黄土高原不同密度刺槐（Robinia pseudoacia）林地水分生产力与土壤干燥化效应模拟

应用WinEPIC模型模拟研究了1957～2001年期间黄土高原半湿润区长武和半干旱区延安不同密度刺槐(Robinia pseudoacia)林地水分生产力演变规律和深层土壤干燥化效应.结果:(1)长武和延安高密度(6000株/hm2)、中高密度(4500株/hm2)、中低密度(3000株/hm2)和低密度(1500株/hm2)等4种处理刺槐林地逐年生物量模拟值均呈现快速增加、达到最大值后又逐年波动性降低的变化趋势,林地密度越高早期逐年生物量越高,后期逐年生物量差异缩小,两地均以低密度处理逐年生物量平均值和累积生物量模拟值最高;(2)4种密度处理45年生刺槐林地年均耗水量值基本相等,长武和延安分别为603mm和566mm,但生长前期年耗水量明显高于后期,并高于同期年降水量,林地密度越高前期耗水量越高,中期以后各密度处理耗水量基本接近且波动趋势基本一致,林地密度越高干旱胁迫程度越重;(3)模拟生长初期,4种密度处理刺槐林地0～10m土层逐月土壤有效含水量均呈现强烈的波动性降低趋势,长武各密度处理刺槐林地分别在7～23年生、延安分别在7～17年生之后逐月土壤有效含水量均在0～200mm较低水平上随降水量变化而波动;(4)4种密度处理林地0～10m土层土壤湿度剖面分布年度变化剧烈,土壤湿度逐年降低且土壤干层逐年加厚,密度越高土壤干层加厚速度越快,长武在26年生、延安在17年生时低密度处理刺槐林地土壤干层厚度均已超过10m,此后2～10m土层土壤湿度保持相对稳定的干燥化状态;(5)长武和延安刺槐林地适宜种植密度分别以1500～3000株/hm2和1500株/hm2为宜,刺槐林地土壤水分可持续利用最大年限分别为26a和18a.     

渭北旱塬苹果园地产量和深层土壤水分效应模拟

为了研究实时气象条件下渭北旱塬不同生长年限苹果园地产量变化趋势和深层土壤水分变化规律,在模型适用性与模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了1962—2001年期间洛川旱塬苹果园地产量演变动态和深层土壤水分效应。结果表明：(1) 在模拟研究期间,洛川旱塬4—40年生苹果园产量整体上呈波动性下降趋势,初期产量逐渐增加,11—23年生达到最大值(平均为28.8 t/hm2),之后随降水量年际波动呈现出明显的波动性降低趋势。(2) 40年间苹果园地遭受的干旱胁迫日数呈波动性上升趋势,与年降水量波动趋势相反。(3) 1—15年生期间苹果园地平均年耗水量高于同期年降水量,导致苹果园地0—10 m土层土壤强烈干燥化,逐月土壤有效含水量波动性降低,1—10年生、11—20年生和21—40年生期间发生土壤干燥化并且程度逐渐加剧,但干燥化速率逐渐减缓,土壤干燥化速率分别为95.4 mm/a、12 mm/a和1.5 mm/a。(4) 随生长年限的延长,苹果园地0—10 m土层土壤湿度逐渐降低、土壤干层分布深度逐渐加大,在14年生时超过了10 m,20年生以后2—10 m 土层形成稳定的土壤干层。因此,基于土壤水分利用的苹果生长与果园利用的合理年限为20 a,最长不宜超过23 a。     

黄土高原不同类型旱区苜蓿草地水分生产潜力与土壤干燥化效应模拟

在模型验证和数据库组建基础上,用WinEPIC模型定量模拟研究了黄土高原半湿润区长武、半干旱区固原和半干旱偏旱区海原20～30年内苜蓿草地水分生产潜力、10m土层土壤有效含水量和土壤湿度剖面分布特征的动态变化.结果表明:长武、固原和海原苜蓿草地水分生产潜力模拟值随降水量变化而呈现波动性降低趋势,其平均值分别为8.81、3.83和2.48t.hm-2;长武、固原和海原苜蓿草地10m土层逐月土壤有效含水量模拟值均呈现明显的波动性降低趋势,模拟初期,4～8年生苜蓿草地土壤干燥化趋势十分强烈,此后,随降水量变化长期在较低水平上波动;随着苜蓿生长年限的延长,苜蓿草地土壤干层逐年加深、加厚,长武、固原和海原土壤干层分布深度达到10m所需时间依次为6、6和4年,此后苜蓿草地降水渗深以下土层长期维持较为稳定的干燥化状态;苜蓿草地水分持续利用的合理年限为半湿润区8～10年,半干旱区6～8年,半干旱偏旱区4～6年.     

