保水剂在川滇生态屏障建设中的适用性研究

和润云

(迪庆州林业和草原局，云南 香格里拉 674400)

1 引言

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23167 km2，地势北高南低，地质构造复杂，3000 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191.73万hm2，其中森林面积179.99万hm2，森林覆盖77.63%。

迪庆州森林草原资源及生物多样性十分丰富，是云南省建设国家西南生态安全屏障及打造“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产生活习俗的影响，导致当地部分区域水土流失严重、土地荒漠化进程加快、旱涝灾害频繁发生，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，迪庆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，全州仍面临巨大的生态修复与助推经济高质量发展双重压力[7]。

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。但多年来针对高寒山地、石漠化土地和干热河谷区采用传统造林技术开展的植被恢复和森林生态系统重建活动，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困难的造林技术或物质。目前能满足这种需求的技术就是保水剂造林技术，其技术核心是保水剂的选择与应用模式。

2 保水剂特性与生态建设中适用范围

(1)保水剂是利用强吸水树脂制成的高分子聚合物[1～5]。保水剂具有以下特性: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倍甚至上千倍的去离子水、数十倍至近百倍的含盐水分，然后缓慢释放供给植物需要[2];②保水剂最大吸水力为13～14 kg/cm2，植物根系吸水力大多为17～18 kg/cm2，植物根系能直接吸收保水剂中的水分而不会出现根系水分倒流[3];③保水剂在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，促进土壤团粒结构的形成;④保水剂在各类土壤、各种植物以及不同气候条件下都能保持其稳定性和高效性[1];⑤保水剂可提高植物种子发芽率5%～15%，使种子出苗期提早2～3 d;⑥让农药、肥料与保水剂混用，可通过保水剂表面的离子吸附和交换作用，包裹或络合农药和肥料溶液使其固定，减少可溶性养分农药的淋溶，提高农药、肥料利用率。同时，保水剂自身含有各种微量元素也可以缓慢分解释放，供植物生长吸收利用;⑦保水剂无毒、无害、无副作用，使用过程中对环境没有任何污染;⑧在一定范围内，土壤吸水能力随着保水剂用量的增加而增加[4];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;保水剂在吸水后会依品种不同呈现凝胶、絮状凝胶和颗粒状凝胶形式;土壤压力、土壤电解质会影响保水剂吸水能力；电解质肥料则会降低保水剂的溶胀度。

(2)利用保水剂的特性，其应用方法主要有拌土、拌种或包衣和蘸根、凝胶法等[5]。①拌土法主要用于雨季植树造林中，一般在雨季前进行整地并施用保水剂，让保水剂在种植坑内与土壤均匀混合，使其在雨季能够充分吸收蓄贮雨水；②拌种或包衣法主要用于直播造林、飞播造林和灌草植被恢复；③蘸根法则适用于多数造林季节的裸根苗植苗造林和苗木运输；④凝胶法则多用于干旱少雨无灌溉条件的造林地，当土壤含水量不足10%时应首先将保水剂在容器中充分浸泡吸水，使其呈饱和凝胶状后与土壤均匀混合后造林；其它条件下，仍以采用凝胶法造林效果最佳[6]。

3 保水剂在迪庆植树造林与生态建设中的适用性分析

3.1 降水年季分布特点对保水剂使用的影响

迪庆州降水年季分布不均，年际变化在，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，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，该地区年际干旱气候频繁出现。2009～2011年连续出现的干旱天气中，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到70%以上[11]；2017～2018年间，由于高海拔雨季造林区雨季降水过于集中，造成种植坑积涝返碱苗木大量死亡；而在经济林木最适生的亚高山区，过多降水促使新种植苗木贪青生长，造成枝条木质化程度不高、封顶不及时，导致树苗大多未能正常越冬。因此，对迪庆而言，利用保水剂雨季吸水、早季缓慢释放水分的特性，减少水分年季差对苗木生长的影响，改善苗木生长期供水结构，是加速干早地区植被恢复的有效措施。

3.2 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[10]。当地生态治理的项目区大多位于山高路陡的偏远山区或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的现象十分普遍。同时多数造林地土壤瘠薄、土质干燥、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造林地土壤结构，增加土壤渗透力和保肥保水能力，进而减少水土流失，提高林业生态工程的生态效益，同时通过提升当地植被盖度和生态系统修复，增强水源涵养能力，提高水资源总量[1～6]。

