鄂西北石漠化区困难立地一种造林技术的成效分析

时间：2024-05-24

杨佳伟张维刘学全李细牛张琳郑兰英

摘要：结合鄂西北石漠化区困难立地造林需求，以保水剂、覆膜处理后的侧柏苗木为研究对象，在鄂西北山地营造侧柏幼林，研究分析保水剂、覆膜处理对石漠化山地造林成效的影响。结果表明：保水剂、覆膜处理后侧柏幼树地径生长差异达显著水平（p<0.05）、高生长差异达极显著水平（p<0.01）;保水剂、覆膜处理后的3 a生侧柏幼树地径主要集中于14～22 mm，平均地径为17.32 mm，较对照样地高出5.93%;幼树高度主要集中于70～130 cm，平均高度为105.17 cm，较对照样地高出55.62%;造林成活率达94.5%，较对照样地高39.4个百分点，保存率达91.9%，较对照样地高42.3个百分点;保水剂、覆膜处理后侧柏苗木造林可一次成林，同时降低造林成本约16.86%。

关键词：鄂西北;石漠化;侧柏;保水剂;覆膜;造林成效

中图分类号：S728.1 文献标识码：A 文章编号：1004-3020（2021）01-0001-05

Effect Analysis of a Afforestation Technique on Difficult Site in Rocky

Desertification Area of Northwest Hubei Province

Yang Jiawei（1） Zhang Wei（1） Liu Xuequan（1） Li Xiniu（2） Zhang Lin（2） Zheng Lanying（1）

（1.Hubei Academy of Forestry Wuhan 430000;

2.Shiyan Municipal Forestry and Scientific Institute Shiyan 442000）

Abstract：According to the needs of afforestation in difficult sites in rocky desertification area of Northwest Hubei Province，the saplings of Platycladus orientalis treated with water retaining agent and film mulching were taken as the research objects，and the effects of water retaining agent and film mulching on afforestation effect of Platycladus orientalis were studied and analyzed.The results showed that the ground diameter growth difference of Platycladus orientalis saplings was significant （p< 0.05），and the height growth difference was extremely significant （p< 0.01）.The ground diameter of 3-year-old Platycladus orientalis saplings after water retaining agent and film mulching treatment was mainly 14～22 mm，with an average ground diameter of 17～32 mm，5.93% higher than that of the control plot.The height of saplings mainly concentrated in 70～130 cm，the average height was 105.17cm，55.62% higher than the control plot.the survival rate of afforestation was 94.5%，39.36 percentage points higher than the control plot，the preservation rate was 91.9%，42.30 percentage points higher than the control plot.The Platycladus orientalis saplings could be planted in one time after the treatment of water retaining agent and film mulching，and the afforestation cost was reduced by 16.86%.

Key words： Northwest Hubei Province;rocky desertification;Platycladus orientalis;water retaining agent;film mulching;afforestation effect

鄂西北地区是中国自然地理南北过渡的重要地区，也是中国南水北调中线工程的重要水源区，丹江口库区生态环境保护意义重大。试验所在地郧阳区自1994年被长江水利委员会列为丹江口库区水土保持重点防治区以来，先后开展了长江中上游水土保持重点治理、黄龙滩库区坡改梯綜合治理试点、丹江口库区水土保持重点治理等工程，治理小流域水土流失面积达1 766.24 km2[1]，治理成效显著。但仍有部分区域由于早期不科学的森林经营以及不合理开垦耕种导致水土流失，形成基岩出露、土层瘠薄的困难立地，探索科学高效、适应区域营造林需求的植被恢复模式刻不容缓。

