汾河上游土石山区土壤水分对油松坡面造林成活率影响浅析

王瑞秀

（忻州市水利科学研究所，山西 忻州 034000）

油松是一种生长地域广泛的优良抗旱乔木树种，在汾河上游土石山区有自然的零星分布，也有成片的人工造林，在植被修复中具有十分重要的作用。然而汾河上游土石山区春季常为干旱坡面，春季造林一般选在土壤解冻未进入雨季的5 月份，因此土壤中的水分对油松造林成活率和幼苗生长具有较强的影响，特别是当上年干旱、冬季降水较少，次年土壤水分留存不多时，往往会出现成活率不高，甚至一部分幼树死亡的现象。

忻州市水利科学研究所（原忻州市水土保持科学研究所）先后于2003 年至2007 年以及2020 年在宁武县张家山、李家沟及定河南沟三条流域开展两项植被修复课题研究，其中多次采用油松进行营养袋苗、坡面造林和补充乔木种源，获取了一定资料，现结合这两项课题的研究和调查资料，并借鉴其他相关研究成果，就土壤水分对油松坡面造林成活的影响进行浅析。

1 试验地条件

试验地布置在汾河上游土石山地区，海拔为1 250～1 600 m，土壤为山地褐土、褐土性土和浅色草甸土，坡面土质多为沙壤，厚度一般为40～100 cm，多年平均土壤侵蚀模数在3 390～5 342 t/（km2·年）。

试验地属暖温带半干旱季风气候，夏季雨热同期，秋季气候凉爽，冬季寒冷干燥。据宁武县1961—1990 年地面气象资料显示，年平均气温6.5℃～6.9℃，最高气温36.7℃，最低气温-27.2℃，≥10℃积温2 200 ～2 430 ℃，年日照时数2 835～2 849.5 h，多年平均降水447.1～468.1 mm，多年汛期降水209.4 mm，46.8%的降水集中在7—9 月份。最干旱月份在土壤解冻后的5 月份。年蒸发量1 902.3～1 951.2 mm，无霜期123～135 d。

2 土壤水分供需平衡分析

2.1 苗木需水分析

水分是林木生长的重要条件，在干旱的土石山区更是决定造林成活与生长的限制因子，充足的水分供应是树苗生根和发芽的有效保证。在植苗造林时，苗木定植后，一方面土壤自身要蒸发水分，另一方面树苗成活后也要通过叶面蒸腾水分带动树液流动，维持水分和养分的运输也要消耗水分。在春季造林时，供应幼苗水分消耗的来源就是土壤，土壤中的水分状况直接决定了树苗是否会因为水分亏缺而枯萎和死亡。

在春季干旱的汾河上游土石山地区，一般种植后要给树坑中浇水，以保证树苗生根、发芽时段的水分需求。因而了解土壤的水分存量和消耗量，对于合理确定浇水量和浇水频次，提高树苗成活率至关重要。合理确定浇水量的指标，主要有田间持水量和凋萎系数。树坑浇水时，水顺着土壤毛细管下渗，达到最大持水量（即田间持水量），多余的水便向深层下渗；对于营养袋栽植来说，多余的水分从袋底漏入树坑中，因而适量浇水可使浇水量达到田间持水量，又不超出太多，形成经济浇水量。

树苗栽植后可利用的水分为田间持水量；土壤水分消耗的主要因素是土壤表面蒸发，通过毛细管从上到下蒸发土壤水分；而在缓苗期，树苗的生理活动较弱，消耗水分可以忽略不计。当土壤水分消耗达到凋萎系数，土粒吸附力大于根系吸附力，水分无法被树苗利用，出现凋萎。可见，必须赶在达到凋萎系数前再次浇水。土壤中田间持水量到凋萎系数之间的水分，就是树苗可利用水分。根据田间持水量和凋萎系数这两个特征值，可以推算合理的浇水量和二次补水的时间。

2.2 营养袋规格、体积和重量

营养袋规格为直径25 cm，深度35 cm，底面积0.05 m2。

营养袋土体体积=（营养袋直径/2）2×π×营养袋高度。计算得营养袋体积为0.017 m3。

营养袋土体干重=营养袋土体体积×土壤干容重，土壤干容重取1.3 t/m3。计算得营养袋袋土重量为0.022 t。

2.3 土壤水量消耗日数

通过查《忻州市水文手册》，宁武县汾河上游春季5 月土壤日均水分蒸发量为4.47 mm[1]。

2.3.1 田间持水量到凋萎系数含水幅度

参阅其它有关资料知，沙壤土田间持水量为16%～22%[2]，取中值为19%。

凋萎系数测定较复杂，一般用最大吸湿量换算。沙壤土的干土最大吸湿量为3%左右，取3%[3]；凋萎系数等于最大吸湿量的1.3～1.8 倍[4]，取中值1.55 倍。计算得平均凋萎系数为4.65%。

