黄土高原旱作苹果园地水分生产力研究

随着种植业结构调整和退耕还林工程实施，在黄土高原东南部半湿润区已建成了我国种植面积和总产量最大的优质苹果生产基地。但旱作苹果园地持续高强度耗水，导致深层土壤干燥化普遍发生，果园产量年际波动性加剧，削弱了旱地果园高产稳产能力，已成为制约黄土高原苹果产业可持续发展的重大生态隐患。通过苹果园地生产力调查和深层土壤湿度观测，并应用美国的WinEPIC模型定量模拟，在较长时段（30～45年）内分析黄土高原半湿润区和半湿润偏旱区苹果园地产量、水分和养分效应，探讨苹果园地水分生产力演变、土壤水分和养分利用规律，揭示苹果园地土壤干层形成规律与区域分布特征，分析不同密度、施肥、补灌等果园管理方式下土壤干燥化对果园生产力的长远影响，评价果园更新重建过程中土壤干层湿度恢复能力，确定不同降水类型区水肥高效利用和高产稳产型果园适度生产力水平与相应水分管理制度，为黄土高原苹果生产基地建设布局和稳定发展提供科学依据。

果园深层土壤干燥化严重制约了黄土高原旱作苹果生产基地持续稳定发展。在凤翔、白水、长武、洛川、延安、西峰、静宁等不同降水和地貌类型苹果生产基地县，测定了32块不同树龄苹果园地0～15m深层土壤含水量和0～3m土层土壤氮磷钾含量，定量评价了各降水类型区苹果园地0～15m土层土壤水分含量、土壤湿度剖面分布和土壤干燥化特征，对比分析了各土壤类型区果园深层土壤氮磷钾全量和速效量及其剖面分布特征。在当地逐日气象要素、土壤剖面理化性状、苹果生长参数、果园管理措施等模型数据库组建和模型精度验证基础上，运用WinEPIC模型定量模拟了典型苹果产区1965～2009年期间旱作苹果园地果品产量、年干旱胁迫日数、0～15m土层逐月土壤有效含水量变化动态及其土壤湿度剖面分布变化特征，比较和分析了不同种植密度和施肥量处理下旱作果园水分生产力演变规律及其区域分布差异，筛选出了适应当地降水和土壤状况的苹果园地适宜种植密度和施肥量。结果表明：（1）随着黄土高原半湿润、半湿润易旱和半干旱苹果产区降水量逐渐减少，旱作苹果园地0～15m土层土壤湿度和土壤有效含水量依次降低，果园深层土壤干燥化程度明显加剧，在240～920cm土层普遍形成了稳定土壤干层，其厚度达到790～1297cm，达到中度土壤干燥化强度。（2）不同苹果产区果园0～3m土层土壤氮磷钾全量和速效量差异明显，中部黑垆土区明显高于北部黄绵土区，土壤氮磷钾含量剖面分布具有明显“表层积聚效应”，但土壤硝态氮有深层累积现象，果园上层土壤氮磷含量呈现较缺或中等状态。（3）在长周期模拟研究期间，旱作苹果园地果品产量呈现逐渐增高后又强烈波动性降低趋势，中期后果园年干旱胁迫日数波动性激增，中前期果园0～15 m土层逐年土壤有效含水量呈现强烈波动性降低趋势，果园土壤干层逐年加深和加厚，在3～12m土层形成了稳定土壤干层。随种植密度和施肥量增大，旱作果园果品产量和干旱胁迫日数随之增加，土壤有效含水量随之降低，深层土壤干层形成逐渐提前。南部半湿润区、中部半湿润易旱区和北部半干旱区果园最佳密度分别为833～1000、1000～1143和550~800株/hm2，中南部和北部果区适宜施氮量分别为100～300和360~450 kg/hm2。培养博士研究生2名，硕士研究生11名，发表论文21篇，其中SCI论文3篇，EI论文1篇。