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3.35×103kg.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0-10m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190.0mm.a-1,8-45年生刺槐林地有效含水量在0-250mm的较低水平上随降水量变化而波动;1-9年生刺槐林地0-10m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10m,8-45年生刺槐林地2-10m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。

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。

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、1.75t/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、1.37～1.62t/hm2,相应的施肥水平分别为N240(N240kg/hm2,P120kg/hm2)～N300(N300kg/hm2,P150kg/hm2)、N180(N180kg/hm2,P90kg/hm2)～N240(N240kg/hm2,P120kg/hm2)、N120(N120kg/hm2,P60kg/hm2)～N180(N180kg/hm2,P90kg/hm2)、N60(N60kg/hm2,P30kg/hm2)～N120(N120kg/hm2,P60kg/hm2)。

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)40a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、12、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.

黄土高原3个不同降水量地点油松林地水分生产力与土壤干燥化效应模拟

应用WinEPIC模型模拟1957—2001年期间黄土高原半湿润区洛川、半干旱区延安和半干旱偏旱区榆林油松林地水分生产力演变规律和深层土壤干燥化效应。模拟结果表明:洛川、延安和榆林油松林地逐年生物量模拟值在9～17年生达到最大值(平均值分别为4.29,3.62和2.73t.hm-2),之后随降水量年际波动呈现出明显的波动性降低趋势;1～22年生期间油松林地平均年耗水量高于同期年降水量,导致林地0～10m土层土壤强烈干燥化,逐月土壤有效含水量波动性降低,洛川14～20年生、延安9～20年生和榆林6～19年生期间是油松林地土壤强烈干燥化阶段,年均土壤干燥化速度分别为176,111和69mm,此后油松林地土壤有效含水量在0～150mm范围内的较低水平上随降水量变化而波动;洛川、延安和榆林油松林地0～10m土层土壤湿度剖面分布变化剧烈,土壤湿度逐年降低,土壤干层逐年加厚,分别从15,10,6年生开始土壤干层厚度超过3m,在19年生时均已超过10m,20年生以后2～10m土层土壤湿度保持相对稳定的干燥化状态;洛川、延安和榆林油松林地水分生产力和土壤干燥化效应区域差异显著,林地土壤水分可持续利用年限约30年。

施肥水平对长武旱塬地冬小麦产量影响的模拟

为了在实时气象条件下确定旱塬区适宜的肥力水平和产量水平,在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了黄土高原长武旱塬地1957～2001年期间不同肥力水平下连作冬小麦田产量效应。模型验证结果表明CK、N、NP处理产量模拟值与观测值之间的相关系数分别为0.740、0.764和0.740,均达到显著水平,WinEPIC模型对不同肥力处理下冬小麦籽粒产量模拟较为准确。模拟结果表明,无肥、低肥、中肥和高肥处理下连作冬小麦的产量均呈现波动性降低趋势,其平均值分别为1.055、1.422、2.405和3.170t/hm2,不同肥力处理间差异显著,以中肥和高肥处理增产效果最好。为黄土高原南部沟壑区旱地小麦生产的可持续发展提供了科学依据。

陇东旱塬旱作苹果园水分生产力与土壤干燥化效应模拟

【目的】揭示苹果园地土壤干燥化发生规律及土壤干燥化对果园生产力的长远影响。【方法】在WinEPIC模型模拟精确度验证的基础上,应用该模型模拟研究了19601999年期间陇东旱塬旱作苹果园地水分生产力变化动态和土壤干燥化效应。【结果】（1）19601999年模拟研究期间,果树产量在10龄达到最高值26.83t/hm2后,呈显著波动下降趋势;2340龄,低产果园（年产量小于18 t/hm2）占71%,且随降水量的变化呈不稳定波动趋势,平均值为16.47 t/hm2。（2）123龄苹果园地年耗水量均高于同期降水量,010 m土层土壤有效含水量呈显著降低趋势,其中,110龄与1123龄010 m土层土壤干燥化速率分别为94.42和22.6 mm/a;2440龄苹果园地年均耗水量与同期降水量基本相当,土壤有效含水量为70240 mm,随生长期与降水量的变化稳定波动。（3）苹果园地02 m土层土壤湿度随降水量的变化波动明显;210 m土层土壤湿度逐年降低,干层逐年加深和加厚,12龄果园干层已达10 m,此后各树龄土壤湿度逐渐趋于凋萎湿度直到24龄达到稳定。（4）土壤干燥化强度由无干燥化（16龄）-轻度干燥化（7龄）-中度干燥化（89龄）-严重干燥化（1011龄）-强烈干燥化（12龄以后）而逐渐加强,以至24龄以后形成稳定的强烈干燥化状态。【结论】陇东旱塬西峰地区旱作苹果园地土壤水分合理利用年限为2324年。

