楊佳偉 張維 劉學(xué)全 李細(xì)牛 張琳 鄭蘭英

摘 要： 結(jié)合鄂西北石漠化區(qū)困難立地造林需求，以保水劑、覆膜處理后的側(cè)柏苗木為研究對(duì)象，在鄂西北山地營(yíng)造側(cè)柏幼林，研究分析保水劑、覆膜處理對(duì)石漠化山地造林成效的影響。結(jié)果表明：保水劑、覆膜處理后側(cè)柏幼樹地徑生長(zhǎng)差異達(dá)顯著水平（p<0.05）、高生長(zhǎng)差異達(dá)極顯著水平（p<0.01）;保水劑、覆膜處理后的3 a生側(cè)柏幼樹地徑主要集中于14～22 mm，平均地徑為17.32 mm，較對(duì)照樣地高出5.93%;幼樹高度主要集中于70～130 cm，平均高度為105.17 cm，較對(duì)照樣地高出55.62%;造林成活率達(dá)94.5%，較對(duì)照樣地高39.4個(gè)百分點(diǎn)，保存率達(dá)91.9%，較對(duì)照樣地高42.3個(gè)百分點(diǎn);保水劑、覆膜處理后側(cè)柏苗木造林可一次成林，同時(shí)降低造林成本約16.86%。

關(guān)鍵詞： 鄂西北;石漠化;側(cè)柏;保水劑;覆膜;造林成效

中圖分類號(hào)：S728.1?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：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

鄂西北地區(qū)是中國(guó)自然地理南北過渡的重要地區(qū)，也是中國(guó)南水北調(diào)中線工程的重要水源區(qū)，丹江口庫區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)意義重大。試驗(yàn)所在地鄖陽區(qū)自1994年被長(zhǎng)江水利委員會(huì)列為丹江口庫區(qū)水土保持重點(diǎn)防治區(qū)以來，先后開展了長(zhǎng)江中上游水土保持重點(diǎn)治理、黃龍灘庫區(qū)坡改梯綜合治理試點(diǎn)、丹江口庫區(qū)水土保持重點(diǎn)治理等工程，治理小流域水土流失面積達(dá)1 766.24 km2[1]，治理成效顯著。但仍有部分區(qū)域由于早期不科學(xué)的森林經(jīng)營(yíng)以及不合理開墾耕種導(dǎo)致水土流失，形成基巖出露、土層瘠薄的困難立地，探索科學(xué)高效、適應(yīng)區(qū)域營(yíng)造林需求的植被恢復(fù)模式刻不容緩。

本試驗(yàn)以側(cè)柏為主要試驗(yàn)材料進(jìn)行研究。側(cè)柏Platycladus orientalis為多年生常綠喬木，具有耐干旱瘠薄，適應(yīng)性強(qiáng)且壽命長(zhǎng)的特性，是石質(zhì)山區(qū)、巖溶石漠化地區(qū)主要造林樹種之一，全國(guó)南北均有分布，尤其北方地區(qū)廣布，是中低山的地帶性植被[2]。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)于側(cè)柏人工林的研究主要集中于其養(yǎng)分元素分配及循環(huán)特征[3-5]，生物量及碳儲(chǔ)量[6-7]、枯落物水文效應(yīng)[8-9]、水分利用策略[10]與水分脅迫機(jī)理[11]、密度效應(yīng)[12]、生態(tài)化學(xué)計(jì)量[13]及育苗技術(shù)[14]等方面。而側(cè)柏在貧瘠地區(qū)造林方面研究主要集中在造林技術(shù)上[15]，針對(duì)不同措施與造林成效的持續(xù)動(dòng)態(tài)相關(guān)研究則不多。本文針對(duì)鄂西北石漠化地困難立地，采用容器苗造林，設(shè)置對(duì)照樣地，對(duì)比分析保水劑、覆膜[16]等措施造林成效，為鄂西北石漠化困難立地造林提供參考。

