漆喜林

(陜西省防護(hù)林建設(shè)工作站，西安 710060)

陜西省北部荒漠化和沙化區(qū)地處毛烏素沙地南緣，屬鄂爾多斯高原向陜北黃土高原的過渡地帶。海拔1 000～1 350 m，地形起伏不大，相對高差為30～50 m。沙地基底物質(zhì)多為中生代雜色砒砂，結(jié)構(gòu)疏松，易于風(fēng)化。地面物質(zhì)組成多為第四紀(jì)松散的沙粒、粘土、沙質(zhì)黃土。由于長期墾殖、過牧，致使地表植被慘遭破壞。在強(qiáng)烈的西北風(fēng)吹蝕下，形成風(fēng)沙地貌，沙丘沙地綿延不斷，沙丘中低洼地分布著湖泊(海子)、灘地等。屬溫帶半干旱和亞濕潤干旱氣候，其特點(diǎn)為氣候干燥，日照充足，冷熱變化劇烈，風(fēng)大而多，霜期時(shí)間長，具有明顯的大陸性氣候和沙地氣候特征。年平均日照時(shí)數(shù)2 752.9 h，年平均氣溫為7.5～8.6 ℃，年平均降水量405 mm，由東向西遞減，年蒸發(fā)量1 508～2 502 mm，是降水量的5～6倍，干燥度2.22～3.58。幾乎每年都有不同程度的干旱、霜凍、暴雨、冰雹、大風(fēng)和沙塵暴等災(zāi)害發(fā)生。因受蒙古高壓控制，地勢高兀，植被稀疏，地面多疏松物，加之風(fēng)旱同期，在春季4-5月，常出現(xiàn)大風(fēng)和沙塵暴。

風(fēng)蝕沙埋、干旱缺水、蒸發(fā)強(qiáng)烈、土壤貧瘠、動物危害等毛烏素沙區(qū)嚴(yán)重影響造林效果[1-11]。提高造林成效一直是榆林沙區(qū)生態(tài)建設(shè)的關(guān)鍵和難點(diǎn)，對此通常采用搭設(shè)沙障、澆水覆膜、施肥及混交、噴灑藥劑等單一措施，取得了良好效果[12-21]。然而，大多情況下造林同時(shí)面臨多個(gè)問題，單一措施的效果受到限制。榆林市科研人員在研究總結(jié)造林經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出了搭設(shè)沙障、套簍栽植、換土混交(固氮樹種)造林等新技術(shù)并取得良好效果。本研究以當(dāng)?shù)刂饕炝謽浞N樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)為對象，在總結(jié)技術(shù)操作要點(diǎn)基礎(chǔ)上，采用土壤水分與養(yǎng)分、樹木生長量、植物群落結(jié)構(gòu)等常規(guī)分析、調(diào)查、測定等技術(shù)方法[11-14]，比較分析了這些技術(shù)措施減輕風(fēng)沙危害、改善土壤水分及養(yǎng)分狀況、提高造林效果的作用，以期為榆林毛烏素沙地防風(fēng)固沙造林技術(shù)選擇提供參考。

1 沙障搭設(shè)技術(shù)

1.1 沙障搭設(shè)的主要技術(shù)

搭設(shè)沙障的關(guān)鍵在于確定沙障走向、選擇沙障類型。沙土流動性較小的地段可采用帶狀沙障，帶距與栽植行距相同，苗木栽植于距離帶狀沙障一定距離的背風(fēng)處；沙土流動性較大的地段可采用網(wǎng)格沙障，網(wǎng)格的大小一般與造林的株行距相同，苗木栽植于網(wǎng)格的邊角處。帶狀沙障的走向與主風(fēng)向垂直，網(wǎng)格沙障則一邊與主風(fēng)方向垂直、一邊與主風(fēng)方向平行。

榆林毛烏素沙地沙障有帶狀和網(wǎng)格狀，一般帶間距離為1～6 m；帶狀沙障走向與冬春季主風(fēng)向垂直即東北至西南方向；材料一般采用作物秸稈或沙蒿、沙柳、紫穗槐等枝干。

