保水剂在迪庆州困难立地造林中的应用

和润云

(迪庆州林业和草原局，云南 香格里拉 674400)

迪庆藏族自治州位于青藏高原东南缘云南省西北部，是长江重要生态区和川滇生态屏障的重要组成。全州国土总面积23 167 km2，地势北高南低，3 000 m以上地域占总面积的53%；温带—寒温带季风气候类型，年均温4.7 ℃～16.5 ℃，降水量268～945 mm，林业用地面积191.73万hm2，其中森林面积179.99万hm2，森林覆盖率77.63%。

迪庆州森林草原资源及生物多样性丰富，是云南省建设国家西南生态安全屏障、打造“两王国一花园”世界生态品牌的重点区域，生态区位极端重要，国际关注度高。但由于对森林草原资源不合理利用和传统生活习俗影响，导致当地部分区域水土流失严重、土地荒漠化进程加快、旱涝灾害频发，生态安全屏障受到严重威胁。据云南省第三次石漠化监测调查，全州石漠化土地面积达17.8万hm2，潜在石漠化土地面积16.7万hm2，仍面临生态修复与助推经济高质量发展的巨大双重压力。

植树造林恢复植被是迪庆州解决土地荒漠化和林地退化的唯一出路，但多年来针对该区域所采用的传统造林技术和森林生态重建活动，多因项目区干旱持续时间长、太阳辐射强、地表蒸发量大、幼树生长期水分亏缺等原因屡试屡败。因此，急需探寻一种既能在生长期持续供水，又能逐步改善立地环境，还能增强树苗抵御干旱能力，进而解决高寒干旱地区植树造林障碍的造林技术或物质。目前能够满足这一需求的就是保水剂造林技术。

1 保水剂对高寒干旱困难立地造林的有益特性

保水剂是利用强吸水树脂制成的高分子聚合物，其特性国内外均有研究材料，其对于干旱条件造林的有益特性经归纳:(1)保水剂含有大量亲水基团，能重复利用渗透压和基团亲和力，迅速吸收比自身重数百上千倍的去离子水或者数十倍近百倍的含盐水分，然后缓慢释放供给植物需要。(2)保水剂最大吸水力为13～14 kg/cm2，而植物根系吸水力一般为17～18 kg/cm2，植物根系利用保水剂贮藏水分时不会出现水分倒流。(3)保水剂吸放水膨胀收缩过程中形成大量孔隙，能够提高土壤透气性、透水性，增强根际微生物活动，加快土壤有机矿物质分解，防止土壤板结和盐渍化，促进土壤团粒结构形成。(4)保水剂可在各类土壤、各种植物以及不同气候条件下保持稳定性和高效性。(5)保水剂可提高林木种子发芽率，缩短出苗期。(6)农药肥料可通过离子吸附和交换作用，包裹或络合固定，从而减少可溶性养分农药的淋溶，提高利用率；同时其自身含有多种微量元素可供利用。(7)保水剂无毒无害、无副作用，对环境友好。(8)在一定范围内，土壤吸水能力随着保水剂用量的增加而提升。(9)保水剂吸收水分后会减少环境温度变化，具有一定保温性能。(10)不同品种和颗粒大小的保水剂吸水性状有差异，颗粒越小吸水倍率越高。(11)土壤压力、电解质均会影响保水剂吸水持水能力；电解质肥料则会降低保水剂溶胀度。

2 保水剂在植树造林与生态建设中的适用性

2.1 降水年季分布特点对保水剂应用的影响

迪庆州降水年季分布不均，地形作用强烈，降水量由东南向西北阶梯式减少。当地不同坡面降水分布差异极大，同一坡面降水随海拔增高而增多；当地干湿季分明、雨热同季，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为400～600 mm，干热河谷区则不足400 mm。近年来，该地区干旱气候频繁出现，月均有效降水只有正常年份的20%～40%，春季造林苗木死亡率几乎达70%以上；而高海拔雨季集中降水则导致造林地积涝返碱，经济林木最适生的亚高山区，过多降水造成苗木贪青、木质化程度低、封顶不及时，导致不能正常越冬。利用保水剂吸水释水特性，减少水份年季差对苗木生长影响，改善苗木生长期供水结构，是加速当地干旱区植被恢复的最有效措施。

