甘肅河西干旱區(qū)半固定沙丘地治沙造林技術(shù)研究

王其光

(武威市涼州區(qū)林業(yè)和草原局，甘肅 武威 733000)

1 引言

甘肅省是中國沙漠分布面積較大且荒漠化危害嚴(yán)重的省份之一。全省有沙化土地1217萬hm2,占全省土地總面積的28.6%，涉及8個市(州)24個縣區(qū)[14]。其中河西走廊有沙漠面積404.52萬hm2[6]。從20世紀(jì)70年代開始，河西走廊沙區(qū)進行大面積人工固沙造林建設(shè)，主要采用的技術(shù)為粘土沙障+梭梭的固沙模式[1～4]。進入80年代中后期因單一模式的梭梭人工林面積出現(xiàn)衰敗，人工生態(tài)林系統(tǒng)進入衰退狀態(tài)[6]。為解決這一問題，采取多種措施，如沙障逐步改為草沙障，樹種優(yōu)化為梭梭、花棒、沙拐棗，并采取塊狀或隔行混交，造林株行距為2 m×3 m、2 m×4 m(沙障方格2 m×2 m,植苗按“品字型”栽植)，密度依據(jù)年降水量調(diào)整為1260～1665株/hm2[1～7]。由于各地在治理沙化土地中，設(shè)置沙障多采取“一封到頂”(迎風(fēng)坡全設(shè)置草方格，背風(fēng)坡設(shè)豎式草障)形式；沙障材料用麥草、稻草、玉米秸稈等；選用苗木大多單一，種苗質(zhì)量不高，栽植技術(shù)多采用挖穴栽植，不僅固沙造林成本高，造林質(zhì)量不高，需連年補植補栽，影響固沙成效。本文以涼州區(qū)半固地沙丘治沙造林技術(shù)為例，結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀惶攸c，對此做了一些探索研究。

2 試驗區(qū)自然概況

試驗區(qū)位于武威市涼州區(qū)八十里大沙榮生路南側(cè)的半固定沙丘地，屬騰格里大沙漠的西南緣。海拔1500 m，多年平均氣溫7.9 ℃，有效積溫3646 ℃，年日照時數(shù)3100 h，年降水量130 mm，多集中在8～10月份，占全年降水的60%，年蒸發(fā)量2063.5 mm，無霜期158 d，極端最高氣溫38.5 ℃，極端最低氣溫-29.5 ℃。主風(fēng)方向為西北風(fēng)，年均風(fēng)速3.7 m/s，年沙塵暴次數(shù)2～3次。多發(fā)生春季干旱和夏伏干旱[15]。沙丘類型為新月形沙壟，丘高6～8 m，丘盆比5∶1。沙丘沙粒物組成為細沙。天然植被為沙蒿、沙米、白刺、冰草、蘆葦?shù)?，主要分布在沙丘中下部及丘間地，呈團狀不均勻分布，平均蓋度13%～15%。

3 試驗材料和方法

3.1 沙障材料、類型及設(shè)置方法

選用稻草作壓沙沙障材料，稻草規(guī)格為秸稈干燥、無變色、無發(fā)霉、長度70 cm以上。在沙丘迎風(fēng)坡中段設(shè)置草把型、一字型、直角型、方格型等4種類型半隱蔽式沙障[2～4](一字型、直角型草障在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)上俗稱“一把草”)，即：①草把障：用細繩將稻草捆綁成長約40～45 cm、粗約15 cm草把，豎直栽入沙面，深約25 cm；②雙眉式一字型障：在沙丘迎風(fēng)坡上與主風(fēng)方向垂直，水平開挖長約70 cm、上口寬25 cm、深20 cm的橫向小溝，將稻草(用量約0.44 kg)根端向著迎風(fēng)面，橫著均勻不間斷攤鋪在小溝上，用鐵锨鏟沙壓在橫鋪稻草的中線上，壓沙厚度約20 cm，并用單腳前后移動踩實，使稻草兩端對稱翹起，再用鐵锨從翹起的草障兩邊刮沙淤起與沙面垂直，翹起的草障高出沙面15～25 cm，如同在沙面上埋了一個“U”型雙眉式草障，草障孔隙度20%～30%[8，9，13]；③雙眉式直角型障：設(shè)置方法類似于一字型障，橫豎兩條障邊緊密相接，形成草方格沙障的一個角，直角沙障邊長均為70 cm，障口朝東南方，每個沙障用草量0.88 kg；④雙眉式方格障[7～10]：在沙丘迎風(fēng)坡上與主風(fēng)方向垂直,按2m×2m方格劃線，開溝設(shè)置雙眉式方格沙障，每米沙障用草量約0.63 kg。