1.2 沙障法造林效果調(diào)查方法

調(diào)查在毛烏素沙地南緣、榆林市榆陽區(qū)小壕兔鄉(xiāng)刀兔村刀兔東沙進(jìn)行。調(diào)查樣地選設(shè)在沙丘迎風(fēng)坡中部和下部、坡度16°～25°，土壤為風(fēng)沙土(表1)。造林時(shí)間為2008年4月，樹種為樟子松，初植密度625株·hm-2(株行距4 m×4 m)，容器苗栽植，苗齡6 a、苗高40～50 cm。調(diào)查于2011年8月進(jìn)行，共調(diào)查6塊樣地(搭設(shè)沙障樣地3塊、無沙障樣地3塊)。沙障帶狀，高30 cm、寬50 cm，帶間距4 m，材料為沙蒿稈。

1.3 沙障法造林效果

1.3.1 控制風(fēng)蝕、沙埋的效果 風(fēng)蝕可以造成植株根系裸露，從而降低造林存活率和幼樹生長量；風(fēng)吹則會導(dǎo)致樹冠偏斜、樹干彎曲，影響植株正常株型的建成。由表1可以看出，搭設(shè)沙障的植株風(fēng)蝕株率、風(fēng)蝕深度(平均與最大)、沙埋株率、沙埋深度(平均與最大)都明顯低于無沙障，沙障條件下植株主干通直比例、風(fēng)倒植株比例明顯高于無沙障，沙障條件下植株風(fēng)倒平均與最大角度小于無沙障條件。說明在無沙障條件下當(dāng)?shù)卦炝钟讟涫艿斤L(fēng)蝕、沙埋的影響極大，植株彎曲比例及風(fēng)倒角度很高，對幼樹生長極為不利，沙障可以極大減輕風(fēng)蝕和沙埋危害程度，有利于幼樹生長。

表1 沙障和無沙障條件下的植株生長情況

1.3.2 提高造林成活率、保存率及幼樹生長量效果 經(jīng)調(diào)查，搭設(shè)沙障的造林保存率為82.30%，未搭設(shè)沙障的造林保存率為19.78%，前者較后者提高62.52百分點(diǎn)(表2)，差異極顯著(p<0.01)。表明造林保存率差異由是否搭設(shè)沙障而造成，搭設(shè)沙障能夠極顯著地提高樟子松造林保存率。

由表2看出，搭設(shè)沙障的樟子松樹高、地徑、冠幅、樹冠覆蓋率都顯著或極顯著高于無沙障的條件。說明沙障條件可以促進(jìn)造林幼樹生長，加速尤郁閉成林過程。

表2 搭沙障與未搭沙障的林木生長量比較

注：表中同一性狀不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)、不同大寫字母表示差異極顯著(p<0.01)，下同。

2 套簍法造林技術(shù)

2.1 套簍造林的主要技術(shù)措施

套簍造林是栽植后給每棵幼苗套上特制的防護(hù)簍，并在栽植時(shí)與澆水覆膜、大苗深栽、大坑換土等防風(fēng)固沙、抗旱節(jié)水措施相結(jié)合。防護(hù)簍用沙柳枝條編制而成，形似無底的紙簍，上口小、下口大。一般規(guī)格為上口直徑20～30 cm、下口直徑30～40 cm、高度50～60 cm，并在下口留三個(gè)長10 cm的腿腳。套簍時(shí)，用鐵锨將防護(hù)簍的腿腳扎入土中，使防護(hù)簍牢固直立地面。

2.2 套簍法造林效果調(diào)查方法

在毛烏素沙地南緣、榆林市榆陽區(qū)紅石鄉(xiāng)梁房村梁房北沙進(jìn)行。樣地選設(shè)在迎風(fēng)坡中部，坡度6°～15°，土壤為風(fēng)沙土。造林樹種為樟子松，栽植時(shí)間為2006年4月，初植密度1 111 株·hm-2(株行距3 m×3 m)，栽植穴規(guī)格60 cm×60 cm×40 cm，容器苗、苗齡6 a、苗高40～50 cm。栽植后，每株澆水15 kg、覆膜0.8 m×0.8 m。調(diào)查時(shí)間為2011年8月，共調(diào)查6塊樣地，其中套簍造林3塊、不套簍造林(對照)3塊。

2.3 套簍法造林效果

2.3.1 控制風(fēng)蝕沙埋的效果 表3顯示，套簍造林的植株風(fēng)蝕株率、風(fēng)蝕深度(平均與最大)、沙埋株率、沙埋深度(平均與最大)都明顯低于不套簍，套簍造林的植株主干通直比例明顯高于不套簍。說明套簍造林技術(shù)可以有效地減輕風(fēng)蝕沙埋現(xiàn)象，利于苗木的正常生長發(fā)育。