1 研究區(qū)概況

造林試驗(yàn)區(qū)為湖北省十堰市鄖陽區(qū)，地處鄂豫陜?nèi)∵呇?，漢江上游下段，秦嶺巴山東延余脈褶皺緩坡地帶，北部屬秦嶺余脈，南部屬武當(dāng)山，海拔多在800 m以上，屬亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候，年均降水量824 mm。區(qū)域光照充足，熱量資源豐富，無霜期長(zhǎng)，年均日照總時(shí)數(shù)超2 000 h，年平均氣溫13～16 ℃，年積溫4 800～5 000 ℃，無霜期240 d左右[17]。區(qū)內(nèi)主要土壤類型為黃褐土和黃棕壤[18]，在寬緩的漢江河流階地，一般堆積了較厚的風(fēng)成黃土，是黃褐土的成土母質(zhì)，而在山坡地帶，黃褐土和黃棕壤的成土母質(zhì)一般為基巖風(fēng)化殘積坡積物，土壤侵蝕明顯，土壤剖面較薄或不完整，保水保肥性能差。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

造林試驗(yàn)采用2 a生側(cè)柏容器苗，充分木質(zhì)化，無機(jī)械損傷，無病蟲害;0.3～1 mm（M型）保水劑;可降解農(nóng)業(yè)地膜。

2.2 試驗(yàn)方法

造林試驗(yàn)地點(diǎn)位于鄖陽區(qū)柳陂鎮(zhèn)鵬儒村，試驗(yàn)地概況見表1。針對(duì)試驗(yàn)地立地情況對(duì)造林苗木采取保水劑和覆膜造林措施。造林前沿等高線放線，打點(diǎn)，挖窩，兩條等高線之間的種植點(diǎn)交錯(cuò)排列，呈品字形，整地規(guī)格為0.5 m×0.5 m×0.4 m。試驗(yàn)樣地造林采用保水劑、覆膜處理，對(duì)照樣地?zé)o保水劑、覆膜處理。保水劑、覆膜處理造林總面積為17.2 hm2，根據(jù)坡位分布設(shè)置6個(gè)20 m×20 m固定試驗(yàn)樣地，監(jiān)測(cè)生長(zhǎng)量與成活率，同時(shí)設(shè)置3個(gè)20 m×20 m固定對(duì)照樣地。

2018年3月，采用2 a生側(cè)柏容器苗造林，造林株行距為2 m×2 m。試驗(yàn)保水劑處理，0.3～1 mm（M型）的保水劑按照25 g·株-1用量，與土壤拌勻，置于穴底部林木有效根系周圍。覆膜造林，將地膜裁成50 cm×50 cm的正方形，中間打孔，苗木栽上后，澆足水，將裁好的地膜由一邊中點(diǎn)至中間圓孔剪開，并由此處覆蓋到苗木根部，地膜四周蓋土壓緊，做到四周高中間低，形成一小的集水區(qū)，以利于聚水。

在進(jìn)行生長(zhǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)時(shí)使用游標(biāo)卡尺和卷尺進(jìn)行每木檢尺，測(cè)定地徑和幼樹高，分別于2019年1月監(jiān)測(cè)生長(zhǎng)量及成活率，2020年6月監(jiān)測(cè)生長(zhǎng)量及保存率。將試驗(yàn)側(cè)柏地徑、樹高按不同措施類型分類統(tǒng)計(jì)匯總，地徑、樹高計(jì)算加權(quán)平均值并分等級(jí)統(tǒng)計(jì)百分比，并對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果利用SPSS進(jìn)行方差分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 生長(zhǎng)狀況

從監(jiān)測(cè)樣地的側(cè)柏生長(zhǎng)情況看，進(jìn)行保水劑、覆膜處理的試驗(yàn)樣地側(cè)柏整體長(zhǎng)勢(shì)較好，幼樹高生長(zhǎng)顯著，枝條濃密，冠幅伸展，但是由于試驗(yàn)地土壤坡面不完整，土層厚度不一，部分區(qū)域長(zhǎng)勢(shì)稍差，使得幼樹的高度分布區(qū)間比較大;對(duì)照樣地側(cè)柏幼樹生長(zhǎng)則相對(duì)較差，樹形矮小，枝條稀疏，冠幅窄小，最為顯著的問題是在困難立地條件下成活率和保存率不高。