選擇相鄰3個迎風(fēng)坡面積≥0.2hm2(斜坡長≥50m)的大沙丘，在每個沙丘迎風(fēng)坡中段沙坡上與主風(fēng)向垂直，按草把障、一字型障、直角障造林株行距2 m×3 m，方格式障造林株行距2 m×4 m的標(biāo)準(zhǔn)，在坡面上畫12列2 m×3 m網(wǎng)格線和6列2 m×2 m網(wǎng)格線。2 m×3 m網(wǎng)格線交點為草把障、一字型、直角型障的設(shè)障點，加對照試驗，12列網(wǎng)格按三列為一種沙障類型試驗單元，劃成4個試驗單元；2 m×2 m網(wǎng)格線為方格型障設(shè)置線，6列方格劃成為1個試驗單元。共設(shè)置了5個試驗單元。每個試驗單元供試3種苗木(草方格兩列栽1種苗木，株行距2 m×4 m；其他沙障一列栽1種苗，株行距2 m×3 m。1種苗栽20～25株)。3個沙丘設(shè)成3組重復(fù)試驗。為消除沙丘迎風(fēng)坡坡面風(fēng)蝕危害的水平差異，每個沙丘上設(shè)置的5種試驗造林單元采取編號，隨機布設(shè)試驗。4種沙障設(shè)置時間：2018年10月下旬(沙丘封凍前)。

3.2 植苗造林樹種選擇和布設(shè)方法

造林樹種為梭梭、花棒、沙拐棗。苗木規(guī)格：梭梭為一年生本地苗，地徑≥0.3 cm，苗高≥50 cm，主根長≥30 cm；花棒、沙拐棗為一年生本地苗，地徑≥0.4 cm，苗高≥60 cm，主根長≥30 cm。苗木鮮活，生長健壯，根系較好，無病蟲危害，無機械損傷的合格苗。栽苗時統(tǒng)一按留苗基部干長35 cm,短截苗梢。

在每個試驗造林單元內(nèi)，以列為單位，先用鐵锨鏟去種植點表層干沙，后用鉆頭直徑4～5 cm手提便攜式打孔機鉆孔(孔深約35 cm，通過左右或前后搖動打孔槍桿，形成一個橢圓形的孔口，孔口長徑6～8 cm)，再用“長柄植苗鉗子”(柄長50 cm，每個鉗頭焊接厚4mm，邊長為2 cm、3 cm，夾角45°的平行四邊形金屬片，對稱的兩塊金屬片中央壓一個縱向開口寬0.4 cm的小凹槽，便于夾住苗根前端)植苗。前3種沙障試驗造林單元內(nèi)各栽植一列梭梭、花棒、沙拐棗，草方格沙障每兩列按品字型栽植一個樹種。苗木栽種位置：草把型、一字型沙障在障后正下風(fēng)向約30 cm處，直角障、方格障(西北角)在障角內(nèi)栽種苗木，距兩邊沙障30 cm處。苗木栽植時間：2019年3月初(沙丘剛解凍后)。植苗深度為30 cm。栽后踏實種植孔，當(dāng)日每株苗澆水5 kg，并上覆厚約5 cm干沙保墑。

