摘 要：當(dāng)前，我國正面臨嚴(yán)重的荒漠化問題，荒漠種植技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)問題。鑒于荒漠地區(qū)缺水嚴(yán)重、土壤容易流失的問題，針對(duì)此情況提出了一種創(chuàng)新的電熔式塑料袋新能源自給水植樹裝置，并在神木市進(jìn)行了種植試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，共栽種了84棵油松苗木，經(jīng)過一年的生長，結(jié)果顯示存活的油松樹達(dá)到了72棵，存活率為85.7%，實(shí)現(xiàn)種植的預(yù)期目標(biāo)，為荒漠治理提供了參考。

關(guān)鍵詞：空氣取水；荒漠化；種植技術(shù)；干旱

中圖分類號(hào)：S776 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）02–0-03

中國是全球荒漠化面積最大、影響人口最多、風(fēng)沙危害最重的國家之一，每年新增近2 500 km2的荒漠化土地，相當(dāng)于每年損失一個(gè)中等縣的土地面積。同時(shí)，每年因土地沙漠化災(zāi)害而造成的經(jīng)濟(jì)損失約540億元[1]。因此，研究荒漠植樹技術(shù)已經(jīng)成為國家關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

陳延軍等[2]研究了甘肅河西荒漠區(qū)的干旱和水資源缺乏問題，以胡楊和密胡楊為對(duì)象，通過改良荒漠沙的方法，在綠化造林中取得了顯著成果。研究結(jié)果顯示，改良沙的應(yīng)用能有效減少蒸發(fā)，保持土壤水分，促進(jìn)胡楊幼苗的健康生長。通過頂部鋪沙和控制灌溉，顯著提高了土壤含水率，使胸徑和地徑分別比對(duì)照組增加了66.53%和46.74%。與傳統(tǒng)灌溉方式相比，不僅節(jié)約了大量的水資源，還獲得了顯著的節(jié)水效益。呂浩等[3]研究了荒漠草原植物群落對(duì)極端干旱降水的響應(yīng)。結(jié)果顯示，極端干旱期，土壤水分減少，且深層土壤的虧缺逐漸加深?；謴?fù)期，較高級(jí)別降水可以恢復(fù)深層土壤水分，而極端干旱期，土壤水分恢復(fù)主要出現(xiàn)在淺層。穩(wěn)定期，各植物群落的土壤水分維持在較低水平。那爾格孜·阿力甫等[4]研究了古爾班通古特沙漠中2種灌木的“肥島”效應(yīng)。結(jié)果顯示，不同空間位置下，準(zhǔn)噶爾無葉豆和沙拐棗均呈現(xiàn)“肥島”效應(yīng)，其土壤養(yǎng)分含量在不同位置間存在顯著的差異。劉志虎[5]則從草坪種植技術(shù)角度，結(jié)合西北干旱區(qū)特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了沙土區(qū)草坪種植的方法和技術(shù)。唐希明等[6]研究了沙漠造林器栽植苗木的保水效果，結(jié)果表明使用沙漠造林器能夠降低土壤水分損失，提高苗木成活率。相較于傳統(tǒng)的鐵鍬栽植，沙漠造林器栽植苗木成活率提高了約25%。王文彪等[7]研究了在庫布齊沙漠中利用水沖法扦插造林時(shí)不同密度對(duì)沙柳成活率和生長的影響，發(fā)現(xiàn)適宜的造林密度有助于沙柳的生長和成活。王晨曦等[8]提出了一種吸附式空氣取水技術(shù)，該技術(shù)能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)發(fā)展提供可持續(xù)的灌溉水源。

針對(duì)荒漠的環(huán)境情況，設(shè)計(jì)了一種電熔式塑料袋新能源自給水植樹裝置，裝置可以自主運(yùn)行，從空氣中吸取水分供植物生長，且能夠很好地保證土壤濕度。

