林 宇,童桂榮,張順恒,馮 平,王英姿,程周平,鄭容妹
(1.福建省長(zhǎng)樂(lè)大鶴國(guó)有防護(hù)林場(chǎng),福建 福州 350212; 2.福州市林業(yè)局,福建 福州 350007; 3.福州市水利局,福建 福州 350007)
福州、定西兩市在實(shí)施黨中央、國(guó)務(wù)院部署的東西部對(duì)口扶貧協(xié)作中,把習(xí)近平總書(shū)記當(dāng)年在福建工作期間探索治理水土流失的“長(zhǎng)汀經(jīng)驗(yàn)”復(fù)制到定西[1],于2017年春季實(shí)施“福州·定西水土流失綜合治理(生態(tài)林一期)試驗(yàn)項(xiàng)目”(以下簡(jiǎn)稱(chēng)福州林)。截止2019年共實(shí)施了3期造林項(xiàng)目,總造林面積達(dá)569 hm2。經(jīng)過(guò)3 a建設(shè),福州林取得了初步成效,該項(xiàng)目成為“福州萬(wàn)人游定西”旅游觀光景點(diǎn)之一[2],定西當(dāng)?shù)厝罕姲堰@片林親切地稱(chēng)為“福州林”[1,3]。2019年10月,《通過(guò)對(duì)水土流失進(jìn)行綜合治理實(shí)現(xiàn)地區(qū)減貧——福州·定西生態(tài)扶貧合作案例》被世界銀行、聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織等機(jī)構(gòu)評(píng)為“全球最佳減貧案例”之一[4]。
黃土高原是由濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)氣候向半干旱、干旱氣候過(guò)渡的中間地帶,其熱量、光照條件能夠滿(mǎn)足北方樹(shù)種生長(zhǎng)需要,而嚴(yán)重水土流失下的水分和養(yǎng)分不足則是植被生長(zhǎng)的主要限制因素[5]。黃土高原植被建設(shè)關(guān)系到國(guó)家整體生態(tài)安全[6],也關(guān)系到生態(tài)扶貧成效。長(zhǎng)期以來(lái),因自然條件、技術(shù)措施和人為因素等導(dǎo)致該區(qū)域造林成活率和生長(zhǎng)量低,不能從根本上遏制生態(tài)環(huán)境惡化趨勢(shì),山區(qū)群眾生活貧困[7-8]。因此,如何在水、肥不足條件下提高造林成活率,提高林木生長(zhǎng)量,恢復(fù)森林植被,改善生態(tài)環(huán)境,提高生態(tài)扶貧成效,已成為該地區(qū)亟待解決的重要問(wèn)題。本文旨在總結(jié)福州林的造林模式與技術(shù)集成應(yīng)用的成效,以期為西北黃土高塬溝壑區(qū)造林提供技術(shù)借鑒。
項(xiàng)目區(qū)位于甘肅省定西市安定區(qū)鳳翔鎮(zhèn),屬于黃土高塬溝壑區(qū)A1副區(qū)[9],介于104°35′32″—104°36′19″E、35°32′07″—35°32′53″N之間。土壤類(lèi)型為黑壚土,水土流失面積占土地總面積的85%,通過(guò)多年治理,土壤侵蝕模數(shù)從原來(lái)的5640 t·km-2·a-1下降到2019年的1666 t·km-2·a-1[10]。海拔1932~2176 m,地勢(shì)西南高,東北低。屬溫帶大陸性氣候,年均降水量386.6 mm,年均蒸發(fā)量高達(dá)1580 mm;≥10 ℃的活動(dòng)積溫2293.1 ℃,年均氣溫7.2 ℃,極端最高氣溫35.1 ℃,極端最低氣溫-29.7 ℃;多年平均風(fēng)速2.0 m·s-1,最大風(fēng)速18.7 m·s-1;歷年最大凍土深97 cm,最大積雪深17 cm。草地植被以禾本科(Poaceae)、菊科(Asteraceae)最多。森林覆蓋率僅為17.8%,主要樹(shù)木為新疆楊(Populusalbavar.pyramidalisBge.)、河北楊(P.hopeiensisHu et Chow.)、旱柳(SalixmatsudanaKoidz.)、油松(PinustabuliformisCarr.)、側(cè)柏(Platycladusorientalis(L.) Franco)、山杏(Armeniacasibirica(L.) Lam.)、山毛桃(Prunusdavidiana(Carr.) Franch.)、檸條(CaraganakorshinskiiKom.)等。
