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黄土高原半湿润偏旱区旱作苹果园地水分生产力与土壤干燥化效应模拟研究

作　者: 王亚莉
导　师: 李军
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 黄土高原半湿润偏旱区苹果园地 EPIC模型水分生产力土壤干燥化
分类号: S714
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

位于黄土高原中部的半湿润偏旱区是正在快速扩大的新兴苹果生产基地。但由于自然降水量较低和苹果生长耗水强烈,导致旱作果园土壤干燥化现象开始显现并逐渐加剧,严重威胁着苹果生产可持续发展。本研究对黄土高原半湿润偏旱区西峰和延安地区不同生长年限苹果园地的深层土壤水分进行了测定,比较与分析了旱作与灌溉苹果园地土壤干层形成规律,并与麦茬地土壤干燥化强度进行了对比,揭示了不同土地利用方式及不同管理下土壤干燥化发生规律。在组建黄土高原半湿润偏旱区西峰和延安地区逐日气象要素序列、典型土壤剖面理化性状、作物生长参数等数据库基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了1960～1999年期间西峰与延安地区水分产力变化动态和土壤干燥化效应,揭示了果园土壤干层形成规律与土壤干燥化效应对果园生产力的长远影响,确定适应不同地区的合理的果园种植年限,为黄土高原苹果园地土壤水分可持续利用和苹果生产基地健康稳产发展提供科学依据。取得的主要研究进展如下:1.西峰地区野外实测研究结果表明:(1)果园土壤干燥化强度明显高于麦茬地。麦茬地0～1300 cm土层土壤贮水量为2065 mm,高于12龄、18龄和26龄果园平均值(2014 mm);水分过耗量为119 mm,明显少于12龄、18龄和26龄果园水分过耗量平均值(249 mm)。麦茬地干层深度达440 cm,明显浅于12龄、18龄和26龄干层深度平均值880 cm。(2)26龄灌溉果园0～1300 cm土层平均土壤湿度为11.7%,高于18龄果园(11.12%);其干层达1040 cm,浅于18龄果园(1082 cm);土壤干燥化强度(轻度干燥化)轻于18龄果园(中度干燥化)。2.延安地区野外实测研究结果表明:(1)在相同种植密度下,旱作果园随着种植年限的延长,0～1000 cm土壤含水量逐渐降低,干层逐年加深加厚,12龄和20龄果园干层分别达800 cm和1000 cm,土壤干燥化强度由轻度干燥化(12龄)—中度干燥化(18龄)。(2)株行距为3 m×4 m的16龄果园土壤干燥化强度高于株行距为4 m×5 m的12龄与20龄果园。16龄0～840 cm土层土壤贮水量为1290 mm,低于12龄和20龄果园平均值(分别为1389 mm);水分过耗量为400 mm,明显多于12龄和20龄果园水分过耗量平均值(237 mm)。3.模型模拟结果表明:(1)在1960～1999年模拟研究期间,西峰与延安地区果树产量均在10龄达到最高值后,呈明显的波动下降趋势,两地果树分别在22龄和23龄后70%以上的果树产量已达低产果园产量值,产量且随着降水量的变化不稳定波动,平均值分别为16.53 t/hm2和16.31 t/hm~2。(2)西峰与延安地区1～10龄与11～23龄苹果园地年平均耗水量均高于其同期降水量,土壤干燥化速率分别为94 mm/a和22.6 mm/a,114 mm/a和23.9 mm/a,以致1～23龄苹果园地0～10 m土层土壤有效含水量呈显著降低趋势;24～40龄苹果园地年均耗水量其同期降水量基本相当,此期间两地土壤有效含水量分别在70～240 mm和281.7～319.2 mm范围内随着生长期与降水的变化稳定波动。(3)在1960～1999年模拟研究期间,西峰与延安苹果园地在0～200 cm土层内土壤湿度波动明显;而2～10 m土层平均土壤湿度逐年降低,干层逐年加深和加厚,12龄果园干层均已达10 m;此后,两个地区各树龄土壤湿度逐渐趋于凋萎湿度分别在24龄和21龄达到稳定。西峰地区土壤干燥化强度由无干燥化(1～6龄)—轻度干燥化(7龄)—中度干燥化(8～9龄)—严重干燥化(10～11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。延安地区土壤干燥化强度由无干燥化(1～6龄)—轻度干燥化(7～9龄)—中度干燥化(10～11龄)—严重干燥化(12龄后)而逐渐加强以至21龄以后形成稳定的强烈干燥化状态。(4)鉴于产量的稳定性及土壤干燥化强度的分析,西峰和延安地区地区旱作苹果园地土壤水分合理利用年限分别为22～24年和21～23年。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章文献综述  12-17