吉林省中部玉米出苗率和产量对播种-出苗期水分胁迫的反应及其气象评估

2010-2011年春季,在吉林省中部玉米主产区开展春玉米水分胁迫和分期播种双处理试验,分析玉米出苗率和产量对土壤水分胁迫的反应,建立基于气象条件的玉米出苗率和干旱减产评估模式.结果表明： 研究期间,研究区春玉米出苗率和单产与0～20 cm土壤湿度和土壤有效水含量的关系均呈显著的二次函数关系,耕层土壤水分越充足,玉米出苗率和产量越高,干旱明显降低玉米出苗率和产量.土壤湿度在22%～24%或土壤有效水量在50～65 mm,玉米出苗率和产量较高;土壤湿度<19%或土壤有效水量<35 mm,玉米出苗率和产量明显下降.土壤湿度每下降1%,出苗率下降约6%,产量降低约7%;耕层有效水量每减少10 mm,玉米出苗率降低约13%,减产约14%.本文所设指标和模式可用于玉米出苗率和干旱减产的评估与预测.     

黄土高原半干旱和半湿润地区刺槐林地生物量与土壤干燥化效应的模拟

 黄土高原人工刺槐(Robinia pseudoacacia)林地深层土壤干燥化现象普遍发生, 日益严峻地威胁着人工植被建设成效。分析和比较半干旱和半湿润地区刺槐林地生物量演变趋势、深层土壤干燥化发生规律和区域分布特征差异, 能够为黄土高原因地制宜地营造刺槐林提供科学依据。在WinEPIC模型气象、土壤和作物参数数据库组建与模拟精度验证的基础上, 应用WinEPIC模型模拟研究了1957–2001年黄土高原半湿润地区洛川和长武、半干旱地区延安和固原等地1–45年生刺槐林地生物量演变规律和深层土壤干燥化效应。结果表明: 洛川、长武、延安和固原的刺槐林地连年净生产力模拟值在5–8年生时达到最大值后, 随着降水量年际波动呈现出明显的波动性降低趋势, 其平均值分别为5.33 × 10³、4.56 × 10³、4.03 × 10³和3.35 ×10³ kg·hm^–2·a^–1; 1–7年生刺槐林地年耗水量高于同期年降水量, 导致林地0–10 m土层土壤强烈干燥化, 洛川、长武、延安和固原刺槐林地年均土壤干燥化速率分别为164.3、165.7、187.1和190.0 mm·a^–1, 8–45年生刺槐林地有效含水量在0–250 mm的较低水平上随降水量变化而波动; 1–9年生刺槐林地0–10 m土层土壤湿度剖面分布变化剧烈, 土壤湿度逐年降低且土壤干层逐年加厚, 7–9年生时土壤干层厚度已经超过10 m, 8–45年生刺槐林地2–10 m土层土壤湿度保持相对稳定的干燥化状态; 洛川和长武刺槐林地水分生产力较高且相对稳定, 刺槐林地生长期可以超过45年; 而延安和固原刺槐林地水分生产力较低且稳定性差, 刺槐林稳定生长期不超过40年。     

