干旱,半干旱地区抗旱造林技术及适用新技术的应用.doc
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1、干旱、半干旱地区抗旱造林技术及适用新技术的应用(甘肃省林业科学研究所 兰州 730020)于洪波一、问题的提出干旱是一个世界性的问题,造成干旱的原因主要受大气环流、区域地理位置的影响,也与区域森林分布等有直接关系。据有关资料介绍,属于干旱、半干旱的地区遍布世界60多个国家和地区,约占全球陆地面积的1/3。我国北方13个省(区)200多个县(市、旗)约有220万km2的面积属于干旱、半干旱地区,也就是说我国北方的半壁江山为干旱、半干旱地区。我省位居内陆,干旱问题一直是影响农林业生产的主要问题,尤其中部地区是受干旱影响严重的地区,基本上是三年一大旱,年年有小旱,干旱是造成中部地区经济发展缓慢、群众
2、生活贫困的重要原因。据统计,甘肃自14世纪以来,每百年发生大旱1215次,1950年前百年发生大旱71次,1950年以来已发生大旱近40次,年持续无降水时间达190天,59月持续无降水时间最高达136天。干旱问题还导致荒漠化、沙尘暴、水资源短缺、森林覆被率降低、生物多样性减少等问题。林业是生态环境建设的主体。干旱问题是影响生态环境建设的“瓶颈”因素,如何克服干旱的影响,搞好林业生产和生态环境建设,一直是世界与我国林业建设中亟待解决的重要问题。二、干旱、半干旱地区的基本特点(一)降水资源干旱区年降水量小于250 mm、干燥度大于3.5。半干旱区年降水量250500 mm、干燥度1.53.5。降水
3、严重不足,是制约农林业生产的主导因子。(二)光照资源年光照时数25003000 h以上,年总辐射量12401500 kj/(cm2a),光合有效辐射500630 kj/(cm2 a)。光照资源相对充足,属农林生产的长线因子。(三)热量资源大部分地区年平均气温一般小于10 ,0 积温30004000 ,10 活动积温25003500 ,无霜期一般少于170天,农作物一年一熟。热量资源可基本满足大部分中温带作物和树木生长的要求。(四)土地与土壤资源以甘肃中部地区为例,人均耕地34.5亩,山区人均耕地68亩。土地资源相对充足,地广人稀,农业广种薄收。黄土高原土壤主要以黑垆土、黄绵土、灰钙土等为主,土
4、壤有机质和各种养分相对缺乏。对于林业生产来说,由于土层深厚,部分弥补了土壤养分的不足,除了部分盐碱地、红土裸露地,土壤条件不成为影响林业生产的限制性因子。三、形成干旱的主要原因(一)降水量严重不足干旱是影响造林成效的限制性因子,我省中部地区降水量普遍较低,从中部干旱、半干旱地区的各县(原甘肃省中部地区的18个干旱、半干旱县)年降水量可以大致看出天然降水的不足。(河西地区降水量更低,但基本有灌溉条件,未列入本表)中部干旱、半干旱各县年降水量 单位:mm县名兰州永登皋兰榆中白银靖远会宁定西陇西降水量311.7279.6253.8381.6200.1235.5406.7386.6423.6县名漳县通
5、渭秦安静宁庄浪永靖广河环县华池降水量440.9392.3448.8422.9489.0281.2481.2407.6480.7(二)降水年内分布不均我省各地年内降水主要以7、8、9三个月为主。以兰州徐家山后山干旱造林试验基地为例:79月降水占全年降水量的58.5%(兰州市气象台30年统计资料为60.5%),从11月至翌年2月底累计120天以上,降水量均不足年降水量的3%,持续无降水时间多达165天,造成春旱、夏初旱十分严重。4月是大多数树木开始萌发、展叶、开花的季节,但大多数年份的4月降水低于20 mm。正常年份进入5月降水开始增多,对树木生长有利,但有时春旱持续到6月初,使干旱时间延长。兰州
6、市各地出现春旱的频率为42%63%,平均2年一遇;初夏旱发生频率为29%46%,平均23年一遇;伏旱发生频率为33%52%,平均23年一遇;秋旱发生频率为29%48%。可以看出,当地发生干旱的频率很高,有35年一大旱,23年一中旱,小旱年年有的规律。(三)降水年际变率大甘肃各地,历年最大降水量为最小降水量地2.13.7倍。例如:兰州年最大降水量546.7mm,年最小降水210.8mm;临夏年最大降水量806.3mm,年最小降水253.0mm;天水年最大降水量772.2mm,年最小降水316.6mm;西峰年最大降水量605.2mm,年最小降水319.9mm;武威年最大降水量282.6mm,年最小
7、降水89.0mm;即使是降水条件较好的地区,遭遇干旱年景也也会经常发生。(四)有效降水少根据我们在兰州徐家山后山干旱造林试验基地多年观测,日降水量多在10 mm以下,占全年降水次数的79.17%,累计降水量占全年降水量的45.05%(据有关资料介绍,黄土高原以日降水大于10 mm强度的降水占全年降水量的64.3%)。据降水入渗土壤深度的观测,单次10 mm的降水在自然坡面上基本不产生径流,而直接渗入土壤或蒸发。虽然黄土具有很强的入渗能力(渗透速度一般为0.81.3 mm/s),大部分地区稳定入渗能力保持在1.0 mm/s,从理论上讲,一般2 m厚的土层蓄水可达400500 mm,按土壤容重1.
