保水劑在迪慶州困難立地造林中的應用

和潤云

(迪慶州林業和草原局，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，是長江重要生態區和川滇生態屏障的重要組成。全州國土總面積23 167 km2，地勢北高南低，3 000 m以上地域占總面積的53%；溫帶—寒溫帶季風氣候類型，年均溫4.7 ℃～16.5 ℃，降水量268～945 mm，林業用地面積191.73萬hm2，其中森林面積179.99萬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，是云南省建設國家西南生態安全屏障、打造“兩王國一花園”世界生態品牌的重點區域，生態區位極端重要，國際關注度高。但由于對森林草原資源不合理利用和傳統生活習俗影響，導致當地部分區域水土流失嚴重、土地荒漠化進程加快、旱澇災害頻發，生態安全屏障受到嚴重威脅。據云南省第三次石漠化監測調查，全州石漠化土地面積達17.8萬hm2，潛在石漠化土地面積16.7萬hm2，仍面臨生態修復與助推經濟高質量發展的巨大雙重壓力。

植樹造林恢復植被是迪慶州解決土地荒漠化和林地退化的唯一出路，但多年來針對該區域所采用的傳統造林技術和森林生態重建活動，多因項目區干旱持續時間長、太陽輻射強、地表蒸發量大、幼樹生長期水分虧缺等原因屢試屢敗。因此，急需探尋一種既能在生長期持續供水，又能逐步改善立地環境，還能增強樹苗抵御干旱能力，進而解決高寒干旱地區植樹造林障礙的造林技術或物質。目前能夠滿足這一需求的就是保水劑造林技術。

1 保水劑對高寒干旱困難立地造林的有益特性

保水劑是利用強吸水樹脂制成的高分子聚合物，其特性國內外均有研究材料，其對于干旱條件造林的有益特性經歸納:(1)保水劑含有大量親水基團，能重復利用滲透壓和基團親和力，迅速吸收比自身重數百上千倍的去離子水或者數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不會出現水分倒流。(3)保水劑吸放水膨脹收縮過程中形成大量孔隙，能夠提高土壤透氣性、透水性，增強根際微生物活動，加快土壤有機礦物質分解，防止土壤板結和鹽漬化，促進土壤團粒結構形成。(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定性和高效性。(5)保水劑可提高林木種子發芽率，縮短出苗期。(6)農藥肥料可通過離子吸附和交換作用，包裹或絡合固定，從而減少可溶性養分農藥的淋溶，提高利用率；同時其自身含有多種微量元素可供利用。(7)保水劑無毒無害、無副作用，對環境友好。(8)在一定范圍內，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減少環境溫度變化，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、電解質均會影響保水劑吸水持水能力；電解質肥料則會降低保水劑溶脹度。

2 保水劑在植樹造林與生態建設中的適用性

2.1 降水年季分布特點對保水劑應用的影響

迪慶州降水年季分布不均，地形作用強烈，降水量由東南向西北階梯式減少。當地不同坡面降水分布差異極大，同一坡面降水隨海拔增高而增多；當地干濕季分明、雨熱同季，雨季(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，干熱河谷區則不足400 mm。近年來，該地區干旱氣候頻繁出現，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70%以上；而高海拔雨季集中降水則導致造林地積澇返堿，經濟林木最適生的亞高山區，過多降水造成苗木貪青、木質化程度低、封頂不及時，導致不能正常越冬。利用保水劑吸水釋水特性，減少水份年季差對苗木生長影響，改善苗木生長期供水結構，是加速當地干旱區植被恢復的最有效措施。

2.2 降水時空分布特點對保水劑應用的影響

迪慶州水資源具有空間分布不均的特點，當地生態治理項目大多位于偏遠山區、石漠化嚴重的陡坡地，往往水資源極其匱乏，農林爭水、林牧爭水和人樹爭水現象十分普遍；多數造林地土壤瘠薄、土質板結、水土流失嚴重，常不具備灌溉條件，造林成敗靠天惠澤。施用保水劑就相當于修建了一座微型土壤水庫，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構，增加土壤滲透力和保肥保水能力，減少水土流失，提高林業生態工程生態效益。

2.3 技術創新需求對保水劑應用的影響

1)迪慶州是公認的造林困難區，整個“十三五”期間，全州共完成人工造林0.51萬hm2，封山育林3.73萬hm2，低效林改造2.44萬hm2，退耕還林1.02萬hm2，陡坡地治理0.22萬hm2，但平均造林合格率僅為84%，與全省相差19個百分點。20世紀80年代，北京林業大學在低山陽坡進行的5年抗旱造林試驗中，利用保水劑將針葉樹造林成活率從過去的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，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，是生態建設技術創新方向之一。

