保水劑在迪慶州困難立地造林中的應(yīng)用

和潤(rùn)云

(迪慶州林業(yè)和草原局，云南 香格里拉 674400)

迪慶藏族自治州位于青藏高原東南緣云南省西北部，是長(zhǎng)江重要生態(tài)區(qū)和川滇生態(tài)屏障的重要組成。全州國(guó)土總面積23 167 km2，地勢(shì)北高南低，3 000 m以上地域占總面積的53%；溫帶—寒溫帶季風(fēng)氣候類型，年均溫4.7 ℃～16.5 ℃，降水量268～945 mm，林業(yè)用地面積191.73萬(wàn)hm2，其中森林面積179.99萬(wàn)hm2，森林覆蓋率77.63%。

迪慶州森林草原資源及生物多樣性豐富，是云南省建設(shè)國(guó)家西南生態(tài)安全屏障、打造“兩王國(guó)一花園”世界生態(tài)品牌的重點(diǎn)區(qū)域，生態(tài)區(qū)位極端重要，國(guó)際關(guān)注度高。但由于對(duì)森林草原資源不合理利用和傳統(tǒng)生活習(xí)俗影響，導(dǎo)致當(dāng)?shù)夭糠謪^(qū)域水土流失嚴(yán)重、土地荒漠化進(jìn)程加快、旱澇災(zāi)害頻發(fā)，生態(tài)安全屏障受到嚴(yán)重威脅。據(jù)云南省第三次石漠化監(jiān)測(cè)調(diào)查，全州石漠化土地面積達(dá)17.8萬(wàn)hm2，潛在石漠化土地面積16.7萬(wàn)hm2，仍面臨生態(tài)修復(fù)與助推經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的巨大雙重壓力。

植樹造林恢復(fù)植被是迪慶州解決土地荒漠化和林地退化的唯一出路，但多年來(lái)針對(duì)該區(qū)域所采用的傳統(tǒng)造林技術(shù)和森林生態(tài)重建活動(dòng)，多因項(xiàng)目區(qū)干旱持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、太陽(yáng)輻射強(qiáng)、地表蒸發(fā)量大、幼樹生長(zhǎng)期水分虧缺等原因?qū)以噷覕?。因此，急需探尋一種既能在生長(zhǎng)期持續(xù)供水，又能逐步改善立地環(huán)境，還能增強(qiáng)樹苗抵御干旱能力，進(jìn)而解決高寒干旱地區(qū)植樹造林障礙的造林技術(shù)或物質(zhì)。目前能夠滿足這一需求的就是保水劑造林技術(shù)。

1 保水劑對(duì)高寒干旱困難立地造林的有益特性

保水劑是利用強(qiáng)吸水樹脂制成的高分子聚合物，其特性國(guó)內(nèi)外均有研究材料，其對(duì)于干旱條件造林的有益特性經(jīng)歸納:(1)保水劑含有大量親水基團(tuán)，能重復(fù)利用滲透壓和基團(tuán)親和力，迅速吸收比自身重?cái)?shù)百上千倍的去離子水或者數(shù)十倍近百倍的含鹽水分，然后緩慢釋放供給植物需要。(2)保水劑最大吸水力為13～14 kg/cm2，而植物根系吸水力一般為17～18 kg/cm2，植物根系利用保水劑貯藏水分時(shí)不會(huì)出現(xiàn)水分倒流。(3)保水劑吸放水膨脹收縮過(guò)程中形成大量孔隙，能夠提高土壤透氣性、透水性，增強(qiáng)根際微生物活動(dòng)，加快土壤有機(jī)礦物質(zhì)分解，防止土壤板結(jié)和鹽漬化，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成。(4)保水劑可在各類土壤、各種植物以及不同氣候條件下保持穩(wěn)定性和高效性。(5)保水劑可提高林木種子發(fā)芽率，縮短出苗期。(6)農(nóng)藥肥料可通過(guò)離子吸附和交換作用，包裹或絡(luò)合固定，從而減少可溶性養(yǎng)分農(nóng)藥的淋溶，提高利用率；同時(shí)其自身含有多種微量元素可供利用。(7)保水劑無(wú)毒無(wú)害、無(wú)副作用，對(duì)環(huán)境友好。(8)在一定范圍內(nèi)，土壤吸水能力隨著保水劑用量的增加而提升。(9)保水劑吸收水分后會(huì)減少環(huán)境溫度變化，具有一定保溫性能。(10)不同品種和顆粒大小的保水劑吸水性狀有差異，顆粒越小吸水倍率越高。(11)土壤壓力、電解質(zhì)均會(huì)影響保水劑吸水持水能力；電解質(zhì)肥料則會(huì)降低保水劑溶脹度。