喬灌草結(jié)合能夠增加植物群落空間層次結(jié)構(gòu),不僅可提高群落的生物多樣性和穩(wěn)定性,也有利于土壤的保水增肥。針對(duì)定西地區(qū)水土流失嚴(yán)重的問(wèn)題,注重陡坡的水土保持,最大限度保護(hù)現(xiàn)有植被,減少土壤擾動(dòng),采用封育加人工促進(jìn)措施,迅速恢復(fù)自然植被。①在不利于喬木栽植和管護(hù)的陡坡,播撒或種植草種,如寬葉雀稗(PaspalumwettsteiniiHack.);②種植不同彩化樹(shù)種和蜜源植物,如山杏、山毛桃及固氮植物胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)等,使用深根性植物檸條鎖邊,形成灌木景觀林和蜜源林;③在陡坡插花式種植油松、側(cè)柏、刺槐、沙棘(HippophaerhamnoidesLinn.)、多枝檉柳(TamarixchinensisLour.)等。
針闊混交模式是本項(xiàng)目主要造林模式。選擇定西的適生樹(shù)種,如油松、樟子松(P.sylvestrisL.var.mongolicaLitv.)、云杉(PiceaasperataMast.)等針葉樹(shù)種,新疆楊、河北楊、色木槭(AcerpictumThunb.Ex Murray)、香花槐(Robiniapseudoacaciacv.idaho)、刺槐(R.pseudoacaciaLinn.)等闊葉樹(shù)種。根據(jù)樹(shù)種的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性,采用3種混交方式:①針葉×闊葉混交,如云杉×(河北楊、新疆楊);②針葉×針葉混交,如云杉×油松、云杉×樟子松;③闊葉×闊葉混交。
在退耕的臺(tái)地、梯田,選擇在林分郁閉前的喬木林(純林或混交林)林下套種農(nóng)作物的模式,可以提高林地的綜合利用率。這也是一種過(guò)渡性的造林模式[8],通過(guò)林下套種,增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入,有利于脫貧,也有利于退耕還林政策的實(shí)施。選擇的農(nóng)作物以不影響喬木正常生長(zhǎng)為原則,如蠶豆(ViciafabaL.)、大豆(Glycinemax(Linn.) Merr.)、藜麥(ChenopodiumquinoaWilld.)、胡麻(Sesamumindicum)、馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)等。
植被恢復(fù)是長(zhǎng)期任務(wù),必須給退耕農(nóng)民提供生存和發(fā)展條件,因此必須協(xié)調(diào)好生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)系[11]。堅(jiān)持生態(tài)效益優(yōu)先原則,在緩坡、溝(坡)底、臺(tái)地、梯田立地條件好的地塊,營(yíng)造具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值經(jīng)濟(jì)林,在經(jīng)濟(jì)林的四周栽植或插花栽植其它喬木或灌木樹(shù)種。經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種主要有早酥梨、山楂(CrataeguspinnatifidaBunge)、棗樹(shù)(ZiziphusjujubaMill.)、大接杏、核桃(JuglansregiaL.)等。
針對(duì)不同的地形地貌,采用當(dāng)?shù)剌^成功的水土保持整地方式:水平階整地、魚(yú)鱗坑整地[12]。
