榆林毛乌素沙地针叶树造林技术

漆喜林

(陕西省防护林建设工作站，西安 710060)

陕西省北部荒漠化和沙化区地处毛乌素沙地南缘，属鄂尔多斯高原向陕北黄土高原的过渡地带。海拔1 000～1 350 m，地形起伏不大，相对高差为30～50 m。沙地基底物质多为中生代杂色砒砂，结构疏松，易于风化。地面物质组成多为第四纪松散的沙粒、粘土、沙质黄土。由于长期垦殖、过牧，致使地表植被惨遭破坏。在强烈的西北风吹蚀下，形成风沙地貌，沙丘沙地绵延不断，沙丘中低洼地分布着湖泊(海子)、滩地等。属温带半干旱和亚湿润干旱气候，其特点为气候干燥，日照充足，冷热变化剧烈，风大而多，霜期时间长，具有明显的大陆性气候和沙地气候特征。年平均日照时数2 752.9 h，年平均气温为7.5～8.6 ℃，年平均降水量405 mm，由东向西递减，年蒸发量1 508～2 502 mm，是降水量的5～6倍，干燥度2.22～3.58。几乎每年都有不同程度的干旱、霜冻、暴雨、冰雹、大风和沙尘暴等灾害发生。因受蒙古高压控制，地势高兀，植被稀疏，地面多疏松物，加之风旱同期，在春季4-5月，常出现大风和沙尘暴。

风蚀沙埋、干旱缺水、蒸发强烈、土壤贫瘠、动物危害等毛乌素沙区严重影响造林效果[1-11]。提高造林成效一直是榆林沙区生态建设的关键和难点，对此通常采用搭设沙障、浇水覆膜、施肥及混交、喷洒药剂等单一措施，取得了良好效果[12-21]。然而，大多情况下造林同时面临多个问题，单一措施的效果受到限制。榆林市科研人员在研究总结造林经验教训，提出了搭设沙障、套篓栽植、换土混交(固氮树种)造林等新技术并取得良好效果。本研究以当地主要造林树种樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)为对象，在总结技术操作要点基础上，采用土壤水分与养分、树木生长量、植物群落结构等常规分析、调查、测定等技术方法[11-14]，比较分析了这些技术措施减轻风沙危害、改善土壤水分及养分状况、提高造林效果的作用，以期为榆林毛乌素沙地防风固沙造林技术选择提供参考。

1 沙障搭设技术

1.1 沙障搭设的主要技术

搭设沙障的关键在于确定沙障走向、选择沙障类型。沙土流动性较小的地段可采用带状沙障，带距与栽植行距相同，苗木栽植于距离带状沙障一定距离的背风处；沙土流动性较大的地段可采用网格沙障，网格的大小一般与造林的株行距相同，苗木栽植于网格的边角处。带状沙障的走向与主风向垂直，网格沙障则一边与主风方向垂直、一边与主风方向平行。

榆林毛乌素沙地沙障有带状和网格状，一般带间距离为1～6 m；带状沙障走向与冬春季主风向垂直即东北至西南方向；材料一般采用作物秸秆或沙蒿、沙柳、紫穗槐等枝干。

1.2 沙障法造林效果调查方法

调查在毛乌素沙地南缘、榆林市榆阳区小壕兔乡刀兔村刀兔东沙进行。调查样地选设在沙丘迎风坡中部和下部、坡度16°～25°，土壤为风沙土(表1)。造林时间为2008年4月，树种为樟子松，初植密度625株·hm-2(株行距4 m×4 m)，容器苗栽植，苗龄6 a、苗高40～50 cm。调查于2011年8月进行，共调查6块样地(搭设沙障样地3块、无沙障样地3块)。沙障带状，高30 cm、宽50 cm，带间距4 m，材料为沙蒿秆。

1.3 沙障法造林效果

1.3.1 控制风蚀、沙埋的效果 风蚀可以造成植株根系裸露，从而降低造林存活率和幼树生长量；风吹则会导致树冠偏斜、树干弯曲，影响植株正常株型的建成。由表1可以看出，搭设沙障的植株风蚀株率、风蚀深度(平均与最大)、沙埋株率、沙埋深度(平均与最大)都明显低于无沙障，沙障条件下植株主干通直比例、风倒植株比例明显高于无沙障，沙障条件下植株风倒平均与最大角度小于无沙障条件。说明在无沙障条件下当地造林幼树受到风蚀、沙埋的影响极大，植株弯曲比例及风倒角度很高，对幼树生长极为不利，沙障可以极大减轻风蚀和沙埋危害程度，有利于幼树生长。