1 植樹裝置的組成

1.1 電熔式塑料袋

電熔式塑料袋是一種用于荒漠植樹的創(chuàng)新型儲(chǔ)水保濕解決方案，主要由PE電熔育苗防漏復(fù)合袋、保濕透氣泡沫、土壤濕度檢測管和水位調(diào)節(jié)管組成。在植物生長發(fā)育初期，復(fù)合袋可阻止水分向地下深處和四周滲透，起到儲(chǔ)水的作用，復(fù)合袋內(nèi)填有基質(zhì)栽培營養(yǎng)土，為植物提供良好的水分和養(yǎng)分；土壤表層覆蓋一層保濕透氣泡沫，降低土壤水分的蒸發(fā)量，進(jìn)一步為土壤保濕，保證植物生長所需的土壤濕度條件；土壤濕度檢測管可以檢測復(fù)合袋內(nèi)的積水高度，還可以灌注液肥和給土壤透氣；水位調(diào)節(jié)管可根據(jù)植物根系的生長情況和積水的高度，可通過旋轉(zhuǎn)不同的角度，控制最高水位的高度，防止植物根系被水淹沒。電熔式塑料袋的設(shè)計(jì)還可引導(dǎo)植物根系向下發(fā)展，避免了根系糾纏和擁擠的情況，同時(shí)也確保了植物根部能夠深入土壤，獲取更多的水分和養(yǎng)分；PE復(fù)合袋內(nèi)部設(shè)置了兩根電熔絲，當(dāng)植物生長到一定階段，根系將要觸及種植袋時(shí)，為電熔絲通電，使PE復(fù)合袋在底部分割開來，可為根系提供擴(kuò)展空間。這種智能分割設(shè)計(jì)不僅可以去除塑料袋，也避免了破壞植物根系的情況發(fā)生，保證了植物的正常生長。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)方式有效地提高了荒漠植樹的成功率和成活率。電熔式塑料袋如圖1所示。

總體而言，電熔式塑料袋在荒漠植樹領(lǐng)域的應(yīng)用是一項(xiàng)富有創(chuàng)意和實(shí)用性的技術(shù)創(chuàng)新，它為解決荒漠地區(qū)植樹過程中的問題提供了一種全新的解決方案，在改善生態(tài)環(huán)境和推動(dòng)荒漠綠化事業(yè)方面具有積極作用。

1.2 空氣取水技術(shù)

由于空氣和土壤的比熱容不同，往往存在一定的溫度差，在白天土壤溫度往往低于空氣溫度，利用風(fēng)機(jī)將溫度較高的空氣送入地下?lián)Q熱器后，空氣溫度會(huì)逐漸下降，當(dāng)空氣溫度降至露點(diǎn)溫度時(shí)，空氣中多余的水分便會(huì)析出，通過收集水分可以達(dá)到取水的目的。

由圖2可見，自然界的風(fēng)吹動(dòng)螺旋風(fēng)葉，帶動(dòng)進(jìn)風(fēng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，將外界高溫濕空氣帶入地下低溫處，將空氣中的水分冷凝并通過蓄水罐收集起來，達(dá)到取水的目的。同時(shí)，螺旋風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)還會(huì)通過齒帶輪和同步帶等傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)螺桿泵，抽出蓄水罐中收集的水，用于苗木的滴灌。整個(gè)裝置依靠自然界的風(fēng)能作為能量來源，以空氣中的水分為取水源。

2 電熔式塑料袋新能源自給水植樹

大氣中富含水資源，即使是在極為干旱的沙漠地區(qū)，空氣中的含水量也可以達(dá)到10 g/m3，而根據(jù)估算大氣中的水蒸氣含量可達(dá)地表淡水總量的10倍以上[9]。

因此，可通過安裝空氣取水裝置將空氣中的水蒸氣冷凝用于樹苗滴灌，可以很好地保證水源供給，但是荒漠地區(qū)的土壤顆粒較為細(xì)小，顆粒之間的間隙較大，這種結(jié)構(gòu)不利于保水，水分很容易從土壤中滲透并流失，且沙漠地區(qū)為高溫和低濕度條件，土壤表面的水分很快就會(huì)消失，因此在植物種植時(shí)，再安裝一個(gè)電容式塑料袋，防止水往地下滲透流失，同時(shí)可減少土壤表層的水分蒸發(fā)，起到土壤儲(chǔ)水保濕的作用。電容式塑料袋與空氣取水裝置通過環(huán)形滴灌帶連接，連接于PE復(fù)合袋袋口，位于保濕透氣泡沫下（圖3）。

3 種植試驗(yàn)

種植試驗(yàn)區(qū)選在陜西省神木市，位于陜西省榆林市東北部、黃河中游、長城沿線、毛烏素沙地東南緣，晉、陜、蒙三地交界地帶的中心。地理位置介于109°40′～110°54′E，38°13′～39°27′N。