3.1.1 水平階整地 水平階整地可蓄水保土、提高造林成活率。喬木樹(shù)種挖穴規(guī)格為50 cm×50 cm×60 cm(穴面×底寬×深,下同)。一般采用機(jī)械挖穴為主,輔以人工挖穴。每臺(tái)機(jī)械每天平均挖穴可達(dá)1800穴,約是人工挖穴的40倍。根據(jù)苗木規(guī)格和樹(shù)種特性,針闊混交株行距2.5 m×2.5 m,密度為1600株·hm-2;針針混交株行距2 m×2.5 m,密度為2000株·hm-2;經(jīng)濟(jì)林株行距3 m×3 m,密度為1111株·hm-2。
3.1.2 魚(yú)鱗坑整地 在陡坡采用魚(yú)鱗坑整地(呈品字形),魚(yú)鱗坑規(guī)格為長(zhǎng)徑120 cm、短徑80 cm、坑深40 cm,將挖出的土在溝上方作埂,埂高30 cm,埂頂寬20 cm。灌木穴規(guī)格為30 cm×30 cm×40 cm,造林密度2505株·hm-2;喬木樹(shù)種穴規(guī)格50 cm×50 cm×60 cm,造林密度400株·hm-2。
苗木要求達(dá)到國(guó)家規(guī)定的良種壯苗標(biāo)準(zhǔn),起苗后栽植前放在背風(fēng)坡并用塑料薄膜遮蓋,裸根苗用泥漿假植,防止風(fēng)干。
3.2.1 裸根苗 起苗時(shí),裸根苗根部浸沾泥漿(粘稠狀),然后用塑料薄膜包裹防止苗木脫水,闊葉樹(shù)要修枝和截干(截口涂上愈合劑),適當(dāng)修枝,以防止樹(shù)體水分蒸發(fā),提高造林成活率。栽植前,裸根苗要沾生根劑(粉)。
3.2.2 帶土球(坨)苗 云杉、油松、樟子松苗帶土球(旱地苗),苗高1.5 m以上,土球(坨)直徑和高度均在25 cm以上,并用稻草繩扎捆緊,防止土球松散。在裝、卸苗過(guò)程中,輕拿輕放。
3.3.1 施基肥 喬木樹(shù)種每穴施有機(jī)肥2.5 kg,保水劑5 g,鈣鎂磷肥100 g;灌木樹(shù)種每穴施有機(jī)肥0.5 kg,保水劑5 g,鈣鎂磷肥50 g。肥料、保水劑與表土拌勻后,再覆蓋一層土(厚度4~6 cm),防止苗木根系直接接觸肥料引起燒苗。草本植物種植則采用條帶整地,有機(jī)肥375 kg·hm-2、鈣鎂磷肥22.5 kg·hm-2、表土1200 kg·hm-2和草籽混合拌種,在條帶上撒播后,覆土,并用秸桿覆蓋。
3.3.2 栽植 裸根苗栽植采用傳統(tǒng)的“三埋兩踩一提苗”技術(shù),側(cè)根太長(zhǎng)的,要適當(dāng)修剪,防止窩根。針葉樹(shù)種(帶土球)采用“三埋兩踩”技術(shù),第1次在回表土后,沿苗木外沿(緊貼穴壁)第1次踩實(shí),防止踩破土球,采用第1次的方法第2次回土、踩實(shí),最后再回土?;赝粮叨纫跃嚯x最低穴面20 cm為宜,為澆灌大量的定根水預(yù)留空間。
3.3.3 澆定根水 本項(xiàng)目共修建6個(gè)100 m3高位水池、56個(gè)15 m3簡(jiǎn)易水池,配備綠化工程撒水車(chē)20輛,確保水的供應(yīng)。喬木樹(shù)種每株澆定根水50 kg,灌木(小喬木)每株澆定根水25 kg。
3.3.4 扶苗和覆土 在澆完定根水后第2天,對(duì)有傾斜(倒伏)的苗木進(jìn)行人工扶直,然后覆土,覆土高度以距最低穴面10 cm為宜,有利于雨季降水匯集。覆土后用鏟拍實(shí),防止水分快速蒸發(fā)。
3.4.1 撫育技術(shù) 追肥:采用擴(kuò)穴溝施,沿著樹(shù)冠外圍擴(kuò)穴施肥,每次施肥統(tǒng)一一個(gè)方向,下次換個(gè)方向;當(dāng)年7月鋤草+施肥,喬木每穴50 g;翌年4月初追肥,喬木每穴100 g,灌木每穴25 g,同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)植,7月鋤草;第3年4月初鋤草+追肥,喬木每穴150 g,灌木每穴50 g,7月鋤草。施肥技術(shù)要點(diǎn):a、要將穴內(nèi)的草清除;b、擴(kuò)穴;c、施肥;d、覆土。澆水:每年的4月、7月配合鋤草和追肥,進(jìn)行澆水,每年2次。如遇特殊干旱年份,適當(dāng)增加澆水次數(shù)。
