黄土区深剖面苹果树根系与土壤水分特征及其相互作用.pdf
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1、第 卷第 期 年 月干 旱 地 区 农 业 研 究 .文章编号:():./.黄土区深剖面苹果树根系与土壤水分特征及其相互作用李 婷李冰冰李 志(.乌兰察布广播电视大学内蒙古 乌兰察布.西北农林科技大学资源环境学院陕西 杨凌)摘 要:为实现黄土区深层土壤水的合理开发利用需探明土地利用变化下深剖面根系和土壤水分特征及其相互作用 以农地()为对照分析、共 个种植年限(分别以、表示)下苹果树地 深剖面根系和土壤水分特征 结果表明:农地、苹果树 深剖面细根根长密度()累积分数()为.和.的分布深度(和)分别为 和 、和 、和 根系分布消光系数()均值分别为.、.和.农地转为苹果树地后 深剖面土壤含水量(
2、)和土壤储水量()均随种植年限增加而逐渐降低而土壤水分亏缺程度()和果树耗水深度则逐渐增加 和/在 土层呈负相关关系(.)和 呈正相关关系(.)和 分别适用于表征浅根植被和深根植被下土壤水分状况 农地 土层的 可以解释 的 和 变异而 苹果树地 土层的 仅可解释 的 变异 研究结果可为水资源有限且非饱和带深厚的干旱半干旱地区的苹果树灌溉策略制定和根系吸水模拟的参数化过程提供参考关键词:根系分布土壤水分土地利用变化深剖面黄土区中图分类号:文献标志码:(.):.()().()().().().()()()./(.)(.).收稿日期:修回日期:基金项目:国家自然科学基金()中央高校基本科研业务费专项
3、资金()作者简介:李婷()女内蒙古乌兰察布人讲师主要从事高校生态文明教育研究:.通信作者:李冰冰()女陕西安康人博士研究生主要从事水文水资源研究:.:在水资源有限的干旱和半干旱地区深根植被的蒸腾作用较强会过量消耗土壤水分不利于农业生产和地下水补给 因此水资源短缺一直是制约旱区植被恢复、生态文明建设和社会经济发展的主要限制因素 近年来随着“退耕还林还草”工程的实施黄土高原大面积农田等浅根植被转化为深根的生态林或经济林深层土壤水被过量消耗区域降水难以满足高龄林地的蒸散需求尽管根系吸收利用深层土壤水有助于缓解水分胁迫对植被的伤害但随着林龄增大过量消耗深层土壤水也会削弱土壤水库的生态能力并逐渐引发土壤
4、干燥化、地下水补给速率降低和“小老头树”增加等一系列新的生态水文问题因此如何合理利用深层“土壤水库”实现植被和水资源的可持续发展已成为生态环境退化地区重建需要解决的重大问题根系是植被获取水分和养分的重要器官特别是细根周转可直接影响土壤水文和生物地球化学循环过程 然而植被根系存在于地下其相关参数难以准确获取因此长期以来对于根系的研究远远少于冠层部分 深根系统在全球森林生态系统中普遍存在林地平均根系深度为.最大根系深度超过 黄土高原人工油松的最大根系深度超过.渭北旱作苹果园根系深度也大于 根系特征(如最大根系深度、根系消光系数)和细根生物量等均受土壤水分有效性的显著影响同时根系分布也可进一步影响土
5、壤水分状况 水分胁迫条件下深根植被的根系不断向深层延伸以缓解水分压力随着浅层土壤水的不断消耗 根系深度也会继续增加 因此阐明苹果树根系和土壤水分特征及其相互作用对明确根系吸水机制、实现精准供水及节水灌溉均有重要意义基于此本文以农地()为对照利用空间换时间和配对取样法分析不同种植年限的苹果树 深剖面根系分布和土壤水分特征并进一步分析根系分布与土壤水分的相互作用以期为旱区水资源管理和生态恢复提供理论支撑 材料与方法.研究区概况渭北旱塬位于黄土高原南部为典型雨养农业区土壤和地下水均主要来自大气降水 研究区位于中国科学院长武黄土高原农业生态试验站地处陕甘交界处的王东沟小流域()属暖温带半湿润大陆性季风
6、气候塬面地势平坦海拔约为 年均气温.无霜期 降雨年际差异大多年平均降雨量 (年)其中 的降雨量集中在 月 土壤类型主要为黑垆土母质为马兰黄土非饱和层深厚地下水埋深约 田间持水量、萎蔫湿度、土壤容重分别为.、.、.样品采集与测定选择长武塬 个代表性样地为研究对象即 个农地(种植作物为玉米和小麦取样时有作物覆盖)和 个不同种植年限(、)的苹果树地(分别以、表示)基于空间换时间的方法设置配对试验农地和苹果树地的距离接近()具有相似的坡向、坡度等地形条件 另外该区土壤质地均一气候条件相似地形平坦无人工灌溉 苹果树地均由农地转化而来不同样地的差异可反映苹果树种植年限对土壤水分和根系分布特征的影响 人工打
7、钻采集土壤和根系样品采样深度均为 土壤水分采用烘干法测定 根据根长及土壤体积计算根长密度(根长密度根长/土壤体积)通过 获取本文所需根系数据均来自于已发表文献.数据处理.根系分布特征采用细根根长密度累积分数()为.和.的分布深度(和)和根系分布消光系数(用渐进方程模拟细根剖面分布时引入)这 个指标来分析苹果树种植年限对根系分布特征的影响其计算公式如下:()()式中 为细根根长密度累积分数 为细根根长密度()为土层深度()为根系分布消光系数.土壤水分特征采用土壤含水量()、土壤储水量()和土壤水分亏缺程度()这 个指标分析苹果树种植年限对土壤水分特征的影响其计算公式如下:()第 期 李 婷等:黄
8、土区深剖面苹果树根系与土壤水分特征及其相互作用 ()式中 和 分别为土壤储水量()和土壤水亏缺程度()为土壤含水量()为土壤容重()为土层深度()和 分别为农地和不同林龄苹果园的土壤储水量().根系分布与土壤水分的关系 采用 相关性分析研究农地和不同种植年限苹果园各土层(、和)根系分布(、和)和土壤水分特征(、和)的相关性利用线性和多项式拟合建立根系分布和土壤水分的关系及其对种植年限和土层深度的响应 采用决定系数()来量化拟合程度采用单因素方差分析对根系分布和土壤水分特征进行显著性检验(果树地的细根分布可达到 甚至 (图)由表 可知农地 细根根长密度累积分数为.的分布深度 为 而不同种植年限苹
9、果树的 则介于 农地细根根长密度累积分数为.的分布深度 为 而除()外其他种植年限的 均大于 综上农地、苹果树 深度的 和分别为 和 、和 、和 (表)图 不同土地利用方式下根系分布和土壤含水量垂直剖面.表 农地和不同种植年限苹果树的根系分布特征 土地利用方式 /.注:农地根系主要分布在 因此其在 没有根系数据、和 分别表示农地和不同种植年限的苹果树地 表征利用渐进方程求解根系分布消光系数 的拟合效果:.干旱地区农业研究 第 卷 利用渐进方程定量分析根系垂直分布特征发现农地在 拟合效果最好(.)农地转为不同种植年限苹果树地后 和 拟合效果均优于 (表)该拟合结果也提供了 参数描述根系垂直分布较
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