旱林作业对水分因子再分配研究

江永清　柴发熹

摘要　水分因子严重制约着干旱半干旱条件下林木的生长,因地制宜地采用各种造林技术,最大限度地创造集流条件, 合理利用水资源,是干旱造林研究的主要课题。根据多年的试验观测与研究, 对旱林作业技术措施的实践应用效果,进行了综合评价和分析研究。
关键词　旱林作业　集流　深栽　效益
分　类　(中图法) S728.2

Effects of Dry Afforestation Technology on Water Reallocation

JIANG Yong-qing　CHAI Fa-xi^①
(The Master Station for Forestry Scientific Technology Popularization, Gansu Province, Lanzhou 730046)
(① Gansu Institute of Forestry Sciences, Lanzhou 730046)

Abstract　　(1) Big hole and deep planting method is worth spreading in arid and sandy zone. Big hole can improve site index and site environment. Deep planting is favorable for large root system forming. These will heighten the water transportation and wind prevention ability of plant.
　　(2) Some integrated retaining and perserving soil moisture measures of water, container nursering and appling water-absorbent are suitable for afforestation on barren mountain area of semi-arid and arid zone. Tree species should be xerophyte such as Platycladus orientalis and Tamaricaceae L etc.. For reducing ineffective water evaporation and percolation, drip irrigation at roots zone should be adopted to improve and perfect the dry afforestation technology.
Key words　Dry afforestation　Flow concentration　Deep planting　Effect

　　甘肃省位于黄土、 蒙新、青藏三大高原交汇处,其自然地理、生态环境在我国广大西北干旱地区具有一定的代表性。 我们在这一特定地区进行了“杨树人工林速生丰产用材林栽培”、“杨树大面积速生丰产样板林栽培试验”和“三北地区应用高吸水性树脂抗旱造林技术推广”等试验,取得了一些成果。

1　试验区自然概况

1.1　干旱荒漠试验区
　　试验点地处39°47′N,100°20′E,海拔高度约1 250 m的甘肃酒泉地区金塔县潮湖林场境内,位于白水泉沙窝的东南边缘。年平均气温8℃,年降水量53.9 mm,年蒸发量为2 347.9～2 959.9 mm。年蒸发量是年降水量的50倍左右,年日照时数3 193.2 h,年平均风速3.0 m^.s^-1,年平均沙暴日数21.2 d。土壤属灰棕荒漠土类,多为沙土或沙壤土,有机质及氮、磷含量很低,pH值7.9～8.8,地下水位1.0～3.0 m,矿化度0.744～10.726 g^.L^-1。
1.2　半干旱半荒漠试验区
　　试验点位于36°23′N,103°52′E,海拔高度为1 600～1 900 m的兰州北山。地处黄土高原干旱山区,坡度20°～45°。年均气温9.1℃,年降水量327.7 mm,年蒸发量1 437.7 mm左右,年日照时数2 607 h,无霜期约182 d。土壤为黄土母质发育而成的淡灰钙土类,土层深厚,可达100 m以上,质地松散无结构,有机质含量0.5%以下,pH值8.0～8.7,含盐量0.32%～0.7%。

