黃河流域石礫山地抗旱造林技術研究

摘要 為進一步提高黃河流域石礫山地的植被覆蓋率、促進其生態恢復，本研究在青海云杉等7種喬、灌植物中，選擇存活率排名前四的樹種作為試驗樹種，開展了4個樹種的石礫山地造林技術試驗，通過研究不同保水保墑技術對4個樹種的生長指標、土壤含水量、土壤溫度、土壤肥力、存活率和保存率等指標的影響，篩選出適合該區域的造林技術。結果表明，整地措施能增加土壤含水量；集水托盤措施能提升土壤表層土壤的水分和土壤溫度；在石礫山地造林需要結合其他措施進行施肥，以增加土壤中的有機物質含量。施肥+整地+集水托盤組合措施在黃河流域石礫山地干旱造林效果較為明顯。該研究為黃河流域石礫山地的生態恢復和水土保持提供參考。

關鍵詞 黃河流域；石礫山地；抗旱造林；整地；集水托盤；施肥

中圖分類號 S728.2" " 文獻標識碼 A" "文章編號 1007-7731（2024）14-0058-06

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.14.013

Drought resistant afforestation techniques in gravel mountainous areas of the

Yellow River Basin

WU Zhongchang" " YE Junsen" " YANG Baoyu" " XIAWU Pengmao" " LIU Wennan

（Huangnan Tibetan Autonomous Prefecture Forestry Station， Huangnan 811399， China）

Abstract In order to further improve the vegetation coverage and promote ecological restoration in the gravel mountainous areas of the Yellow River Basin， the top 4 tree species with the highest survival rate among 7 species of trees and shrubs were selected， including Picea crassifolia， as experimental tree species. The afforestation technology experiment of gravel mountainous areas was carried out for 4 tree species. By studying the effects of different water and soil moisture retention technologies on the growth indicators， soil moisture content， soil temperature， soil fertility， survival rate， and preservation rate of the 4 tree species， suitable afforestation technologies were screened for the region. The results indicated that land preparation measures could increase the moisture content in the soil. Water" collection tray measure could increase the moisture and soil temperature of the surface soil layer. In order to increase the organic matter in the soil， it was necessary to combine other measures for fertilization in the gravel mountain afforestation. Fertilization+land preparation+water collection tray measures had a significant effect on arid afforestation in the gravel mountainous areas of the Yellow River Basin. This study could provide a reference for the ecological restoration and soil and water conservation of gravel mountainous areas in the Yellow River Basin.

Keywords Yellow River Basin; gravel mountainous areas; drought resistant afforestation; land preparation; water collection tray; fertilization

黃南藏族自治州位于青海東南部，該州南部屬于三江源自然保護區，在區域生態上占有重要地位[1]。該區域常年風速較大、水分蒸發較強，在表土剝蝕殆盡后，植被天然恢復能力較差，跡地較難及時恢復植被覆蓋，易造成水土流失，造林成活率、保存率較低。

匯集雨水徑流技術最早應用于農業[2]。該技術通過清理崗坡上的雜物，增加地表徑流，通過石壩將匯集的雨水徑流引至農田中，采用該技術時在年均降水量較低的情況下進行農作物的種植[3]。該技術也被引入到干旱半干旱地區造林綠化的實踐中[4]。趙克昌等[5]發現，8 m2薄膜覆蓋的集水面能夠長時間維持10%水平的土壤含水量。楊埃清等[6]研究表明，合理利用整地技術，可以明顯提高土壤含水量。

為進一步提高黃河流域石礫山地的植被覆蓋率、促進其生態恢復，本研究在青海云杉等7種喬、灌植物中，選擇存活率排名前四的樹種作為試驗樹種，開展了4個樹種的石礫山地造林技術試驗，通過研究不同保水保墑技術對4個樹種的生長指標、土壤含水量、土壤溫度、土壤肥力、存活率和保存率等指標的影響，篩選出適合該區域的造林技術，以提高石礫山地的造林存活率和保存率，對于加快山區造林綠化步伐、減少水土流失以及改善生態環境具有重要意義[7]。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗地位于青海黃南藏族自治州尖扎縣措周鄉（35°57′22″ N，101°55′47″ E）。平均海拔2 500 m，屬大陸性高原氣候。年平均氣溫5.0 ℃，年平均日照時數2 836.5 h。該地區降水稀少，年降水量308.9 mm，年蒸發量1 726.2 mm，無霜期約166 d。試驗地主要土壤類型為栗鈣土。

