寧夏中部干旱帶斜翼窨井式魚鱗坑集水造林模式探討

任建治

（吳忠市紅寺堡區(qū)林業(yè)和草原局，寧夏吳忠 751999）

0 引言

紅寺堡區(qū)位于寧夏中部腹地，地處煙筒山、大羅山和牛首山之間，是寧夏扶貧揚(yáng)黃灌溉工程（“1236”工程）的主戰(zhàn)場(chǎng)。也是全國(guó)最大的易地搬遷移民集中安置區(qū)，1998年開發(fā)建設(shè)，2009年設(shè)立市轄區(qū)。行政區(qū)域面積2 767 km2，轄2鎮(zhèn)3鄉(xiāng)1街道64個(gè)行政村8個(gè)城鎮(zhèn)社區(qū)。累計(jì)開發(fā)耕地4.67萬hm2，搬遷安置移民23.5萬人，是全國(guó)最大的易地生態(tài)移民揚(yáng)黃扶貧集中安置區(qū)。

紅寺堡地處東經(jīng)105°43′45"～106°42′50"，北緯37°28′08"～37°37′23"，是承接寧夏東西南北的地理中心，北臨吳忠市利通區(qū)和青銅峽市、靈武市，南至同心縣，東至鹽池縣，西北與中寧縣接壤。北距固原市220 km，西距甘肅省蘭州市360 km。境內(nèi)鹽中高速、福銀高速、定武高速3條高速公路和鹽興公路、黃同公路、滾新公路、恩紅公路4條縣道縱橫交錯(cuò)，太中銀鐵路、滾紅高速、福銀高速公路和正在建設(shè)的銀西高鐵穿境而過，東距銀川河?xùn)|機(jī)場(chǎng)、西距中衛(wèi)香山機(jī)場(chǎng)均不超過150 km。

紅寺堡地勢(shì)南高北低，平均海拔1 240～1 450 m，屬典型的溫帶大陸性氣候，常年干旱少雨，晝夜溫差大。平均年降水量251 mm，年平均蒸發(fā)量2 387 mm。年平均氣溫8.7℃，日溫差13.7℃，全年大于10℃積溫可達(dá)3 200℃以上，全年日照時(shí)數(shù)2 900～3 550 h，是我國(guó)太陽能資源較豐富的地區(qū)之一。年平均風(fēng)速2.9～3.7 m/s，大風(fēng)日數(shù)25天，風(fēng)光資源豐富。

1 斜翼窨井式魚鱗坑集水造林模式發(fā)展歷程

歷史上紅寺堡區(qū)人民在對(duì)抗惡劣的生存環(huán)境、改善生活環(huán)境和提升自我生活質(zhì)量上，發(fā)揮了極為睿智的聰明才智，在紅寺堡區(qū)各地都有典型的高效利用有限的自然降雨種植樹木以改善人居環(huán)境和提供果品的實(shí)例。如磨臍子現(xiàn)存2萬hm2杏樹林是充分利用坡地降雨徑流造林的實(shí)例（圖1）。徐冰水現(xiàn)存零星的沙棗榆樹是典型的利用山地、道路富水造林的實(shí)例（圖2）。周新莊紅棗林是使用集雨水窖植樹的實(shí)例（圖3）。上邊窯大柳樹是利用山泉水的典型實(shí)例（圖4）。同時(shí)在巴泉溝、石碳溝等小環(huán)境下形成了臭椿、沙棗、檉柳的自然水環(huán)境成林的實(shí)例。

圖2 徐冰水散生喬木

圖3 周新莊庭院棗林

圖4 上邊窯大柳樹

2014年起，羅山管理局借鑒彭陽縣的“88542”造林模式在小羅山一帶采用大穴魚鱗坑造林技術(shù)營(yíng)造了近千畝沙棗和榆樹，目前表現(xiàn)良好。