表1 沙障和无沙障条件下的植株生长情况

1.3.2 提高造林成活率、保存率及幼树生长量效果 经调查，搭设沙障的造林保存率为82.30%，未搭设沙障的造林保存率为19.78%，前者较后者提高62.52百分点(表2)，差异极显著(p<0.01)。表明造林保存率差异由是否搭设沙障而造成，搭设沙障能够极显著地提高樟子松造林保存率。

由表2看出，搭设沙障的樟子松树高、地径、冠幅、树冠覆盖率都显著或极显著高于无沙障的条件。说明沙障条件可以促进造林幼树生长，加速尤郁闭成林过程。

表2 搭沙障与未搭沙障的林木生长量比较

注：表中同一性状不同小写字母表示差异显著(p<0.05)、不同大写字母表示差异极显著(p<0.01)，下同。

2 套篓法造林技术

2.1 套篓造林的主要技术措施

套篓造林是栽植后给每棵幼苗套上特制的防护篓，并在栽植时与浇水覆膜、大苗深栽、大坑换土等防风固沙、抗旱节水措施相结合。防护篓用沙柳枝条编制而成，形似无底的纸篓，上口小、下口大。一般规格为上口直径20～30 cm、下口直径30～40 cm、高度50～60 cm，并在下口留三个长10 cm的腿脚。套篓时，用铁锨将防护篓的腿脚扎入土中，使防护篓牢固直立地面。

2.2 套篓法造林效果调查方法

在毛乌素沙地南缘、榆林市榆阳区红石乡梁房村梁房北沙进行。样地选设在迎风坡中部，坡度6°～15°，土壤为风沙土。造林树种为樟子松，栽植时间为2006年4月，初植密度1 111 株·hm-2(株行距3 m×3 m)，栽植穴规格60 cm×60 cm×40 cm，容器苗、苗龄6 a、苗高40～50 cm。栽植后，每株浇水15 kg、覆膜0.8 m×0.8 m。调查时间为2011年8月，共调查6块样地，其中套篓造林3块、不套篓造林(对照)3块。

2.3 套篓法造林效果

2.3.1 控制风蚀沙埋的效果 表3显示，套篓造林的植株风蚀株率、风蚀深度(平均与最大)、沙埋株率、沙埋深度(平均与最大)都明显低于不套篓，套篓造林的植株主干通直比例明显高于不套篓。说明套篓造林技术可以有效地减轻风蚀沙埋现象，利于苗木的正常生长发育。

表3 套篓和不套篓条件下的植株生长情况

2.3.2 套篓造林提高土壤含水量的效果 经测定，套篓造林植株根部土壤含水率、土壤水分储量分别为4.18%，7.09 t·hm-2，极显著高于不套篓造林植株根部的2.71%，4.60 t·hm-2(p<0.01)，套篓造林可增加土壤储水量2.49 t·hm-2，提升54.1%。表明在干旱多风的榆林沙地，套篓造林可以减轻土壤水分蒸发量，改善植株生长的土壤水分环境。

2.3.3 套篓造林改善土壤养分状况效果 从表4看出，除土壤pH值、全效钾外，套篓造林的土壤有机质、全氮、水解氮、全磷、有效磷、速效钾储量都显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)高于不套篓林地的土壤，与不套篓造林相比，套篓造林可使林地土壤养分含量及其增加幅度分别为有机质366.96 kg·hm-2，83.9%，全磷19.63 kg·hm-2，100.1%，全氮19.62 kg·hm-2，50.0%，水解氮0.98 kg·hm-2，27.8%。据观察，套篓造林改善林地土壤养分储量的原因在于套篓能够减轻风蚀将枯枝落物吹出树穴，防护篓内聚集的枯枝落叶分解可向土壤提供养分。

表4 套篓与不套篓林地土壤养分储量比较 单位：kg·hm-2

2.3.4 套篓造林技术对林地草灌层结构的改善作用 表5显示，与不套篓造林相比，套篓造林林地草灌层盖度和植物种类数量都有所增加，与土壤结构紧密相关的草结皮盖度和厚度也增大；经调查，动物危害株率套篓林地在5.0%以下，不套篓林地大于20.0%；表明套篓造林既可以改善林地草灌层结构、增加植物多样性，改善与沙土养分及结构、土壤微生物活动等密切相关的草结皮状况，还能通过阻挡作用减轻动物对树体的危害。

表5 套篓与不套篓林地草灌层结构比较

2.3.5 套篓造林技术提高造林效果 经调查(表6)，套篓造林技术的保存率96.7%，比不套篓造林的保存率(66.7%)提高45.0%，套篓造林地的树高、地径、冠幅、树冠覆盖率、生产力都极显著高于不套篓造林，提高幅度依次为36.7%，42.4%，48.3%，223.9%，303.7%，说明与不套篓相比，套篓既可以显著提高造林保存率，还能显著提高林地幼树生长量。

