均蒸發量1 420 mm，土壤類型為灰褐、黑壤、黃壤土，溫帶大陸性氣候，屬六盤山背風坡土石質山區[12]。20世紀80年代，受人為和自然因素的影響，林地面積少，多處屬于荒山地區，90年代隨著國家對林業的重視，結合實施了以退耕還林、天保工程等一系列林業生態建設與等綜合治理措施，經過幾代林業人的努力，人工營造山桃林、落葉松林、沙棘林等，有林地、灌木林地面積倍增，未成林造林地、無林地和非林業用地面積明顯減少，逐步恢復著自然生物鏈。初步形成了一個比較完整的森林生態系統，同時，也為固原市增添了一道亮麗的生態景觀。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗材料和設計 試驗材料為當地苗圃培育的實生苗木，苗高為2.0～2.5 m，土球規格為40 cm，于2018年4月中旬上山進行隨機區組分攤處理，實施補植造林試驗。按照造林技術要求，在六盤山外圍土石山區選擇15個樣地，每個樣地50株栽植750株樟子松，按照試驗處理方式分別設置〔修剪、未澆水+覆膜、澆水+覆膜、澆水+未覆膜和對照(CK)〕各設置3個重復樣地，總計15個樣地。

1.2.2 試驗造林栽植方法 2020年4月中旬進行春季造林試驗，林地整地方式為魚鱗坑整地，魚鱗坑外高內低，平行于等高線開挖，坑深規格為80 cm(長)×60 cm(寬)×50 cm(深)，將挖完魚鱗坑后的熟土立即回填到魚鱗坑中，埋土深度超過樹苗根徑20 cm；踏實后上面蓋一層2 cm的細土，最后形成高20～30 cm寬40 cm的攔水埂，用于降雨蓄水。栽植時放置阻隔網；阻隔網孔大小為1.5 cm，網高50 cm，長度根據樹坑周長確定，放置方法為挖栽植坑時，放置防鼠網形成圓筒形狀，剪比坑周長長10 cm的阻隔網緊貼坑壁放置好，再向坑內放厚2～3 cm的回填濕土，壓倒網子周邊，使坑底形成一個倒饅頭狀小坑，把樹苗放入，先向周圍填入細土，夯實，使土與阻隔網和土球緊密接觸，再填滿細濕土踏實，上面蓋一層細土。株行間距為3 m×3 m。

遵循組內同質和組間異質原則，把5種處理的樟子松隨機分別隔行種植在15個樣地內，原則上要最大限度的降低對苗木成活率及保存率對試驗結果的影響。并在當年10月進行存活率和第2，3 a的10月進行連續2 a的保存率調查。

1.2.3 土壤含水量測定 于栽植當年(2018年)開始，在生長季內(4—9月)用土鉆法測定不同處理技術措施樣地的土壤含水量，取樣日期固定為每個月的(月末或月初)取一次。在樣地內分為3層：0—15，15—30，30—45 cm深度取樣，將取回的樣品帶回實驗室利用烘箱在105 ℃恒溫下烘干至恒重，計算土壤質量含水量。

1.2.4 數據統計分析 數據分析通過SPSS 21.0統計軟件和Excel 2003整理。采用模糊數學隸屬函數法[13]對數據進行分析，以確定各指標對樟子松造林處理措施的影響程度，評價其效果性。

隸屬函數計算公式：正向指標(越大越好的指標)采用

Zij=(Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin)

(1)

反向指標(越小越好的指標)采用

Zij=1-(Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin)

(2)

式中：Zij為i處理j指標的隸屬函數值;Xij為i處理j指標的隸屬函數值;Ximin和Ximax分別為各處里指標值的最大值和最小值。

2 結果與分析

2.1 不同造林處理方式對土壤水分的影響

由圖1可知，在土壤蒸發強烈的6—8月，澆水+覆膜和不澆水+覆膜的土壤含水率均保持在27%以上，明顯高于其余3個處理技術措施〔修剪、不覆膜+澆水和對照(CK)〕，土壤含水率保持在27.38%～37.46%之間，且一直維持在較高水平；對照(CK)土壤含水率保持在21.9%～34.21%之間。從土壤含水率最小值看，覆膜與對照相比增幅為25.02%，從土壤含水率最小值看，覆膜與對照相比增幅為9.5%。可見，覆膜可以提高土壤含水率，可以起到保墑，保持土壤水分的作用。