陕西洛川旱塬苹果园地深层土壤水分和养分特征

测定了陕西洛川旱塬11、15、20、25和43龄苹果园地0～1500 cm土层土壤湿度和0～300 cm土层土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾含量,分析了测定深度范围内土壤干燥化情况、各养分指标丰缺状况及其随种植年限和土层深度的变化特征.结果表明： 11、15、20、25和43龄苹果园地0～1500 cm土层土壤湿度依次为18.6%、13.7%、170％、11.5%和13.1%,随树龄增加果园土壤湿度总体呈降低趋势,有补灌果园土壤尚未发生干燥化,而旱作果园均发生了轻度或中度干燥化,0～300 cm土层土壤湿度高于麦田.0～300 cm土层土壤有机质、全氮和碱解氮含量分别小于10 g·kg^-1、0.75 g·kg^-1和50 mg·kg^-1,均处于亏缺状态;速效磷含量介于3.30～6.42 mg·kg^-1,总体表现为浅层适宜、深层亏缺状态,速效钾含量介于78.09～98.31 mg·kg^-1,尚未亏缺.果园0～100 cm土层有机质和氮、磷、钾含量均高于100～300 cm土层.随果树种植年限增加,土壤有机质、全氮、碱解氮含量及土壤养分指数（SNI）均表现为先增加后降低趋势;除全钾外,随土层深度增加,各养分含量在0～100 cm土层范围内快速降低,之后维持相对稳定.土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷和速效钾含量之间呈极显著正相关,而全钾与其他6个养分指标之间的相关性不显著.     

洛川苹果园土壤水分变化特征

全面掌握洛川果园的土壤水分环境特征,不仅可为苹果的园址选择、砧穗组合和改进土壤水分管理措施提供理论依据,而且对我国苹果产区果园提质增效具有借鉴价值.采用定点土壤水分连续监测法,对洛川苹果园的总体土壤水分环境以及不同生长年限、不同立地类型和乔、矮化果园的土壤水分分异特征进行分析.结果表明： 苹果树根际区 (0～200 cm)土壤水分普遍亏欠,且0～60 cm土层的水分亏欠小于60～200 cm土层;生长季0～60 cm土层贮水量与降水量的变化一致,土壤相对含水量大多<60%,季节性旱象严重;果园剖面土壤含水量变异系数随土壤深度加深而递减;随果园生长年限的增大,土壤剖面贮水量下降;在栽培密度一致的条件下,矮化果园5 m土层土壤含水量均高于乔化果园,而栽培密度大的矮化果园的土壤贮水量低于栽培密度小的乔化果园;塬地成龄果园的土壤水分含量最高,川地次之,台地相对较低.密度对果园土壤水分含量有很大影响,在栽培密度一致的条件下,采用矮化栽培能减少土壤水分消耗,显著提高果园土壤含水量;挖株降低栽培密度是维持苹果园土壤水分平衡、实现可持续发展的有效途径.     

基于液泡膜质子泵的硝态氮再利用研究进展

全面掌握洛川果园的土壤水分环境特征,不仅可为苹果的园址选择、砧穗组合和改进土壤水分管理措施提供理论依据,而且对我国苹果产区果园提质增效具有借鉴价值.采用定点土壤水分连续监测法,对洛川苹果园的总体土壤水分环境以及不同生长年限、不同立地类型和乔、矮化果园的土壤水分分异特征进行分析.结果表明： 苹果树根际区 (0～200 cm)土壤水分普遍亏欠,且0～60 cm土层的水分亏欠小于60～200 cm土层;生长季0～60 cm土层贮水量与降水量的变化一致,土壤相对含水量大多<60%,季节性旱象严重;果园剖面土壤含水量变异系数随土壤深度加深而递减;随果园生长年限的增大,土壤剖面贮水量下降;在栽培密度一致的条件下,矮化果园5 m土层土壤含水量均高于乔化果园,而栽培密度大的矮化果园的土壤贮水量低于栽培密度小的乔化果园;塬地成龄果园的土壤水分含量最高,川地次之,台地相对较低.密度对果园土壤水分含量有很大影响,在栽培密度一致的条件下,采用矮化栽培能减少土壤水分消耗,显著提高果园土壤含水量;挖株降低栽培密度是维持苹果园土壤水分平衡、实现可持续发展的有效途径.     