3.1 試驗(yàn)地基本情況

神木市地形西北高東南低，按照地形特點(diǎn)，全市可分為北部風(fēng)沙草灘區(qū)、中部丘陵溝壑區(qū)和黃河沿岸土石山區(qū)，試驗(yàn)區(qū)地形地貌屬于沿黃土石山區(qū)和黃土丘陵溝壑區(qū)；屬于半干旱季風(fēng)氣候，寒暑劇烈，氣候干燥，降水偏少且年際變化率高。

神木氣象站1957—2022年實(shí)測資料的統(tǒng)計(jì)表明，神木市多年平均氣溫為9.2 ℃，以7月氣溫最高，7月多年平均為24.2 ℃，1月份氣溫最低，1月多年平均氣溫為-8.6 ℃。極端最高氣溫為41.2 ℃（2005年6月22日），極端最低氣溫為-29.0 ℃（1998年1月19日）。早霜始于10月上旬，晚霜終于翌年4月上旬，無霜期為175 d；年日照2 715.8 h，年蒸發(fā)量1 903.3 mm，相對(duì)濕度55%，最大凍土深度143 cm。境內(nèi)多偏西和西北風(fēng)，全年平均大風(fēng)日數(shù)為14 d。多年平均風(fēng)速為2.5 m/s，最大風(fēng)速為19.0 m/s，風(fēng)向NW。河道初冰期為每年11月2日至翌年終冰期4月3日，封凍日期為12月26日，解凍期為3月5日前后，封凍天數(shù)為64 d，河心最大冰厚為0.66 m，岸邊冰厚為0.8 m，神木市區(qū)多平均年降水量為439.5 mm，因受大氣環(huán)流、緯度及地形的影響，降水具有年際變化大，年內(nèi)分配不均的特點(diǎn)。最大年降水量為839.2 mm（2016年），最小年降水量為

117.8 mm（1965年）。年內(nèi)分配不均，其中，6—9月降雨量334.3 mm，約占全年降雨量的76.1%，冬季11月至翌年2月僅占全年降雨量的5.6%。降水多以暴雨形式出現(xiàn)，最大日降水量為141.1 mm（1991年7月21日）。在空間分布上也不均勻，東南部較多，東北部次之，西北部偏少，降水多暴雨，易造成洪、澇和水土流失等自然災(zāi)害。

全市土壤有風(fēng)沙土、黃土性土、栗鈣土、黑壚土、紅土、水稻土、淤土、潮土、草甸土、沼澤土、紫色土、臭柏林土12個(gè)土類，23個(gè)亞類，31個(gè)土屬，109個(gè)土種。以風(fēng)沙土類為主，占土壤總面積的48.1%；其次為黃土性土，占土壤總面積的31.7%，試驗(yàn)區(qū)土壤類型以黃土性土為主。

3.2 試驗(yàn)

根據(jù)樹種選擇原則和樹種生物學(xué)特性，綜合考慮試驗(yàn)區(qū)生態(tài)環(huán)境、氣候狀況、海拔、地形地貌、立地條件及降雨量等條件，選用良種基地采集培育的油松苗木。油松，松科松屬，常綠喬木，喜光、深根性樹種，在土層深厚、排水良好的酸性、中性或鈣質(zhì)黃土上均能生長良好。

油松初植密度為42株/667 m2；種植點(diǎn)采用品字形配置，地形變化難以栽植的種植點(diǎn)位置，不拘于株行距的規(guī)定，靈活把握，保持單位面積上栽植點(diǎn)的數(shù)量，行距4 m×4 m，共種植84棵/1 333.3 m2；根據(jù)試驗(yàn)區(qū)的實(shí)際情況，在春季、雨季種植，苗木種植后以雨水降水和電熔式塑料袋新能源自給水裝置供水，采用傳統(tǒng)的方式為苗木施肥；一年以后苗木存活72棵，存活率達(dá)85%以上。

4 結(jié)束語

為應(yīng)對(duì)荒漠地區(qū)降水稀缺、土壤水分容易流失等挑戰(zhàn)，提出了一項(xiàng)創(chuàng)新解決方案，即電熔式塑料袋新能源自給水植樹技術(shù)。在這一方案的指導(dǎo)下，針對(duì)這一問題，在神木市開展了小規(guī)模的種植試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，這種新型種植技術(shù)在干旱缺水環(huán)境下的苗木種植中表現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。

參考文獻(xiàn)

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