黄土高原半湿润区旱作苹果园地水分生产力模拟研究

论文摘要

黄土高原半湿润区是我国新兴的苹果生产基地,苹果种植面积和产量均居全国首位。苹果树是多年生、深根系、高耗水植物类型,由于其生长强烈耗水,导致旱作苹果园地土壤干燥化现象普遍发生,严重威胁到该地区果品产量提高和质量改善,不利于旱作苹果生产基地可持续发展,需要及时更新果园,通过雨季休闲或者种植其他耗水量小的粮食作物等措施来缓解苹果园地高强度耗水效应,促进苹果园地深层土壤湿度逐渐提高,以便干燥化苹果园地的高效再利用。本研究采用野外实地测定和EPIC模型模拟相结合的方法研究了黄土高原半湿润区旱作苹果园地产量效应和土壤干燥化特征。首先,对黄土高原半湿润区宝鸡和洛川不同生长年限苹果园地深层土壤水分进行了测定,分析了不同生长年限苹果园地深层土壤干燥化特征。其次,选取黄土高原半湿润区宝鸡和洛川为试验站点,组建逐日气象要素序列、典型土壤剖面理化性状、作物生长参数、田间耕作措施、肥料特性参数和种植模式等一系列数据库,借助美国研制的EPIC3060模型,模拟研究了（宝鸡和洛川）1～40年生苹果园地产量和土壤干燥化效应,对苹果园地逐年产量变化以及深层土壤湿度变化规律及土壤干层演变规律进行了动态模拟分析,依据长周期定量模拟试验结果,选择出了适应半湿润区的最佳苹果园地利用年限。本研究取得的主要进展如下:1.宝鸡和洛川不同生长年限苹果园地深层土壤水分实测结果表明:（1）在黄土高原半湿润区宝鸡地区,10～27年生苹果园地0～1000 cm土层土壤湿度状况良好,没有发生土壤干燥化现象,但随着苹果树生长年限的延长,土壤湿度逐渐降低,与冬麦田相比苹果园地土壤水分状况较差。（2）在黄土高原半湿润区洛川地区,随着苹果树生长年限的延长,11～43年生苹果园地0～1500 cm土层土壤湿度逐渐降低,均发生了不同程度的土壤干燥化现象,土壤干层厚度逐渐增大,最大耗水深度超过了1500 cm。随苹果树生长年限的延长,土壤干燥化速率逐渐减缓,由15年生时的52 mm·a-1降低到43年生时的6.8 mm·a-1。2.应用WinEPIC模型长周期定量模拟苹果园地水分生产力结果表明:（1）在1962～2001年期间,同属于黄土高原半湿润区的宝鸡地区和洛川地区的年降水量均呈波动性降低趋势,但整体上宝鸡地区稍高于洛川地区。两地区的年耗水量整体上均呈现降低趋势,并且在前20年（1962～1981年）间,年耗水量整体上均高于年降水量,后20年（1982～2001年）间年耗水量和年降水量基本持平,变化趋势一致或吻合。（2）苹果园挂果初期产量波动增加,在盛果期产量达到整个生育期的最大值,在衰果期果园产量呈降低趋势。在洛川地区,盛果期果园可持续到23年生,而降水较多的宝鸡地区可持续到30年生,并且各时期果园产量值均稍高于洛川地区。宝鸡和洛川两地区苹果园地分别在第12年和第10年出现干旱胁迫,宝鸡地区苹果园地平均干旱胁迫天数低于洛川地区苹果园地平均干旱胁迫天数。（3）在模拟研究期间,半湿润地区旱作苹果园地0～1000 cm土层逐月土壤有效含水量呈波动性降低趋势,在前期降低趋势较为明显,后期则在较低水平上发生小幅度波动。（4）在半湿润地区,苹果园地土壤水分蒸腾剧烈,在没有灌溉的条件下,自然降水不足以补给土壤水分亏缺。随苹果生长年限的延长,苹果园地的土壤干层逐渐形成并逐年加深加厚。苹果生长到20年时,土壤干层达到1000 cm以上,降水条件稍好的宝鸡地区苹果园地在30年生以后,200～1000 cm土层土壤湿度基本接近当地的土壤凋萎湿度,并且此后长期保持稳定的土壤干层,只有上层土壤湿度随降水量发生变化。（5）在半湿润地区,苹果园地土壤干燥化程度处于轻度干燥化和中度干燥化水平,洛川和宝鸡地区旱作苹果园地水分可持续利用年限分别为20年和30年。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究动态
