保水劑在川滇生態屏障建設中的適用性研究

和潤云

(迪慶州林業和草原局，云南 香格里拉 674400)

1 引言

迪慶藏族自治州位于青藏高原東南緣云南省西北部，是長江重要生態區和川滇生態屏障的重要組成。全州國土總面積23167 km2，地勢北高南低，地質構造復雜，3000 m以上地域占總面積的53%；溫帶-寒溫帶季風氣候類型，年均溫4.7～16.5 ℃，降水量268～945 mm，林業用地191.73萬hm2，其中森林面積179.99萬hm2，森林覆蓋77.63%。

迪慶州森林草原資源及生物多樣性十分豐富，是云南省建設國家西南生態安全屏障及打造“兩王國一花園”世界生態品牌的重點區域，生態區位極端重要，國際關注度高。但由于對森林草原資源不合理利用和傳統生產生活習俗的影響，導致當地部分區域水土流失嚴重、土地荒漠化進程加快、旱澇災害頻繁發生，生態安全屏障受到嚴重威脅。據云南省第三次石漠化監測調查，迪慶州石漠化土地面積達17.8萬hm2，潛在石漠化土地面積16.7萬hm2，全州仍面臨巨大的生態修復與助推經濟高質量發展雙重壓力[7]。

植樹造林、恢復植被是迪慶州解決土地荒漠化和林地退化的唯一出路。但多年來針對高寒山地、石漠化土地和干熱河谷區采用傳統造林技術開展的植被恢復和森林生態系統重建活動，因項目區干旱持續時間長、太陽輻射強、地表蒸發量大、幼樹生長水分虧缺等原因屢試屢敗。因此，急需探尋一種既能在生長期持續供水，又能逐步改善立地環境，還能增強樹苗抵御干旱能力，進而解決高寒干旱地區植樹造林困難的造林技術或物質。目前能滿足這種需求的技術就是保水劑造林技術，其技術核心是保水劑的選擇與應用模式。

2 保水劑特性與生態建設中適用范圍

(1)保水劑是利用強吸水樹脂制成的高分子聚合物[1～5]。保水劑具有以下特性:①保水劑含有大量親水基團，能重復利用滲透壓和基團親和力，迅速吸收比自身重數百倍甚至上千倍的去離子水、數十倍至近百倍的含鹽水分，然后緩慢釋放供給植物需要[2];②保水劑最大吸水力為13～14 kg/cm2，植物根系吸水力大多為17～18 kg/cm2，植物根系能直接吸收保水劑中的水分而不會出現根系水分倒流[3];③保水劑在吸放水膨脹收縮過程中形成大量孔隙，能夠提高土壤透氣性、透水性，增強根際微生物活動，加快土壤有機礦物質分解，防止土壤板結和鹽漬化，促進土壤團粒結構的形成;④保水劑在各類土壤、各種植物以及不同氣候條件下都能保持其穩定性和高效性[1];⑤保水劑可提高植物種子發芽率5%～15%，使種子出苗期提早2～3 d;⑥讓農藥、肥料與保水劑混用，可通過保水劑表面的離子吸附和交換作用，包裹或絡合農藥和肥料溶液使其固定，減少可溶性養分農藥的淋溶，提高農藥、肥料利用率。同時，保水劑自身含有各種微量元素也可以緩慢分解釋放，供植物生長吸收利用;⑦保水劑無毒、無害、無副作用，使用過程中對環境沒有任何污染;⑧在一定范圍內，土壤吸水能力隨著保水劑用量的增加而增加[4];⑨保水劑吸收水分后會減少環境溫度變化，具有一定保溫性能;⑩不同品種和顆粒大小的保水劑吸水性狀有差異，顆粒越小吸水倍率越高;保水劑在吸水后會依品種不同呈現凝膠、絮狀凝膠和顆粒狀凝膠形式;土壤壓力、土壤電解質會影響保水劑吸水能力；電解質肥料則會降低保水劑的溶脹度。

