寧南山區(qū)造林成活率的影響因素研究

王正安 余治家 馬杰 佘萍 賈寶光

摘要 ?［目的］探究特殊天氣（干旱）對造林成活率的影響。［方法］在干旱、半干旱的寧夏固原市原州區(qū)東馬場林場荒山地段，選擇陰坡和陽坡各6.7 hm2，于2021年4月中旬完成了造林試驗，觀測干旱對造林成活率的影響。在造林荒坡地段利用森林多功能近自然營林技術(shù)和高質(zhì)高效便捷魚鱗坑造林整地技術(shù)進(jìn)行造林。［結(jié)果］從陽坡和陰坡栽植的6種樹種的成活率來看，均為陰坡（87.66%）高于陽坡（69.90%）；降雨量和氣溫對造林成活率影響極強(qiáng)；無論是陽坡還是陰坡各坡位樣地土壤含水率總體均隨土層加深而逐漸增加，且下坡土壤含水率相對于上坡較高；當(dāng)0～40 cm土層土壤含水率均值為10.2%時，栽植深度對造林成活率和影響差異較大，栽植深度為20 cm左右時造林成活率效果差，栽植深度高于30 cm，造林成活率效果最好。［結(jié)論］降雨量、氣溫、土壤含水量和栽植深度是造林成活率的主要影響因素。

關(guān)鍵詞 ?干旱半干旱區(qū)；造林成活率；栽植深度

中圖分類號 ?S 727 ??文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ?A ??文章編號 ?0517-6611（2023）05-0089-04

doi： 10.3969/j.issn.0517-6611.2023.05.022

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Analysis on Influencing Factors of Afforestation Survival Rate in Mountainous Area of Southern Ningxia

WANG Zheng-an，YU Zhi-jia，MA Jie et al

（Guyuan Branch，Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences，Guyuan，Ningxia 756000）

Abstract ?［Objective］To explore the impact of special weather （drought） on afforestation survival rate.［Method］6.7 hm2 of shady slope and sunny slope were selected in the barren mountain section of Dongmachang forest farm，Yuanzhou District，Guyuan City，Ningxia. The afforestation experiment was completed in mid-April 2021 to observe the impact of drought on afforestation survival rate. In the afforestation wasteland slope section，the multi-functional near natural forest management technology and high-quality，efficient and convenient fish scale pit afforestation and land preparation technology were used for afforestation. ［Result］The results showed that the survival rates of the six tree species planted on the sunny slope （87.66%） were higher than that on the sunny slope （69.90%）. Rainfall and temperature had a strong influence on the survival rate of afforestation;the soil moisture content of each slope increased gradually with the deepening of soil layer，and the soil moisture content of the lower slope was higher than that of the upper slope;when the average soil moisture content at the depth of 0-40 cm soil layer was 10.2%，the influence of planting depth on afforestation survival rate and was quite different. The effect of afforestation survival rate was very poor when the planting depth was 20 cm，and the effect was the best when the planting depth was higher than 30 cm.［Conclusion］The rainfall，air temperature，soil water content and planting depth are the main influencing factors of afforestation survival rate.

Key words ?Arid and semi-arid area;Afforestation survival rate;Planting depth

在我國西北干旱、半干旱地區(qū)，由于降水少、蒸發(fā)強(qiáng)、土壤含水量低等現(xiàn)狀，水分成為樹木賴以生存的必要條件，對生態(tài)環(huán)境建設(shè)起著關(guān)鍵作用［1-2］。深入了解影響樹木成活率的主要因素及抗旱性樹種篩選，有助于區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)與植被恢復(fù)。干旱是一個世界性的問題，影響因素極其復(fù)雜（如大氣環(huán)流、區(qū)域地理位置、區(qū)域森林分布等）。據(jù)有關(guān)資料報道，世界上有1/3以上的陸地面積屬于干旱、半干旱地區(qū)，遍布全球60余個國家和地區(qū)［3］。由于干旱地區(qū)土地瘠薄，立地條件差，因此只有嚴(yán)格按照造林的技術(shù)要求，探究提高干旱、半干旱地區(qū)造林成活率主要影響因子以及適宜樹種選擇，才能促進(jìn)林木的生長，加快干旱、半干旱地區(qū)造林、成林的步伐［4］。