珙桐苗木叶片光合特性对土壤干旱胁迫的响应

通过控制土壤含水量,研究了土壤干旱胁迫对2年生珙桐(Davidia involucrata Baill.)幼苗叶面积、叶绿素含量、光合作用及叶绿素荧光参数的影响,以探讨珙桐光合作用对土壤干旱胁迫的响应机理.结果表明,干旱胁迫后,珙桐叶片失水脱落,各干旱胁迫处理叶面积比对照显著降低23%～98%,但单位面积的叶绿素含量却无显著变化;干旱处理的珙桐幼苗净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)显著低于对照(P<0.05);干旱胁迫对珙桐幼苗叶片的初始荧光产量(F0)及最大荧光产量(Fm)没有产生显著影响,却显著降低了PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学量子产量(Yield)、电子传递速率(ETR)及光化学淬灭系数(qP),使非光化学淬灭系数(qN)显著升高(P<0.05).研究发现,土壤水分亏缺对珙桐叶片的光合系统造成了不可逆的伤害,严重抑制了其正常的光合作用和生长发育;珙桐幼苗对土壤干旱胁迫极为敏感.     

黄土高原不同降水类型区旱作玉米田土壤干燥化效应与土壤水分承载力模拟研究

在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了黄土高原不同降水类型区1960～2000年期间不同肥力水平下连作春玉米的产量变化和土壤水分效应.模拟结果表明:(1)洛川、延安、寿阳、榆林连作春玉米产量地区间差异显著,其年平均值分别为4.40、3.75、 2.50、 1.75 t/hm2.施肥增产率和水分利用效率地区间差异均显著,均表现为洛川>延安>寿阳>榆林;同一地区水分利用效率随施肥量的增加而提高,不同地区施肥增产率最大值范围不同.(2)0～7m土层逐月土壤有效含水量地区间差异显著,洛川>延安>寿阳>榆林;同一地区内肥力水平越高,春玉米耗水量越大,逐月土壤有效含水量平均值越低.在春玉米生育期内0～7m土层年度土壤有效水分增减量地区间差异显著,洛川<延安<寿阳<榆林;不同肥力处理间的差异在模拟前期为显著,在模拟后期为不显著.(3)所有地区的春玉米在连作期间0～7m土层土壤湿度剖面分布,在经历了土壤湿度逐年降低、土壤干层逐年加厚的干燥化过程后,均出现了稳定的土壤干层.土壤干燥化速度地区间差异显著,洛川<延安<寿阳<榆林;不同肥力处理间随着施肥水平的提高土壤干燥化速度加快.(4)洛川、延安、寿阳、榆林连作春玉米的适宜产量水平分别为5.25～5.54、4.26～4.58、2.34～2.74、1.37～1.62 t/hm2,相应的施肥水平分别为N240(N 240 kg/hm2,P 120 kg/hm2)～N300(N 300 kg/hm2,P 150kg/hm2)、N180(N 180 kg/hm2,P 90kg/hm2)～N240(N 240 kg/hm2,P 120 kg/hm2)、N120(N 120 kg/hm2,P 60kg/hm2)～N180(N 180 kg/hm2,P 90kg/hm2)、N60(N 60 kg/hm2,P 30kg/hm2)～N120(N 120 kg/hm2,P 60kg/hm2).     

黄土高原不同降水量区苹果园土壤干燥化效应及生产水足迹模

为探明黄土高原地区旱作苹果园深层土壤干燥化效应和生产水足迹动态变化,选择半湿润区洛川和半干旱区米脂两个典型苹果种植区,采用WinEPIC模型定量模拟分析两个区域1980—2020年旱作苹果园0～15 m土壤水分动态变化和苹果生产水足迹演变规律。结果表明: 洛川和米脂成龄果园年产量大致呈“S”型趋势变化,年均值分别为24.64和18.42 t·hm^-2;年均蒸散量分别为623.82和458.97 mm,年均干旱胁迫日数分别为20.4和52.73 d,年均水分过耗量分别为167.94和121.15 mm。洛川1～25龄、米脂1～23龄果树土壤有效含水量下降趋势明显,土壤干燥化速率分别为64.6和68.03 mm·a^-1;洛川和米脂深层土壤干层形成的时间为第13年和第7年,并分别于第23年和第22年后达到稳定,降水量高的地区形成和达到稳定土壤干层的时间较晚,如果土壤水分长期处于亏缺状态,最终会形成不可逆转的土壤干层。洛川和米脂苹果生产水足迹均呈前期低后期高的特征,年均生产水足迹值分别为0.187和0.194 m³·kg^-1。苹果产量和生产水足迹受降水影响,在水资源短缺的黄土高原地区,为了苹果产业能够持续健康发展,建议苹果树最佳种植年限为23年左右,最多不应超过25年。     