1.2 試驗方法

201?9年4月，在試驗地選取1 hm2石礫山地，從該地區選擇青海云杉、青楊、油松、白榆、檉柳、白樺和落葉松共7種喬、灌植物。樹種均采用5年生植苗造林，植苗穴規格：坑口徑50 cm，坑深60 cm。9月中旬在試驗地調查每個樹種的造林存活率。選擇存活率排名前四的樹種作為試驗樹種。同年在雨季前開始整地，種植穴規格40 cm×40 cm×50 cm（長徑×短徑×深），一共8 hm2。

2020?年4月，在試驗地開展苗木栽植16 hm2，同時分別設置整地、施加生物有機肥及集水托盤（長×寬×高705 mm×550 mm×100 mm，中心開孔直徑100 mm）[8]及組合措施等保水保墑技術，分別為集水托盤、整地、施肥、整地+施肥、集水托盤+施肥、整地+集水托盤以及整地+集水托盤+施肥。對比不同措施下苗木生長情況（地徑、樹高）、土壤含水量、土壤溫度、土壤肥力、苗木存活率和保存率等指標。

202?0年9月下旬，測量CK（對照組，不進行任何措施處理）及4種苗木土壤含水量、土壤溫度、土壤肥力以及存活率。同時，隨機選取4種苗木測量其生長情況，取其平均值。202?1年9月下旬測量苗木保存率。

1.3 測量方法

1.3.1 苗木生長量的測定" 使用鋼卷尺和游標卡尺（精度為0.01 cm）測量，每個措施樣地隨機選取200株苗木并標記，測定每株苗木的樹高、地徑，并進一步計算樹高凈生長量與地徑凈生長量。計算方法：樹高凈生長量=終期樹高－初期樹高；地徑凈生長量=終期地徑－初期地徑。“終期”是指某一段時間的結束，而“初期”是指在同一段時間的開始。

1.3.2 土壤含水量和溫度的測定" 使用WatchDog 2400定點長期觀測0～20、20～40和40～60 cm土層的土壤含水量和溫度，每個措施樣地按垂直高度（上、中和下）架設3臺，測量間隔時間為60 min。

1.3.3 土壤肥力的測定" 在試驗標準地內，從地表向下按0～20、20～40和40～60 cm分別挖取土樣，每種措施樣地隨機取2?個點，測定每個土樣的有機質、全氮（N）、五氧化二磷（P2O5）和全鉀（K）含量。有機質含量用重鉻酸鉀容量法測定，全N含量用微量凱氏定氮法測定，P2O5和全K均采用原子吸收法測定[9]。

1.3.4 苗木存活率和保存率的測定" 觀察苗木的生長狀態，測定苗木存活率和保存率。苗木存活率（%）=（存活株數/栽植總株數）×100；苗木保存率（%）=（保存株數/栽植總株數）×100[10]。

1.4 數據分析和處理

使用Excel 2016以及Origin 2018軟件進行數據分析與制圖。

2 結果與分析

2.1 試驗樹種的篩選情況

如表1所示，不同樹種在石質山地的存活率在26.2%～81.1%。其中，檉柳和白榆的存活率較高，分別為81.1%和78.2%；油松和青海云杉的存活率次之，分別為76.0%和71.3%；青楊和白樺的存活率偏低，分別為62.5%和58.0%；落葉松存活率最低，為26.2%。最終選擇檉柳、油松、青海云杉和白榆4種苗木作為試驗樹種。

2.2 不同措施下苗木的生長情況

不同造林措施能夠明顯提高石礫山地主要造林樹種地徑和樹高的生長量。如表2所示，整地措施使青海云杉、油松、白榆和檉柳的地徑凈生長量分別比各自的對照組（CK）提高了35.1%、18.8%、28.3%和46.2%；樹高凈生長量分別提高了58.3%、66.7%、45.2%和31.8%。集水托盤措施對造林樹種地徑和樹高的影響和整地措施相似，地徑凈生長量分別比各自的對照組提高了40.5%、18.8%、27.2%和46.2%；樹高凈生長量分別比各自的對照組提高了66.7%、77.8%、38.7%和34.1%。當整地和集水托盤措施組合使用時，地徑凈生長量比對照組提高了48.6%、22.9%、30.4%和53.8%；樹高凈生長量比對照組提高了91.7%、94.4%、48.4%和40.9%。