由表2可知，鄂西北石漠化區(qū)側(cè)柏采用保水劑、覆膜處理造林的成效顯著高于對(duì)照樣地。造林后第二年的地徑試驗(yàn)樣地較對(duì)照樣地高出67.90%，幼樹高度較對(duì)照樣地高出77.18%，造林成活率比對(duì)照樣地分別高出39.4個(gè)百分點(diǎn);造林后第三年，試驗(yàn)樣地側(cè)柏幼樹地徑較對(duì)照樣地高出5.93%，幼樹高度較對(duì)照樣地高出55.62%，造林保存率比對(duì)照樣地分別高出42.3個(gè)百分點(diǎn)。由此可見，鄂西北石漠化地區(qū)采用側(cè)柏造林，造林樹苗經(jīng)保水劑、覆膜處理后地徑差異在10%以內(nèi)，但是幼樹高度的差異則是極顯著，且造林成活率和保存率幾近高出一倍。因此，鄂西北石漠化山地土壤坡面不完整區(qū)域，造林采用保水處理措施是保證造林成活率的關(guān)鍵技術(shù)手段。

3.2 地徑、樹高、冠幅分布特征

地徑以2 mm為一個(gè)級(jí)別對(duì)地徑進(jìn)行株數(shù)百分比的統(tǒng)計(jì)。由表3可知，鄂西北石漠化區(qū)采用保水劑和覆膜造林和無措施的3 a生側(cè)柏在地徑分布上存在顯著差異（p<0.05）。采用保水劑、覆膜處理后的3 a生側(cè)柏幼樹地徑分布范圍較廣，最小為8 mm，最大為26 mm，最大地徑是最小地徑的3倍有余，24.51%的林木地徑處于18 mm級(jí)別，而處于14～22 mm區(qū)間的林木占82.36%，小地徑級(jí)和大地徑級(jí)的分布類似于正態(tài)分布趨勢(shì)。對(duì)照樣地的3年生側(cè)柏幼樹地徑分布處于8～22 mm區(qū)間內(nèi)，18 mm地徑級(jí)別的苗木占25.58%，16 mm地徑級(jí)占23.26%，處于14～22 mm區(qū)間的苗木占86.05%，而小于14 mm地徑級(jí)的占據(jù)13.95%，大于22 mm的則沒有。相同地徑級(jí)比較，保水劑、覆膜處理后側(cè)柏苗木在小于20 mm的各個(gè)級(jí)別所占比例均要小于對(duì)照樣地，而22 mm級(jí)別地徑占比則是遠(yuǎn)大于對(duì)照樣地，且對(duì)照樣地在24 mm、26 mm地徑級(jí)所占比例為0。造林第2年地徑分布范圍顯示，試驗(yàn)樣地樣本地徑級(jí)分布占比最多為14 mm級(jí)，占比為34.95%，主要分布區(qū)間集中10～16 mm，總占比為82.53%;對(duì)照樣本地徑級(jí)分布占比最多為8 mm級(jí)，占比為30.77%，主要分布區(qū)間集中于6～12 mm，總占比為84.62%。由此可見，保水劑、覆膜處理讓側(cè)柏幼樹的地徑分布規(guī)律上其區(qū)間更廣，且在一定程度上能夠增加大徑級(jí)數(shù)量，而未做處理的幼樹地徑分布區(qū)間相對(duì)較窄，地徑生長(zhǎng)量有限。

樹高以20 cm為1樹高級(jí)，60對(duì)應(yīng)樹高為50～70 cm，80對(duì)應(yīng)樹高為70～90 cm，依次類推。從表4可以看出，鄂西北石漠化區(qū)采用保水劑和覆膜造林和無措施的3 a生側(cè)柏在樹高分布上存在極顯著差異（p<0.01）。保水劑、覆膜處理后的3 a生側(cè)柏樹高最高可達(dá)160 cm級(jí)，占比為3.92%，100 cm級(jí)別樹高占比最高，達(dá)30.39%，主要分布區(qū)間為70～130 cm，占調(diào)查樣本的比例達(dá)81.37%;未做處理的側(cè)柏幼樹樹高主要分布區(qū)間為50～90 cm，占調(diào)查樣本的比例為97.67%，還有2.33%是小于50 cm。相同樹高級(jí)比較，試驗(yàn)樣地樹高無小于50 cm的樣本，大于90 cm的占比達(dá)68.63%，而對(duì)照樣地?zé)o大于90 cm的幼樹分布。造林第2年樹高級(jí)分布情況表明，試驗(yàn)樣本經(jīng)保水劑、覆膜處理后樹高級(jí)主要集中于80～120 cm，占比達(dá)87.38%，而對(duì)照樣本在此區(qū)間占比僅為13.51%，占比超過對(duì)照樣本73.87個(gè)百分點(diǎn)。說明鄂西北地區(qū)側(cè)柏苗木經(jīng)過保水劑和覆膜處理后對(duì)高生長(zhǎng)有顯著地促進(jìn)作用，顯著優(yōu)于未做處理的對(duì)照樣地。