2　试验方法和内容

　　干旱半干旱条件下,地下水如何利用,天然降水能否产生地表径流,不但取决于地下水层的深度、降水量的多少、降雨强度和时间,而且立地类型、盐分含量、地形、坡度、坡向等诸多因子对水分的再分配和可利用程度也起着重要的作用。旱林作业技术必须依照具体的参数指标,采用深栽、整地等必要的方法,最大限度地创造条件,提高水分利用率。
　　(1) 在白水泉沙窝试验区,选择地下水位约1～3 m的干旱沙区,进行必要的平整,以利深栽造林机械作业。栽植深度为地下水位20 cm左右(见湿沙即可),使用钻孔机进行造林作业时,可剪去苗木根系后扦插;人工造林可采用大穴套深坑的方法,植苗造林。栽后填土踩实,覆盖沙土恢复原地貌,可有效地防止水分蒸发。主栽树种为本地乡土树种二白杨(Populus gansuensis),苗高3.0 m以上。造林密度为4 m×7 m,造林面积44 hm², 其中含对照(灌溉、施肥)林11.33 hm²。布设试区地下水位观测井14个。
　　(2) 兰州北山试验区地形复杂,坡度变化大,造林施工难度大,为防止造林地水土流失, 依据兰州地区20 a一遇之最大雨量和黄土类持水量240 mm等因子,采用: ① 可能的最大径流量Q=(P-0.2S)²/(P+0.8S);② 单位面积的土壤流失量A=R^.K^.L^.S^.C^.P。其中允许土壤流失量为11 t^.hm^-2.a^-1;③ 纵向距H=P^.(260±10)^1/3;横向距L=H/P等经验公式,换算归纳＞20°和＜20°坡度的造林行距(斜地距)的最大理论值分别为10 m和13 m。整地方式分反坡梯田和集流坑穴两种。规格:反坡梯田长依地形沿等高线设置,田面宽约1.5～2.5 m,每隔5 m在梯田内修一横埂;集流坑穴,按三角形状分布,坑穴面积为1 m²左右,植树穴上坡面修筑∨字形集流沟,沟宽10～20 cm,沟深20 cm,沟长100～150 cm,沟堰内低外高,高差10 cm左右。施工要点:从坡顶逐渐向下修建。坡间集流面要求踩实铲光,亦可铺设塑料薄膜等材料,以利集流。面积大小根据具体情况而定。暂设2 m²、4 m²两种。地埂夯实,底土尽可能深翻,以提高土壤持水量。主栽树种为2 a生侧柏(Platyoladus orie-ntalis)容器苗,苗高0.4 m左右,主栽密度为2 m×8 m,累计造林面积20 hm²,其中1986年,采用高吸水性树脂新技术造林,采用每株5 g、10 g、15 g三个梯度, 将吸水剂散入植树穴内,与底土拌匀,成为“吸水土”;然后将侧柏容器苗植入坑内, 使苗木根系与吸水土接合。每处理660株,重复三次,共建试验小区12块,占地3.48 hm²,其中对照0.48 hm²。

3　试验结果与分析

3.1　深栽试验结果
　　深栽造林由于深栽1.5 m,插杆或带根苗能直接接触水分。优越的水份条件,可使造林成活率和保存率达到85%～95%,且胸径、高生长量明显优于常规方式造林的林分(表1)。在二白杨速生期间(3～5 a),深栽林分胸径、高生长量年最高达3.11 cm和1.61 m,而同期常规造林的胸径、高生长的年均生长量仅为2.41 cm和1.10 m。深栽造林虽然毋需修渠打井、灌溉、细致整地,可大幅度降低了造林成本,但大坑深栽由于林地土壤瘠薄,施肥困难,地温较低等原因,林木后期生长趋于平缓,且尖削度明显大于常规造林的林木,木材可利用率较低。