當使用有機肥時，青海云杉、油松、白榆和檉柳的地徑凈生長量分別比各自的對照組提高了21.6%、10.4%、17.4%和15.4%；樹高凈生長量分別提高了25.0%、33.3%、22.6%和15.9%。當在整地的基礎上進行施肥，青海云杉、油松、白榆和檉柳的地徑凈生長量分別比各自的對照組提高了62.2%、35.4%、44.6%和80.8%；樹高凈生長量分別比各自的對照組提高了116.7%、122.2%、58.1%和54.5%。在集水托盤措施的基礎上施肥，其主要造林樹種的地徑凈生長量較對照組，提高了56.8%、29.2%、40.2%和76.9%；樹高凈生長量較對照組提高了108.3%、111.1%、54.8%和47.7%。在整地和集水托盤措施共同的基礎上施加有機肥，青海云杉、油松、白榆和檉柳的地徑增長較對照組的增加較多，分別提高了70.3%、41.7%、48.9%和96.2%；樹高較對照組分別增加了141.7%、144.4%、67.7%和65.9%。與對照組相比，各措施對苗木的地徑和樹高的生長均具有積極影響。

2.3 不同措施下土壤含水量和溫度的變化情況

土壤含水量和溫度是高原石礫山地植被生長的重要指標。整體來看，整地和集水托盤措施能提高土壤含水量，集水托盤和施肥措施會導致土壤溫度上升。由表3可知，整地措施對于林分的土壤表層（0～20 cm）含水量的提升較大，其中，青海云杉表層土壤含水量提高了0.70個百分點，白榆表層土壤含水量提高了0.38個百分點，檉柳表層土壤含水量提高了1.47個百分點，油松表層土壤含水量提高了0.86個百分點。集水托盤措施使得土壤溫度和土壤表層的土壤含水量提升。相較于集水托盤措施在土壤20～40和40～60 cm的含水量表現，整地+集水托盤措施的土壤含水量整體提升較大。集水托盤措施更多提升了土壤的溫度和表層土的含水量，而在整地措施的基礎上加上集水托盤措施，對于土壤溫度的改變不大，其對于土壤的含水量提升影響較大。不同措施以及措施配套使用對主要造林樹種的土壤含水量和溫度都有明顯的變化。施肥措施與CK組相比，不同土層的土壤溫度和含水量變化不大；施肥+整地措施下不同土層的土壤含水量均提升；施肥+集水托盤措施對于土壤表層的土壤含水量以及不同土層的溫度提升較大。施肥+整地+集水托盤措施不僅明顯提高了土壤含水量，而且在土壤溫度方面也大幅升高。較CK組，青海云杉0～20 cm層土壤含水量增加了7.1個百分點，土壤溫度增加了4.6 ℃；20～40 cm土層土壤含水量增加了11.5個百分點，土壤溫度增加了4.8 ℃；40～60 cm土層土壤含水量增加了11.6個百分點，土壤溫度增加了2.9 ℃。油松0～20 cm層土壤含水量增加了7.2個百分點，土壤溫度增加了4.3 ℃；20～40 cm土層土壤含水量增加了11.0個百分點，土壤溫度增加了4.5 ℃；40～60 cm土層土壤含水量增加了11.5個百分點，土壤溫度增加了4.2 ℃。白榆0～20 cm層土壤含水量增加了7.2個百分點，土壤溫度增加了4.2 ℃；20～40 cm土層土壤含水量增加了11.4個百分點，土壤溫度增加了4.4 ℃；40～60 cm土層土壤含水量增加了11.3個百分點，土壤溫度增加了4.0 ℃。檉柳0～20 cm層土壤含水量增加了8.5個百分點，土壤溫度增加了4.3 ℃；20～40 cm土層土壤含水量增加了11.9個百分點，土壤溫度增加了4.3 ℃；40～60 cm土層土壤含水量增加了12.0個百分點，土壤溫度增加了4.0 ℃。整體來看，不同措施對土壤含水量的提升效果排序中，施肥+整地+集水托盤gt;施肥+整地gt;施肥+集水托盤gt;施肥gt;CK。不同措施對土壤溫度的提升效果排序中，施肥+整地+集水托盤gt;施肥+集水托盤gt;施肥+集水托盤gt;施肥gt;CK。