2 保水劑在植樹造林與生態(tài)建設(shè)中的適用性

2.1 降水年季分布特點(diǎn)對(duì)保水劑應(yīng)用的影響

迪慶州降水年季分布不均，地形作用強(qiáng)烈，降水量由東南向西北階梯式減少。當(dāng)?shù)夭煌旅娼邓植疾町悩O大，同一坡面降水隨海拔增高而增多；當(dāng)?shù)馗蓾窦痉置鳌⒂隉嵬?，雨?6—8月)降水量占全年降水量的60%～90%，其中高原山地年均降水量為400～600 mm，干熱河谷區(qū)則不足400 mm。近年來(lái)，該地區(qū)干旱氣候頻繁出現(xiàn)，月均有效降水只有正常年份的20%～40%，春季造林苗木死亡率幾乎達(dá)70%以上；而高海拔雨季集中降水則導(dǎo)致造林地積澇返堿，經(jīng)濟(jì)林木最適生的亞高山區(qū)，過(guò)多降水造成苗木貪青、木質(zhì)化程度低、封頂不及時(shí)，導(dǎo)致不能正常越冬。利用保水劑吸水釋水特性，減少水份年季差對(duì)苗木生長(zhǎng)影響，改善苗木生長(zhǎng)期供水結(jié)構(gòu)，是加速當(dāng)?shù)馗珊祬^(qū)植被恢復(fù)的最有效措施。

2.2 降水時(shí)空分布特點(diǎn)對(duì)保水劑應(yīng)用的影響

迪慶州水資源具有空間分布不均的特點(diǎn)，當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)治理項(xiàng)目大多位于偏遠(yuǎn)山區(qū)、石漠化嚴(yán)重的陡坡地，往往水資源極其匱乏，農(nóng)林爭(zhēng)水、林牧爭(zhēng)水和人樹爭(zhēng)水現(xiàn)象十分普遍；多數(shù)造林地土壤瘠薄、土質(zhì)板結(jié)、水土流失嚴(yán)重，常不具備灌溉條件，造林成敗靠天惠澤。施用保水劑就相當(dāng)于修建了一座微型土壤水庫(kù)，不僅能最大限度貯蓄雨雪水，而且能利用保水劑縮脹變化改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤滲透力和保肥保水能力，減少水土流失，提高林業(yè)生態(tài)工程生態(tài)效益。

2.3 技術(shù)創(chuàng)新需求對(duì)保水劑應(yīng)用的影響

1)迪慶州是公認(rèn)的造林困難區(qū)，整個(gè)“十三五”期間，全州共完成人工造林0.51萬(wàn)hm2，封山育林3.73萬(wàn)hm2，低效林改造2.44萬(wàn)hm2，退耕還林1.02萬(wàn)hm2，陡坡地治理0.22萬(wàn)hm2，但平均造林合格率僅為84%，與全省相差19個(gè)百分點(diǎn)。20世紀(jì)80年代，北京林業(yè)大學(xué)在低山陽(yáng)坡進(jìn)行的5年抗旱造林試驗(yàn)中，利用保水劑將針葉樹造林成活率從過(guò)去的30%提高到80%～90%；2008年，寶雞市林科所在干旱林地上的造林試驗(yàn)也表明，用保水劑蘸根能將刺槐、油松造林成活率提高30.7%和22.8%，且比清水蘸根成活率高16.7%和14.6%；而使用最佳濃度保水劑時(shí)，核桃和刺槐造林成活率均提高了37%。因此正確選擇使用保水劑將有效地提高造林成活率和保存率，是生態(tài)建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新方向之一。

2)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)修復(fù)計(jì)劃投資為7 500元/hm2，而傳統(tǒng)造林模式使迪慶造林成活率、保存率整體偏低，造林成本達(dá)9 900元/hm2，使當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)建設(shè)成本居高不下。而當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)治理任務(wù)繁重、荒漠化發(fā)生程度高，要開展比“十三五”更廣泛的生態(tài)修復(fù)與困難立地造林，只有針對(duì)干旱條件進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，提高造林成活率、保存率。