造林是國家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和社會進(jìn)步的基礎(chǔ)，但近年來，環(huán)境不斷惡化，尤其干旱問題日益突出，嚴(yán)重威脅著人類生存和發(fā)展。因而，我國林業(yè)部門有必要加強(qiáng)對干旱、半干旱地區(qū)樹木抗旱性樹種篩選及成活率影響因素的研究。在全球氣候變化不可預(yù)測的背景下，干旱地區(qū)的造林問題受到國內(nèi)外許多國家的關(guān)注［5］，尤其是在干旱、半干旱等水資源匱乏的地區(qū)，對影響造林成活率高低的研究顯得極為重要。 目前，國內(nèi)外在造林成活率的影響因素等研究方面都取得了顯著成果。如周昌平等［6］對安吉竹博園竹子全冠造林成活因子分析研究表明，春季、秋季引種造林成活率相對較高，引種距離越短，成活率越高，因而長途運(yùn)輸過程中若注意保水、保溫可以大大提高造林成活率；田旭朝等［7］研究認(rèn)為，塞罕壩機(jī)械林場影響樟子松造林成活率主要因素立地類型、造林時間、整地方式、造林技術(shù)、苗木保護(hù)等；薛鳳英等［8］的庫布齊沙漠主要造林樹種合作楊和沙柳的造林密度與氣象因素對造林效果的影響分析表明，年降水量和相對濕度對合作楊和沙柳的造林成活率和保存率為正向作用，而年均溫對合作楊和沙柳的造林成活率和保存率為負(fù)向作用。但涉及干旱、半干旱區(qū)寧南山區(qū)的有關(guān)報道較少，由于降水是該地區(qū)土壤水的主要來源，因此，研究與探討該地區(qū)降雨等因素對造林成活率的影響，對于提高該地區(qū)造林成活率具有指導(dǎo)意義。

寧夏南部山區(qū)位于我國黃土高原的西部地區(qū)，隸屬寧夏回族自治區(qū)南部的固原市境內(nèi)。由于降水少且分配不均，造成植被修復(fù)困難，因此進(jìn)行荒山綠化及大面積造林時有必要研究有多種抗旱的旱生樹種［9-11］。近些年來，我國實(shí)行了退耕還林重大工程，保障國家的森林覆蓋率，許多地區(qū)都加大了對林木綠化的推廣力度，但是荒山造林往往存在一些問題，其樹木種類過于單一，且許多樹林在建設(shè)過程中并未考慮當(dāng)?shù)氐膶?shí)際條件（如氣候、地形、土壤等），選擇樹種不適合在當(dāng)?shù)厣L，再加上因遇特殊干旱之年，會造成大量死亡。因此，筆者于2021年在寧南山區(qū)東馬場荒坡上開展近自然森林經(jīng)營技術(shù)和高質(zhì)高效便捷魚鱗坑造林整地技術(shù)試驗，對寧南地區(qū)造林成活率的影響因素進(jìn)行了分析，以期為干旱、半干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

寧夏南部山區(qū)氣候特征具典型的大陸性氣候，干旱少雨，溫差較大，年均降水量454 mm，年均蒸發(fā)量1 873.0 mm。區(qū)內(nèi)植被稀疏，荒漠化、水土流失危害嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱。原州區(qū)東馬場林場位于原州區(qū)南部的開城鎮(zhèn)，東接彭陽縣，南接原州區(qū)青石林場，西接原州區(qū)開城鎮(zhèn)，北接原州區(qū)東岳山林場。林場管轄區(qū)域的地理坐標(biāo)為106°14′10″～106°21′20″E，35°49′20″～35°58′16″N，林場總經(jīng)營面積為3 867.510 0 hm2，管轄區(qū)域?qū)倭P山外圍半干旱土石質(zhì)山區(qū)，主要地貌類型為中山地貌，由砂巖、頁巖、礫巖及石灰?guī)r構(gòu)成，山體兩側(cè)有第三紀(jì)紅土分布，山麓和山前丘陵有黃土堆積。氣候?qū)倥瘻貛О敫珊禋夂騾^(qū)，為典型的大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫6.5 ℃，年均日照時數(shù)2 518.1 h，無霜期147～168 d；年降雨量450 mm左右，降雨量分配差異大，雨季（7—9月）降雨量占全年降雨量的60%以上。林場轄區(qū)內(nèi)土壤的水平分布上處于黑壚土地帶內(nèi)，并且是黑壚土向灰鈣土過渡的邊緣地區(qū)。垂直分布上從上至下由山地草甸土和山地灰褐土組成。林區(qū)植被由森林草原向干旱草原過渡，由于該地區(qū)的植被長期被破壞，森林的退化程度嚴(yán)重。林區(qū)內(nèi)的森林主要以人工林為主。東馬場林場屬清水河流域，清水河發(fā)源于原州區(qū)開城鎮(zhèn)黑刺溝，該流域從東馬場林場西北側(cè)流過，流域多年平均年降水量500 mm，變化在450～600 mm，降水時空分布不均。流域內(nèi)地表水資源量少質(zhì)差，區(qū)域分布不均，年際變化大且年內(nèi)分配不均［12］。