3.3 筑牢生态屏障需要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7.64万亩，封山育林55.88万亩，低效林改造36.6万亩，退耕还林15.35万亩，陡坡地治理3.3万亩，平均造林合格率为84%，与全省相差19%。20世纪80年代中期，北京林业大学在北京地区低山阳坡进行了5年抗早造林试验，在气候、土壤极度干早条件下，利用保水剂将针叶树造林成活率从过去的30%提高到80%～90%[1]；2008年，宝鸡市林科所在干旱林地上造林试验也表明，用保水剂蘸根将刺槐、油松造林成活率提高了30.7%和22.8%，且比用清水蘸根的成活率高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%[5]。因此，国内外众多的实验结果都表明，在造林过程中正确选择使用保水剂，将有效地提高造林成活率和保在率。

(2)当前，云南省生态修复工程投资约为7500元/hm2，但由于采用传统造林技术使迪庆造林成活率和保存率整体偏低，造林成本大概要9900元/hm2，因此造成当地生态建设成本居高不下。相对于生态治理需求和荒漠化发生程度，传统造林技术已难以满足当地生态修复与生态屏障建设的需要。要开展比“十三五”更广泛的生态修复与困难立地造林，只有按照绿色高质量发展要求，依靠科技创新和技术进步来全面提高造林成活率、保存率，降低造林成本，减少对国家投入的依赖。

(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，其成本无疑将影响保水剂推广使用成效，当前保水剂在我国已日益受到重视，介人该领域的科研单位和厂家众多，工艺不断完善，买方市场已经形成[6]。常见的保水剂如聚丙烯酰胺保水剂市场价大概为20～22元/ kg，其特点是使用周期和寿命较长，在土壤中的蓄水保墒能力可维持4年左右,但其吸水能力会逐年降低；聚丙烯酸钠保水剂市场价约为15～16 元/kg，其特点是吸水倍率高，吸水速度快，但保水性能只能保持2年有效；聚丙烯酸钾或聚丙烯酸铵保水剂市场价格为18元/kg左右，特点与聚丙烯酸钠相似；淀粉接枝丙烯酸盐保水剂市场价14元/ kg左右，使用寿命一般只能维持1年，但吸水倍率和吸水速度等性状极佳[8]。分析香格里拉市和德钦县保水剂应用情况，相对于传统造林投资，保水剂造林大约增加了450元/hm2投资；而从当年成效调查结果看：施用保水剂的66.67 hm2核桃和100 hm2柏木，保存率普遍达到87%以上，比以往提高20%～30%；采用保水剂拌种法建设的1333 hm2人工模拟飞播造林(注:公益林项目)，出苗率提高30%，保存率提高25%左右；这些过去要经过2～3 次重复建设才能见效的宜林地，通过施用保水剂当年一次性完成绿化任务；以此概算，使用保水剂平均降低造林成本30%～40%。

3.4 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的山区，多民族文化和宗教文化在传承演变过程形成了独具特色的多元文化[13]。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。保水剂技术代表着林业集约经营新理念，对迪庆而言是一种崭新的科技观，要在文化多元化、相对封闭的民族区域传播，不同民族、不同使用群体都会形成自己的理解和接受媒介，在没有示范和成功先例情况下，大规模推广使用保水剂往往会适得其反。因此，只有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方式才会被山区群众所认识，当地林农和基层职工才会摈弃传统理念，接受以保水剂为代表的集约经营方式和科学发展观。

4 结论

保水剂在迪庆高寒山地、石漠化土地和干热河谷燥热区以及退化林地植被恢复建设中有着十分重要而迫切的推广应用价值，但目前仍缺乏不同干旱条件、不同造林树种、不同立地类型条件下保水剂的最佳种类、最佳浓度和使用量的试验数据支撑，这将是当地一项重要的课题研究方向。在确定保水剂推广和应用方法时，应针对当地独特的社会自然经济特点，全面了解保水剂类型特点和适用特性，充分结合项目区干旱状况、降水特点和土壤特性，因地制宜，坚持创新发展，才能让保水剂造林技术在当地生态屏障建设中取得最佳效果。