3)保水劑既是增加造林單位投資的環(huán)節(jié)又是降低造林成本的重要手段，其使用成本已成為影響保水劑推廣使用的主要因素。分析迪慶州香格里拉市和德欽縣公益林建設(shè)保水劑應(yīng)用情況，相對(duì)于傳統(tǒng)造林，應(yīng)用保水劑造林大約會(huì)增加450元/hm2投資；但當(dāng)?shù)卦炝殖尚д{(diào)查表明：施用保水劑的66.67 hm2核桃和100 hm2柏木造林項(xiàng)目，保存率普遍比以往提高20%～30%，而采用保水劑拌種法建設(shè)的1 333 hm2人工模擬飛播，出苗率提高30%，保存率提高25%；過(guò)去需要經(jīng)過(guò)2～3次重復(fù)造林才能見(jiàn)效的困難立地，應(yīng)用保水劑可一次性完成綠化。因此，應(yīng)用保水劑能降低造林成本30%～40%。

2.4 多元文化和民族思維方式對(duì)推廣應(yīng)用保水劑的影響

迪慶州是一個(gè)多民族聚居山區(qū)，多民族文化和宗教文化在傳承演變過(guò)程中形成了獨(dú)具特色的多元文化。多元文化既有利于新思想、新文化、新技術(shù)接納傳播，但也增加了觀念更新的復(fù)雜性和持久性。對(duì)迪慶而言，保水劑技術(shù)代表一種嶄新的林業(yè)集約經(jīng)營(yíng)觀，要在文化多元化、相對(duì)封閉的民族區(qū)域傳播，不同民族和不同使用群體都會(huì)形成自己的理解接受方式，在沒(méi)有成功先例示范情況下，大規(guī)模推廣往往會(huì)適得其反。因此，要針對(duì)不同自然地理特點(diǎn)和民族思維方式，多層次建立保水劑造林示范樣板，建立多元化宣傳渠道，保水劑獨(dú)特的增產(chǎn)增效模式才會(huì)被山區(qū)群眾所認(rèn)識(shí)。

3 保水劑在迪慶困難立地造林中的應(yīng)用模式

3.1 造林困難立地類型

分析迪慶困難立地的類型及特點(diǎn)，干旱缺水是造林失敗的決定因素。根據(jù)迪慶州多年造林設(shè)計(jì)典型調(diào)查資料和云南省立地分類系統(tǒng)，其造林困難立地類型按海拔和干旱成因劃分為8種(表1)。

表1 迪慶州造林困難立地類型

3.2 保水劑的選擇

1)保水劑雖具有廣譜性，但合理選擇類型和品種對(duì)困難立地造林成效意義重大。由于在迪慶高海拔地區(qū)造林緩苗期長(zhǎng)、幼林郁閉慢、生長(zhǎng)期短而干旱時(shí)間長(zhǎng)，加之多數(shù)困難立地土壤鹽堿度較強(qiáng)，長(zhǎng)期大量使用鈉離子型保水劑，會(huì)造成土壤pH值升高，破壞土壤結(jié)構(gòu)。出于環(huán)保和造林成本考慮，應(yīng)優(yōu)先選用長(zhǎng)效、價(jià)廉、耐鹽堿保水劑類型。

2)當(dāng)前市場(chǎng)常見(jiàn)保水劑主要有:(1)淀粉系列，包括淀粉接枝、羥甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉和淀粉黃原酸鹽等。(2)纖維素系列，包括纖維素接枝、羥甲基化纖維素、羥丙基化纖維素和黃原酸化纖維素等。(3)合成聚合物系列，包括聚丙烯酸鹽類、聚乙烯醇類、聚氧化烷烴類和無(wú)機(jī)聚合物類等。(4)蛋白質(zhì)系列，包括大豆蛋白、絲蛋白類和谷蛋白類等。(5)其他系列，包括果膠、藻酸、殼聚糖等。(6)混合系列，各種不同類別保水劑的混合物。其中，聚丙烯酰胺型保水劑使用周期長(zhǎng)，穩(wěn)定性和耐鹽堿性好，缺點(diǎn)是成本較高，吸水能力逐年下降，僅能維持4年；淀粉接枝型保水劑吸水倍率和速率大，成本價(jià)格相對(duì)較低，但缺點(diǎn)是使用壽命短，易于降解，只能維持2年，其穩(wěn)定性和耐鹽堿性亦較差；林業(yè)工程建設(shè)中以淀粉接枝丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物和丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物應(yīng)用最為廣泛；目前增加保水劑的耐鹽性，主要是在電解質(zhì)型聚合物中引入非離子型單體進(jìn)行二元及三元共聚，但非離子單體價(jià)格較貴，應(yīng)用成本較高。