本试验以侧柏为主要试验材料进行研究。侧柏Platycladus orientalis为多年生常绿乔木，具有耐干旱瘠薄，适应性强且寿命长的特性，是石质山区、岩溶石漠化地区主要造林树种之一，全国南北均有分布，尤其北方地区广布，是中低山的地带性植被[2]。目前，国内学者关于侧柏人工林的研究主要集中于其养分元素分配及循环特征[3-5]，生物量及碳储量[6-7]、枯落物水文效应[8-9]、水分利用策略[10]与水分胁迫机理[11]、密度效应[12]、生态化学计量[13]及育苗技术[14]等方面。而侧柏在贫瘠地区造林方面研究主要集中在造林技术上[15]，针对不同措施与造林成效的持续动态相关研究则不多。本文针对鄂西北石漠化地困难立地，采用容器苗造林，设置对照样地，对比分析保水剂、覆膜[16]等措施造林成效，为鄂西北石漠化困难立地造林提供参考。

1 研究区概况

造林试验区为湖北省十堰市郧阳区，地处鄂豫陕三省边沿，汉江上游下段，秦岭巴山东延余脉褶皱缓坡地带，北部属秦岭余脉，南部属武当山，海拔多在800 m以上，属亚热带湿润性季风气候，年均降水量824 mm。区域光照充足，热量资源丰富，无霜期长，年均日照总时数超2 000 h，年平均气温13～16 ℃，年积温4 800～5 000 ℃，无霜期240 d左右[17]。区内主要土壤类型为黄褐土和黄棕壤[18]，在宽缓的汉江河流阶地，一般堆积了较厚的风成黄土，是黄褐土的成土母质，而在山坡地带，黄褐土和黄棕壤的成土母质一般为基岩风化残积坡积物，土壤侵蚀明显，土壤剖面较薄或不完整，保水保肥性能差。

2 材料与方法

2.1 试验材料

造林试验采用2 a生侧柏容器苗，充分木质化，无机械损伤，无病虫害;0.3～1 mm（M型）保水剂;可降解農业地膜。

2.2 试验方法

造林试验地点位于郧阳区柳陂镇鹏儒村，试验地概况见表1。针对试验地立地情况对造林苗木采取保水剂和覆膜造林措施。造林前沿等高线放线，打点，挖窝，两条等高线之间的种植点交错排列，呈品字形，整地规格为0.5 m×0.5 m×0.4 m。试验样地造林采用保水剂、覆膜处理，对照样地无保水剂、覆膜处理。保水剂、覆膜处理造林总面积为17.2 hm2，根据坡位分布设置6个20 m×20 m固定试验样地，监测生长量与成活率，同时设置3个20 m×20 m固定对照样地。

2018年3月，采用2 a生侧柏容器苗造林，造林株行距为2 m×2 m。试验保水剂处理，0.3～1 mm（M型）的保水剂按照25 g·株-1用量，与土壤拌匀，置于穴底部林木有效根系周围。覆膜造林，将地膜裁成50 cm×50 cm的正方形，中间打孔，苗木栽上后，浇足水，将裁好的地膜由一边中点至中间圆孔剪开，并由此处覆盖到苗木根部，地膜四周盖土压紧，做到四周高中间低，形成一小的集水区，以利于聚水。

在进行生长数据监测时使用游标卡尺和卷尺进行每木检尺，测定地径和幼树高，分别于2019年1月监测生长量及成活率，2020年6月监测生长量及保存率。将试验侧柏地径、树高按不同措施类型分类统计汇总，地径、树高计算加权平均值并分等级统计百分比，并对统计结果利用SPSS进行方差分析。

3 结果与分析

3.1 生长状况

从监测样地的侧柏生长情况看，进行保水剂、覆膜处理的试验样地侧柏整体长势较好，幼树高生长显著，枝条浓密，冠幅伸展，但是由于试验地土壤坡面不完整，土层厚度不一，部分区域长势稍差，使得幼树的高度分布区间比较大;对照样地侧柏幼树生长则相对较差，树形矮小，枝条稀疏，冠幅窄小，最为显著的问题是在困难立地条件下成活率和保存率不高。