造林后，連續(xù)3年在8月中旬調(diào)查沙障保存情況、障后積沙情況及苗木存活率。

3.3 苗木不同栽植時間、栽植方法試驗

另選相鄰3個迎風(fēng)坡面積≥0.2 hm2(斜坡長≥50 m)的沙丘，在每個沙丘上采用3種栽植時間、3種植苗方法作造林試驗。即：2018年10月下旬在沙丘迎風(fēng)坡中段整坡設(shè)置9列稻草雙眉式一字型沙障，沙障上下左右間距2 m×3 m，以每3列(3種栽植方法，1列1種栽植法，1列栽20～25株)為1個試驗造林單元，按3種栽植時間布設(shè)3個試驗造林單元。3個沙丘做3組重復(fù)試驗。供試苗木為一年生花棒苗，苗木規(guī)格同上。沙障材料及設(shè)置方法同上。苗木栽植位置位于障后正下風(fēng)向30 cm處。

植苗時間：分3種。①2018年11月初(沙丘封凍前，屬秋季造林)；②2019年3月初(沙丘剛解凍后，屬早春造林)；③2019年4月初(河西地區(qū)普遍開始造林，屬晚春造林)。

植苗方法：分3種。①挖穴栽植：先用鐵锨鏟除種植點表層干沙，后挖栽植穴，規(guī)格：40 cm×40 cm×30 cm。將苗木放入穴中央扶正填土踏實，苗木栽植深度30 cm；②縫植法[2～4]：先用鐵锨鏟除種植點表層干沙，后用鐵锨直插沙面深約35 cm，并前后搖動鐵锨柄，在沙面上形成開口寬4～6 cm、深30 cm的種植縫，再用植苗鉗子將苗木栽入后踏實；③鉆孔植苗法：先用鐵銑鏟除種植點表層干沙，后用打孔機鉆孔(地表口徑6～8 cm,孔深約35 cm),再用植苗鉗子植苗，苗木栽植深度30 cm，栽后踏實種植孔。

栽苗后當(dāng)天每株沿苗干澆5 kg定根水，并上覆厚5 cm干沙保墑。

4 試驗結(jié)果與分析

4.1 選擇沙障材料、設(shè)置類型和固沙效果

連續(xù)3年在8月中旬調(diào)查設(shè)置的4種沙障對栽植苗木的保護效果。①草把障：第1年，坡面中下部有30%的草把在障后有積沙，形成與主風(fēng)同向的小沙壟,沙壟長30～40 cm，靠沙障前端寬10～20 cm，積沙厚5～10 cm。第1年、第2年、第3年沙障保存完好率分別為62%、35%、13%；障后積沙占比分別為37%、29%、10%；苗木存活率分別為55%、36%、9%。對照試驗區(qū)3年苗木存活率分別為47%、21%、5%。說明設(shè)置草把沙障后，因擋風(fēng)面積小又不透風(fēng)，部分障后雖有積沙，但對苗木的保護作用有限，僅比對照稍好一些。受風(fēng)蝕下切掏蝕影響，坡面中上部草把沙障、苗木大多數(shù)每年有不同程度傾倒，部分苗根有不同程度外露現(xiàn)象，造成逐年沙障受損加重、苗木存活率大幅降低。②雙眉式一字型障：第1年，近86%的一字型障后形成與主風(fēng)同向的舌狀積沙,其長60～80 cm、靠沙障前端寬40～50 cm，積沙厚10～15 cm。第1年、第2年、第3年沙障保存完好率分別為86%、82%、76%；障后積沙占比分別為88%、83%、75%；苗木存活率(成活率或保存率)分別為82%、78%、71%。坡面中下部沙障完好率93%，苗木存活率87%。其固沙效果比草把沙障顯著。③雙眉式直角型障：第1年，近90%的沙障在障后形成與主風(fēng)同向的盾狀積沙,其長80～100 cm、直角障內(nèi)靠障邊多積了沙。第1年、第2年、第3年沙障保存完好率分別為90%、87%、80%；障后積沙占比分別為89%、87%、78%；苗木存活率分別為84%、81%、75%。坡面中下部沙障完好率95%，苗木存活率90%。其固沙效果比一字型沙障好些。主要是由于直角障比一字型障防護面要大一倍，坡面上部設(shè)直角障明顯比一字型障防護作用要強，但坡面中下部二者相差不大。④方格沙障：第1年，設(shè)障區(qū)活動沙面整體被固定，障格內(nèi)因易形成渦旋風(fēng)力，沿沙障四周積沙明顯[8～10]。第1年、第2年、第3年沙障保存完好率分別為94%、92%、87%；障內(nèi)積沙占比分別為95%、90%、84%；苗木存活率分別為88%、83%、79%。坡面中下部沙障完好率98%，苗木存活率90%。坡面上部受風(fēng)蝕危害重，個別出現(xiàn)草障受損，加之受夏伏旱影響，仍使一部分苗木因受旱枯死。但就整體來說，設(shè)方格沙障固沙效果更好于設(shè)直角障，尤其是沙坡上部沙障完好率和苗木存活率要明顯高于直角障、一字型障。見表1。