表6 套篓与不套篓的林木生长量比较

2.3.6 套篓造林技术提高林地幼树物质积累的效果 根据表7计算可知，套篓造林地的总生物积累量比不套篓造林地提高168.0%，树干、枝条、叶片、根系的生物量积累分别比不套篓提高128.9%，205.4%，236.1%，102.2%。表明采用套篓造林技术可以大幅度提高种群总生物量及各个构件的生物量投资，为其生长奠定物质基础。

在生物量的分配中，套篓造林的地上生物量占90.79%、地下生物量占9.21%，不套篓造林的地上生物量占87.69%、地下生物量占12.31%。在地上生物量的再分配过程中，套篓造林的树干占36.84%、枝条和叶片占53.95%，不套篓造林的树干占43.21%、枝条和叶片占44.49%(表10)。表明套篓造林条件下，种群将更多的生物量分配于树冠的生长发育，从而减少了种群对根系的生物量分配；不采用套篓造林技术的情况下，种群将更多的生物量分配于根系的生长发育，从而减少了种群对树冠的生物量分配。

3 混交造林技术

樟子松是毛乌素沙地造林绿化和风景林的最主要乔木树种，其存活、生长严重受到干旱缺水和风蚀沙埋的胁迫。近期研究表明，风沙土有机质、全氮、速效磷、速效钾含量极少，难以满足樟子松持续生长的需要[14]。随着林龄增大，樟子松纯林出现林地土壤肥力衰退、生产力减小，甚至造成群落稳定性下降、病虫害入侵等不良后果[22-24]。为此，人们对樟子松林地施肥进行了有益的探讨[19-20]。然而，大面积施肥条件目前尚不具备。鉴于混交林土壤理化性状优于纯林的事实[36]和紫穗槐具有固氮、防虫等多种功效等优势[25-28]，但目前混交改善土壤养分状况的机制并不清楚[12]。

3.1 混交林营造的主要技术措施

在毛乌素沙地，与樟子松混交的常见树种有中国沙棘、柠条、紫穗槐等灌木，其中最为常用的是紫穗槐。樟子松、紫穗槐的混交方式分为2种，即行状混交和行带状混交。

行状混交，樟子松株行距为3 m×4 m(初植密度833株·hm-2)，紫穗槐株行距为1 m×4 m(初植密度2 500株·hm-2)；行带状混交，樟子松初植密度为500株·hm-2(株行距4 m×5 m)、333株·hm-2(株行距5 m×6 m)，紫穗槐2行为1带，带内株行距1 m×1 m，与樟子松初植密度500株·hm-2、333株·hm-2对应的带间距分别为3、4 m。

为提高防护作用和造林效果，应先搭设沙障再栽植紫穗槐、最后栽植樟子松；苗木植于距离带状沙障一定距离的背风处，网格沙障则栽于方格的边角处；栽植后浇灌定根水、覆膜。

3.2 混交造林效果调查方法

调查在毛乌素沙地南缘、榆林市榆阳区红石桥乡梁房村梁房北沙进行。在迎风坡中部、坡度小于5°～16°地段共设调查样地6块，其中樟子松纯林3块、樟子松与紫穗槐行状混交林样地3块，样地面积50 m×50 m，土壤为风沙土。2005年4月造林，2011年8月调查。樟子松造林苗木为6 a生容器苗，初植密度833株·hm-2(株行距3 m×4 m)；紫穗槐(Amorphafruticosa)为1 a实生苗，初植密度2 500株·hm-2(株行距1 m×4 m)。栽植后，每株浇定根水15 kg、覆膜0.8 m×0.8 m。

3.3 混交造林效果

3.3.1 混交造林提高土壤养分含量的效果 由表8可见，混交林的土壤有机质、全氮、全磷、全钾、水解氮、有效磷、速效钾含量都显著或极显著高于纯林。以0～50 cm土层估算，混交可使林地土壤养分增加量及幅度为有机质11.11 t·hm-2，267.8%，全氮275.52 kg·hm-2，51.7%，全磷286.82 kg·hm-2，16.4%,全钾195.59 t·hm-2，13.4%，水解氮40.34 kg·hm-2，54.4%，有效磷16.19 kg·hm-2，66.4%，速效钾183.50 kg·hm-2，66.4%。表明与樟子松纯林相比，樟子松与紫穗槐混交可大幅度提高土壤有机质及氮、磷、钾含量，可为生长在贫瘠沙土上的树木提供相对较多的养分。