由表2可知，鄂西北石漠化区侧柏采用保水剂、覆膜处理造林的成效显著高于对照样地。造林后第二年的地径试验样地较对照样地高出67.90%，幼树高度较对照样地高出77.18%，造林成活率比对照样地分别高出39.4个百分点;造林后第三年，试验样地侧柏幼树地径较对照样地高出5.93%，幼树高度较对照样地高出55.62%，造林保存率比对照样地分别高出42.3个百分点。由此可见，鄂西北石漠化地区采用侧柏造林，造林树苗经保水剂、覆膜处理后地径差异在10%以内，但是幼树高度的差异则是极显著，且造林成活率和保存率几近高出一倍。因此，鄂西北石漠化山地土壤坡面不完整区域，造林采用保水处理措施是保证造林成活率的关键技术手段。

3.2 地径、树高、冠幅分布特征

地径以2 mm为一个级别对地径进行株数百分比的统计。由表3可知，鄂西北石漠化区采用保水剂和覆膜造林和无措施的3 a生侧柏在地径分布上存在显著差异（p<0.05）。采用保水剂、覆膜处理后的3 a生侧柏幼树地径分布范围较广，最小为8 mm，最大为26 mm，最大地径是最小地径的3倍有余，24.51%的林木地径处于18 mm级别，而处于14～22 mm区间的林木占82.36%，小地径级和大地径级的分布类似于正态分布趋势。对照样地的3年生侧柏幼树地径分布处于8～22 mm区间内，18 mm地径级别的苗木占25.58%，16 mm地径级占23.26%，处于14～22 mm区间的苗木占86.05%，而小于14 mm地径级的占据13.95%，大于22 mm的则没有。相同地径级比较，保水剂、覆膜处理后侧柏苗木在小于20 mm的各个级别所占比例均要小于对照样地，而22 mm级别地径占比则是远大于对照样地，且对照样地在24 mm、26 mm地径级所占比例为0。造林第2年地径分布范围显示，试验样地样本地径级分布占比最多为14 mm级，占比为34.95%，主要分布区间集中10～16 mm，总占比为82.53%;对照样本地径级分布占比最多为8 mm级，占比为30.77%，主要分布区间集中于6～12 mm，总占比为84.62%。由此可见，保水剂、覆膜处理让侧柏幼树的地径分布规律上其区间更广，且在一定程度上能够增加大径级数量，而未做处理的幼树地径分布区间相对较窄，地径生长量有限。

树高以20 cm为1树高级，60对应树高为50～70 cm，80对应树高为70～90 cm，依次类推。从表4可以看出，鄂西北石漠化区采用保水剂和覆膜造林和无措施的3 a生侧柏在树高分布上存在极显著差异（p<0.01）。保水剂、覆膜处理后的3 a生侧柏树高最高可达160 cm级，占比为3.92%，100 cm级别树高占比最高，达30.39%，主要分布区间为70～130 cm，占调查样本的比例达81.37%;未做处理的侧柏幼树树高主要分布区间为50～90 cm，占调查样本的比例为97.67%，还有2.33%是小于50 cm。相同树高级比较，试验样地树高无小于50 cm的样本，大于90 cm的占比达68.63%，而对照样地无大于90 cm的幼树分布。造林第2年树高级分布情况表明，试验样本经保水剂、覆膜处理后树高级主要集中于80～120 cm，占比达87.38%，而对照样本在此区间占比仅为13.51%，占比超过对照样本73.87个百分点。说明鄂西北地区侧柏苗木经过保水剂和覆膜处理后对高生长有显著地促进作用，显著优于未做处理的对照样地。