表3 套簍和不套簍條件下的植株生長情況

2.3.2 套簍造林提高土壤含水量的效果 經(jīng)測定，套簍造林植株根部土壤含水率、土壤水分儲量分別為4.18%，7.09 t·hm-2，極顯著高于不套簍造林植株根部的2.71%，4.60 t·hm-2(p<0.01)，套簍造林可增加土壤儲水量2.49 t·hm-2，提升54.1%。表明在干旱多風(fēng)的榆林沙地，套簍造林可以減輕土壤水分蒸發(fā)量，改善植株生長的土壤水分環(huán)境。

2.3.3 套簍造林改善土壤養(yǎng)分狀況效果 從表4看出，除土壤pH值、全效鉀外，套簍造林的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、全磷、有效磷、速效鉀儲量都顯著(p<0.05)或極顯著(p<0.01)高于不套簍林地的土壤，與不套簍造林相比，套簍造林可使林地土壤養(yǎng)分含量及其增加幅度分別為有機(jī)質(zhì)366.96 kg·hm-2，83.9%，全磷19.63 kg·hm-2，100.1%，全氮19.62 kg·hm-2，50.0%，水解氮0.98 kg·hm-2，27.8%。據(jù)觀察，套簍造林改善林地土壤養(yǎng)分儲量的原因在于套簍能夠減輕風(fēng)蝕將枯枝落物吹出樹穴，防護(hù)簍內(nèi)聚集的枯枝落葉分解可向土壤提供養(yǎng)分。

表4 套簍與不套簍林地土壤養(yǎng)分儲量比較 單位：kg·hm-2

2.3.4 套簍造林技術(shù)對林地草灌層結(jié)構(gòu)的改善作用 表5顯示，與不套簍造林相比，套簍造林林地草灌層蓋度和植物種類數(shù)量都有所增加，與土壤結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)的草結(jié)皮蓋度和厚度也增大；經(jīng)調(diào)查，動物危害株率套簍林地在5.0%以下，不套簍林地大于20.0%；表明套簍造林既可以改善林地草灌層結(jié)構(gòu)、增加植物多樣性，改善與沙土養(yǎng)分及結(jié)構(gòu)、土壤微生物活動等密切相關(guān)的草結(jié)皮狀況，還能通過阻擋作用減輕動物對樹體的危害。

表5 套簍與不套簍林地草灌層結(jié)構(gòu)比較

2.3.5 套簍造林技術(shù)提高造林效果 經(jīng)調(diào)查(表6)，套簍造林技術(shù)的保存率96.7%，比不套簍造林的保存率(66.7%)提高45.0%，套簍造林地的樹高、地徑、冠幅、樹冠覆蓋率、生產(chǎn)力都極顯著高于不套簍造林，提高幅度依次為36.7%，42.4%，48.3%，223.9%，303.7%，說明與不套簍相比，套簍既可以顯著提高造林保存率，還能顯著提高林地幼樹生長量。

表6 套簍與不套簍的林木生長量比較

2.3.6 套簍造林技術(shù)提高林地幼樹物質(zhì)積累的效果 根據(jù)表7計(jì)算可知，套簍造林地的總生物積累量比不套簍造林地提高168.0%，樹干、枝條、葉片、根系的生物量積累分別比不套簍提高128.9%，205.4%，236.1%，102.2%。表明采用套簍造林技術(shù)可以大幅度提高種群總生物量及各個(gè)構(gòu)件的生物量投資，為其生長奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

在生物量的分配中，套簍造林的地上生物量占90.79%、地下生物量占9.21%，不套簍造林的地上生物量占87.69%、地下生物量占12.31%。在地上生物量的再分配過程中，套簍造林的樹干占36.84%、枝條和葉片占53.95%，不套簍造林的樹干占43.21%、枝條和葉片占44.49%(表10)。表明套簍造林條件下，種群將更多的生物量分配于樹冠的生長發(fā)育，從而減少了種群對根系的生物量分配；不采用套簍造林技術(shù)的情況下，種群將更多的生物量分配于根系的生長發(fā)育，從而減少了種群對樹冠的生物量分配。

3 混交造林技術(shù)