3.4.2 有害生物防治 做好種源檢疫工作,特別是引種樹(shù)種的種苗檢疫,防止病蟲(chóng)害傳入。加強(qiáng)撫育管理,促進(jìn)幼樹(shù)健康生長(zhǎng),增強(qiáng)抗病蟲(chóng)害能力。結(jié)合撫育等管護(hù)措施,去除受害植株,消滅越冬害蟲(chóng);隨時(shí)觀察病蟲(chóng)害發(fā)生情況,及時(shí)采取防治措施。當(dāng)病蟲(chóng)害發(fā)生時(shí),要本著“治早、治小、治了”的原則,以防止病蟲(chóng)害蔓延,同時(shí)有針對(duì)性地防治中華鼢鼠(Myospalaxfontanieri)等野生動(dòng)物為害幼樹(shù)幼苗。
3.4.3 森林防火 約67 hm2林地設(shè)立一個(gè)護(hù)林員公益崗位,從生態(tài)扶貧角度出發(fā),聘任當(dāng)?shù)亟n立卡貧困戶(hù)為生態(tài)護(hù)林員,加強(qiáng)護(hù)林員技能培訓(xùn),做好森林防火和有害生物預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。
每年10月底調(diào)查當(dāng)年造林成活率、林木生長(zhǎng)狀況,運(yùn)用SPSS 19.0軟件采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)法比較分析本項(xiàng)目集成技術(shù)與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)技術(shù)造林成效之間的差異。
本項(xiàng)目經(jīng)3 a試驗(yàn)結(jié)果表明,目前主要的不同立地類(lèi)型造林模式及樹(shù)(草)種配置見(jiàn)表1。
表1 福州·定西生態(tài)林造林模式及樹(shù)(草)種配置
由表2可知,本項(xiàng)目福州林通過(guò)造林技術(shù)集成與應(yīng)用,各樹(shù)種的地徑和樹(shù)高生長(zhǎng)量與定西市安定區(qū)相同區(qū)域相同樹(shù)種相比均有明顯提升(P<0.05),尤其是造林成活率有極顯著差異(P<0.01),與傳統(tǒng)造林技術(shù)相比成活率提高了10.6%~20.4%,除了陡坡立地側(cè)柏外,其余樹(shù)種造林成活率均達(dá)到91%以上。各造林模式的造林成活率為經(jīng)濟(jì)林+生態(tài)林≈林農(nóng)復(fù)合模式(99.1%)>混交模式(96.0%)>喬灌草復(fù)合模式(91.3%)。
表2 不同造林模式和技術(shù)措施下主要樹(shù)種造林指標(biāo)分析(T檢驗(yàn))
表2(續(xù))
在福州林實(shí)施過(guò)程中,由福州市林業(yè)局、水利局,福建農(nóng)林大學(xué)、福建省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院以及定西市林業(yè)和草原局的專(zhuān)家、教授等組成技術(shù)團(tuán)隊(duì),共同規(guī)劃設(shè)計(jì)、全程參與項(xiàng)目施工和技術(shù)指導(dǎo)。該項(xiàng)目注重現(xiàn)代造林技術(shù)的應(yīng)用,科學(xué)使用有機(jī)肥、化肥、生根粉和保水劑,配套建設(shè)蓄水池等水利工程,使用機(jī)械化整地、挖穴,這些技術(shù)在定西市林業(yè)生態(tài)建設(shè)史上均是首次使用。通過(guò)3 a的探索和實(shí)踐,福州林造林做到了統(tǒng)一技術(shù)要求、統(tǒng)一組織施工、統(tǒng)一質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一檢查驗(yàn)收,取得了可喜的成效。