侧柏幼树平均最大、最小冠幅监测结果显示，保水剂、覆膜处理后的3年生侧柏幼树平均冠幅为35 cm×29 cm，冠幅最大值为60 cm，最小值为12 cm，平均冠幅大于30 cm的林木占监测株数的65.69%，平均冠幅大于20 cm的98.04%;未做处理的对照样地样本平均冠幅为18 cm×15 cm，冠幅最大值为26 cm，最小值为8 cm，平均冠幅大于20 cm的林木仅占51.2%。保水剂、覆膜处理后侧柏幼树的平均冠幅生长量、最大冠幅、最小冠幅均比未做处理的对照样地大1倍，由此可见，保水剂、覆膜处理对于在鄂西北石漠化区侧柏幼树的冠幅生长显著优于未处理的对照样本。同时，幼树更为伸展的树冠能夠有更大的光合作用面积，同等立地条件下能够积累更多的有机物，固碳释氧能力更为突出。

3.3 保水措施造林成本

侧柏林造林成本主要包括整地费、苗木费、定植费、补植费、抚育费、施肥及人工管护费用等，本试验采用侧柏幼苗造林，试验样地采取保水剂和覆膜措施，对照样地采用常规造林模式，因此试验样地无幼林抚育费用，而对照样地有除草的抚育费用。本文仅列举对计算结果有显著影响的因子进行分析，主要为苗木费、材料费、定植费、抚育费、补植费。按照营造林过程中的实际平均成本：容器苗1元·株-1，保水剂、地膜材料费0.3元·株-1，试验样本定植费1.3元·株-1，对照样本定植费0.8元·株-1，苗木锄草抚育费0.6元/株，补植费（含苗木及人工定植费）1.8元/株。

从表5可以看出，鄂西北石漠化区侧柏造林成本差异主要体现在保水剂与地膜材料费、造林定植费、抚育费及补植费几个方面。试验样地的侧柏幼树平均保存率能够达到90%以上，如无成片不成活现象则不需要补植，而对照样地苗木保存率不足50%，至少需要补植1次，补植密度为1 010株·hm-2，补植费用达1 818元·hm-2。本试验区为困难立地，为了保持水土，营造幼林只进行幼树周边抚育，抚育人工费相对较低，采用覆膜造林的幼树不涉及此项，可节省抚育费用1 500元·hm-2。因此，保水剂、覆膜造林在保水材料、定植人工费用方面投入成本较高，但是由于其较高的成活率和保存率，使其在补植费方面比对照样地节省了一大笔费用，达到1 818元·hm-2，不计算整地、施肥等费用情况下单位面积造林成本比对照样地节省1 318元，节省费用占比达16.86%。由此可见，鄂西北石漠化区侧柏造林中采用保水剂、覆膜等保水保温措施既能实现一次成林，也可有效控制造林投资成本。

4 结论与讨论

本文针对鄂西北石漠化地区困难立地造林实际需求，采用控制变量法研究保水剂、覆膜处理对侧柏的造林成效，研究发现，保水剂、覆膜处理后侧柏第3年平均地径达17.32 mm，平均树高为105.17 cm，较对照样地分别高出5.93%、55.62%;地径分布上试验样地3年生侧柏范围较广，小地径级和大地径级的分布类似于正态分布趋势;树高分布上试验样地3年生侧柏高主要集中于70～130 cm，占调查样本的比例达81.37%，最高可达160 cm，极显著高于对照样地（p<0.01）;冠幅分布上保水剂、覆膜处理后侧柏幼树冠幅更为舒展，尺寸较对照样地大1倍;试验样地侧柏人工林幼树成活率较对照样地高出约42个百分点，造林保存率可达90%，造林成效显著。因此，在鄂西北石漠化地区土壤剖面较薄或不完整的立地条件下营造侧柏人工林，采用保水剂、覆膜等保水保温措施处理对于侧柏幼树前期树高、冠幅生长及保存率均有显著促进作用（p<0.05）。同时，保水剂、覆膜措施造林由于其较高的成活率和保存率，在补植费方面比对照样地节省了一大笔费用，达到1 818元·hm-2，单位面积造林成本比对照样地节省1 318元·hm-2，节省费用占比可达16.86%。造林地是林木生存的物质基础[19]，造林地立地条件的优劣是影响造林成活率及幼树生长状态的重要因素，直接影响营林培育目标的实现与否。保水剂和覆膜处理能够稳固新造林幼树在造林初期生境的水分含量，保证幼树生长的水分需求，同时避免幼树周边土壤环境杂草对生境资源的争夺。