圖1 不同處理技術措施對土壤水分的影響

2.2 不同造林處理方式對林木成活與生長量的影響

由表1可知，不同造林處理方式的樟子松成活率以覆膜+澆水(96%)最大，以對照(CK，89.3%)最小。經差異顯著性檢驗，覆膜+澆水、覆膜+不澆水、不覆膜+澆水、修剪和對照(CK)之間的存活率不存在顯著的差異，但是成活率大小依次為：覆膜+澆水(96%)>覆膜+不澆水(95%)>修剪(92.3%)>不覆膜+澆水(91.3%)>對照(CK，89.3%)，從各處理方式成活率較對照 (CK)提高幅度而言，大小依次為：覆膜+澆水(7.5%)>覆膜+不澆水(6.4%)>修剪(3.3%)>不覆膜+澆水(2.2%)，因此通過試驗數據表明，覆膜+澆水的造林方式可提高苗木的成活率。

表1 不同處理方式樟子松成活率與生長情況比較

由表1可知，通過連續對2 a樟子松的保存率調查可知，2019年不同造林處理方式的樟子松成活率以覆膜+澆水(95%)最大，以對照(CK)(85.3%)最小。經差異顯著性檢驗，覆膜+澆水、覆膜+不澆水、不覆膜+澆水、修剪和對照(CK)之間的存活率不存在顯著的差異，但保存率大小依次為：覆膜+澆水(95%)>覆膜+不澆水(94%)>不覆膜+澆水(90.3%)>對照(CK，88.3%)>修剪(85.3%)。2020年不同造林處理方式的樟子松成活率以覆膜+澆水(94.6%)最大，以修剪(77%)最小。經差異顯著性檢驗，覆膜+澆水、覆膜+不澆水與不覆膜+澆水、修剪和對照(CK)之間的保存率存在顯著的差異(p<0.05)。但保存率大小依次為：覆膜+澆水(94.6%)>覆膜+不澆水(94%)>不覆膜+澆水(87.3%)>對照(CK，80%)>修剪(77%)。從連續2 a的保存率均值來看大小依次為：覆膜+澆水(94.8%)>覆膜+不澆水(94.6%)>不覆膜+澆水(88.8%)>對照(CK)和修剪(82.7%)，由此表明，覆膜具有保溫、保墑等作用，從而提高苗木的保存率。

通過3 a的生長量調查數據表明，不同造林處理方式的均生長量大小依次為：覆膜+澆水(14.6 cm)>覆膜+不澆水(13.5 cm)>不覆膜+澆水(11.5 cm)>修剪(10.6 cm)>對照(CK，9.7 cm)，其中各處理方式生長量較對照 (CK)相比而言以覆膜+澆水(50.5%)的幅度最高，修剪(9.3%)幅度最低，因此通過試驗數據表明，覆膜+澆水的造林方式對提高苗木的生長量有明顯的促進作用。

2.3 不同造林處理方式的成本分析

通過不同造林處理方式，較對照增加了額外的費用，該造林地距離水源地9 km，造林苗木為2.0～2.5 m米樟子松。各處理方式造林的成活率均高于85%(表2)，符合干旱半干旱區造林成活率的標準。按照市場用價及實際用量計算如表3所示。

以株行距2 m×4 m設計為例，可栽植1 250株/hm2，通過不同處理方式造林質量對應比較(表4—5)，對照(CK)的合計成本費為8 125元/hm2。覆膜+澆水造林方式成本為14 037.5元/hm2，覆膜+不澆水造林方式成本為11 712.5元/hm2，不覆膜+澆水造林方式成本為10 450元/hm2，修剪造林方式成本為8 750元/hm2。