黄土高原半干旱区春小麦和春玉米产量动态与土壤干燥化效应模拟研究

为了寻求与黄土高原半干旱区降水状况相适应、有利于土壤水分可持续利用的大田作物及其合理的施肥水平,为当地粮食生产的可持续发展提供科学依据。在数据库组建的基础上,应用WinEPIC模型定量模拟研究了黄土高原半干旱区固原1960-2000年不同肥力水平下连作春玉米和春小麦产量变化和深层土壤水分效应。结果表明:(1)连作条件下春玉米和春小麦产量均随降水量呈现波动性降低趋势,产量波动性春玉米明显大于春小麦;(2)与连作春小麦相比,春玉米田0-7m土层土壤有效含水量较低,土壤干燥化速度较快;(3)随肥力水平的提高和作物连作年限的延长,农田土壤干层逐年加深和加厚,无肥、低肥、中肥、高肥处理下春玉米田土壤干层分别在连作第9年、第6年、第8年和第6年后分布于2-3,2-3,2-4,2-4m土层,春小麦田土壤干层分别在连作第11年、第8年、第6年和第8年后分布于2-3,2-3,2-3,2-4m土层,此后仅0-2m土层土壤湿度随降水量发生年际变化;(4)从产量稳定性、土壤干燥化程度和农田土壤水分可持续利用角度统筹考虑,固原旱地适宜于种植春小麦,适宜的施肥量范围为N60～90kg/hm2和P2O530～45kg/hm2。

黄土旱塬不同施肥水平下小麦玉米轮作的产量与土壤水分效应模拟研究

在模拟精度验证基础上，应用WinEPIC模型模拟研究了黄土高原早塬地1957～1998年期间不同施肥水平下小麦玉米轮作方式“春玉米→春玉米→冬小麦→冬小麦→冬小麦→冬小麦”的产量变化和土壤水分效应。模拟结果表明：1）无肥、低肥、中肥和高肥处理下，小麦玉米轮作方式的模拟产量均呈现波动性降低趋势，其平均值分别为1．573、3．272、3．877和4．318t／hm^2，其适宜的施肥量范围为N90～120kg／hm^2、P30～60kg／hm^2；2）4种施肥处理下，小麦玉米轮作田逐月土壤有效含水量均呈现波动性降低趋势，平均每年分别减少8．5、10．3、12．3和12．0mm，无肥、低肥和中肥处理间土壤有效含水量差异十分显著；3）在模拟初期（1957～1962）出现了土壤湿度逐年降低、土壤干层逐年加厚的干燥化过程，在模拟中后期（1975～1980，1993～1998）均出现了稳定的土壤干层，无肥和低肥处理土壤干层分布于2—3m和2—4m土层，中肥和高肥处理均分布于2—5m土层，表现出随肥力和作物产量水平的提高，土壤干层厚度逐渐加深。