表1 沙障固沙試驗結(jié)果分析

4類沙障相比，固沙效果：方格式最好、直角型和一字型次之，草把障最差。用稻草設(shè)置方格式、直角型、一字型沙障，因稻草耐風(fēng)化、耐腐性，設(shè)障深且穩(wěn)定性好，保存期可達3～4年。按照工程措施與生物措施相結(jié)合的治沙思路，前期3～4年在沙坡上設(shè)置沙障，能有效阻止和固定流沙前移，苗木在沙障的保護下，成活生長。待過3～4年，草沙障雖出現(xiàn)風(fēng)化、腐爛，但栽植成活的苗木以強大的根系逐步發(fā)揮承擔(dān)其固沙作用[2～4]。依據(jù)在沙丘迎風(fēng)坡上部風(fēng)沙活動強于中下部的特點，若在沙丘迎風(fēng)坡上部設(shè)置方格式沙障，在其中下部設(shè)置直角型或一字型沙障，兩者有機組合設(shè)置，加上種植的灌木，可達到在迎風(fēng)坡整坡設(shè)置方格沙障固沙的效果，在生產(chǎn)中被證實，正開始推廣。按設(shè)667 m2草沙障計算投資費用：設(shè)2 m×2 m全方格沙障，用草量450 kg，需1200元；設(shè)“方格(坡面上部1/3)+一字型(坡面中下部2/3)”障，用草量202.5 kg，需540元；設(shè)“方格(坡面上部1/3)+ 直角型(坡面中下部2/3)”障，用草量225 kg，需680元。由此，在半固定沙丘地上采取“草方格+直角障/一字型障+沙生灌木”的治沙模式，設(shè)障成本為設(shè)全方格障的45%～57%，前者節(jié)省財力、物力顯著。

4.2 造林樹種選擇

試驗表明：①設(shè)置草把障中，梭梭、花棒、沙拐棗苗第1年造林平均成活率分別為51%、60%、58%；第2年平均存活率分別為29%、40%、32%；第3年平均存活率分別為8%、11%、9%。說明設(shè)置草把障造林成效差，到第3年苗木平均存活率約10%，與對照試驗第3年苗木保存率5%相差不大;②設(shè)置一字型和直角型草障中，梭梭、花棒、沙拐棗苗第1年平均造林成活率分別為79%、84%、85.5%；第2年平均存活率分別為73%、82.5%、81%；第3年平均存活率分別為65.5%、78.5%、75%。說明設(shè)置一字型和直角型沙障造林成效比設(shè)置草把障造林成效顯著，同時3種苗木造林，第3年苗木保存率花棒好于沙拐棗，沙拐棗又好于梭梭;③設(shè)置方格式草障，梭梭、花棒、沙拐棗第1年成活率分別85%、91%、90%；第2年存活率分別為80%、87%、83%；第3年平均存活率分別為75%、83%、80%。梭梭、花棒、沙拐棗三者的成活率、保存率相差不大，僅是梭梭成活率稍低一點，說明方格式沙障整體固沙好。沙障設(shè)置后因下墊面粗糙度增加，降低了風(fēng)速，流沙活動被有效遏制、固定，同時有利于障內(nèi)雨水聚積和保墑，有利于苗木存活和生長[2～4]。在實際生產(chǎn)中，因造林后撫育管護成本高，除造林時澆水補墑外，一般后續(xù)不進行人工澆水補墑，苗木靠雨養(yǎng)生存，前3年會因干旱造成苗木成活率和保存率逐年下降。到第4年，經(jīng)自然稀疏，逐步形成靠雨養(yǎng)承載的合理存活密度[11,12](60～80株/667 m2)。見表2。因3種苗木生長習(xí)性有差異，在設(shè)置的一字型沙障和直角型沙障中，梭梭由于苗根不分蘗，障后積沙受風(fēng)蝕影響，有的苗木即使第2年、第3年仍成活，但根基部因風(fēng)蝕危害會出現(xiàn)不同程度的外露，仍會影響后續(xù)苗木的存活，但花棒和沙拐棗苗根分蘗和苗基部及枝條被沙埋處萌發(fā)不定根能力較強，較梭梭成活率和保存率明顯提高，尤其是花棒不僅萌蘗能力較強，且自身產(chǎn)生的枯枝等凋落物易與沙障材料自然融為一體，形成“工程+生物措施”相結(jié)合的叢狀固沙物，在同等條件下固沙成效更好。