研究結果表明；通過地表覆膜覆蓋，保墑措施提高了造林成活率和保存率，促進了苗木生長，同時造林成本也隨之增加，而造林質量(此處指造林成活率、保存率與苗木生長量)提高的幅度，較對照(CK)增加幅度大。為說明各處理造林成本與對照相比是否經濟合算，假設以造林成活率為例，假設讓對照的造林成活率達到相應的處理標準，需要通過補植來實現，而補植需要增加成本，補植增加的成本，加上原對照的成本，即是使對照成活率達到相應處理標準時的造林成本。

表2 不同處理方式造林質量與成本

表3 不同處理方式造林成本 元/株

表4 對照造林成活率預達不同處理方式時的造林成本比較

以修剪為例，設補植率為M(占原來栽植株樹的百分比)，可使補植后的對照總體成活率達到修剪處理的標準，為便于計算，假定補植成活率與對照成活率相同，可得出：

89.3%+M×89.3%=92.3%

經計算，M=3.3%。補植時除挖穴栽植費2 500元/hm2外，其他費用照常，合計為5 625元/hm2，按照補苗率3.3%計算，補植成本為5 625×3.3%=185.6元/hm2

同理可計算出對照達其他處理成活率時補苗率及補植成本，進而計算出對照達到相應處理成活率標準時的造林成本；其中達覆膜+澆水標準時的補苗率為7.5%，補植成本為5 625×7.5%=421.9元/hm2，覆膜+不澆水標準時的補苗率為6.4%，補植成本為5 625×6.4%=360元/hm2，不覆膜+澆水標準時的補苗率為2.2%，補植成本為5 625×2.2%=123.8元/hm2，其中預達成本較類型成本處理(覆膜+澆水、覆膜+不澆水、不覆膜+澆水和修剪)分別增加了3.01%，3.07%，1.18%和2.12%。

2.4 不同處理技術措施初期效果綜合評價

為了對不同造林處理方式效果進行綜合比較與評價，選取各處里方式較對照(CK)在造林初期的3個指標，成活率、年均生長量及造林成本提高的幅度為衡量指標，采用模糊數學隸屬函數值法，對其進行綜合評價排序(表5)。

由表5可知，排序是不同處理方式好壞的綜合表現。計算得出不同處理方式的綜合指數，其值越大，表示初期效果越強，反之其值越小，表示初期效果越弱。5種造林處理方式的初期效果綜合評價差異明顯，由強到弱排序為：覆膜+不澆水(0.674 4)>覆膜+澆水(0.666 7)>修剪(0.508 1)>不覆膜+澆水(0.425 6)>對照(CK)(0.333 3)。可見，在造林初期，覆膜是土壤保墑、促進苗木生長較為理想的抗旱造林技術措施。從造林成活率、生長量和造林成本方面看，覆膜+不澆水處理較其他措施優越，而且造林成本增加率較低。

表5 不同處理方式提高造林質量及增加成本綜合評價

3 討 論

在中國西北干旱半干旱地區，對樟子松生長及成活率起主導作用的主要是土壤水分[14]，它是抗旱造林亟需解決的主要技術問題之一。寧南山區疊疊溝小流域處于干旱、半干旱區的典型土石山區，水分是其決定造林質量的主導因子，因此本研究基于此，開展了抗旱造林技術試驗研究，結果表明覆膜這一造林技術措施對樟子松人工林苗木培育具有顯著的促進作用，通過試驗可知，覆膜對土壤水分動態有極大的影響，尤其在蒸發強烈的7—8月，覆膜措施的土壤含水量明顯增加，大約比對照多6%，這樣直接會影響樟子松當年的存活率與生長質量，這與曹楗翊等[9]研究結果較一致。究其原因主要是起保墑和保溫的雙重作用，由于覆膜導致了膜下土壤處于水分內循環，增溫導致水分蒸發后形成水滴，又不斷的輸送給土壤，使地表土層能在蒸發強烈的月份有長期無效降水補給，同時還可抑制深層土壤的蒸發；同時進入寒冷的秋季之后，覆膜可以提高土壤溫度，改善局部小環境，利于林木的生長。