8、35 g/cm3、饱和含水量24%,02 m土层内仍可保存150 mm左右的有效水量,相当于最大有效持水量的40%左右。但由于降水不足,造成的直接影响是土壤内含水量的严重不足。(五)地下水缺乏我省黄土高原普遍存在地下水缺乏的问题,尤其中部地区更甚,许多地方即使有地下水,也多为苦咸水,含盐量较高,不能饮用和用于农业灌溉。四、甘肃省干旱造林的简单回顾前期工作,20世纪40年代,刘亚之等在兰州徐家山进行荒山造林研究,开展了长方形水平沟整地和“V”字形水平沟整地,提出了“树穴换表土、以表土作肥”的造林整地方法。进行了不同深度的栽植对比试验,试验认为,苗木栽植深度以3366 cm生长最好,栽植深度超过1
9、00 cm,树木生长不良。在树种选择上,认为柽柳、侧柏为优选树种,在湿润温暖的地方,可栽植刺槐、白榆。解放后干旱造林研究大致经历了三个阶段。第一阶段:20世纪5060年代。以群众性造林为主,比较典型的有陇西张家岔的干旱荒山造林,镇原县三岔林场、环县洪德林场、华池县桥川林场的大规模荒山山杏造林。1956年,定西巉口实验林场开始进行系统的造林树种选择、整地方式、造林季节、造林密度等的研究。第二阶段:20世纪7080年代。以始于1972年的华家岭林带建设为代表,整地方式以水平台为主,树种以小叶杨、青杨为主,还有少量的河北杨、油松、沙棘、山毛桃、柠条等,取得了显著成效。会宁县东山林场、临洮县东山造林站
10、、康乐县北山水土保持造林站等均进行了大面积的荒山造林和干旱造林研究工作。此间,会宁县四方乡郭富山,在红咀山造林点,创造了“换土梯田”植树法,为干旱荒山抗旱植树树立了样板。“换土梯田”的核心是“底层死土翻松,活土换在中间,死土换在上面”,通过整地起到了疏松土壤、增加土壤团粒结构和蓄水保墒的作用。栽植的树种有白榆、臭椿、山杏、河北杨等,并引进侧柏、油松、沙枣、文冠果、柠条、枣树、杜仲、花椒等,造林成活率达到90%以上。定西巉口林场经过20多年的不断探索和总结,在耐旱树种筛选、旱地育苗、不同季节造林以及营造混交林等研究方面,取得了丰硕的成果,尤其在整地方式方面,总结出了“反坡梯田”整地方法,造林成活
11、率和林木生长量明显提高,在省内外产生较大影响。研究成果曾获国家科技进步三等奖。第三阶段:20世纪80年代至现今,是甘肃黄土高原干旱造林研究飞速发展的阶段,省水土保持科学试验站、省林业科学研究所,在树木抗旱水分生理测定、树种选择方面取得成果;省林业科学研究所、省干旱造林研究中心在容器育苗、容器苗造林研究方面取得较大进展,明显提高了荒山造林的成活率。省林业科学研究所、省林业技术推广总站先后完成了“兰州地区荒山造林技术研究”、“干旱造林技术系列措施研究”、“黄土高原径流林业合理配套技术措施研究”等项目,在树种选择、造林整地、径流集水造林等方面均取得显著成效。特别要提出的,2002年省林业科学研究所、
12、兰州市南北两山绿化工程指挥部共同完成的“兰州市南北两山环境绿化与三水造林试验研究”项目,在干旱地区通过对年降水规律的观测分析和土壤水分动态变化规律的测定分析,在对以往省内外干旱地区雨水集流、地膜种植、干旱造林等技术的系统集成和发展的基础上,总结出了“三水”造林技术体系(主要指树穴集水、覆膜保水和干旱季节补水三项技术措施),在整地、树穴配肥(包括农家肥、复合肥和稀土微肥)、地膜覆盖集水保墒(也可覆草、覆砂石)、栽植(播种、植苗和扦插)、建集水面和集水窖汇集天然降水、春季干旱时期补水灌溉等技术方面形成了独特的风格。另外,在径流集水培育容器苗、容器苗造林及“卡氏”植树法、注水灌溉、ABT生根粉、菌根