表2 造林樹種存活率試驗結(jié)果分析

4.3 苗木栽植時間、栽植方法

試驗表明：①同等條件下，秋季造林、初春造林、晚春造林3個造林時段中，苗木當(dāng)年成活率分別為79%、86%、74%。說明在沙區(qū)初春造林優(yōu)于秋季造林，更好于晚春造林。主要是初春沙丘剛解凍時，栽植苗木時地溫回升與苗木萌動同步，苗木更容易成活；秋季沙丘封凍前造林，雖然沙丘水份在正常年份屬最好，干沙層最薄(約3～5 cm)，旬均氣溫3.6 ℃，空氣相對濕度69%，但苗木栽植后過1周左右土壤將封凍，苗木隨之處于休眠期，在冬季至早春休眠過程中，因北方降水少，多干旱，加之有不同程度的風(fēng)蝕危害，坡面沙層水份逐步下移，干沙層會由薄變厚，從而影響了苗木的成活率。晚春4月上旬造林，旬均氣溫升至9.6 ℃，因當(dāng)?shù)卮汉担囡L(fēng)，空氣干燥，相對濕度變小，多在35%，作業(yè)時苗根易失水，且剛栽植的苗木還處于緩苗期，受地表干熱空氣的強烈活動，苗根吸水功能尚未恢復(fù)，枝條在強蒸騰作用下會發(fā)生不同程度的抽條，進而影響了苗木的成活率，導(dǎo)致三者中趨于最低。②采用挖穴法、縫植法、鉆孔法栽植花棒苗，當(dāng)年成活率分別為78%、82%、85%，說明采用鉆孔栽植法造林，作業(yè)過程中對種植點多年形成的沙結(jié)皮土壤物理結(jié)構(gòu)人為機械損傷最小，土壤的保墑能力更好，且澆水補墑時所澆的水更有利于集中下滲到苗根[16,17]；人工造林中，相比前兩種方法更省力、高效。見表3。

表3 不同造林時間和栽植方法對花棒當(dāng)年造林成活率試驗結(jié)果分析

5 結(jié)論

(1)經(jīng)對比試驗，用稻草作4種沙障，固沙效果雙眉式方格型沙障優(yōu)于直角型沙障，直角型沙障又優(yōu)于一字型沙障，更優(yōu)于草把型沙障；其次，用稻草作沙障材料，因其比較柔韌，耐風(fēng)蝕、耐腐蝕，保存時間可達3～4年，作業(yè)施工方便、快捷、又易壓入沙內(nèi)成障，且穩(wěn)定性好。