2.2 降水时空分布特点对保水剂应用的影响

迪庆州水资源具有空间分布不均的特点，当地生态治理项目大多位于偏远山区、石漠化严重的陡坡地，往往水资源极其匮乏，农林争水、林牧争水和人树争水现象十分普遍；多数造林地土壤瘠薄、土质板结、水土流失严重，常不具备灌溉条件，造林成败靠天惠泽。施用保水剂就相当于修建了一座微型土壤水库，不仅能最大限度贮蓄雨雪水，而且能利用保水剂缩胀变化改善土壤结构，增加土壤渗透力和保肥保水能力，减少水土流失，提高林业生态工程生态效益。

2.3 技术创新需求对保水剂应用的影响

1)迪庆州是公认的造林困难区，整个“十三五”期间，全州共完成人工造林0.51万hm2，封山育林3.73万hm2，低效林改造2.44万hm2，退耕还林1.02万hm2，陡坡地治理0.22万hm2，但平均造林合格率仅为84%，与全省相差19个百分点。20世纪80年代，北京林业大学在低山阳坡进行的5年抗旱造林试验中，利用保水剂将针叶树造林成活率从过去的30%提高到80%～90%；2008年，宝鸡市林科所在干旱林地上的造林试验也表明，用保水剂蘸根能将刺槐、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%；而使用最佳浓度保水剂时，核桃和刺槐造林成活率均提高了37%。因此正确选择使用保水剂将有效地提高造林成活率和保存率，是生态建设技术创新方向之一。

2)当地生态修复计划投资为7 500元/hm2，而传统造林模式使迪庆造林成活率、保存率整体偏低，造林成本达9 900元/hm2，使当地生态建设成本居高不下。而当地生态治理任务繁重、荒漠化发生程度高，要开展比“十三五”更广泛的生态修复与困难立地造林，只有针对干旱条件进行技术创新，提高造林成活率、保存率。

3)保水剂既是增加造林单位投资的环节又是降低造林成本的重要手段，其使用成本已成为影响保水剂推广使用的主要因素。分析迪庆州香格里拉市和德钦县公益林建设保水剂应用情况，相对于传统造林，应用保水剂造林大约会增加450元/hm2投资；但当地造林成效调查表明：施用保水剂的66.67 hm2核桃和100 hm2柏木造林项目，保存率普遍比以往提高20%～30%，而采用保水剂拌种法建设的1 333 hm2人工模拟飞播，出苗率提高30%，保存率提高25%；过去需要经过2～3次重复造林才能见效的困难立地，应用保水剂可一次性完成绿化。因此，应用保水剂能降低造林成本30%～40%。

2.4 多元文化和民族思维方式对推广应用保水剂的影响

迪庆州是一个多民族聚居山区，多民族文化和宗教文化在传承演变过程中形成了独具特色的多元文化。多元文化既有利于新思想、新文化、新技术接纳传播，但也增加了观念更新的复杂性和持久性。对迪庆而言，保水剂技术代表一种崭新的林业集约经营观，要在文化多元化、相对封闭的民族区域传播，不同民族和不同使用群体都会形成自己的理解接受方式，在没有成功先例示范情况下，大规模推广往往会适得其反。因此，要针对不同自然地理特点和民族思维方式，多层次建立保水剂造林示范样板，建立多元化宣传渠道，保水剂独特的增产增效模式才会被山区群众所认识。

3 保水剂在迪庆困难立地造林中的应用模式

3.1 造林困难立地类型

分析迪庆困难立地的类型及特点，干旱缺水是造林失败的决定因素。根据迪庆州多年造林设计典型调查资料和云南省立地分类系统，其造林困难立地类型按海拔和干旱成因划分为8种(表1)。

表1 迪庆州造林困难立地类型

3.2 保水剂的选择

1)保水剂虽具有广谱性，但合理选择类型和品种对困难立地造林成效意义重大。由于在迪庆高海拔地区造林缓苗期长、幼林郁闭慢、生长期短而干旱时间长，加之多数困难立地土壤盐碱度较强，长期大量使用钠离子型保水剂，会造成土壤pH值升高，破坏土壤结构。出于环保和造林成本考虑，应优先选用长效、价廉、耐盐碱保水剂类型。