黃土高原如果人工植被物種單一,群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,極易造成土壤水肥虧缺,反而影響人工植被的生長(zhǎng)發(fā)育[13-14]。王力等[15-16]研究發(fā)現(xiàn):“喬—灌—草”復(fù)層穩(wěn)定的植被空間結(jié)構(gòu),有較強(qiáng)的自我調(diào)節(jié)能力,不會(huì)造成土壤水分過(guò)度消耗,且在雨季后能迅速補(bǔ)充恢復(fù)。因此,本項(xiàng)目在陡坡、峁頂采用喬灌草復(fù)合模式是可行的。林農(nóng)復(fù)合模式,即在林下套種農(nóng)作物模式是一種有益的嘗試,如套種蠶豆、大豆(黃豆)等豆科固氮植物,能夠?qū)⒆匀唤缰械姆肿討B(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮素化合物,增加土壤氮含量,還可調(diào)節(jié)地表溫度,有助于減少土壤水分蒸發(fā),促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán),對(duì)人工林及林下植被生長(zhǎng)有明顯促進(jìn)作用[17-18]。
本項(xiàng)目的造林模式是基于長(zhǎng)期效益和短期效益相結(jié)合,模式只有4種,還不夠豐富,成功的關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置。本項(xiàng)目區(qū)90%以上的土地屬于退耕還林地,為了提高林分郁閉前的林地綜合利用率,增加失地農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入,還要增加林藥模式等。賈志清等[8]研究認(rèn)為林藥模式是指在林下套種具有藥用價(jià)值的灌木或草本植物,青海省大通縣高原黃土丘陵淺山區(qū)較為成功的林藥模式有:柏木+黃芪(當(dāng)歸)、喬灌+黃芪(大黃)。安定區(qū)與大通縣地緣相近,在這方面可以大膽探索。
本項(xiàng)目主要采用“三大一精”技術(shù),即挖大穴、栽大苗、澆大水和精細(xì)化種植技術(shù)。實(shí)踐證明,只有充分利用有限的降水資源,才能達(dá)到更好的造林效果,傳統(tǒng)的水平階、魚(yú)鱗坑整地方式能夠使土壤疏松、攔蓄地表徑流,加強(qiáng)雨水入滲,因此在隴中黃土區(qū)仍然是節(jié)水保墑的好方法[5,12]。根據(jù)立地條件類(lèi)型,選擇適宜的樹(shù)(草)種,是抗旱造林技術(shù)應(yīng)遵循的基本原則[19]。王麗麗等[20]和王懷彪等[21]研究認(rèn)為,在不同立地條件的5年生樟子松容器大苗,栽植深度達(dá)40~50 cm,造林效果都較好。黃土高原蒸發(fā)量大,表層土壤水分含量低,多數(shù)樹(shù)種栽植深度達(dá)到40~50 cm時(shí),苗木根系正好處在濕土層,土壤含水量能滿(mǎn)足樹(shù)苗生長(zhǎng)需求[22]。李寶峰[23]認(rèn)為將ABT3生根粉25 mg·kg-1溶液制成泥漿根蘸,同時(shí)使用0.5%~2%的保水劑,造林成活率將提高15%~30%,苗木生長(zhǎng)量提高25%左右。本項(xiàng)目的常綠針葉樹(shù)種苗木帶土球(坨),類(lèi)似于營(yíng)養(yǎng)袋苗,而且是旱地苗,苗齡5 a以上,苗木木質(zhì)化程度高,栽植深度在45 cm左右,而且裸根苗采用沾泥漿+生根粉,這些技術(shù)措施與上述學(xué)者的做法基本相同。
此外,林分密度會(huì)直接影響人工林群落的光、熱、水等生態(tài)因子的分配[24],適宜密度的人工林一定程度上可改善林下土壤肥力及酶活性[25-26]。栽植密度過(guò)大,植被在生長(zhǎng)階段需要大量水分補(bǔ)給,造成土壤水分缺乏,也會(huì)對(duì)植被恢復(fù)形成制約。福州林一期項(xiàng)目由于考慮到定西市往年較低的造林成活率,初植密度達(dá)到3333株·hm-2,而從目前造林成活率91%以上來(lái)看,一期項(xiàng)目的初植密度是太高了。因此,在二期項(xiàng)目中初植密度調(diào)整為2500株·hm-2,三期項(xiàng)目為2000株·hm-2,這也有利于降低造林成本,更適合在貧困地區(qū)推廣應(yīng)用。