(2)利用保水劑的特性，其應用方法主要有拌土、拌種或包衣和蘸根、凝膠法等[5]。①拌土法主要用于雨季植樹造林中，一般在雨季前進行整地并施用保水劑，讓保水劑在種植坑內與土壤均勻混合，使其在雨季能夠充分吸收蓄貯雨水；②拌種或包衣法主要用于直播造林、飛播造林和灌草植被恢復；③蘸根法則適用于多數造林季節的裸根苗植苗造林和苗木運輸；④凝膠法則多用于干旱少雨無灌溉條件的造林地，當土壤含水量不足10%時應首先將保水劑在容器中充分浸泡吸水，使其呈飽和凝膠狀后與土壤均勻混合后造林；其它條件下，仍以采用凝膠法造林效果最佳[6]。

3 保水劑在迪慶植樹造林與生態建設中的適用性分析

3.1 降水年季分布特點對保水劑使用的影響

迪慶州降水年季分布不均，年際變化在，地形作用強烈，降水量由東南向西北階梯式減少，當地不同坡面降水分布差異極大，同一坡面降水隨海拔增高而增多，干濕季分明、雨熱同季，雨季(6～8月)降水量占全年降水量的60%～90%，其中高原山地年均降水量為400～600 mm，干熱河谷區則不足400 mm。近年來，該地區年際干旱氣候頻繁出現。2009～2011年連續出現的干旱天氣中，月均有效降水只有正常年份的20%～40%，春季造林苗木死亡率幾乎達到70%以上[11]；2017～2018年間，由于高海拔雨季造林區雨季降水過于集中，造成種植坑積澇返堿苗木大量死亡；而在經濟林木最適生的亞高山區，過多降水促使新種植苗木貪青生長，造成枝條木質化程度不高、封頂不及時，導致樹苗大多未能正常越冬。因此，對迪慶而言，利用保水劑雨季吸水、早季緩慢釋放水分的特性，減少水分年季差對苗木生長的影響，改善苗木生長期供水結構，是加速干早地區植被恢復的有效措施。

3.2 降水時空分布特點對保水劑應用的影響

迪慶州水資源具有空間分布不均的特點[10]。當地生態治理的項目區大多位于山高路陡的偏遠山區或石漠化嚴重的陡坡地，往往水資源極其匱乏，農林爭水、林牧爭水和人樹爭水的現象十分普遍。同時多數造林地土壤瘠薄、土質干燥、水土流失嚴重，常不具備灌溉條件，造林成敗靠天惠澤。施用保水劑就相當于修建了一座微型土壤水庫，不僅能最大限度貯蓄雨雪水，而且能利用保水劑縮脹變化改善造林地土壤結構，增加土壤滲透力和保肥保水能力，進而減少水土流失，提高林業生態工程的生態效益，同時通過提升當地植被蓋度和生態系統修復，增強水源涵養能力，提高水資源總量[1～6]。

3.3 筑牢生態屏障需要對保水劑應用的影響

(1)迪慶州是公認的造林困難區，整個“十三五”期間，全州共完成人工造林7.64萬畝，封山育林55.88萬畝，低效林改造36.6萬畝，退耕還林15.35萬畝，陡坡地治理3.3萬畝，平均造林合格率為84%，與全省相差19%。20世紀80年代中期，北京林業大學在北京地區低山陽坡進行了5年抗早造林試驗，在氣候、土壤極度干早條件下，利用保水劑將針葉樹造林成活率從過去的30%提高到80%～90%[1]；2008年，寶雞市林科所在干旱林地上造林試驗也表明，用保水劑蘸根將刺槐、油松造林成活率提高了30.7%和22.8%，且比用清水蘸根的成活率高16.7%和14.6%；而使用最佳濃度保水劑時，核桃和刺槐造林成活率均提高了37%[5]。因此，國內外眾多的實驗結果都表明，在造林過程中正確選擇使用保水劑，將有效地提高造林成活率和保在率。