本研究中針對5種〔覆膜+不澆水、覆膜+澆水、不覆膜+澆水、修剪和對照(CK)〕造林技術措施，無論從土壤的含水量、還是造林成活率、生長量和造林成本綜合而言，在造林的初期覆膜效果優勢較其他幾種造林技術措施明顯。這主要是由于苗木在覆膜的前提條件下，會阻斷土壤表層的水分強烈蒸發，具有節能、節水、保墑和增溫等特點，使得樟子松苗木能在惡劣的環境下保持正常生長。有報道稱自覆膜技術被推廣應用后，每年以15%～20%的速度在全國增加[15]，當然這在一定程度上會造成環境污染，如何降低覆膜副作用也需要解決這一問題。研究表明[5]，以造林成活率、年均高生長量和初期造林成本提高幅度為指標，對各處理進行綜合評價和排序依次為：覆膜>覆沙>覆秸稈>對照。曹楗翊等[9]對樟子松澆水覆膜技術及其保水效果研究也表明，以樟子松的存活率和生長量為指標，對其造林效果大小依次為：澆水+覆膜>澆水+不覆膜>不澆水+不覆膜，這與本研究在干旱半干旱疊疊溝小流域的研究一致，因此造林時可采用覆膜覆蓋苗木穴坑表面進行保濕處理，這樣簡便易行，便于操作，效果良好。

針對干旱、半干旱地區造林，首先帶好土球，保好根系；其次要精細整地，用足雨水。整地時一定保證3個核心技術措施要點：①必須把80 cm×60 cm×50 cm的魚鱗坑范圍內的生土(即距離地面50 cm深的土)全部挖出來打好邊埂；②坑完成后必須立即用頂層和魚鱗坑上面的熟土(即地面至距離地面20 cm深的土)回填，留10 cm深坑即可；③在魚鱗坑的上邊坡兩側各修攔水溝；其次挖坑即栽植，防止土壤失水；再次深挖深栽，充分利用地下水，同時在栽完苗木之后，若有大風，一定要核查苗木，對其樹根裂隙要填土踩實。同時用好阻隔網，嚴防鼢鼠危害。最后覆膜時塑料膜要鋪平，四周和中心用土壓緊、壓實，避免弄破塑料膜。未來還需加強土壤養分和立地條件的類型劃分，使林木生長除了水分以外，更多的考慮到立地類型和土壤本身的改良作用，使林木生長更加因地制宜，適地適樹。當然苗木的健康生長是多種因素共同作用的結果，除此之外，對苗木施肥處理方式、不同整地方式等開展綜合機理—機制研究，量化多種因素，才能滿足苗木的生長需求，以更深入和全面地認識不同區域適宜樹種的生長機理，獲得造林的良好效益，為干旱半干旱地區的綠化造林而言具有十分重要的指導意義。

4 結 論

在干旱半干旱地區的疊疊溝小流域，通過5種造林技術模式研究表明，其土壤含水量、存活率、生長量和造林成本指標存在明顯差異。土壤含水量以覆膜造林技術措施增加更明顯。造林經濟成本投入大小依次為：覆膜+澆水(14 037.5元/hm2)>覆膜+不澆水(11 712.5元/hm2)>不覆膜+澆水(10 450.0元/hm2)>修剪(8 750.0元/hm2)>對照(CK，8 125.0元/hm2)5種造林處理方式的隸屬函數值法初期效果綜合評價結果顯示，覆膜+不澆水造林初期效果最佳，綜合值為0.674 4，對照(CK)效果最差，綜合值為0.333 3，覆膜+澆水、修剪和不覆膜+澆水的效果綜合值以此為0.666 7，0.508 1，0.425 6。研究結果可為干旱半干旱地區基于有限水資源的植被恢復和管理特別是干旱少雨的西北地區具有非常重要的指導意義。