2)当前市场常见保水剂主要有:(1)淀粉系列，包括淀粉接枝、羟甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉和淀粉黄原酸盐等。(2)纤维素系列，包括纤维素接枝、羟甲基化纤维素、羟丙基化纤维素和黄原酸化纤维素等。(3)合成聚合物系列，包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类和无机聚合物类等。(4)蛋白质系列，包括大豆蛋白、丝蛋白类和谷蛋白类等。(5)其他系列，包括果胶、藻酸、壳聚糖等。(6)混合系列，各种不同类别保水剂的混合物。其中，聚丙烯酰胺型保水剂使用周期长，稳定性和耐盐碱性好，缺点是成本较高，吸水能力逐年下降，仅能维持4年；淀粉接枝型保水剂吸水倍率和速率大，成本价格相对较低，但缺点是使用寿命短，易于降解，只能维持2年，其稳定性和耐盐碱性亦较差；林业工程建设中以淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物和丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物应用最为广泛；目前增加保水剂的耐盐性，主要是在电解质型聚合物中引入非离子型单体进行二元及三元共聚，但非离子单体价格较贵，应用成本较高。

3)选择保水剂类型时应以造林目标、立地条件和经济技术指标作为标准。以贮纳雨雪水为目标的项目应优先选用颗粒状、凝胶强度高的保水剂；苗木长距离运输移栽和种籽处理需要进行蘸根拌种以提高树木成活率，可选用粉状、凝胶强度不一定很高的保水剂。迪庆困难立地造林选用保水剂要以稳定性作为首要条件，综合分析高原特殊气候因素和项目区立地条件，筛选适合高海拔使用的品种和类型。保水剂吸水倍数不是保水剂质量的评判标准，吸收有效水的数量才对干旱条件造林有意义，但当地还缺少这方面研究数据支持，因此一般只需选择能吸收土壤水100倍以上的类型即可满足造林需求。

3.3 使用保水剂的林地条件分析

保水剂不是造水剂，其有效使用首先要有一定的水分条件。无法采用凝胶法造林的地区，应选择雨季来确保保水剂在土壤中能获得一定的雨水量和贮积时间。干旱持续时间超过8个月、生长期土壤蒸发量大于降水量、土层过浅、石砾含量过高而无灌溉条件的困难立地则不能直接使用保水剂，而应与其它补水措施配合使用。保水剂是调节雨雪水供给与苗木生长用水不同步矛盾的技术措施，高寒山区春季土壤墒情虽然较高，保水剂可利用冰雪消融水，但当地土温、气温变化对保水剂及苗木根系的影响目前尚无研究支持，个别经验表明其对提高造林成活率的效果不明显。

3.4 保水剂的使用方法

1)在迪庆州高寒干旱山地及石漠化治理植被恢复中使用保水剂以拌土法为主，可采用拌土、拌种、包衣和蘸根等方法。裸根苗造林和容器苗造林需在雨季前结合整地使用保水剂；直播造林和人工模拟飞播造林可采用拌种和包衣方式使用保水剂。

2)造林绿化选择同类型保水剂时，最适宜采用2～4 mm 粒径的大颗粒保水剂，既能满足土壤孔隙透气要求，其吸贮水分的80%～85%又可被林木高效利用；而选择使用粉状保水剂类型时则要与土壤混合均匀。

3)保水剂遇强紫外线照射会很快降解，严重影响使用寿命和效果，因此在迪庆高海拔地区使用保水剂，应尽量施入表层土壤3 cm以下。

4)由于迪庆大多数造林地偏僻遥远，苗木需长途运输和长时间假植，裸根苗只须在粉状保水剂溶液中浸上35 s，就可使根苗减少脱水而缩短缓苗期，提高15%～20%的成活率。

4 保水剂在迪庆州的应用研究方向

保水剂在迪庆生态建设中有着重要而迫切的推广应用价值，但目前仍缺乏不同干旱类型、不同造林树种、不同立地环境下，保水剂的最佳种类、最佳浓度和最佳使用量等方面的试验数据支持，而保水剂在迪庆困难立地造林应用上的技术创新也应着重解决技术应用模式和推广应用难题；研究当地土壤条件下保水剂吸持能力、土壤电解质对保水剂应用的影响、保水剂对土壤结构改良和对土壤抗侵蚀能力的影响等方面的理化研究也将是当地重要的科研课题。