2019年，紅寺堡區(qū)林業(yè)和草原局選擇在新莊集鄉(xiāng)馬渠舊址南側(cè)開展了山地旱作造林樹種選擇實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)供選擇的樹種為：地徑≥3 cm國(guó)槐30株；地徑≥0.4 cm文冠果210株；地徑≥2 cm杏樹200株；地徑≥3 cm刺槐210株；地徑≥2 cm沙棗200株；地徑≥3 cm榆樹300株；高≥1.5 m樟子松200株；高≥0.5 m云杉50株；地徑≥3 cm臭椿200株；地徑≥2 cm香花槐200株；地徑≥2 cm白蠟200株。試驗(yàn)期間，紅寺堡區(qū)氣候狀況為2019年10月1日～2020年7月1日共計(jì)達(dá)到5 mm的降雨為5次，降雨總量49.5 mm（其中2020年1月1日～2020年7月1日，達(dá)到5 mm的降雨為2次，降雨總量18.6 mm）；2020年7月1日～2020年10月1日達(dá)到5 mm的降雨為11次，降雨總量176 mm。由上述數(shù)據(jù)來看紅寺堡區(qū)馬渠水土保持樹種選擇實(shí)驗(yàn)實(shí)施期間即發(fā)芽生長(zhǎng)期處于紅寺堡區(qū)極端干旱期。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：白榆、沙棗、刺槐等在栽植時(shí)土壤含水量幾乎為零，在2020年特別干旱年的情況下，僅在栽植時(shí)補(bǔ)水約0.3 m3/株，在7月中旬補(bǔ)水一次，約0.2 m3/株。表現(xiàn)出較高適宜性，可以用于紅寺堡區(qū)黃土區(qū)水土保持造林。其中，白榆成活率達(dá)到76.7%、沙棗成活率達(dá)到58.3%。樟子松因苗木無土球，苗木過高可能導(dǎo)致成活率降低；杏樹因假植時(shí)間過長(zhǎng)（疫情封村不能及時(shí)栽植，假植12天）。其他樹種不宜大面積栽植。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：基本達(dá)到了山地旱作植樹和樹種選擇目的，不足是未做灌水量需求、保水措施、苗木大小及部分樹種截桿等對(duì)比試驗(yàn)。

2021年，紅寺堡區(qū)在試驗(yàn)地周圍利用中央造林資金開展了該模式擴(kuò)展種植，面積為40.13 hm2，經(jīng)過近三年的觀察總體成活率為70%。第一年成活率為86%，第二年成活率為75%，成活率下降的原因?yàn)樾訕湓谠蕉蟪霈F(xiàn)不明原因死亡。當(dāng)前，成活的樹木除少量被偷牧的羊只破壞，均生長(zhǎng)正常。

2 斜翼窨井式魚鱗坑集水造林模式特點(diǎn)

1）分利用自然降雨，并將雨水集中于種植坑內(nèi)，根據(jù)雨水徑流量計(jì)算公式計(jì)算在紅寺堡區(qū)雨季一次有效降雨達(dá)到15 mm時(shí)，該模式單坑匯水面積為20 m2，理論值為2.16 m3，除去下滲等損耗按50%有效收集量計(jì)算，單坑集水量為1 m3。一般7～10月會(huì)出現(xiàn)5～7次15～22 mm的有效降雨。

2）與“88542”模式相比較，該模式成本為“88542”模式的1/5，因?yàn)榧t寺堡區(qū)降雨量少，降雨頻次少，只有在7月以后才會(huì)出現(xiàn)有效的地表徑流，降雨強(qiáng)度和時(shí)長(zhǎng)才比較明顯，因此，該模式不需要像“88542”模式采用長(zhǎng)距離、全面性的深度整地，只采取點(diǎn)狀窨井式整地。其好處有三點(diǎn)：一是大幅度降低成本；二是減少地表破壞；三是定向深度水滲透，與植物根系生長(zhǎng)規(guī)律契合，同時(shí)減少因施工造成大面積土層結(jié)構(gòu)變動(dòng)而引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

3）與大穴魚鱗坑模式相比較，該模式中的翼狀導(dǎo)流槽充分收集了有限的降雨，同時(shí)窨井式坑穴可最大可能收集并及時(shí)滲透集水，避免一般魚鱗坑容水空間不足造成堤埂被沖毀的現(xiàn)象發(fā)生，引發(fā)集水浪費(fèi)和二度維修等問題。

4）便于節(jié)水保水措施配合，更為有效利用水資源。由于種植穴為直徑80～100 cm，可定制40 cm×80 cm的PE材質(zhì)多次利用的防蒸騰片，其結(jié)構(gòu)為3 mmPE膜上直接沖壓成6～8 cm直徑的帶孔的瘤狀突起，安裝為在種植完成后直接覆蓋在坑穴地面上并用固定釘固定即可，不在覆土等操作（因?yàn)榭訛橄孪菘樱瑫r(shí)可防止雜草生長(zhǎng)。

5）極大減少外水使用，節(jié)約水資源。通過集水模式，用水盡量控制為2次，一次是必需的定植水（每株10 kg），一次是栽植當(dāng)年抗旱用水（每株30 kg）；從而降低造林成本，并解決紅寺堡區(qū)造林過于依賴外來水的現(xiàn)狀。