表1　二白杨常规与深栽造林林分平均生长量统计

　　　注：D为胸径，单位cm；H为树高，单位m。

　　(1) 林木生长与耗水量。林木生长势与蒸腾耗水量关系明显。据测定:新疆杨、沙枣、柽柳、胡杨、二白杨5个树种,1 a生植株日均蒸腾速率分别为1.24 g^.g^-1.h^-1、0.86 g^.g^-1.h^-1、0.81 g^.g^-1.h^-1、0.80 g^.g^-1.h^-1、0.57 g^.g^-1.h^-1,其中新疆杨的蒸腾速率最高,比蒸腾速率最小的二白杨高一倍以上;5 a生胡杨、沙枣、柽柳、二白杨4个树种8月份的日均蒸腾速率分别为1.32 g^.g^-1.h^-1、1.05 g^.g^-1.h^-1、1.00 g^.g^-1.h^-1、0.85 g^.g^-1.h^-1,二白杨的蒸腾速率最小。说明杨树大面积速生丰产样板林栽培试验酒泉试区的树种选择是正确的。深栽林木由于有地下水源供应,有利于树冠光合同化产物向枝条的运输与积累,其胸径、树高的生长比常规造林好得多。常规造林的林木,由于长年缺水,灌溉条件跟不上而生长停滞,呈“小老树”状。通过对5 a生常规造林的林分平均木(胸径8.3 cm,树高7.3 m)与3 a生深栽造林的林分平均木(胸径8.8 cm,树高6.4 m)的伐倒木测定,其生长仍落后于3 a生深栽平均木。
　　深栽平均木生长旺盛,叶量和叶面积较大,为常规平均木的169.36%和156.9%。8月11日单株蒸腾耗水量高达102.183 kg(表2),该林分(4 m×7 m)单位面积日蒸腾耗水量为3.649 mm。深栽造林,虽有地下水分优势,但对于年降雨量仅有54 mm的荒漠地区来讲,是难以承受的。根据林地内外14处地下水位观察井资料,3～5 a时间内,在林木生长季节,林地内外地下水位下降约0.61～0.76 m,冬季可逐渐恢复正常,随着林龄的增加, 耗水量加大,导致地下水位逐年下降,水分收支失控,使造林地区生态环境恶化。

表2　深栽与常规造林二白杨的日蒸腾耗水量

注：测定日期为：1987年8月11日。

　　(2) 旱林作业技术。深栽造林技术提高了干旱地区的造林成活率,加速了林木的早期速生丰产,降低了造林成本。但林种和树种的选择值得探讨,应限制用材林,发展防护林(含农田林网),也应借鉴干旱地区成片高密度杨树、沙枣防护林因缺水而濒于死亡的教训,选择树冠及叶量较小、耗水量小的树种,降低栽植密度,并结合机械性防风固沙措施。逐步形成稳定的人工植被群,控制沙漠化发展的趋势。
3.2　半干旱荒山绿化、水土保持林问题的关键是成活率和保存率
　　应用容器苗、吸水剂等技术措施,根据造林季节植树穴内土壤的墒情状况,而采用去掉塑料容器袋或保留容器的方法,踏实覆土,阻断土壤蒸发毛细管,当年成活可达85%以上。
　　调查分析结果表明(表3),应用吸水剂对提高半干旱地区造林成活率具有极其显著的作用,可以提高5%～17%,与对照相比,均有显著或极显著差异。吸水剂的作用主要在于蓄水保墒,在苗木根部形成局部湿润环境,随着施用剂量的增加,其蓄水保墒作用逐渐明显,每穴施用15 g与施5 g的和对照的相比差异极显著(表4)。

表3　侧柏容器苗历年造林情况及成活率分析统计

　　注：*表示显著；**表示极显著，以下同。

表4　25 cm深层土壤含水率测定统计(单位：%)

表5　不同集流面积1 m深层土壤蓄水率统计 (单位：%)

　　　注：为1988年测定结果。

4　结论

　　(1) 大穴深栽是一种严谨的科学栽培技术。大穴可提高立地指数约半级, 而栽植深度应根据水、气、热诸因子和栽培品种间的差异综合考虑。杨树是强阳性树种,侧根发达,再生能力强。同时,大多数杨树品种不定芽多,深栽有利于形成庞大的根系,从土壤中充分吸收水分和养分, 满足林木生长的需要。由于林木生长过程中强烈的蒸腾作用,在沙漠绿洲边缘、干渠两侧等水分补给丰富的地段,营造防护林带的密度可以放大,以防护目的为主。否则,造林密度不宜小于25 m²。
　　(2) 干旱半干旱荒山造林,限于严酷的立地环境,采用系列化蓄水、保墒、集流整地、容器苗造林等旱林作业技术,对于提高造林成活率和保存率具有明显效果。但应在降低成本和可操作性上做文章。并选择栽植旱生植物中冠叶量较少、耗水量小的树种为宜，如侧柏、柽柳等。有条件时,最好采用集流贮水、根部滴灌等新技术措施,减少水分的无效蒸发和渗漏。