2)當地生態修復計劃投資為7 500元/hm2，而傳統造林模式使迪慶造林成活率、保存率整體偏低，造林成本達9 900元/hm2，使當地生態建設成本居高不下。而當地生態治理任務繁重、荒漠化發生程度高，要開展比“十三五”更廣泛的生態修復與困難立地造林，只有針對干旱條件進行技術創新，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節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保水劑應用情況，相對于傳統造林，應用保水劑造林大約會增加450元/hm2投資；但當地造林成效調查表明：施用保水劑的66.67 hm2核桃和100 hm2柏木造林項目，保存率普遍比以往提高20%～30%，而采用保水劑拌種法建設的1 333 hm2人工模擬飛播，出苗率提高30%，保存率提高25%；過去需要經過2～3次重復造林才能見效的困難立地，應用保水劑可一次性完成綠化。因此，應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推廣應用保水劑的影響

迪慶州是一個多民族聚居山區，多民族文化和宗教文化在傳承演變過程中形成了獨具特色的多元文化。多元文化既有利于新思想、新文化、新技術接納傳播，但也增加了觀念更新的復雜性和持久性。對迪慶而言，保水劑技術代表一種嶄新的林業集約經營觀，要在文化多元化、相對封閉的民族區域傳播，不同民族和不同使用群體都會形成自己的理解接受方式，在沒有成功先例示范情況下，大規模推廣往往會適得其反。因此，要針對不同自然地理特點和民族思維方式，多層次建立保水劑造林示范樣板，建立多元化宣傳渠道，保水劑獨特的增產增效模式才會被山區群眾所認識。

3 保水劑在迪慶困難立地造林中的應用模式

3.1 造林困難立地類型

分析迪慶困難立地的類型及特點，干旱缺水是造林失敗的決定因素。根據迪慶州多年造林設計典型調查資料和云南省立地分類系統，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困難立地造林成效意義重大。由于在迪慶高海拔地區造林緩苗期長、幼林郁閉慢、生長期短而干旱時間長，加之多數困難立地土壤鹽堿度較強，長期大量使用鈉離子型保水劑，會造成土壤pH值升高，破壞土壤結構。出于環保和造林成本考慮，應優先選用長效、價廉、耐鹽堿保水劑類型。

2)當前市場常見保水劑主要有:(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、聚氧化烷烴類和無機聚合物類等。(4)蛋白質系列，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，穩定性和耐鹽堿性好，缺點是成本較高，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，成本價格相對較低，但缺點是使用壽命短，易于降解，只能維持2年，其穩定性和耐鹽堿性亦較差；林業工程建設中以淀粉接枝丙烯酸鹽共聚交聯物和丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯物應用最為廣泛；目前增加保水劑的耐鹽性，主要是在電解質型聚合物中引入非離子型單體進行二元及三元共聚，但非離子單體價格較貴，應用成本較高。

3)選擇保水劑類型時應以造林目標、立地條件和經濟技術指標作為標準。以貯納雨雪水為目標的項目應優先選用顆粒狀、凝膠強度高的保水劑；苗木長距離運輸移栽和種籽處理需要進行蘸根拌種以提高樹木成活率，可選用粉狀、凝膠強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定性作為首要條件，綜合分析高原特殊氣候因素和項目區立地條件，篩選適合高海拔使用的品種和類型。保水劑吸水倍數不是保水劑質量的評判標準，吸收有效水的數量才對干旱條件造林有意義，但當地還缺少這方面研究數據支持，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。無法采用凝膠法造林的地區，應選擇雨季來確保保水劑在土壤中能獲得一定的雨水量和貯積時間。干旱持續時間超過8個月、生長期土壤蒸發量大于降水量、土層過淺、石礫含量過高而無灌溉條件的困難立地則不能直接使用保水劑，而應與其它補水措施配合使用。保水劑是調節雨雪水供給與苗木生長用水不同步矛盾的技術措施，高寒山區春季土壤墑情雖然較高，保水劑可利用冰雪消融水，但當地土溫、氣溫變化對保水劑及苗木根系的影響目前尚無研究支持，個別經驗表明其對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，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則要與土壤混合均勻。

3)保水劑遇強紫外線照射會很快降解，嚴重影響使用壽命和效果，因此在迪慶高海拔地區使用保水劑，應盡量施入表層土壤3 cm以下。

4)由于迪慶大多數造林地偏僻遙遠，苗木需長途運輸和長時間假植，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用研究方向

保水劑在迪慶生態建設中有著重要而迫切的推廣應用價值，但目前仍缺乏不同干旱類型、不同造林樹種、不同立地環境下，保水劑的最佳種類、最佳濃度和最佳使用量等方面的試驗數據支持，而保水劑在迪慶困難立地造林應用上的技術創新也應著重解決技術應用模式和推廣應用難題；研究當地土壤條件下保水劑吸持能力、土壤電解質對保水劑應用的影響、保水劑對土壤結構改良和對土壤抗侵蝕能力的影響等方面的理化研究也將是當地重要的科研課題。