黄土高原苹果园土壤水分及水分生产力模拟

以长武地区为例,采用WinEPIC模型模拟1980—2018年间黄土高原旱作苹果园地深剖面土壤水分和水分生产力变化动态,以期为该区苹果产业的可持续发展提供科学依据。结果表明: 长武地区苹果园年均产量为26.37 t·hm^-2,年均蒸散量为673.66 mm,年均水分生产力为4.07 kg·m^-3,成龄果树水分胁迫天数主要受降雨量影响,果树生长后期年均胁迫天数为46.46 d,深层土壤含水量最早于9龄果树开始接近凋萎湿度。长武地区苹果整个生长周期内供水量是对果园产量影响最大的因素,深层土壤有效水含量降低是制约果树生长中后期产量提高的最主要因素,在降水不足的年份果树会利用更深层土壤水分。当深层土壤可利用水分较少时,过多的降水并未被果树利用,而是转化为浅层土壤水分蒸发。对于成龄果树在年供水量低于500 mm或高于700 mm时都会造成产量的下降。针对不同生长时期的果园,在不同的降雨年份应该调整果园水分管理策略,可以通过补充灌溉、拦蓄集聚雨水、覆盖、修剪枝条等管理措施,降低果树非生产性耗水及自身奢侈性耗水,延缓深层土壤干层的出现时间,在保证果树生长的同时避免水资源的浪费。     

渭北旱塬苹果园土壤紧实化现状及成因

本研究通过分析渭北旱塬苹果园土壤的紧实化现状及其诱导因素,找出影响当地苹果园健康发展的土壤退化隐性因素,为果园科学管理提供理论依据。分别选取种植年限＜10年(4～6年)、10～20年(14～16年)和＞20年(24～26年)的苹果园各4个,分析0～60 cm土层土壤容重和紧实度随土层深度的变化规律,探明果园土壤内部紧实化发生的部位和退化程度,同时,通过分析土壤团聚体数量及其稳定性、土壤黏粒和有机质含量,揭示引起渭北果园土壤内部紧实化的原因。结果表明: 渭北果园0～60 cm土层土壤容重和紧实度均随植果年限和土层深度的增加而显著增大。以20 cm土层为界,渭北各园龄段苹果园土壤具有明显的“上松下实”变异特征,20 cm以上土层上述各指标基本满足苹果树的正常生长需求,20 cm以下土层土壤则已超出了苹果树健康生长的阈值。造成渭北苹果园亚表层以下土壤紧实化的原因主要是土壤团聚作用差、有机质含量低,加之植果期间人为扰动少,土壤中分散的黏粒会向下层移动。此外,随着植果年限的增加,土壤紧实化过程更加明显。     

施肥方式和园龄对洛川苹果园土壤钙素退化的影响

为明确黄土高原苹果产区施肥方式和园龄对土壤钙素含量和钙素贮量的影响,本研究以位于世界苹果优生区的陕西省洛川县苹果园为研究对象,分别研究不同施肥方式和不同园龄苹果园0～100 cm土层土壤碳酸钙、水溶性钙和交换性钙含量及其贮量的变化特征.结果表明: 洛川县苹果园土壤钙素递减式退化现象严重,长期大量单施化肥苹果园土壤钙素退化现象明显大于化肥与农家有机肥配施苹果园,单施化肥苹果园比化肥与农家有机肥配施苹果园0～100 cm土层土壤碳酸钙、水溶性钙和交换性钙平均含量分别减少38.8%、25.4%和5.6%,3种形态土壤钙素贮量依次减少36.4%、26.0%和4.3%;苹果园土壤钙素退化程度随园龄增加不断加剧,园龄>25年苹果园比园龄≤10年苹果园0～100 cm土层土壤碳酸钙、水溶性钙和交换性钙平均含量分别减少48.8%、69.4%和39.5%,3种形态土壤钙素贮量分别减少40.8%、64.1%和33.0%.长期大量单施化肥和长期种植苹果树均对土壤碳酸钙、水溶性钙、交换性钙有明显的耗竭作用,钙素递减式退化特征明显,化肥与农家有机肥配施能够有效减缓土壤钙素退化,对于园龄>25年的高龄苹果园应加强土壤钙素管理.施肥方式是苹果园土壤钙素递减的驱动因素,钙素递减呈现出明显的时(园龄)空(土层深度)效应.     