(2)用梭梭、花棒、沙拐棗苗造林，配合設(shè)置稻草雙眉一字型沙障，當(dāng)年造林成活率別為77%、84%、84%；第2年株數(shù)保存率分別為70%、82%、80%；第3年株數(shù)保存率分別為63%、77%、73%。綜合固沙效果，三者中花棒更優(yōu)，沙拐棗次之，梭梭較差，主要在于花棒萌蘗和基部、枝條沙埋處產(chǎn)生不定根能力強于沙拐棗、梭梭，且自身產(chǎn)生的枯枝和凋落物易與稻草障相融合集結(jié)于一體，多形成“植物+沙障”的叢狀固沙結(jié)合體。

(3)在沙丘迎風(fēng)坡面上按上下左右間距2 m×3 m設(shè)置稻草雙眉式一字型障，障后30 cm處分別于11月初、3月初、4月初用鉆孔法栽植花棒苗，3個時段造林的當(dāng)年成活率分別為79%、85%、74%；用3種植苗方法、3個時段植苗造林，初春造林當(dāng)年的平均成活率81.6%，也高于晚秋和晚春造林成活率。表明在沙區(qū)造林初春優(yōu)于秋季，更好于晚春。其次，在早春采取挖穴法、縫植法、鉆孔法栽植花棒苗木，當(dāng)年苗木成活率分別為78%、82%、85%，表明鉆孔栽植法相比其他2種栽植法不僅對種植點多年形成的沙結(jié)皮土壤物理機械結(jié)構(gòu)損傷小，利于保墑，提高苗木成活率，且施工更省力、高效。

(4)在甘肅河西干旱沙漠地區(qū)，近年通過大力實施封沙育林草項目，項目區(qū)沙化土地類型大多由流動沙丘地變?yōu)榘牍潭ㄉ城鸬?，在后續(xù)沙化土地治理和退化林修復(fù)補植補栽中，隨著治沙由近鄰綠洲向沙漠腹地推進過程中，治理難度加大，治理成本會顯著增加。在傳統(tǒng)應(yīng)用“草方格+沙生苗”治沙模式基礎(chǔ)上，針對風(fēng)沙活動特點，按照因地制宜、分類施策、科學(xué)精準(zhǔn)治沙要求，綜合配套推廣“草方格+一把草(一字型草障或直角型草障)+一株苗”治沙模式技術(shù)，在達到同等治沙成效的同時，設(shè)沙障費為設(shè)全方格沙障的45%～57%，節(jié)約財力、物力顯著。

(5)由于甘肅河西地區(qū)屬干旱區(qū)，年降水量不足200 mm，沙丘的含水率2%～4%，固沙造林以雨養(yǎng)為主，從沙障設(shè)置、造林樹種選擇與配置、造林密度設(shè)計需根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件和沙化土地類型、風(fēng)沙活動的具體特點采取有效的技術(shù)措施[1，11，12]，如涼州區(qū)半固定沙丘地采取“草方格+一把草(一字型草障或直角型草障)+一株苗”造林技術(shù)中，沙丘迎風(fēng)坡上部草方格可設(shè)為2 m×2 m,造林株行距按2 m×4 m；沙丘迎風(fēng)坡中下部若主風(fēng)向單一，設(shè)一字型沙障，沙障與主風(fēng)向垂直，上下左右沙障間距設(shè)為2 m×3 m,造林株行距2 m×3 m；若主風(fēng)與次風(fēng)均活動強列(主風(fēng)向西北風(fēng)，次風(fēng)向東北風(fēng))，沙丘中下部選設(shè)直角障且障開口朝上設(shè)為“V”字型直角障，上下左右障間距設(shè)為2 m×3 m,造林株行距2 m×3 m，這樣設(shè)障保護苗木的效果更好。造林初植密度1260～1665株/hm2，受干旱危害影響，第三年造林保存率按≥65%標(biāo)準(zhǔn)計算，其保存最小密度819～1082株/hm2，與河西走廊雨養(yǎng)能力最適造林密度900株/hm2基本一致[6]。而對于樹種梭梭、花棒、沙拐棗三者不同混交配置造林技術(shù)，后續(xù)成林生態(tài)效能的穩(wěn)定性表現(xiàn)尚待進一步研究。