2.4 不同措施下土壤肥力的變化情況

在石礫山地直接施肥，隨著水土流失，土壤中的有機質可能也隨之流失。整地和集水托盤等措施可在一定程度上限制水土流失。與對照組相比，不同造林措施均提高了土壤有機質含量，但在同一土層施肥+整地+集水托盤措施對土壤有機質含量提升程度較大，施肥+整地次之，直接施肥較小（圖1）。全N和P2O5含量的變化與有機質含量的趨勢類似，都呈現施肥+整地+集水托盤gt;施肥+整地gt;施肥+集水托盤gt;施肥。整地和集水托盤單一措施對土壤肥力的影響相似且低于施肥措施。由圖1可知，與對照組相比，不同造林措施均增加了土壤中的全N和P2O5的含量，不同造林措施對土壤中全K含量影響不大。試驗證明，在其他措施的基礎上，施入有機肥能增加土壤的有機質，更好地促進土壤性能。

2.5 不同措施下苗木的存活率和保存率情況

由圖2可知，不同措施對于主要造林樹種的存活率和保存率均有所提高。整地對于所有樹木種類都有著正向的影響，能夠提高存活率和保存率。檉柳的整地效果尤為明顯，其次是白榆和油松。青海云杉對整地的響應相對較弱。集水托盤對于提高保存率和存活率有一定的積極影響，但影響程度相對較輕。白榆和檉柳在集水托盤下保存率和存活率提升效果較好。施肥對于樹木的保存率和存活率有一定影響，但對不同樹木種類的效果存在差異。油松和檉柳對施肥的反應較為積極，能夠提高保存率和存活率。青海云杉在施肥下的表現相對較差。在綜合措施的情況下，施肥+整地+集水托盤均能夠獲得較高的保存率和存活率，其中存活率在92.2%～96.3%，保存率在89.5%～93.0%。可見，采取綜合措施可有效提高保存率和存活率。

3 結論與討論

本研究在青海云杉等7種喬、灌植物中，選擇存活率排名前4的樹種作為試驗樹種，開展了4個樹種的石礫山地造林技術試驗，通過研究不同保水保墑技術對4個樹種的生長指標、土壤含水量、土壤溫度、土壤肥力、存活率和保存率等指標的影響，篩選出適合該區域的造林技術。研究發現，（1）在苗木生長指標方面，不同造林措施對苗木的地徑和樹高增長均具有較大影響。單項措施中整地措施更優。綜合措施是施肥+整地+集水托盤措施較優，其次是整地+集水托盤措施。（2）在土壤含水量和溫度方面，整地和集水托盤措施使得水分匯集到植物根部，減少了水土流失，提高了土壤含水量。集水托盤由于材質的特殊性，白天吸收較多太陽輻射，土壤溫度提升快，散熱慢，提升了苗木的存活率。施肥措施調節了土壤的理化性質，在一定程度上提升了土壤的含水量和溫度。（3）在土壤養分方面，石礫山地在長期的雨水沖刷下，土壤養分隨著水土流失，可能造成該地區土壤貧瘠。在種植苗木時需要補充一定養分，搭配整地或者集水托盤措施，可減少水土流失，對土壤養分有明顯提升作用。（4）在存活率和保存率方面，整地措施在存活率提升方面貢獻率更大，集水托盤和施肥在苗木保存率提升方面貢獻率比整地措施更大。

綜上，整地措施能增加土壤中的含水量；集水托盤措施能提升土壤表層土壤的水分和土壤溫度；在石礫山地造林需要結合其他措施進行施肥，以增加土壤中的有機物質，調節氮磷鉀的利用效率。施肥＋整地＋集水托盤3種措施結合是黃河流域石礫山地干旱造林較為有效的方法，4種苗木平均存活率和保存率均達到90.0%。

由于研究時間有限，新構建的各類試驗示范林尚處于幼齡階段，尚需較長時間連續、多方面和多角度進行深入研究，以獲得石礫山地抗旱造林技術更為全面、系統的研究成果，更好地為干旱半干旱地區林業生態建設服務。

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（責任編輯：王 菁）

基金項目 中央財政林業科技推廣示范項目（2019TG12）。

作者簡介 吳仲昌（1969—），男，河南漯河人，工程師，從事林業草原生態保護工作。

收稿日期 2024-01-30