表8 混交林与纯林的土壤养分含量比较 单位：t·hm-2

3.3.2 混交造林提高造林效果及幼树生长量 经调查，樟子松在混交林中保存率为93.3%，极显著高于在纯林中的75.0%；表9显示，混交林中樟子松的树高、地径、冠幅生长量及树冠覆盖率、地上生产力极显著高于纯林，提高幅度分别为36.8%，36.07%，40.28%，155.6%，781.25%(表9)。表明樟子松与紫穗槐混交既可显著提高保存率，又可大幅度提高生长量尤其是树冠覆盖率和林地生产力，加速郁闭成林进程，利于人工林早期效益的发挥。

表9 混交林与纯林生长量比较

3.3.3 混交林在优化群落结构的效果 从表10 看出，樟子松—紫穗槐混交林不论是灌木层还是草本层，其盖度和种类数量都高于樟子松纯林，同时土壤表层的草结皮盖度、厚度也都高于樟子松纯林。另据调查，混交林中樟子松虫害株率<3%，而纯林中樟子松的虫害株率为5%～10%。由此表明：樟子松与紫穗槐混交既可以改善林分群落结构和土壤性状，还可一定程度遏制虫害发生，为提高沙地樟子松群落的稳定性及其生态防护效能奠定基础。

表10 混交林与纯林草灌层结构比较

3.3.4 混交提高造林效果的生物量积累与分配 根据表11数据计算得知：在混交林中，樟子松树干、枝条、叶片、根系的生物量投资分别是纯林中樟子松的2.13，2.50，1.83，1.74倍，其总生物量投资是纯林的2.03倍。由此表明：与紫穗槐混交提高了樟子松各个构件的生物量积累，为其生长发育提高了物质和能量保障。

由表11还可看出：混交林的地上、地下生物量分配为90.79%，9.21%，纯林的地上、地下生物量分配为87.69%，12.31%。在樟子松生物量的再分配格局中，混交林与纯林存在明显差异。其中，混交林对枝条、叶片的生物量分配比例为53.95%，纯林对枝条、叶片的生物量分配比例为44.49%，混交林高于纯林；混交林对根系的生物量分配为9.21%，纯林对根系的生物量分配为12.31%，纯林高于混交林；混交林对树干的生物量分配为36.84%，纯林对树干的生物量分配为43.21%，纯林高于混交林。由此表明：在混交林中，樟子松种群将更多的生物量分配于枝条、叶片构件，从而促进树冠的生长发育、以获取更多的地上环境资源；在纯林中，樟子松将更多的生物量分配于根构件，从而促进根系的生长发育、以获取更多的地下环境资源。

表11 混交林与纯林中樟子松的生物量积累及分配

4 结论

(1)为减轻毛乌素沙地风蚀沙埋，沙障栽植可减轻风蚀、沙埋，降低曲干、风倒植株比例，提高土壤水分含量和植株生长量；套篓栽植具有遮阴、阻挡等多种作用，可明显降低植株风蚀、风倒、主干弯曲现象，增加林地草灌层植物的种类数和盖度、生物结皮厚度和盖度结构，促进幼树正常生长发育；提高和维持林地土壤水分、土壤肥力以及林地生产力、林地防护功效的长期维持，可使土壤含水量增加2.49 t·hm-2(54.1%)，土壤有机质、全磷、全氮、水解氮、有效磷、速效钾分别提高83.9%，100.1%，50.0%，27.8%，60.6%，20.0%，增加土壤储水量2.49 t·hm-2(增幅54.1%)。

(2)与樟子松纯林相比，樟子松—紫穗槐混交林0～50 cm土层，混交可使林地土壤养分幅度为有机质267.8%，51.7%、全磷16.4%、全钾13.4%、水解氮54.4%、有效磷66.4%、速效钾66.4%，对于土壤贫瘠的毛乌素沙地而言，土壤养分含量的大幅度提高有益于林地土壤肥力和林地生产力的长期维持，提高造林保存率和林木生长量。樟子松、紫穗槐混交林的种间关系比较协调，生态经济效益兼顾。以种间关系而言，樟子松属于深根性树种，可吸收利用土壤深层的水分和养分；紫穗槐根系分布较浅，可吸收利用土壤浅层的水分和养分。以生态防护作用而言，樟子松高大且四季常青，可周年防风固沙；紫穗槐低矮密闭，可有效固结表层土壤。而且，樟子松可通过种子散布进行天然更新、紫穗槐可通过平茬进行萌蘖更新，能够保持群落功能的长期发挥。因此，该造林模式值得推广。