黄土高原晋中半干旱区不同肥力水平下连作春玉米产量与土壤干燥化效应模拟

在模拟精度验证基础上，应用WinEPIC模型模拟研究了黄土高原晋中半干旱区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）无肥、低肥、中肥和高肥处理下连作春玉米的产量均呈现波动性降低趋势，其平均值分别为1．484、1．768、2．129和2．337t／hm^2；（2）4种肥力处理下连作玉米田逐月土壤有效含水量均呈现波动性降低趋势，平均每年分别减少5．6、8．4、8．4和11．4mm，不同肥力处理玉米田剧烈土壤干燥化过程和处理间差异的出现均主要发生在模拟研究的前5a内，无肥与低肥和中肥、高肥处理间土壤有效含水量差异十分显著；（3）在模拟初期出现了0～7m剖面土壤湿度逐年降低、土壤干层逐年加厚的干燥化过程，在模拟中后期均出现了稳定的土壤干层，无肥处理土壤干层分布于1～2m，低肥和中肥处理土壤干层分布于1～3m土层，高肥处理均分布于1～4m土层，表现出随肥力和作物产量水平的提高，土壤干层厚度逐渐加深；（4）晋中半干旱区玉米田土壤水分承载力介于低肥和中肥处理之间（1．868-2．154t／hm^2），相应的肥力水平为N45～90kg/hm^2。和P15～55kg／hm^2。

宝鸡不同密度旱作苹果园产量和深层土壤水分动态响应模拟

为揭示半湿润黄土台塬沟壑区不同密度旱作苹果园产量长周期演变趋势与深层土壤水分变化动态, 应用WinEPIC模型定量模拟分析了1965-2009年期间宝鸡6种种植密度（D1： 2 m×3 m; D2： 2 m×4 m; D3： 2.5 m× 4 m; D4： 3 m×4 m; D5： 4 m×4 m; D6： 4 m×5 m）苹果园果品产量和0~15 m土层土壤水分变化动态, 并据此确定了当地旱作苹果园最佳种植密度和适宜种植年限。结果表明： （1）在1968-2009年42年苹果产果期间, 各密度苹果园果品产量呈现逐渐增高后又强烈波动性降低趋势, 前21年平均产量明显高于后21年。（2）随着种植密度增大, 苹果园果品产量逐渐增加, 当种植密度达到D3（2.5 m×4 m）~D4（3 m×4 m）, 即833~1 000 株·hm-2后, 增产幅度趋缓。（3）随着种植密度增加, 果园0~15 m土层土壤有效含水量逐渐降低, 深层土壤干层形成时间逐渐缩短。（4）从产量、干旱胁迫日数、土壤有效含水量和土壤剖面湿度分布演变趋势和变幅分析, 宝鸡旱作苹果园地最佳种植密度为D3（2.5 m×4 m）或D4（3 m×4 m）, 即833株·hm-2或1 000株·hm-2, 种植年限为30年左右为宜。

施肥水平对冬小麦田土壤水分影响的模拟

在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了黄土高原长武旱塬地1957～2001年期间不同肥力水平下连作冬小麦田的土壤干燥化效应。结果表明:4种肥力处理下连作冬小麦逐月土壤有效含水量均呈现波动性降低趋势,平均每年分别减少8.6、8.6、11.1和13.7mm,无肥和低肥与中肥和高肥处理间土壤有效含水量差异十分显著,但无肥和低肥处理间无明显差异;在模拟初期出现了土壤湿度逐年降低、土壤干层逐年加厚的干燥化过程,在连作第5～8年以后均出现了稳定的土壤干层,无肥和低肥处理土壤干层均分布于2～3m土层,中肥和高肥肥处理分别分布于2～4m和2～5m土层,随肥力和作物产量水平的提高,土壤干层厚度增厚;4种肥力处理麦田生产年度耗水量接近且呈现波动性缓慢降低趋势,但前1～4年中肥和高肥处理麦田共计较无肥处理麦田多耗水91和203mm,长武旱塬地麦田土壤水分承载力为1.422～2.405t/hm2,相应的肥力水平为N45～90kg/hm2和P15～30kg/hm2。