13、剂、保水剂、生态绿宝等新技术、新材料的应用试验方面,均取得了丰硕的成果,使我省干旱造林研究上了新的台阶。五、干旱造林的主要实用技术(一) (一) 整地方式1.鱼鳞坑整地鱼鳞坑整地是坡地植树造林常用的一种方法,在黄土高原山地造林上应用较多,即在梁(峁)坡、沟坡地段,因坡度较大(一般超过30),地形又比较破碎,多采用鱼鳞坑整地。鱼鳞坑整地对地表植被破坏较小,是坡面治理的重要整地方法。鱼鳞坑整地的具体方法是:在山坡上按造林设计,挖近似半月形的坑穴,坑穴间呈品字形排列,坑的大小常因小地形和栽植树种的不同而变化,一般坑宽(横)0.81.5 m,坑长(纵)0.61.0 m,坑距2.03.0 m。挖坑时先把
14、表土堆放在坑的上方,把生土堆放在坑的下方,按要求规格挖好坑后,再把熟土回垫入坑内,在坑下沿用生土围成高2025 cm的半环状土埂,在坑的上方左右两角各斜开一道小沟,以便引蓄更多的雨水(见鱼鳞坑整地示意图)。树穴锅底状坑外沿土埂自然坡面2025 cm0.60.8 m0.6 cm覆地膜1.整地图0.5 m引水沟0.8 m23 m23 m(水平)2.排列图鱼鳞坑整地示意图2.水平沟整地水平沟整地是沿等高线挖沟的一种整地方法,水平沟的断面以挖成梯形为好,上口宽约0.61.0 m,沟底宽0.3 m,沟深0.40.6 m;外侧斜面坡度约45,内侧(植树斜面)约成35,沟长46 m;两水平沟顶端间距1.02
15、.0 m,沟间距2.03.0 m,水平沟按品字形排列。为了增强保持水土效果,当水平沟过长时,沟内可留几道横埂,但要求在同一水平沟内达到基本水平。挖沟时先将表土堆放在上方,用底土培埂,然后再将表土填盖在植树斜坡上。水平沟整地由于沟深,容积大,能够拦蓄较多的地表径流,沟壁有一定的遮荫作用,改变了沟内土壤的光照条件,可以降低沟内的土壤水分蒸发(见水平沟整地示意图)。自然坡面内侧坡60外埂坡602025 cm30 cm40 cm60 cm水平沟整地示意图3.水平台整地又称“带子田”,一般用于30以下的坡面。沿等高线将坡面修筑成狭窄的台阶状台面,阶面水平或稍向内倾斜,有较小的反坡。台面宽因坡度而异,一般
16、在0.81.0 m左右,阶长无一定标准,视地形而定,外沿可培埂或不培埂。水平台整地采用“逐台下翻法”,也叫“蛇蜕皮法”,即从坡下开始,先修下边一台,然后修第二台,修第二台时把表土翻到第一台,以此类推(修筑过程类似撩壕法)。最后一台可就近采用表土填盖台面(见水平台整地示意图)。外侧坡60自然坡面内侧坡60外埂20 cm20 cm台宽11.2 m水平台整地示意图4.反坡梯田整地又称“三角形”水平沟。反坡梯田的修筑方法基本与水平阶相似,唯台面向内倾斜成一定坡度,因荒山自然坡度的不同,反坡坡度为515,田面宽13 m,埂外坡和内侧坡约成60。埂外坡面604050 cm自然坡面反坡坡面31012 m内侧
17、坡60 反坡梯田整地示意图5. 漏斗式集流坑整地根据造林设计以栽植点为中心进行挖土,逐步向外扩大,开挖植树穴面积为2 m3 m或3 m3 m,将挖出的熟土集中堆放,用生土堆成外高中心低的漏斗式集流面,在坑穴中心挖50 cm60 cm或60cm60 cm的植树坑,坑深4050 cm,将熟土回填植树坑内。最后将集流面夯实拍光以利汇集降水,有条件的地方可以在集流面上覆盖抗老化塑料薄膜,以提高集水效果(见漏斗式集流坑整地示意图)。2060 cm40 cm300 cm集流面 植树坑植树坑集水面(剖面图) (平面图)漏斗式集流坑整地示意图(二)覆盖保墒工程措施如何使汇集树穴内的水分更长时间、最大限度地保持
18、在土壤内,供树木生长吸收,是抗旱造林的一个重要技术环节。在这方面,农业生产实践中有许多成功的经验,例如果树经营上的麦草覆盖、造林生产上的镇压保墒、兰州地区传统的沙田等,另外还有对树木采取人工摘除非生产性叶片、喷洒抗蒸腾化学药剂、使用抗旱保水剂等措施。其中进行树穴覆盖是一种简单易行、效果显著的方法。为了探索不同覆盖材料对林地保墒的效果,我们在徐家山后山抗旱造林试验基地开展了不同材料覆盖对土壤含水量和造林成活与树木生长影响的试验,选择的覆盖方式为覆地膜、覆草、覆砾石,以不覆盖为对照。试验主要在林地进行,主要树种为15年左右的樟子松、柠条、狼牙刺、沙冬青四个树种,选择生长健康、生长量一致的植树穴进行