3)選擇保水劑類型時(shí)應(yīng)以造林目標(biāo)、立地條件和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)。以貯納雨雪水為目標(biāo)的項(xiàng)目應(yīng)優(yōu)先選用顆粒狀、凝膠強(qiáng)度高的保水劑；苗木長(zhǎng)距離運(yùn)輸移栽和種籽處理需要進(jìn)行蘸根拌種以提高樹木成活率，可選用粉狀、凝膠強(qiáng)度不一定很高的保水劑。迪慶困難立地造林選用保水劑要以穩(wěn)定性作為首要條件，綜合分析高原特殊氣候因素和項(xiàng)目區(qū)立地條件，篩選適合高海拔使用的品種和類型。保水劑吸水倍數(shù)不是保水劑質(zhì)量的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，吸收有效水的數(shù)量才對(duì)干旱條件造林有意義，但當(dāng)?shù)剡€缺少這方面研究數(shù)據(jù)支持，因此一般只需選擇能吸收土壤水100倍以上的類型即可滿足造林需求。

3.3 使用保水劑的林地條件分析

保水劑不是造水劑，其有效使用首先要有一定的水分條件。無(wú)法采用凝膠法造林的地區(qū)，應(yīng)選擇雨季來(lái)確保保水劑在土壤中能獲得一定的雨水量和貯積時(shí)間。干旱持續(xù)時(shí)間超過(guò)8個(gè)月、生長(zhǎng)期土壤蒸發(fā)量大于降水量、土層過(guò)淺、石礫含量過(guò)高而無(wú)灌溉條件的困難立地則不能直接使用保水劑，而應(yīng)與其它補(bǔ)水措施配合使用。保水劑是調(diào)節(jié)雨雪水供給與苗木生長(zhǎng)用水不同步矛盾的技術(shù)措施，高寒山區(qū)春季土壤墑情雖然較高，保水劑可利用冰雪消融水，但當(dāng)?shù)赝翜?、氣溫變化?duì)保水劑及苗木根系的影響目前尚無(wú)研究支持，個(gè)別經(jīng)驗(yàn)表明其對(duì)提高造林成活率的效果不明顯。

3.4 保水劑的使用方法

1)在迪慶州高寒干旱山地及石漠化治理植被恢復(fù)中使用保水劑以拌土法為主，可采用拌土、拌種、包衣和蘸根等方法。裸根苗造林和容器苗造林需在雨季前結(jié)合整地使用保水劑；直播造林和人工模擬飛播造林可采用拌種和包衣方式使用保水劑。

2)造林綠化選擇同類型保水劑時(shí)，最適宜采用2～4 mm 粒徑的大顆粒保水劑，既能滿足土壤孔隙透氣要求，其吸貯水分的80%～85%又可被林木高效利用；而選擇使用粉狀保水劑類型時(shí)則要與土壤混合均勻。

3)保水劑遇強(qiáng)紫外線照射會(huì)很快降解，嚴(yán)重影響使用壽命和效果，因此在迪慶高海拔地區(qū)使用保水劑，應(yīng)盡量施入表層土壤3 cm以下。

4)由于迪慶大多數(shù)造林地偏僻遙遠(yuǎn)，苗木需長(zhǎng)途運(yùn)輸和長(zhǎng)時(shí)間假植，裸根苗只須在粉狀保水劑溶液中浸上35 s，就可使根苗減少脫水而縮短緩苗期，提高15%～20%的成活率。

4 保水劑在迪慶州的應(yīng)用研究方向

保水劑在迪慶生態(tài)建設(shè)中有著重要而迫切的推廣應(yīng)用價(jià)值，但目前仍缺乏不同干旱類型、不同造林樹種、不同立地環(huán)境下，保水劑的最佳種類、最佳濃度和最佳使用量等方面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，而保水劑在迪慶困難立地造林應(yīng)用上的技術(shù)創(chuàng)新也應(yīng)著重解決技術(shù)應(yīng)用模式和推廣應(yīng)用難題；研究當(dāng)?shù)赝寥罈l件下保水劑吸持能力、土壤電解質(zhì)對(duì)保水劑應(yīng)用的影響、保水劑對(duì)土壤結(jié)構(gòu)改良和對(duì)土壤抗侵蝕能力的影響等方面的理化研究也將是當(dāng)?shù)刂匾目蒲姓n題。