  1.1 研究目的和意义  12-13
  1.2 国内外研究进展  13-17
    1.2.1 黄土高原苹果园地水分生产力研究进展  13-14
    1.2.2 植物生长模型及其应用研究进展  14-17
第二章内容与方法  17-21
  2.1 研究内容  17
    2.1.1 西峰和延安地区苹果园地产量和土壤水分的调查与实测  17
    2.1.2 西峰和延安地区苹果园地水分生产力模拟研究  17
    2.1.3 西峰和延安地区苹果园地土壤水分模拟研究  17
  2.2 研究方法和技术路线  17-18
    2.2.1 研究方法  17
    2.2.2 技术路线  17-18
  2.3 实验方案  18-20
    2.3.1 研究区概况  18
    2.3.2 果园实地测定与土壤干燥化强度评价方法  18-19
    2.3.3 WinEPIC 模型模拟实验方案  19-20
  2.4 研究目标  20
  2.5 关键技术  20-21
第三章旱作苹果园地深层土壤湿度田间测定  21-27
  3.1 西峰旱塬区苹果园地深层土壤水分变化  21-23
    3.1.1 苹果园地0～1300 cm 土层土壤含水量变化特征  21-23
    3.1.2 苹果园地0～1 300 cm 土层土壤贮水量变化特征  23
  3.2 延安山地区苹果园地深层土壤水分变化  23-26
    3.2.1 苹果园地0～1000 cm 土层土壤含水量变化特征  23-25
    3.2.2 苹果园地0～840 cm 土层土壤贮水量变化特征  25-26
  3.3 小结  26-27
    3.3.1 西峰旱塬区野外实测研究结果表明  26
    3.3.2 延安山地区野外实测研究结果表明  26-27
第四章黄土高原地区EPIC 模型数据库组建  27-34
  4.1 EPIC 模型气象数据库的建立  27-30
    4.1.1 EPIC 模型数据库逐日气象要素变量及其输入  27-28
    4.1.2 EPIC 模型气象数据库逐月气象要素统计变量计算  28-30
  4.2 EPIC 模型剖面理化性状土壤数据库组建  30-31
  4.3 EPIC 模型作物数参数据库组建  31-33
  4.4 EPIC 模型肥料特性参数数据库与田间管理数据库组建  33-34
第五章 EPIC 模型在黄土高原地区的应用验证  34-39
  5.1 模型验证的意义  34
  5.2 模拟精确度评价方法  34
  5.3 EPIC 模型对黄土高原旱作苹果园地模拟精确度的验证  34-39
    5.3.1 西峰地区旱作苹果园地模拟精确度的验证  34-36
    5.3.2 延安地区旱作苹果园地模拟精确度的验证  36-39
第六章西峰旱塬区苹果园地水分生产力和土壤干燥化效应模拟  39-46
  6.1 苹果园地水分生产力变化动态模拟  39-41
  6.2 苹果园地0～10m 土层土壤有效含水量变化动态模拟  41-42
  6.3 苹果园地0～10 m 土层土壤湿度剖面分布动态模拟  42-45
  6.4 小结  45-46
第七章延安山地区苹果园地水分生产力与土壤干燥化效应模拟  46-53
  7.1 苹果园地水分生产力变化动态模拟  46-48
  7.2 苹果园地0～10m 土层土壤有效含水量变化动态模拟  48
  7.3 苹果园地0～10m 土层土壤湿度剖面分布动态模拟  48-51
  7.4 小结  51-53
第八章结论与讨论  53-56
  8.1 结论  53-54
  8.2 讨论  54-56
    8.2.1 关于EPIC 模型  54
    8.2.2 关于模拟结果  54-56
参考文献  56-61
致谢  61-62
作者简介  62

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