該研究結(jié)合近自然林業(yè)原則的多種樹種混交造林試驗開展，在地處固原市原州區(qū)東南部，六盤山主脈一帶北麓，東馬場林場示范點(diǎn)（106°18′50″E，35°52′31″N）進(jìn)行，海拔2 080 m，在其山陰坡和陽坡兩面荒地（圖1），對荒山地段應(yīng)用森林多功能近自然營林技術(shù)和高質(zhì)高效便捷魚鱗坑造林整地技術(shù)進(jìn)行春季造林。

1.2 研究方法

1.2.1 ???試驗材料與設(shè)計。

試驗材料為當(dāng)?shù)孛缙耘嘤膶?shí)生苗木8種（表1），苗高為1.0～3.0 m，土球規(guī)格為20～30 cm，于2021年4月中旬上山進(jìn)行隨機(jī)處理，實(shí)施補(bǔ)植造林試驗。按照造林技術(shù)要求，在固原市原州區(qū)東馬場林場荒山地段進(jìn)行整地造林。針葉樹種有樟子松、云杉、油松、華山 松，寧南山區(qū)特色灌木有金花忍冬、韃靼忍冬、胡枝子、野李子，營造針闊混交比為2 ∶ 3，喬灌混交比為2 ∶ 3，密度為2 100株/hm2的多功能近自然水源涵養(yǎng)示范林13.3 hm2。樹種配置方式為不規(guī)則混交，整地方法為高質(zhì)高效便捷魚鱗坑造林整地，帶土球苗，邊整地邊栽植，針葉樹苗高150～200 cm，闊葉樹苗高40～150 cm，栽植樟子松、油松、華山松3個樹種時栽植穴內(nèi)放置物理阻隔網(wǎng)。具體栽植樹種及規(guī)格見表1。

1.2.2 ???試驗造林栽植方法。2021年4月中旬進(jìn)行春季造林試驗，針對寧南山區(qū)水源涵養(yǎng)林功能發(fā)揮不足的問題，以寧南山區(qū)多功能近自然水源涵養(yǎng)示范林營建技術(shù)示范推廣為重點(diǎn)，主要示范推廣森林多功能近自然營林技術(shù)和高質(zhì)高效便捷魚鱗坑造林整地技術(shù)，開展寧南山區(qū)多功能近自然林營造技術(shù)示范工作。按照標(biāo)準(zhǔn)林地整地方式為坑整地，魚鱗坑外高內(nèi)低，平行于等高線開挖，按照要求坑深規(guī)格為40 cm，將挖完魚鱗坑后的熟土立即回填到坑中，踏實(shí)后上面蓋一層細(xì)土，最后形成攔水埂，用于降雨蓄水。把不同樹種隨機(jī)栽植在陰坡和陽坡，各6.7 hm2，總計13.4 hm2，并在當(dāng)年10月進(jìn)行存活率調(diào)查。

1.2.3 ???土壤含水率測定。于栽植當(dāng)年（2021年）開始，在生長季內(nèi)（5—8月）用土鉆法測定不同處理技術(shù)措施樣地的土壤含水量，取樣日期固定為每個月月末或月初。在樣地內(nèi)分為3層：0～15、15～30、30～45 cm土層取樣，將取回的樣品帶回實(shí)驗室于105 ℃恒溫烘干至恒重，計算土壤含水率。

1.2.4 ???氣象因子測定。利用固原市氣象局在開城鎮(zhèn)海溝安置的氣象站（hy436區(qū)域自動氣象站）記錄開城鎮(zhèn)東馬場林場荒坡造林的氣象因子，主要用于監(jiān)測的指標(biāo)有空氣溫度（℃）和降雨量（mm）。