苹果园改种粮食作物渭北旱塬深层土壤水氮变化特征

黄土高原退耕还林(草)工程实施20年来,长期苹果种植导致了普遍的土壤干层和大量的硝态氮累积,严重制约了农业和区域经济可持续发展。因此,明确不同树龄苹果园改种粮食作物后对深层土壤干层恢复(土壤水分变化)、土壤硝态氮累积与运移的影响,对于黄土高原土壤质量改善和农业可持续发展具有重要意义。以渭北旱塬为研究区,选取10、15、20、30 a树龄的苹果园以及对应树龄苹果园改种为2、5 a和6 a粮食作物为研究对象,通过对比分析各样地0—10 m剖面的土壤含水量、土壤储水量和硝态氮含量的差异,基于空间换时间的方法定量评估苹果园改种为粮食作物后对于深层土壤水氮的影响。结果表明：(1)不同林龄苹果园改种粮食作物后土壤水分迅速恢复,在2年之内均可恢复到7.0 m左右深度。(2)改种后土壤储水量对于改种后土壤硝态氮累积量的直接影响最显著,不同林龄苹果园改种粮食作物后,土壤剖面中硝态氮随着土壤水分的恢复发生了不同程度的淋失。改种前苹果园种植年限对于改种后土壤硝态氮累积量起决定性作用,改种前林龄越长,改种后硝态氮累积量越大、淋失深度越浅。(3)土壤累积硝态氮的淋失滞后于土壤水分的向下运动。可见,不同林龄苹果园...     

间作经济作物对黄土丘陵区旱作红枣土壤水分的调控效应

研究行间种植经济作物饲料油菜和黄花菜对黄土丘陵区旱作红枣林地土壤水分的调控效应.结果表明： 饲料油菜和黄花菜处理0～180 cm土层土壤含水量较无作物对照分别提高6.2%和10.1%;枣树生育期内土壤水分变化主要集中在0～60 cm土层,饲料油菜和黄花菜处理均明显增加了0～60 cm土层土壤含水量,保证枣树生育期内正常生长;持续干旱条件下,各处理土壤水分消耗主要在0～60 cm土层,其中0～20 cm土层土壤含水量与次降雨后干旱天数存在显著指数负相关,雨后18 d干旱期饲料油菜和黄花菜处理0～60 cm土层土壤水分含量均高于对照.该间作系统显著改善了红枣林土壤水分环境,是黄土丘陵区克服季节性干旱的有效措施.     

甘肃陇东旱塬不同树龄苹果园矿质氮的分布和积累特征

对甘肃陇东地区不同树龄苹果园土壤矿质氮的分布和积累特征进行了研究.结果表明：土壤铵态氮含量随着苹果树龄的增大呈上升趋势,2～3年生、5年生、10年生、15年生、20年生、22年生果园0～120 cm土层铵态氮含量分别为3.3、5.8、6.5、9.1、12.1和15.3 mg·kg^-1;不同树龄果园0～60 cm土层铵态氮含量大于60～120 cm土层.不同树龄果园硝态氮含量在0～40 cm土层相对较低,随土层深度增加,其含量迅速增加;随着种植年限增加,不同苹果园硝态氮累积量也呈显著增加趋势,22年生果园0～120 cm土层硝态氮累积量达到2602.5 kg·hm^-2.旱塬苹果园表现为土壤铵态氮呈浅层积累、而硝态氮呈深层积累的特征.