不同施肥水平下宝鸡旱塬连作冬小麦产量与深层土壤水分效应的模拟研究

【目的】探寻与黄土高原半湿润区降水状况相适应的、有利于土壤水分可持续利用的合理施肥水平,为当地小麦生产的可持续发展提供科学依据。【方法】在模拟精度验证的基础上,应用侵蚀和生产力影响计算模型（WinEPIC模型）模拟研究了黄土高原半湿润区宝鸡旱塬1961-2000年无肥（N0 kg/hm^2,P 0 kg/hm^2）、低肥（N90kg/hm^2,P 30 kg/hm^2）、中肥（N 120 kg/hm^2,P 60 kg/hm^2）、高肥（N 150 kg/hm^2,P 75 kg/hm^2）和超高（N 180kg/hm^2,P 90 kg/hm^2）肥力处理5种施肥水平下,连作冬小麦的产量变化和深层土壤的水分效应。【结果】无肥、低肥、中肥、高肥和超高肥处理下1961-2000年宝鸡旱塬冬小麦的产量均呈波动性降低的趋势,其平均值分别为1.588,2.306,3.327,3.981和4.764 t/hm^2;连作冬小麦逐月土壤有效含水量也均呈波动性降低趋势,5种施肥处理的年均土壤干燥化速率分别为11.4,11.6,14.9,14.9和18.2 mm/a。在5种施肥条件下,模拟期间均出现了土壤干燥化现象,在5-16年都形成了相对稳定的土壤干层,其中无肥和低肥处理的土壤干层分布于2-3 m土层,中肥和高肥处理分布于2-4 m土层,超高肥处理分布于2-5 m土层。【结论】随肥力和作物产量水平的提高,作物耗水量增大,土壤干层厚度逐渐加深。宝鸡旱塬连作冬小麦适宜的施肥量为N120-150 kg/hm^2,P 60-75 kg/hm^2。

渭北旱塬免耕/深松轮耕麦田产量和土壤水分对施肥的响应模拟

为探索不同肥力水平对渭北旱塬连作冬小麦田在长周期免耕/深松轮耕措施下土壤蓄水保墒和作物增产效应的影响,在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型长周期定量模拟研究了1980–2009年渭北旱塬免耕/深松轮耕连作麦田5个不同施肥水平下（T1, N 75 kg hm–2＋P2O560 kg hm–2； T2, N 120 kg hm–2＋P2O590 kg hm–2； T3, N 150 kg hm–2＋P2O5120 kg hm–2； T4, N 180 kg hm–2＋P2O5150 kg hm–2； T5, N 255 kg hm–2＋P2O590 kg hm–2）冬小麦产量和土壤水分效应。在30年模拟期间,各处理的冬小麦产量、年度耗水量和水分利用效率均呈波动下降趋势,下降幅度表现为T5〉T4〉T3〉T2〉T1。0~5 m土层土壤有效含水量呈季节性波动降低趋势,且随施肥水平的升高而降低,5个处理的麦田平均干燥化速率依次为每年13.5、17.1、17.4、20.1和23.9 mm。0~1.5 m土层土壤湿度随季节降水波动；各处理在不同深度形成稳定的土壤干层,其中T1在1.5~2.0 m, T2和T3在1.5~3.0 m, T4和T5在1.5~4.0 m。上述结果表明,随着肥力水平的增加,旱作冬小麦产量和耗水量也增加,土壤干层加厚。综合考虑认为,在渭北旱塬免耕/深松轮耕长期连作小麦田适宜的施肥量为纯氮150 kg hm–2＋P2O5120 kg hm–2。

黄土高原半干旱区不同密度山地苹果园水分生产力模拟

采用修订WinEPIC模型，模拟研究了陕西延安和甘肃静宁1965--2009年7种不同密度处理山地苹果园产量和深层土壤水分效应．结果表明：各密度处理4～45年生果园产量均呈现初期快速增加，达到最大值后又逐年波动性降低趋势；果园密度越高，初期产量增加越快，后期产量随降水量年际波动越剧烈．各密度处理果园遭受干旱胁迫规律基本一致，即生长前期无干旱胁迫，随种植年限延长干旱胁迫波动性加剧，生长后期干旱胁迫日数与年降水量波动趋势相反．生长初期，各密度处理果园0～15m土层逐年土壤有效含水量均呈现波动性强烈降低趋势，延安和静宁分别在17～22年生和13～20年生之后土壤有效含水量维持在0～600mm的较低水平．各密度处理果园0—15nl土层土壤湿度剖面分布特征相似：均经历了土壤湿度逐年降低和土壤干层逐年加厚的干燥化过程，土壤稳定干层深度可达12ITI．基于0～15m土壤有效水分含量和4～45年果园产量模拟结果确定，延安和静宁果园适宜种植密度分别为650～800和550～700株．hm-2．