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.4 WinEPIC 模型简介
• 1.4.1 模型的结构与功能
• 1.4.2 模型的研发历史
• 1.4.3 模型的应用
• 第二章 材料与方法
• 2.1 试验站概况
• 2.2 试验设计
• 2.3 研究内容
• 2.4 技术路线
• 2.5 试验方案
• 2.5.1 旱作苹果园地深层土壤湿度状况田间测定
• 2.5.2 模型验证与参数修订
• 2.5.3 WinEPIC 模型数据库组建
• 2.5.4 苹果园地水分生产力和土壤水分效应模拟与分析
• 第三章 黄土高原半湿润区旱作苹果园地深层土壤湿度测定
• 3.1 不同生长年限旱作苹果园地土壤干燥化程度
• 3.1.1 不同生长年限苹果园地土壤贮水量
• 3.1.2 旱作苹果园地土壤干层分布深度
• 3.1.3 旱作苹果园地和冬麦田土壤湿度的比较
• 3.2 小结
• 第四章 黄土高原半湿润区EPIC 模型数据库的组建
• 4.1 EPIC 模型气象数据库的组建
• 4.1.1 气象数据库的参数设定
• 4.1.2 气象数据库的组建
• 4.2 EPIC 模型土壤数据库的组建
• 4.2.1 土壤数据库的参数设定
• 4.2.2 土壤数据库的组建
• 4.3 EPIC 模型作物参数数据库的组建
• 4.4 EPIC 模型肥料参数数据库的组建
• 4.4.1 肥料数据库的参数设定
• 4.4.2 肥料数据库的组建
• 4.5 EPIC 模型农作措施数据库的组建
• 4.5.1 农作措施数据库的参数设定
• 4.5.2 农作措施数据库的组建
• 第五章 EPIC 模型在黄土高原地区的应用验证
• 5.1 旱作苹果园地水分生产力模拟精度验证
• 5.2 旱作苹果园地土壤湿度模拟精度验证
• 第六章 黄土高原半湿润区旱作苹果园地水分生产力与土壤干燥化效应模拟
• 6.1 模拟试验方案
• 6.2 半湿润区南部——宝鸡
• 6.2.1 宝鸡地区苹果园地年耗水量与产量变化动态
• 6.2.2 宝鸡地区苹果园地0～10 m 土层逐月土壤有效含水量变化动态
• 6.2.3 宝鸡地区苹果园地0～10 m 土层土壤湿度剖面分布变化动态
• 6.2.4 宝鸡地区苹果园地土壤干燥化强度
• 6.2.5 宝鸡地区苹果园地水分适度利用年限的确定
• 6.3 半湿润区北部——洛川
• 6.3.1 洛川地区苹果园地年耗水量和果实产量变化动态
• 6.3.2 洛川地区苹果园地0～10 m 土层逐月土壤有效含水量变化动态
• 6.3.3 洛川地区苹果园地0～10 m 土层土壤湿度剖面分布变化动态
• 6.3.4 洛川地区苹果园地土壤干燥化强度
• 6.3.5 洛川地区苹果园地水分适度利用年限的确定
• 6.4 小结
• 第七章 结论与讨论
• 7.1 主要结论
• 7.1.1 野外实地测定结论
• 7.1.2 WinEPIC 模型模拟结论
• 7.2 讨论
• 7.2.1 关于EPIC 模型
• 7.2.2 关于模拟结果
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介