【摘 要】
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我国黄土高原的苹果种植面积达130万hm~2,占全球的25%,是世界上最大的苹果集中栽培地区,其中80%为旱作果园。与刺槐等生态林不同,苹果树在营养生长和生殖生长阶段表现出显著不同的耗水特征,显著地影响土壤水分运移与分布,加之降雨不足导致了严重的土壤干燥化问题。近20年黄土高原苹果栽植面积的迅猛增加不仅改变了苹果园土壤水文过程,也深刻影响着区域关键带水循环。同时黄土区干旱少雨且土质疏松多孔,汽态水
【基金项目】
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国家重点研发计划课题（编号:2016YFC0400204）,陕北黄土高原特色经济林节水增效技术研究与集成应用； 国家自然科学基金面上项目（编号:41771316）,黄土丘陵区苹果园深层水分补给消耗过程、驱动机制与调控；
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我国黄土高原的苹果种植面积达130万hm~2,占全球的25%,是世界上最大的苹果集中栽培地区,其中80%为旱作果园。与刺槐等生态林不同,苹果树在营养生长和生殖生长阶段表现出显著不同的耗水特征,显著地影响土壤水分运移与分布,加之降雨不足导致了严重的土壤干燥化问题。近20年黄土高原苹果栽植面积的迅猛增加不仅改变了苹果园土壤水文过程,也深刻影响着区域关键带水循环。同时黄土区干旱少雨且土质疏松多孔,汽态水可能在剖面水分运移中扮演重要角色,因此了解降雨转化过程和数量对于旱作苹果园来说具有重要意义。本文以黄土区山地苹果园为例,采用了水文模型模拟和同位素示踪等方法,研究苹果园深层土壤水热和蒸腾变化以及土壤水分和水汽通量运移规律、苹果园水文变量对极端降雨的响应和苹果园季节性降雨入渗再分配规律与苹果树春季水分利用策略,阐明苹果园水分在土壤-植物-大气系统的转化过程,为揭示黄土剖面及整个关键带水循环过程提供科学依据。主要取得如下研究:（1）STEMMUS模型在黄土区山地苹果园水文过程模拟中具有较好的准确性,探明了黄土区苹果园深层土壤水热、苹果树蒸腾变化规律及水汽通量运移机制。降雨对基质势梯度、温度梯度以及液态水通量和汽态水通量的运移都有显著的影响。苹果园200 cm以上土壤水分具有明显的时间变化特征,为土壤水分活跃层,而200cm以下的深层土壤水分变异性相对较低且稳定,为土壤水分稳定层。土壤温度主要呈季节性变化,苹果树蒸腾随着生育期的发展呈现出先增大再平稳后逐渐减小的变化。三个降雨梯度对液态水的影响深度分别为80 cm、100 cm和60 cm;对汽态水的影响深度分别为80 cm、160 cm和60 cm,67.6 mm d-1极端次降雨对液态水通量和汽态水通量影响最大,其对深层土壤的最大补给深度分别为100 cm和160 cm,表明汽态水通量是干旱半干旱地区深层土壤水输送的主要组分。汽态水通量比液态水通量整体上小2个数量级,其中液态水通量与汽态水通量运移分别主要由基质势梯度与温度梯度驱动。（2）预测了未来极端气候下苹果园土壤水分、蒸散发、深层渗漏特征,探讨了果园各水文变量对极端气候的响应。极端湿润年的降水能够有效补给3m的土壤水分,极端湿润年果园土壤含水量显著高于极端干旱年。不同降水年型之间苹果园深层渗漏量存在明显的差异,但其值都小于30 mm。极端湿润年100 cm和200 cm以下渗漏量分别是极端干旱年的5.7和6.5倍。此外,苹果园的总蒸散量均高于400 mm,与降水量的巨大差异（平均310 mm）相比,极端湿润年和干旱年的蒸散发量平均相差仅为35 mm,相比渗漏量,年降水量对苹果树蒸散的影响要低得多。但它显著影响了T/ET比值,极端干旱年的数值（平均0.58）明显高于极端湿润年（平均0.51）。（3）分析了苹果园降雨入渗过程和土壤水同位素的季节性变化规律,揭示了不同生长季苹果树水分利用策略。苹果园与撂荒地土壤水分随着土层深度和采样日期变化明显。各样地土壤水δD值在浅层（0-60 cm）随不同采样日期高度变化,中层（60-180 cm）的波动幅度相对较小,深层（180-300 cm）近似垂直变化。标记秋雨在苹果园和撂荒地的入渗补给深度分别为80cm和140 cm,撂荒地远大于标记苹果园。标记和对照苹果树木质部水稳定氢同位素值不同采样日期内存在显著差异（p＜0.05）。对照苹果树的主要水分来源在秋冬季到来年春夏季的过程中由浅层（0-60 cm）土壤水分转为中层（60-180 cm）和深层（180-300cm）土壤水分,标记苹果树土壤水分贡献比例季节性变化显著,与对照处理相比各季节水分利用策略存在显著性差异,表明标记苹果树更能反映出果树根系吸水的灵活性。秋雨标记试验也直接证明了苹果树在春夏季主要吸收利用的土壤水分是来自于前一年秋雨,“秋雨春用”可提高苹果树对春夏季干旱环境的抵抗能力。
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