(2)當前，云南省生態修復工程投資約為7500元/hm2，但由于采用傳統造林技術使迪慶造林成活率和保存率整體偏低，造林成本大概要9900元/hm2，因此造成當地生態建設成本居高不下。相對于生態治理需求和荒漠化發生程度，傳統造林技術已難以滿足當地生態修復與生態屏障建設的需要。要開展比“十三五”更廣泛的生態修復與困難立地造林，只有按照綠色高質量發展要求，依靠科技創新和技術進步來全面提高造林成活率、保存率，降低造林成本，減少對國家投入的依賴。

(3)保水劑既是增加造林單位投資的環節又是降低造林成本的重要手段，其成本無疑將影響保水劑推廣使用成效，當前保水劑在我國已日益受到重視，介人該領域的科研單位和廠家眾多，工藝不斷完善，買方市場已經形成[6]。常見的保水劑如聚丙烯酰胺保水劑市場價大概為20～22元/ kg，其特點是使用周期和壽命較長，在土壤中的蓄水保墑能力可維持4年左右,但其吸水能力會逐年降低；聚丙烯酸鈉保水劑市場價約為15～16 元/kg，其特點是吸水倍率高，吸水速度快，但保水性能只能保持2年有效；聚丙烯酸鉀或聚丙烯酸銨保水劑市場價格為18元/kg左右，特點與聚丙烯酸鈉相似；淀粉接枝丙烯酸鹽保水劑市場價14元/ kg左右，使用壽命一般只能維持1年，但吸水倍率和吸水速度等性狀極佳[8]。分析香格里拉市和德欽縣保水劑應用情況，相對于傳統造林投資，保水劑造林大約增加了450元/hm2投資；而從當年成效調查結果看：施用保水劑的66.67 hm2核桃和100 hm2柏木，保存率普遍達到87%以上，比以往提高20%～30%；采用保水劑拌種法建設的1333 hm2人工模擬飛播造林(注:公益林項目)，出苗率提高30%，保存率提高25%左右；這些過去要經過2～3 次重復建設才能見效的宜林地，通過施用保水劑當年一次性完成綠化任務；以此概算，使用保水劑平均降低造林成本30%～40%。

3.4 多元文化和民族思維方式對推廣應用保水劑的影響

迪慶州是一個多民族聚居的山區，多民族文化和宗教文化在傳承演變過程形成了獨具特色的多元文化[13]。多元文化既有利于新思想、新文化、新技術接納傳播，但也增加了觀念更新的復雜性和持久性。保水劑技術代表著林業集約經營新理念，對迪慶而言是一種嶄新的科技觀，要在文化多元化、相對封閉的民族區域傳播，不同民族、不同使用群體都會形成自己的理解和接受媒介，在沒有示范和成功先例情況下，大規模推廣使用保水劑往往會適得其反。因此，只有針對不同自然地理特點和民族思維方式，多層次建立保水劑造林示范樣板，建立多元化宣傳渠道，保水劑獨特的增產增效方式才會被山區群眾所認識，當地林農和基層職工才會擯棄傳統理念，接受以保水劑為代表的集約經營方式和科學發展觀。

4 結論

保水劑在迪慶高寒山地、石漠化土地和干熱河谷燥熱區以及退化林地植被恢復建設中有著十分重要而迫切的推廣應用價值，但目前仍缺乏不同干旱條件、不同造林樹種、不同立地類型條件下保水劑的最佳種類、最佳濃度和使用量的試驗數據支撐，這將是當地一項重要的課題研究方向。在確定保水劑推廣和應用方法時，應針對當地獨特的社會自然經濟特點，全面了解保水劑類型特點和適用特性，充分結合項目區干旱狀況、降水特點和土壤特性，因地制宜，堅持創新發展，才能讓保水劑造林技術在當地生態屏障建設中取得最佳效果。