1.2.5 ???數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。采用SPSS 18.0和Excel軟件對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖與分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 坡向?qū)υ炝殖苫盥实挠绊????從圖2可見，10月開展造林樹種成活率調(diào)查，在陰坡未栽植暴馬丁香和野李子，其余樹種陽坡和陰坡均有栽植。通過對造林樹種成活率調(diào)查分析可知，隨著坡向的不同，其樹種成活率存在差異。從成活率上來看，6種樹種成活率均值表現(xiàn)為陰坡（87.66%）大于陽坡（69.90%），8種樹種在陽坡成活率表現(xiàn)為韃靼忍冬（93.30%）＞油松（85.00%）＞華山松（81.65%）＞金花忍冬（75.00%）＞云杉（55.00%）＞野李子（35.00%）＞暴馬丁香（31.50%）＞樟子松（30.00%）；6種樹種在陰坡成活率表現(xiàn)為油松（95.00%）＞韃靼忍冬（93.30%）＞華山松（91.60%）＞云杉（88.00%）＞金花忍冬（85.00%）＞樟子松（73.00%）。可見，造林成活率陰坡好于陽坡。

2.2 降雨量與氣溫對造林成活率的影響

從2018—2021年5—8月樹木生長季月降雨量來看（圖3），2021年相比以往3年，降雨量普遍較低，且最大降雨量累計值出現(xiàn)在9月，較前3年存在滯后性，這對于造林當(dāng)年的成活率產(chǎn)生嚴(yán)重影響；從5—8月累計降雨量來看，表現(xiàn)為2018年（451.9 mm） ＞2020年（389.3 mm）＞2019年（334.5 mm）＞2021年（127.2 mm），最大年份降雨量2018年是最小降雨量2021年的3.5倍。由此可知，2021年該區(qū)域是極端干旱的年份。

從圖4可知，2021年7月氣溫達(dá)到近4年最大值20.1 ℃， 從生長季（5—8月）各年份氣溫均值來看，表現(xiàn)為2021年（17.2 ℃）＞2018年（16.7 ℃）＞ 2020年（16.2 ℃）＞2019年（15.5 ℃），這表明2021年整個生長季蒸發(fā)強(qiáng)烈，降水稀少。

從圖5可見，各月份0～40 cm土層土壤含水率表現(xiàn)為5月（27.2%）＞ 6月（20.8%）＞ 7月（13.4%）＞ 8月（10.2%），可知土壤0～40 cm土層土壤含水率均值從造林初期5月到8月減少了62.5%；5—8月造林后，該區(qū)域降水量稀少，累計降水量僅127.2 mm，降水量嚴(yán)重偏少，導(dǎo)致土壤水分含量急劇減少，對新栽植的苗木來說，根系欠發(fā)達(dá)，難以充分利用土壤水分，因此，降雨量嚴(yán)重偏少和蒸發(fā)急劇強(qiáng)烈，嚴(yán)重造成大部分苗木因極度干旱而死亡。

2.3 坡位對土壤含水率的影響

干旱地區(qū)造林的成敗由土壤墑情好壞決定，當(dāng)夏天連續(xù)高溫且降水偏少時，土壤的含水率也會遞減。在極端干旱情況下，于2021年8月測定了不同坡向的土壤含水量。測定土層深度為0～100 cm，分為6個觀測層（0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm）。由圖6可知，無論是陽坡還是陰坡土壤含水率總體均隨土層加深而逐漸增加，其中陰坡土壤含水率（0～100 cm）均值表現(xiàn)為中坡（17.40%）＞下坡（15.86%）＞上坡（14.96%），陽坡土壤含水率（0～100 cm）均值為下坡（16.00%）＞上坡（14.82%）＞中坡（14.35%），由此可知，無論陰坡還是陽坡總體下坡土壤含水率相對于上坡高。實(shí)際上土壤含水率比測定值略低，因為8月1日測定后，高溫持續(xù)近20 ?d，到9月累計降雨量才達(dá)到160.5 mm。