可消耗的含水量=田间持水量-凋萎系数。计算得平均可消耗含水量为14.35%。

2.3.2 可消耗水降雨量折算

可消耗水折算的降雨量=袋干土重×平均可消耗含水量/营养袋底面积×1 000。计算得可消耗水折算的降雨量为63.14 mm。

2.3.3 可消耗水量蒸发时间

浇水达田间出水量后，在平均凋萎系数以上，土壤可消耗水量蒸发时间=可消耗水折算的降雨量/土壤日蒸发雨量。计算得可消耗水量蒸发天数为14.1 d。

2.4 单穴浇水量

2.4.1 第一次单穴浇水量

在不考虑植株本身蒸腾作用耗水的前提下，只要浇水达到田间平均持水量，就基本可以保证一段时间土壤含水量在凋萎系数以上，从而保证树木成活。

第一次单穴浇水量按干土对待来估算（即使土壤有一定含水量，多余水也可下渗作为储备水量）则：

第一次单穴浇水量=营养袋土体干重×土壤中值田间持水量×1 000×安全系数。安全系数取1.2，用于底部渗漏余量和其它损耗。计算得第一次单穴浇水量为5.02 kg。

2.4.2 第二次浇水量

第二次浇水量达到田间持水量，才能保证最多的消耗天数，故将计算第一次浇水量公式，用平均可消耗含水量（14.35%）替换土壤中值田间持水量（19%）。计算得第二次浇水量为3.79 kg。

2.4.3 单穴总浇水量

单穴总浇水量=第一次浇水量+第二次浇水量。计算得单穴总浇水量为8.81 kg。

两次浇水可保证约28 d 土壤水分有效供应。

油松栽植后发根时间与土壤温度也有关，据本所观测，在5 月份造林，油松生发新根时间一般为8～20 d，届时，幼苗度过缓苗期而成活，也度过了最干旱月份。进入6 月降水增加，可补充土壤水分。

2.5 单穴浇水量和时间间隔确定

2.5.1 第一次浇水量及时间

为了操作方便，在实际浇水时，将上述计算结果取整数，故确定第一次浇水量为每穴5 kg，浇水时间在栽植后，浇水时要把水从营养袋顶部灌入，避免侧方水分损耗。

2.5.2 第二次浇水量及时间

第二次浇水量，取整数，确定为每穴4 kg，把水从营养袋顶部灌入；土壤接近凋萎系数时，植株生长就受到影响，故浇水时间应适当提前，即把第一次浇水消耗到凋萎系数的间隔14.1 d，提前3 d 左右，即在第一次浇水后第12 d 再浇第二次水，两次浇水间隔11 d。

两次设计浇水总量为9 kg，耗水总历时25 d，长于油松苗缓苗生根历时，从而保证植株成活。

3 栽植与生长情况

3.1 栽植方法

采用“栽大苗，浇足水”的技术栽植油松，即在苗圃中育苗，用直径25 cm 的营养袋移栽2 年生苗，等1～2 年在苗圃墩苗后再上山造林。具体方法为：在鱼鳞坑内，挖一个略大于营养袋的圆柱形坑，直径30 cm，深40 cm，把表层土回填10 cm，然后将营养袋底部剪掉，以利苗木向下扎根，侧方的袋壁可以保留，减少侧方渗漏水分；等苗木成活后，可以分段剪开侧方袋壁逐段抽出。栽植时，将底部朝下，把营养袋放入坑内，回填营养袋与坑的缝隙，最后踏实，然后按量浇第一次水。注意，栽植时，不能破坏袋内土体结构，保证原有根系与土体紧密接触，11 d 后再次浇水。

3.2 不同海拔造林成活率和当年生长表现

在三条流域不同海拔区，选择坡向为半阴、半阳坡，采用大营养袋，浇水两次，进行了栽植对比试验，并观测了当年秋季成活率和5 年生幼树生长量。机械抽样取100 株统计成活率，抽取5 株观测生长情况。结果见表1。

表1 不同海拔大营养袋油松成活和生长情况

从表1 可以看出，油松在土石山区造林，海拔较高的地方成活率偏高，生长较好。海拔1 250～1 600 m 之间，粗生长和高生长均较好，原因是海拔较高的地方，气候凉爽，蒸发量偏小，适宜油松生长发育。可见，采用大营养袋合理浇水，可以栽植较大龄苗，生长表现良好。

4 讨论

（1）随着生态建设事业的不断发展，为了早日形成景观效果，一些地方有采用大龄苗造林的新趋势。但是造林设计和浇水时往往存在粗放，不能合理地适量、适时多次浇灌等问题，且很少进行量化灌溉。因土壤存在最大持水量，过多浇水也不能提高土壤有效含水量，反而会浪费宝贵水资源。文章以一种常见树种油松和一类土壤灰化沙壤土为例，展示了合理估算浇水量的方法。

（2）“栽大苗，灌足水”的造林方法是在总结群众实践经验的基础上提出的，采用大营养袋造林是其配套措施，其苗龄、袋径等规格突破了现有的造林技术规范，也存在营养袋大，运输成本增加等问题；但只要保证成活率、控制浇水量等成本，早成林、早出效益，既可以冲销部分生产成本，也可跳出“年年造林不见林”的死循环。