晋西黄土果农复合系统苹果树耗水特征及影响因素研究

【摘要】： 水分是制约晋西黄土区苹果生产的主要因子,应用时间序列的分形理论及大气-植物-土壤-水连续体理论,采用盆栽测定与野外大田观测相结合的方法,通过对晋西黄土区降水资源的分析预测及其对苹果产量的影响分析,在研究苹果不同土壤水分条件下的耗水特性及水分利用效率的基础上,进一步探讨了果农复合系统中苹果根系的生长分布格局、根系与土壤中水分、养分的相互影响及根系与地上部分的相关关系,研究结果表明: 晋西黄土区极端干旱天气有增加的趋势,出现洪涝年份的次数减少;年内降水变率达59.2%,冬春干旱;年际降水变率呈现增大趋势,降水量的不稳定性有上升趋势;苹果产量主要受水分综合因子及多种气象因素的综合影响,3月、5月、8月的降水量与苹果产量形成密切相关,影响苹果最终产量;2002～2006年3月、5月、8月的H值(霍斯特指数)分别为0.42、0.64、0.41,预测2007年试验区3月降水量呈上升趋势,5月降水量将呈下降趋势,8月份降水量将呈下降趋势,实际情况均与预测相符合,可预测的时间尺度为4～5年。 不同土壤水分条件下苹果蒸腾量随着土壤含水量的增加而增大,经MATLAB6.5聚类分析,将苹果的土壤水分条件分为三类即6%-10%(低水)、12%-16%(中水)、18%-20%(高水);土壤水分与苹果蒸散量、蒸腾量的相关系数分别为0.74、0.65,呈显著相关关系;苹果蒸散耗水Et、蒸腾耗水Tr对温度T、相对湿度RH、风速V、日照L四个气象因子的回归方程为Et=-26.091+15.754T-2.09RH+25.506V+14.805L及方程Tr=45.772+8.426T-1.567RH-17.134V+14.082L,气象因子中温度对蒸腾速率的影响最大。 干旱年苹果耗水高峰期出现在6月下旬和7月上旬,7月上旬是该区苹果最大需水期;5月上旬～6月下旬是苹果需水临界期,4～5月属于苹果水分敏感期;平水年苹果周年耗水过程呈双峰型,耗水第一高峰期出现在5月下旬,第二高峰期出现在9月上旬～10月中旬,5月下旬～6月中旬是该区苹果最大需水期,也是苹果需水临界期;3月下旬～5月中旬属于苹果水分敏感期。 土壤水分为16.04%是苹果叶片光合作用有效性最高的土壤水分值,苹果光合作用的水合补偿点为4.31%(取4%);光合有效辐射1030μmol/m2?s是苹果叶片光饱和点,光补偿点为50.70μmol/m2?s;水分利用效率最高时的土壤含水量为15.19%;光合速率与水分利用效率均受苹果内部因素及外界环境气象因子的影响;晋西黄土区苹果适宜的土壤水分条件为11%～15%,在当地可采用较少的投入、适当灌溉使土壤水分条件维持中低水状态,获得中高产量。 缓坡和陡坡的果农复合系统中,根系分布比苹果纯林有下移趋势;成龄苹果的根系分布比幼龄苹果根系逐渐向深发展,吸收根的分布逐渐下移,充分利用深层土壤的水分、养分,根系的径级也逐渐加大,且粗根所占的比例逐渐增加;晋西地区果农复合系统经营时,幼龄苹果保护带在缓坡设置于坎上0.5m,在陡坡设置于坎下0.5m,成龄苹果无论在缓坡还是陡坡均设置0.5-1.0m的保护带。 苹果在缓坡根系主要从坎上农田土层吸收水分,产生竞争,根系的总根长、根系表面积、吸收根根长与土壤水分相关关系显著;苹果在陡坡根系主要从坎下表层土壤中吸收水分,但幼龄苹果的土壤含水量比成龄苹果的要低,陡坡幼龄苹果土壤水分在一定范围内(5%-10%),与根系生长成显著负相关关系,而成龄苹果根系的各个指标与土壤水分成显著正相关关系。 苹果土壤pH值呈弱碱性,养分指标中速效磷、速效钾处于较缺状态,而有机质和全氮含量比较丰富,土壤养分含量对于根系生长能够产生较大影响;不同土层及距林带不同距离处苹果根系的相对根长密度差RFRLD均不为零,根系在不同土层中存在增生现象,有向养分含量高的地方发展的趋势,在养分含量高的土层中根系分布所占的比例高。 苹果根系与地上部分关系可建立分形模型W=CLD,D为分形维数,苹果地下根系生物量是以胸径、树高、冠幅的幂函数形式累积的,即胸径每增加一个单位,其根重、根长则分别以3.1、2.0476的规律呈幂函数形式增长;树高每增加一个单位,其根重、根长则分别以3.7738、2.7888的规律呈幂函数形式增长;冠幅每增加一个单位,其根重、根长则分别以1.0324、0.6856的规律呈幂函数形式增长,根据任一树高、胸径或冠幅值,借助于分形维数D值,可以求算出该株树的树高或胸径或冠幅所对应的地下部分生物量值。