2.4 栽植深度對苗木成活率的影響

對春季造林成活率低的針葉樹種進(jìn)行深入調(diào)查，發(fā)現(xiàn)將死亡苗木和成活苗木分別挖出調(diào)查栽植苗木土球距離地面的栽植深度對成活率的影響，針對2021年降雨偏少以及成活率因素影響，于2021年11月隨機(jī)抽查3種針葉樹種栽植的深度，每樹種隨機(jī)挖9株死亡樹種和9株成活樹種，測定栽植深度。由表2可知，華山松、云杉和油松3個樹種不同栽植深度之間無顯著差異（P＞0.05）。死亡華山松栽植深度平均為23.7 cm，成活株栽植平均深度為31.7 cm；云杉死亡的栽植平均深度為22.4 cm，成活栽植平均深度為28.4 cm；死亡油松的栽植平均深度為22.7 cm，成活株平均栽植深度為31.7 cm。說明株高1.5～2.0 m的華山松、云杉和油松3個樹種在栽植深度為20 cm左右時，遇到干旱年份以及持續(xù)旱情對造林成活率產(chǎn)生極大影響，栽植深度大于30 cm才能確保成活。

3 討論與結(jié)論

造林成活率受氣候、土壤、造林方式以及管理措施等綜合因素的影響［8］。立地條件（坡向、坡位）對造林成活率有一定影響，如施友文等［13-15］研究不同坡向、坡位對造林成活率的影響，發(fā)現(xiàn)造林坡向?qū)υ炝殖苫盥实挠绊憳O為顯著，陽坡的造林成活率明顯低于陰坡或半陰坡。而該試驗結(jié)果表明，6種樹種成活率均為陰坡（87.66%）高于陽坡（69.90%），這是由于陽坡的日照時間長，土壤干燥，養(yǎng)分和水分均較少，而陰坡土壤較濕潤，土壤含水量高，利于補(bǔ)充苗木所需的生長水分，各樹種以樟子松成活率最差，這與袁彩霞等［16］的研究結(jié)論一致。

在干旱、半干旱地區(qū)降雨作為土壤水分補(bǔ)給的唯一來源，雨量的多少對土壤水分的變化起著至關(guān)重要的作用［17］。2018—2021年造林區(qū)域生長季（5—8月）各月降雨量和氣溫統(tǒng)計資料顯示，降雨量表現(xiàn)為2018年＞2020年＞2019年＞2021年，最大年份降雨量（2018年）是最小降雨量（2021年）的3.5倍，由此可知，2021年該區(qū)域是極端干旱的年份，同時整個生長季均溫2021年每月月均氣溫都明顯高于其他年份月均溫，整個生長季蒸發(fā)強(qiáng)烈，降水稀少，因此氣溫和降雨量是造林成活率的主要因素，這與楊彬等［18-19］的研究結(jié)果一致。同時其他影響因素對造林成活率的影響也極其重要，從調(diào)查情況來看，首先起苗是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，部分苗木在造林起苗時樹根遭到破壞，以及運(yùn)輸時，土球遭到破壞，也影響著成活率；其次整地時要保證魚鱗坑距離地面40 cm深的土壤全部挖出并打好邊埂，坑完成后立即用頂層和魚鱗坑上的熟土（即距離地面20 cm深的土壤）回填，部分苗死亡，原因是用草皮等回填，導(dǎo)致苗木遇到大風(fēng)時左右搖擺，坑出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致大量水分蒸發(fā)流失；最后野外動物對苗木破壞也比較嚴(yán)重，在造林區(qū)域發(fā)現(xiàn)部分樹種苗木樹皮遭到啃食，總之要使苗木成活率提高，除了立地條件和氣象條件外，整地、運(yùn)輸和管理都是需要考慮的因素。

栽植深度對造林成活的影響主要取決于土壤含水率的高低。如楊艷平［20］對黃土丘陵區(qū)不同栽植深度的刺槐造林進(jìn)行了試驗研究，結(jié)果表明，栽植深度對造林成活率和生長量影響差異較大，栽植深度以 40～50 cm效果最佳。這與該研究結(jié)果一致，尤其在干旱、半干旱地區(qū)遇到特殊干旱年份，造林栽植深度至關(guān)重要，該試驗結(jié)果表明，在該地區(qū)造林栽植深度高于30 cm以上，才能保證成活，成活率要想高于85%，栽植深度至少要超過40 cm。這就需要?dú)庀蟛块T提前完善建立預(yù)測機(jī)制，為林業(yè)部門服務(wù)。當(dāng)然造林成活率的影響因素還需要長期監(jiān)測，并系統(tǒng)分析降雨、氣象因素、土壤水分之間相互影響機(jī)理。

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