本研究中,福州林與定西市當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)造林技術(shù)相比,各樹(shù)種地徑、樹(shù)高年平均生長(zhǎng)量分別提高了61.1% 、78.8%,平均造林成活率提高16.9%,通過(guò)獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)兩者均達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)。本研究中,山毛桃的地徑、樹(shù)高年平均生長(zhǎng)量分別為0.36 cm、34.05 cm,造林成活率達(dá)91.7%,均高于寧夏固原不同造林密度并使用覆膜技術(shù)后山毛桃的地徑(0.23 cm)、樹(shù)高(28.55 cm)的年平均生長(zhǎng)量和造林成活率(88%)[5]。福州林各種造林模式油松造林成活率達(dá)96.2%,高于趙昌軍等[7]使用不同藥劑處理后黃土高塬溝壑區(qū)和黃土丘陵溝壑區(qū)油松的造林成活率85.9%~91.6%。福州林通過(guò)先進(jìn)技術(shù)集成應(yīng)用,均比以上使用單一或多項(xiàng)措施更能提高造林成效。
在各造林模式中,喬灌草復(fù)合模式造林成活率最低,這是由于該模式是陡坡或峁頂立地,立地條件最差,不利于植物生長(zhǎng);林農(nóng)復(fù)合模式和經(jīng)濟(jì)林+生態(tài)林模式造林成活率最高,原因一是這2種模式立地條件相對(duì)較好,二是林農(nóng)在林下經(jīng)營(yíng)農(nóng)作物或果樹(shù)同時(shí)加強(qiáng)了林地管理,從而有效促進(jìn)了林木生長(zhǎng),也達(dá)到了經(jīng)濟(jì)與生態(tài)雙贏。
針對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蚋珊?、土壤瘠薄、保水功能差、傳統(tǒng)造林成效不佳等問(wèn)題,福州林造林采用的主要造林模式為:①“喬灌草結(jié)合”模式應(yīng)用于峁頂、陡坡立地;②混交林模式應(yīng)用于緩坡、梯田立地;③在梯田立地采用經(jīng)濟(jì)林+生態(tài)林模式或者林農(nóng)復(fù)合模式。福州林集成應(yīng)用的造林技術(shù)主要有:①選擇抗旱樹(shù)種(草種),以常綠針葉樹(shù)種為主,搭配春、夏、秋三季變化的彩化樹(shù)種,選擇蜜源植物,為今后發(fā)展觀光旅游、生態(tài)扶貧奠定基礎(chǔ)。②采用“三大一精”的節(jié)水抗旱保墑技術(shù),即挖大穴、栽大苗、澆大水和精細(xì)化種植的造林技術(shù)。③采用水平階、魚(yú)鱗坑整地的林地準(zhǔn)備技術(shù)。④苗木保護(hù)與處理技術(shù),如針葉樹(shù)種苗木帶土球(坨),闊葉樹(shù)種苗木沾泥漿,以及有機(jī)肥、保水劑、生根粉的應(yīng)用。本研究通過(guò)造林技術(shù)集成與應(yīng)用,與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)造林技術(shù)相比,各樹(shù)種地徑、樹(shù)高年平均生長(zhǎng)量分別提高61.1% 、78.8%,平均造林成活率提高16.9%,成效顯著。因此,福州林的造林技術(shù)集成適合在黃土高塬溝壑區(qū)推廣與應(yīng)用。
由于項(xiàng)目實(shí)施期較短,造林成效后期還有待進(jìn)一步觀察,項(xiàng)目組將進(jìn)一步對(duì)造林成效,如森林植被恢復(fù)、水土保持、生態(tài)服務(wù)功能等進(jìn)行研究。