19、覆盖处理,并设置三次重复。试验在春季进行,以4月、5月为时间段分别进行土壤水分测定,了解土壤含水量的动态变化。土壤水分测定在一次大雨后开始取样测定,每隔2或3天取样一次,每次按不同树种以5 cm、10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm六个层次分别取土样,在实验室恒温箱内105烘干、称重,计算土壤含水率。对试验结果我们进行了不同覆盖方式的时间与土壤水分变化的回归分析,从回归分析来看,不同覆盖方式与对照差异比较显著。土壤含水量的变化与时间为多项式线性相关关系,这种相关主要表现在510 cm的土层,均显著相关,2030 cm土层个别相关显著,至4060 cm土层已无相关。覆盖处理
20、对土壤含水量的影响主要表现在:在同一时间内土壤含水量明显高于对照,且下降趋势较不覆盖延迟35天。这对处于春季干旱时期树木发育和生长的影响是十分关键的。(三)地膜覆盖直播与植苗造林1. 地膜覆盖直播造林柠条是我省黄土高原无灌溉荒山人工造林数量大、适应性强、生长稳定、保存最多的树种,从20世纪70年代开始,各地均有大面积的造林,尤以定西地区保存最多。柠条造林在干旱、半干旱造林中占有重要位置。另外,毛条、沙冬青、紫穗槐、山杏、刺槐等树种也可进行直播造林。地膜覆盖直播造林的技术的要点是: 整地:在造林地规划造林小班,进行造林典型设计,然后在造林小班进行鱼鳞坑整地。与常规鱼鳞坑整地不同的是,在回填土至坑
21、底1/3处时,每个坑穴内将50 g复合肥、5 g稀土微肥与熟土均匀混合后回填,然后整理坑穴和土埂,并在上方左右两角各斜开一道小沟,以便引蓄雨水。 覆膜:鱼鳞坑挖好后铺覆地膜,地膜规格为80 cm60 cm,首先将鱼鳞坑长径方向的土集中到坑中间,将塑料膜长边靠长径方向放好,用土埋住固定,然后抓住塑料膜另一长边,平铺地膜,左右两边用土压紧,再用手压塑料膜中间,使之与坑底贴紧,最后用土压住另一长边,塑料膜中间开口处再填压适量土以防风吹。树穴做好后在一次降水10 mm后,即可抢墒播种。 种子处理:造林用的种子应进行发芽率测定,以确定适宜的播种量。播种前对种子进行消毒处理,具体处理方法为:0.5%的高锰
22、酸钾溶液浸种2小时,或用3%的高锰酸钾溶液浸种半小时,然后取出种子用湿布盖半小时,再用清水将药液冲洗干净。或者用0.2%1%的硫酸铜溶液浸种46小时,然后用清水将种子冲洗干净。消毒后的种子应进行催芽处理,可采取清水浸泡法,即将种子浸泡在干净的清水中,浸泡时间23天,浸种时要注意每日换水12次。也可进行温水浸种,即将种子浸入40 左右的温水中,浸泡24小时。浸种结束后,将种子捞出放置在温暖潮湿的地方进行催芽,待种子部分露白时,捞出种子阴干及时播种。 播种:处理过的种子,应及时进行播种,播种时先在树穴中间挖一小窝,将种子放入窝内,每穴播种子1015粒,然后覆土,覆土厚度23 cm,有条件的地方可再
23、覆盖少量的杂草,种子出土后可起到遮荫的作用,防止太阳直接暴晒,影响幼苗成活。 抚育管理:播种后按时观察种子出苗情况,每次降雨后清理树穴内冲刷下来的泥土,以防板结影响出苗。2. 2. 地膜覆盖植苗造林植苗造林是林业生产中应用广泛的造林方式,大多数树种均可以进行植苗造林。地膜覆盖植苗造林的技术特点: 整地依然采用鱼鳞坑整地方式,地膜覆盖方式与直播造林时地膜覆盖相同。 苗木种类与规格:树种主要为耐旱灌木,以常规苗木为主(容器苗造林另述)。目前干旱造林生产中应用的树种和苗木规格多为:侧柏3年生苗,柠条、毛条、白刺、甘蒙柽柳、紫穗槐等2年生苗,柠条、毛条也可用1年生苗造林。 起苗、运输:尽量保持根系的完
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