黄土丘陵沟壑区山地苹果林地水文特征及水分生产力模拟研究

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中文摘要：本研究以黄土丘陵沟壑区山地苹果林地为对象，围绕土壤水分养分动态、水分生产力和蒸散过程，在实地调查及定点监测的基础上，分析了不同生长年限及不同地形条件下果园的土壤干化及水分生产力特征、不同树龄苹果林地土壤0～300 cm土层土壤养分丰缺状况、苹果林的蒸散规律以及借助美国研发的 WinEPIC 模型定量模拟分析了该地区旱作果园的水分生产力（1～15年），主要研究结论如下：（1）该地区不同生长年限苹果林地均有不同程度干化现象，盛果期及衰退期林地100 cm以下土层均处于强烈干化状态。幼龄期果树0～600cm土层土壤储水量显著高于盛果期及衰退期（P＜0.05），随着苹果林地生长年限的延长，深层土壤含水量逐渐减小，土壤干层有加深加厚趋势，但是苹果林地土壤干化速度呈减缓趋势。根据水分生产力和土壤水分动态来看，盛果期果树消耗深度大于补充深度，而幼龄期及衰退期果树降雨的补充深度大于消耗深度。不同树龄果园产量变化范围为5.6～37.5×103 kg hm-2，产量随树龄变化为先增加后减小趋势，盛果期水分生产力显著大于幼龄期果树（P＜0.05），综合分析该地区果园可利用年限为25～30a。（2）通过对不同立地条件下苹果林地土壤水分变化特征分析，结果表明：不同地形0～600 cm土层土壤储水量均值为梯田大于坡地，含量分别为882.1、645.2 mm。剖面水分动态为0～200 cm土层土壤含水量变异系数坡地大于梯田，均为中等变异。200～600 cm 土层土壤含水量变异差异不大，含量相对稳定。其中，坡地为消耗深度大于补充深度，梯田为补充深度大于消耗深度。不同立地条件土壤干化程度表现为梯田只有季节性临时性干层，未出现永久性干层。坡地0～200 cm土层有季节性干化现象，200～300 cm土层为干化土层，干层厚度达100 cm。（3）通过对地区不同树龄苹果林地土壤养分状况丰缺调查，得到0～300 cm土层土壤有机质、全氮和速效氮含量分别小于6 g kg-1、0.5 g kg-1、30 mg kg-1，均为极缺。全磷介于5.4～6.5 g kg-1，速效磷介于4.56～11.86 mg kg-1，含量均中等或较缺。速效钾介于71.98～119.68 mg kg-1，含量中等。幼龄期果树土壤水分与有机质、全氮、碱解氮相关性显著，而盛果期及衰退期果树土壤水分与各养分含量相关性不显著。建议不同树龄果园除应采取蓄水保墒措施外，尤其应注重有机肥和氮肥投入，适当增施磷肥，可少施或不施钾肥。相较于由干化引起的养分失衡，该地区土壤干化问题更应引起关注。（4）通过运用热扩散茎流计（TDP）、小型蒸发皿测定了组成苹果林地蒸散的果树蒸腾量、土壤蒸发量，运用水量平衡原理计算了冠层截留量，分析了各气象因子与蒸腾速率的关系，并评估了苹果林地的水量平衡状况，以期正确认识和评估苹果林地生态水文效应。结果表明：不同生育期的日均蒸腾速率大小依次为果实膨大期>果实着色期>新梢生长及幼果发育期>萌芽开花期。小时尺度下，不同生育期蒸腾速率到达峰值时间不同。不同天气条件下，晴天树干蒸腾量明显大于阴天，影响苹果林地蒸腾速率的主要气象因子为太阳辐射和空气温度。果实膨大期及果实着色期为果树耗水的主要时期。降水对蒸腾的影响表现出明显的滞后效应。根据水量平衡原理，三组分对蒸散的贡献率由大到小依次为植被蒸腾量、土壤蒸发量、冠层截留量，分别占蒸散量的 58.9%、26.8%、14.3%。试验期间，降水量大于蒸散量，果园水分收支略有盈余，不同月份土壤水分收支情况不同，应加强萌芽开花期、新梢生长及幼果发育期果园的水分管理。（5）通过对米脂地区果园产量和土壤含水量的模型模拟精度验证表明，经参数修订后的WinEPIC模型在该地区具有较好的适用性。在2001～2015年模拟研究期间，米脂地区幼龄期（≤10a）果园产量平均值为14.5 t hm-2，盛果期（10～15a）为26.7 t hm-2，产量平均值为20.1 t hm-2，果园年蒸散量随树龄增加呈先降低后上升之后波动平稳趋势，波动幅度大小与降水年型有密切关系。作物水分生产力随树龄增加而增加，盛果期苹果林地水分生产力水平显著大于幼龄期。土壤有效储水量随着树龄增加而减小，模拟发现不同树龄林地土壤干层出现在100～200 cm土层，且随着树龄增加，干层有加深的趋势。

作者：

李青华

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关键词：

黄土丘陵沟壑区山地苹果林水文特征水分生产力模型模拟

授予学位：

硕士

学科专业：

土壤学

导师：

王力

学位年度：

2018

学位授予单位：

西北农林科技大学

语种：

中文

中图分类号：