樟子松是毛烏素沙地造林綠化和風(fēng)景林的最主要喬木樹種，其存活、生長嚴(yán)重受到干旱缺水和風(fēng)蝕沙埋的脅迫。近期研究表明，風(fēng)沙土有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量極少，難以滿足樟子松持續(xù)生長的需要[14]。隨著林齡增大，樟子松純林出現(xiàn)林地土壤肥力衰退、生產(chǎn)力減小，甚至造成群落穩(wěn)定性下降、病蟲害入侵等不良后果[22-24]。為此，人們對樟子松林地施肥進(jìn)行了有益的探討[19-20]。然而，大面積施肥條件目前尚不具備。鑒于混交林土壤理化性狀優(yōu)于純林的事實(shí)[36]和紫穗槐具有固氮、防蟲等多種功效等優(yōu)勢[25-28]，但目前混交改善土壤養(yǎng)分狀況的機(jī)制并不清楚[12]。

3.1 混交林營造的主要技術(shù)措施

在毛烏素沙地，與樟子松混交的常見樹種有中國沙棘、檸條、紫穗槐等灌木，其中最為常用的是紫穗槐。樟子松、紫穗槐的混交方式分為2種，即行狀混交和行帶狀混交。

行狀混交，樟子松株行距為3 m×4 m(初植密度833株·hm-2)，紫穗槐株行距為1 m×4 m(初植密度2 500株·hm-2)；行帶狀混交，樟子松初植密度為500株·hm-2(株行距4 m×5 m)、333株·hm-2(株行距5 m×6 m)，紫穗槐2行為1帶，帶內(nèi)株行距1 m×1 m，與樟子松初植密度500株·hm-2、333株·hm-2對應(yīng)的帶間距分別為3、4 m。

為提高防護(hù)作用和造林效果，應(yīng)先搭設(shè)沙障再栽植紫穗槐、最后栽植樟子松；苗木植于距離帶狀沙障一定距離的背風(fēng)處，網(wǎng)格沙障則栽于方格的邊角處；栽植后澆灌定根水、覆膜。

3.2 混交造林效果調(diào)查方法

調(diào)查在毛烏素沙地南緣、榆林市榆陽區(qū)紅石橋鄉(xiāng)梁房村梁房北沙進(jìn)行。在迎風(fēng)坡中部、坡度小于5°～16°地段共設(shè)調(diào)查樣地6塊，其中樟子松純林3塊、樟子松與紫穗槐行狀混交林樣地3塊，樣地面積50 m×50 m，土壤為風(fēng)沙土。2005年4月造林，2011年8月調(diào)查。樟子松造林苗木為6 a生容器苗，初植密度833株·hm-2(株行距3 m×4 m)；紫穗槐(Amorphafruticosa)為1 a實(shí)生苗，初植密度2 500株·hm-2(株行距1 m×4 m)。栽植后，每株澆定根水15 kg、覆膜0.8 m×0.8 m。

3.3 混交造林效果

3.3.1 混交造林提高土壤養(yǎng)分含量的效果 由表8可見，混交林的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、水解氮、有效磷、速效鉀含量都顯著或極顯著高于純林。以0～50 cm土層估算，混交可使林地土壤養(yǎng)分增加量及幅度為有機(jī)質(zhì)11.11 t·hm-2，267.8%，全氮275.52 kg·hm-2，51.7%，全磷286.82 kg·hm-2，16.4%,全鉀195.59 t·hm-2，13.4%，水解氮40.34 kg·hm-2，54.4%，有效磷16.19 kg·hm-2，66.4%，速效鉀183.50 kg·hm-2，66.4%。表明與樟子松純林相比，樟子松與紫穗槐混交可大幅度提高土壤有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀含量，可為生長在貧瘠沙土上的樹木提供相對較多的養(yǎng)分。

表8 混交林與純林的土壤養(yǎng)分含量比較 單位：t·hm-2

3.3.2 混交造林提高造林效果及幼樹生長量 經(jīng)調(diào)查，樟子松在混交林中保存率為93.3%，極顯著高于在純林中的75.0%；表9顯示，混交林中樟子松的樹高、地徑、冠幅生長量及樹冠覆蓋率、地上生產(chǎn)力極顯著高于純林，提高幅度分別為36.8%，36.07%，40.28%，155.6%，781.25%(表9)。表明樟子松與紫穗槐混交既可顯著提高保存率，又可大幅度提高生長量尤其是樹冠覆蓋率和林地生產(chǎn)力，加速郁閉成林進(jìn)程，利于人工林早期效益的發(fā)揮。