鄂西北石漠化困难立地面积广，土壤坡面不完整，保水保肥能力弱，植被恢复较为困难，部分地区连续多次造林失败，改善造林地土壤水含量是保障造林恢复成效的关键措施。各级造林工程、生态修复工程在造林成本上有一定控制，往往造林投资不足以支撑传统造林模式的全部过程，恢复成效不佳，因此用更少的经费来实现预期的修复成效对造林工程的实施是至关重要的。由此可见，鄂西北石漠化区侧柏人工造林中采用保水剂、覆膜措施既能实现一次成林，保证造林修复效果，也可有效控制造林投资成本。本文研究仅针对侧柏这单一树种，且研究内容主要集中在地径、树高、成活率等方面，针对植物生理、抗旱机制及以栎类为代表的鄂西北地带性植被缺乏探究，下一步作者将就树种选择、水分胁迫、生态化学剂量、养分循环等方面对石漠化地区生态修复成效做进一步探析。

参考文献

[1]张利国.库区土地利用多功能时空分异及综合分区研究[D].中国地质大学，2019.

[2]刘哲.南水北调中线水源区淅川县石质荒漠化特征及防治技术研究[D].华北水利水电大学，2018.

[3]俞月凤，何铁光，彭晚霞，等.喀斯特峰丛洼地不同类型森林养分循环特征[J].生态学报，2015，35（22）：7531-7542.

[4]王鑫，余新晓，贾国栋，等.不同土壤水分条件下侧柏幼苗的生理活动及氮素分配策略[J].水土保持学报，2020，34（03）：311-317.

[5]WANG K B，ZHANG Y W，TANG Z S，et al.Effects of grassland afforestation on structure and function of soil bacterial and fungal communities[J].The Science of the total environment，2019，676：396-406.

[6]李瑞霞，彭婷婷，刘娜，等.间伐对侧柏人工林碳储量以及细根生物量和形态的影响[J].东北林业大学学报，2013，41（05）：34-38.

[7]王艳芳，刘领，李志超，等.豫西黄土丘陵区不同林龄栎类和侧柏人工林碳、氮储量[J].应用生态学报，2018，29（01）：25-32.

[8]王磊.北京九龙山石质山区侧柏人工林水文特征分析[D].中国林业科学研究院，2016.

[9]李小倩，杨吉华，魏晓明.鲁中南石灰岩山地针阔混交林土壤理化性状及水文效应[J].水土保持学报，2016，30（01）：208-211+230.

[10]刘自强，余新晓，贾国栋，等.北京山区侧柏利用水分来源对降水的响应[J].林业科学，2018，54（07）：16-23.

[11]付锦雪，张晨星，王晓霞，等.水分胁迫和种子大小对侧柏种子萌发的影响[J].种子，2020，39（02）：50-57.

[12]段劼，马履一，贾黎明，等.北京地区侧柏人工林密度效应[J].生态学报，2010，30（12）：3206-3214.

[13]封焕英，杜满义，辛学兵，等.华北石质山地侧柏人工林C、N、P生态化学计量特征的季节变化[J].生态学报，2019，39（05）：1572-1582.

[14]馮兆民，陆继玫，李强，等.浅谈侧柏容器育苗的几种方法[J].湖北林业科技，2007（04）：74.

[15]赵洪波.侧柏容器苗造林技术[J].辽宁林业科技，2019（04）：73-74.

[16]唐广，李慧.农作物节水抗旱对比试验研究[J].北京农业科学，2000（04）：25-29.

[17]庞奖励，黄春长，查小春，等.汉江上游郧县一级阶地发育土壤的诊断层特征及分类[J].土壤学报，2013，50（06）：1082-1089.