6）有效減少水土流失，為黃河減負(fù)。該模式翼狀導(dǎo)流槽和魚鱗坑有效地阻攔了坡地地表徑流挾沙能力和數(shù)量，減少土沙入溝、入河的問題，具體數(shù)據(jù)還待測(cè)量。

7）該模式理論依據(jù)是“山水林田湖草沙一體化保護(hù)和系統(tǒng)治理”理念，也是紅寺堡區(qū)山區(qū)綜合治理的最根本的作業(yè)措施，是紅寺堡區(qū)未來生態(tài)修復(fù)的出路之一。

8）該模式的缺點(diǎn)，其實(shí)施條件需5°以上的坡面，才能有效收集雨水，保證樹木成活。2020年，我們?cè)跂|川村與樹種選擇實(shí)驗(yàn)同時(shí)做了榆樹的極限抗旱實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過多年觀測(cè)得出如下結(jié)論：東川村實(shí)驗(yàn)地為平地，當(dāng)年種植樹木成活率為100%，第二年保存率為75%，第三年保存率為55%，第四年保存率為40%。保存率損失的原因是沒有給予外水補(bǔ)充同時(shí)自然降水未有效收集。因此，不適宜平地或低坡度地區(qū)造林。

3 斜翼窨井式魚鱗坑集水造林模式技術(shù)流程

3.1 整地技術(shù)流程

3.1.1種植坑規(guī)格與開挖方式。開挖100 cm寬100 cm長(zhǎng)深100～120 cm的深穴，回填土2/3（先表土后心土）形成窨井狀的坑穴；在坑間，由上緣向上開挖與上緣夾角為45～60°、寬20 cm深15 cm長(zhǎng)不小于200 cm的兩條導(dǎo)流槽，如鳥翼狀；使用余土沿下邊緣堆砌長(zhǎng)120 cm米、高40 cm下寬50 cm上寬30 cm的魚鱗狀攔水埂；修整種植坑，使得坑內(nèi)深達(dá)到40～50 cm，盡量有5～10 cm在本土以下。

3.1.2種植密度。建議采取喬灌混交，喬木密度為4 m×5 m，控制在30～32株/667m2；灌木種植在喬木中間，密度為32株以上，采用常規(guī)魚鱗坑整地。

3.1.3樹種選擇。整體樹種應(yīng)選用耐旱植物，喬木參考樹種有白榆、旱榆、沙棗、山杏、刺槐等。灌木參考樹種有霸王、酸棗、花棒、紫穗槐等。

喬木樹種規(guī)格建議選用地徑2.5～4 cm的苗木，留干高度小于80 cm；盡量選用營(yíng)養(yǎng)袋（直徑30 cm×40 cm）苗或30 cm直徑的帶土球苗。

3.1.4輔助工程建設(shè)。攔沙沉泥工程：在砂石較多或落差較大的支溝中上流每隔500 m建造攔沙壩或沉沙壩，沉沙完成后及時(shí)種樹種草以固定泥沙，阻斷泥沙下流（目前的半成品有長(zhǎng)渣子水庫(kù)；張家溝水庫(kù)、龍北溝水壩、土坡石炭溝水壩）。集水工程：在地勢(shì)平緩地上做小型集水窖（池）。

3.2 實(shí)施意見

當(dāng)年10月前完成整地，以便完成集水，增加種植坑內(nèi)土壤含水量，促使土壤活化。當(dāng)年11月份或第二年3～4月份完成種植。

3.3 種植注意事項(xiàng)

選取無病蟲害、健康的苗木；種植時(shí)必須澆灌10～15 kg的定植水，與種植時(shí)間的延差不應(yīng)該大于48 h；在旱季6月份盡可能灌溉一次以上。

4 斜翼窨井式魚鱗坑集水造林模式應(yīng)用的預(yù)期效果

1）有效收集雨水，增加土壤含水量，按紅寺堡區(qū)現(xiàn)有有效降水量180 mm，35%的有效截流計(jì)算，按5次有效降雨達(dá)15 mm以上的降雨，每20 m2每年可收集雨水5 m3以上，分批并匯聚于1個(gè)魚鱗坑整地，可保證造林需求。

2）阻止泥沙流失，減少主要河道積沙量，減輕途經(jīng)農(nóng)田鹽堿程度。

3）可實(shí)現(xiàn)國(guó)土綠化2.67萬～4萬hm2，其中可營(yíng)造喬木林2萬～2.67萬hm2，種植果樹1萬hm2以上。可種樹2200萬株以上。從而提升紅寺堡區(qū)森林覆蓋率10個(gè)百分點(diǎn)，增加紅寺堡區(qū)蓄積量，提升森林質(zhì)量。