渭北旱塬小麦产量和土壤水分对保护性耕作的响应模拟

在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型长周期定量模拟研究了1980—2009年渭北旱塬连作麦田夏闲期深松、免耕和翻耕等保护性耕作对冬小麦产量和土壤水分的影响.结果表明：在30年模拟研究期间,不同耕作方式下渭北旱塬冬小麦产量和年度耗水量呈波动性下降趋势,深松处理产量和水分利用效率最高,30年平均值分别为3.33 t·hm^-2和8.50kg·hm^-2·mm^-1,其次为翻耕,免耕效果最差;深松处理麦田年度耗水量稍高于免耕和翻耕,冬小麦田0-3 m土层土壤有效含水量呈现强烈的季节性波动降低趋势,免耕处理蓄水保墒效果最好,0-3 m土层土壤有效含水量平均为89.5 mm,深松次之,翻耕最差.麦田0-1 m土层土壤湿度随季节降水呈波动性变化,1-3 m土层土壤湿度较为稳定,不同耕作处理间差异不大.长期连作小麦田深松处理的产量和水分综合效应最好,为渭北旱塬麦田最适宜的保护性耕作模式.

密度对苹果园产量和土壤水分利用影响的模拟

以1965—2009年渭北旱塬洛川不同种植密度旱作苹果园地为研究对象,应用WinEPIC模型模拟,研究了密度对产量演变和深层土壤水分的动态变化规律。结果表明：各密度处理苹果园逐年产量呈现先增加后波动降低的趋势,种植密度越高,果园初期产量增长越快,后期由于土壤水分过耗量大,产量降幅变大。果园干旱胁迫日数波动趋势与降水量变化趋势相反,随着种植密度增大,干旱胁迫出现时间提早,干旱胁迫日数变大,0～15m逐年土壤有效含水量降低,土壤干层显现时间缩短,干层加深速度变快。综合考虑果园产量和土壤水分的可持续利用,建议渭北旱塬洛川旱作果园合理栽植密度为833～1 000株/hm^2,适宜利用年限为20～25年。

陕西不同区域苹果林土壤水分动态和水分生产力模拟

基于WinEPIC和偏最小二乘回归模型对1981—2016年陕西不同区域成龄苹果林的水分生产力影响因子和土壤水分动态进行比较.结果表明:研究期间,陕北丘陵沟壑区、渭北残塬区和关中平原区成龄苹果林年均产量分别为16.94、22.62和25.70 t·hm^(-2),年均蒸散量分别为511.2、614.9和889.88 mm,水分生产力分别为3.81、3.82和3.24 kg·m^(-3).在陕北区和渭北区,林地水分胁迫最严重,年均胁迫天数分别为54.89、28.38 d,关中区的N素胁迫较为剧烈,年均胁迫天数为25.87 d.陕北区和渭北区影响苹果林产量的最大因子是降水量,其标准化回归系数分别为0.274和0.235,但施N量对产量也有较大影响,回归系数分别达0.224和0.232;关中区的最大影响因子为施N量,回归系数为0.335,其次是供水量和施P量,回归系数分别为0.154和0.147.陕北区和渭北区影响苹果林水分生产力的最大因子是降水量,其标准化回归系数分别0.238和0.194;关中区最主要的影响因子为施N量和供水量,回归系数分别为0.182和0.178.在模拟期间,陕北区、渭北区和关中区苹果林地的过耗水总量分别为1152.17、1342.95和1372.42 mm,2～15 m土层土壤有效含水量下降速率分别为63.44、57.08、51.41 mm·a^(-1),深层土壤干层出现时间分别为8、13和17年后,干层稳定至11 m深的时间分别为18、21和26年,干燥化严重.不同区域苹果林的管理重心应参考水分生产力的主导因子确定.

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拟

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 m^(3)·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。