表9 混交林與純林生長量比較

3.3.3 混交林在優(yōu)化群落結(jié)構(gòu)的效果 從表10 看出，樟子松—紫穗槐混交林不論是灌木層還是草本層，其蓋度和種類數(shù)量都高于樟子松純林，同時(shí)土壤表層的草結(jié)皮蓋度、厚度也都高于樟子松純林。另據(jù)調(diào)查，混交林中樟子松蟲害株率<3%，而純林中樟子松的蟲害株率為5%～10%。由此表明：樟子松與紫穗槐混交既可以改善林分群落結(jié)構(gòu)和土壤性狀，還可一定程度遏制蟲害發(fā)生，為提高沙地樟子松群落的穩(wěn)定性及其生態(tài)防護(hù)效能奠定基礎(chǔ)。

表10 混交林與純林草灌層結(jié)構(gòu)比較

3.3.4 混交提高造林效果的生物量積累與分配 根據(jù)表11數(shù)據(jù)計(jì)算得知：在混交林中，樟子松樹干、枝條、葉片、根系的生物量投資分別是純林中樟子松的2.13，2.50，1.83，1.74倍，其總生物量投資是純林的2.03倍。由此表明：與紫穗槐混交提高了樟子松各個(gè)構(gòu)件的生物量積累，為其生長發(fā)育提高了物質(zhì)和能量保障。

由表11還可看出：混交林的地上、地下生物量分配為90.79%，9.21%，純林的地上、地下生物量分配為87.69%，12.31%。在樟子松生物量的再分配格局中，混交林與純林存在明顯差異。其中，混交林對枝條、葉片的生物量分配比例為53.95%，純林對枝條、葉片的生物量分配比例為44.49%，混交林高于純林；混交林對根系的生物量分配為9.21%，純林對根系的生物量分配為12.31%，純林高于混交林；混交林對樹干的生物量分配為36.84%，純林對樹干的生物量分配為43.21%，純林高于混交林。由此表明：在混交林中，樟子松種群將更多的生物量分配于枝條、葉片構(gòu)件，從而促進(jìn)樹冠的生長發(fā)育、以獲取更多的地上環(huán)境資源；在純林中，樟子松將更多的生物量分配于根構(gòu)件，從而促進(jìn)根系的生長發(fā)育、以獲取更多的地下環(huán)境資源。

表11 混交林與純林中樟子松的生物量積累及分配

4 結(jié)論

(1)為減輕毛烏素沙地風(fēng)蝕沙埋，沙障栽植可減輕風(fēng)蝕、沙埋，降低曲干、風(fēng)倒植株比例，提高土壤水分含量和植株生長量；套簍栽植具有遮陰、阻擋等多種作用，可明顯降低植株風(fēng)蝕、風(fēng)倒、主干彎曲現(xiàn)象，增加林地草灌層植物的種類數(shù)和蓋度、生物結(jié)皮厚度和蓋度結(jié)構(gòu)，促進(jìn)幼樹正常生長發(fā)育；提高和維持林地土壤水分、土壤肥力以及林地生產(chǎn)力、林地防護(hù)功效的長期維持，可使土壤含水量增加2.49 t·hm-2(54.1%)，土壤有機(jī)質(zhì)、全磷、全氮、水解氮、有效磷、速效鉀分別提高83.9%，100.1%，50.0%，27.8%，60.6%，20.0%，增加土壤儲水量2.49 t·hm-2(增幅54.1%)。

(2)與樟子松純林相比，樟子松—紫穗槐混交林0～50 cm土層，混交可使林地土壤養(yǎng)分幅度為有機(jī)質(zhì)267.8%，51.7%、全磷16.4%、全鉀13.4%、水解氮54.4%、有效磷66.4%、速效鉀66.4%，對于土壤貧瘠的毛烏素沙地而言，土壤養(yǎng)分含量的大幅度提高有益于林地土壤肥力和林地生產(chǎn)力的長期維持，提高造林保存率和林木生長量。樟子松、紫穗槐混交林的種間關(guān)系比較協(xié)調(diào)，生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益兼顧。以種間關(guān)系而言，樟子松屬于深根性樹種，可吸收利用土壤深層的水分和養(yǎng)分；紫穗槐根系分布較淺，可吸收利用土壤淺層的水分和養(yǎng)分。以生態(tài)防護(hù)作用而言，樟子松高大且四季常青，可周年防風(fēng)固沙；紫穗槐低矮密閉，可有效固結(jié)表層土壤。而且，樟子松可通過種子散布進(jìn)行天然更新、紫穗槐可通過平茬進(jìn)行萌蘗更新，能夠保持群落功能的長期發(fā)揮。因此，該造林模式值得推廣。