側(cè)柏幼樹平均最大、最小冠幅監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，保水劑、覆膜處理后的3年生側(cè)柏幼樹平均冠幅為35 cm×29 cm，冠幅最大值為60 cm，最小值為12 cm，平均冠幅大于30 cm的林木占監(jiān)測(cè)株數(shù)的65.69%，平均冠幅大于20 cm的98.04%;未做處理的對(duì)照樣地樣本平均冠幅為18 cm×15 cm，冠幅最大值為26 cm，最小值為8 cm，平均冠幅大于20 cm的林木僅占51.2%。保水劑、覆膜處理后側(cè)柏幼樹的平均冠幅生長(zhǎng)量、最大冠幅、最小冠幅均比未做處理的對(duì)照樣地大1倍，由此可見，保水劑、覆膜處理對(duì)于在鄂西北石漠化區(qū)側(cè)柏幼樹的冠幅生長(zhǎng)顯著優(yōu)于未處理的對(duì)照樣本。同時(shí)，幼樹更為伸展的樹冠能夠有更大的光合作用面積，同等立地條件下能夠積累更多的有機(jī)物，固碳釋氧能力更為突出。

3.3 保水措施造林成本

側(cè)柏林造林成本主要包括整地費(fèi)、苗木費(fèi)、定植費(fèi)、補(bǔ)植費(fèi)、撫育費(fèi)、施肥及人工管護(hù)費(fèi)用等，本試驗(yàn)采用側(cè)柏幼苗造林，試驗(yàn)樣地采取保水劑和覆膜措施，對(duì)照樣地采用常規(guī)造林模式，因此試驗(yàn)樣地?zé)o幼林撫育費(fèi)用，而對(duì)照樣地有除草的撫育費(fèi)用。本文僅列舉對(duì)計(jì)算結(jié)果有顯著影響的因子進(jìn)行分析，主要為苗木費(fèi)、材料費(fèi)、定植費(fèi)、撫育費(fèi)、補(bǔ)植費(fèi)。按照營(yíng)造林過程中的實(shí)際平均成本：容器苗1元·株-1，保水劑、地膜材料費(fèi)0.3元·株-1，試驗(yàn)樣本定植費(fèi)1.3元·株-1，對(duì)照樣本定植費(fèi)0.8元·株-1，苗木鋤草撫育費(fèi)0.6元/株，補(bǔ)植費(fèi)（含苗木及人工定植費(fèi)）1.8元/株。

從表5可以看出，鄂西北石漠化區(qū)側(cè)柏造林成本差異主要體現(xiàn)在保水劑與地膜材料費(fèi)、造林定植費(fèi)、撫育費(fèi)及補(bǔ)植費(fèi)幾個(gè)方面。試驗(yàn)樣地的側(cè)柏幼樹平均保存率能夠達(dá)到90%以上，如無成片不成活現(xiàn)象則不需要補(bǔ)植，而對(duì)照樣地苗木保存率不足50%，至少需要補(bǔ)植1次，補(bǔ)植密度為1 010株·hm-2，補(bǔ)植費(fèi)用達(dá)1 818元·hm-2。本試驗(yàn)區(qū)為困難立地，為了保持水土，營(yíng)造幼林只進(jìn)行幼樹周邊撫育，撫育人工費(fèi)相對(duì)較低，采用覆膜造林的幼樹不涉及此項(xiàng)，可節(jié)省撫育費(fèi)用1 500元·hm-2。因此，保水劑、覆膜造林在保水材料、定植人工費(fèi)用方面投入成本較高，但是由于其較高的成活率和保存率，使其在補(bǔ)植費(fèi)方面比對(duì)照樣地節(jié)省了一大筆費(fèi)用，達(dá)到1 818元·hm-2，不計(jì)算整地、施肥等費(fèi)用情況下單位面積造林成本比對(duì)照樣地節(jié)省1 318元，節(jié)省費(fèi)用占比達(dá)16.86%。由此可見，鄂西北石漠化區(qū)側(cè)柏造林中采用保水劑、覆膜等保水保溫措施既能實(shí)現(xiàn)一次成林，也可有效控制造林投資成本。

4 結(jié)論與討論

本文針對(duì)鄂西北石漠化地區(qū)困難立地造林實(shí)際需求，采用控制變量法研究保水劑、覆膜處理對(duì)側(cè)柏的造林成效，研究發(fā)現(xiàn)，保水劑、覆膜處理后側(cè)柏第3年平均地徑達(dá)17.32 mm，平均樹高為105.17 cm，較對(duì)照樣地分別高出5.93%、55.62%;地徑分布上試驗(yàn)樣地3年生側(cè)柏范圍較廣，小地徑級(jí)和大地徑級(jí)的分布類似于正態(tài)分布趨勢(shì);樹高分布上試驗(yàn)樣地3年生側(cè)柏高主要集中于70～130 cm，占調(diào)查樣本的比例達(dá)81.37%，最高可達(dá)160 cm，極顯著高于對(duì)照樣地（p<0.01）;冠幅分布上保水劑、覆膜處理后側(cè)柏幼樹冠幅更為舒展，尺寸較對(duì)照樣地大1倍;試驗(yàn)樣地側(cè)柏人工林幼樹成活率較對(duì)照樣地高出約42個(gè)百分點(diǎn)，造林保存率可達(dá)90%，造林成效顯著。因此，在鄂西北石漠化地區(qū)土壤剖面較薄或不完整的立地條件下營(yíng)造側(cè)柏人工林，采用保水劑、覆膜等保水保溫措施處理對(duì)于側(cè)柏幼樹前期樹高、冠幅生長(zhǎng)及保存率均有顯著促進(jìn)作用（p<0.05）。同時(shí)，保水劑、覆膜措施造林由于其較高的成活率和保存率，在補(bǔ)植費(fèi)方面比對(duì)照樣地節(jié)省了一大筆費(fèi)用，達(dá)到1 818元·hm-2，單位面積造林成本比對(duì)照樣地節(jié)省1 318元·hm-2，節(jié)省費(fèi)用占比可達(dá)16.86%。造林地是林木生存的物質(zhì)基礎(chǔ)[19]，造林地立地條件的優(yōu)劣是影響造林成活率及幼樹生長(zhǎng)狀態(tài)的重要因素，直接影響營(yíng)林培育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)與否。保水劑和覆膜處理能夠穩(wěn)固新造林幼樹在造林初期生境的水分含量，保證幼樹生長(zhǎng)的水分需求，同時(shí)避免幼樹周邊土壤環(huán)境雜草對(duì)生境資源的爭(zhēng)奪。

鄂西北石漠化困難立地面積廣，土壤坡面不完整，保水保肥能力弱，植被恢復(fù)較為困難，部分地區(qū)連續(xù)多次造林失敗，改善造林地土壤水含量是保障造林恢復(fù)成效的關(guān)鍵措施。各級(jí)造林工程、生態(tài)修復(fù)工程在造林成本上有一定控制，往往造林投資不足以支撐傳統(tǒng)造林模式的全部過程，恢復(fù)成效不佳，因此用更少的經(jīng)費(fèi)來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的修復(fù)成效對(duì)造林工程的實(shí)施是至關(guān)重要的。由此可見，鄂西北石漠化區(qū)側(cè)柏人工造林中采用保水劑、覆膜措施既能實(shí)現(xiàn)一次成林，保證造林修復(fù)效果，也可有效控制造林投資成本。本文研究?jī)H針對(duì)側(cè)柏這單一樹種，且研究?jī)?nèi)容主要集中在地徑、樹高、成活率等方面，針對(duì)植物生理、抗旱機(jī)制及以櫟類為代表的鄂西北地帶性植被缺乏探究，下一步作者將就樹種選擇、水分脅迫、生態(tài)化學(xué)劑量、養(yǎng)分循環(huán)等方面對(duì)石漠化地區(qū)生態(tài)修復(fù)成效做進(jìn)一步探析。

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（責(zé)任編輯：唐 嵐）

收稿日期：2020-09-18

基金項(xiàng)目：中央財(cái)政林業(yè)技術(shù)推廣項(xiàng)目“丹江口庫區(qū)水源涵養(yǎng)林營(yíng)建技術(shù)推廣示范”（[2018]HBTG03）;湖北大巴山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站運(yùn)行補(bǔ)助項(xiàng)目。

作者簡(jiǎn)介：楊佳偉（1990～），研究實(shí)習(xí)員，碩士，主要從事石漠化生態(tài)修復(fù)方面研究。

劉學(xué)全為通訊作者。