基于18O示蹤的不同樹齡棗樹土壤水分利用特征分析

趙西寧，李 楠，高曉東，霍高鵬，潘燕輝

0 引 言

土壤水分是干旱半干旱地區(qū)植被生長(zhǎng)和作物產(chǎn)量的主要限制因子[1-2]。黃土丘陵區(qū)土層深厚、光照充足、晝夜溫差大，是中國(guó)紅棗的優(yōu)生區(qū)和主要栽植區(qū)之一，特別是實(shí)施退耕還林（草）工程后，紅棗林以其在生態(tài)和經(jīng)濟(jì)方面的顯著效益得以在該區(qū)發(fā)展迅猛[3-5]。多齡紅棗林交錯(cuò)分布是黃土丘陵區(qū)紅棗林空間分布的主要特征之一，研究表明不同樹齡棗樹土壤水分和根系分布存在顯著差異[6-7]，隨著樹齡增加，果樹需水量逐漸增大，深層土壤水分逐步降低[8-9]，加大了深層土壤干燥化的風(fēng)險(xiǎn)[10-11]，汪星等[12]通過對(duì)不同樹齡棗樹土壤水分特性的研究發(fā)現(xiàn)成齡棗樹深層土壤水分出現(xiàn)干燥化的現(xiàn)象，且隨林齡的增加，出現(xiàn)干燥化的層次逐漸加深。不同樹齡棗樹間剖面土壤水分和根系分布的變化將不可避免造成土壤水分利用策略的差異，因此探討不同樹齡棗樹水分來源對(duì)紅棗林田間水分管理及其持續(xù)發(fā)展具有重要價(jià)值。

穩(wěn)定氫氧同位素技術(shù)以其較高的靈敏性和準(zhǔn)確性且對(duì)環(huán)境破壞性小等優(yōu)點(diǎn)[13]，成為植物水分來源研究的主要手段之一。近年來，劉麗穎等[14]通過對(duì)不同林齡中間錦雞兒水分利用策略的研究發(fā)現(xiàn)，不同林齡的中間錦雞兒都主要利用源自降雨的10～50 cm土壤水，同時(shí)中間錦雞兒在發(fā)育低齡期，采取提高水分利用效率的方式應(yīng)對(duì)干旱脅迫，25a中間錦雞兒采取吸收地下水補(bǔ)給的深層土壤水來緩解水分脅迫。劉樹寶等[15]通過對(duì)不同樹齡胡楊水分來源的研究發(fā)現(xiàn)，胡楊幼苗主要利用 30～50 cm土壤水，胡楊成熟木主要利用200～220 cm的土壤水及地下水，胡楊過熟木主要利用100～260 cm的土壤水及地下水，胡楊隨林齡變化而選擇性地利用不同深度的土壤水分，避免水分競(jìng)爭(zhēng)，使胡楊更好的存活。但目前，在干旱半干旱地區(qū)利用穩(wěn)定氫氧同位素確定植物水分來源的研究主要集中于人工生態(tài)林，對(duì)于人工經(jīng)濟(jì)紅棗林的研究關(guān)注較少。同時(shí)IsoSource模型是目前估算植物對(duì)各水源利用比例的一種重要手段[16]，但該軟件計(jì)算過程未考慮不確定性的分析。針對(duì)此問題Moore和Semmens提出了貝葉斯混合模型[17]，并推出了MixSIR軟件包用于計(jì)算混合物比例。該模型融合了大量的因子參數(shù)以及它們的不確定度，使模型具有更高的準(zhǔn)確性和嚴(yán)謹(jǐn)性[18-19]。

本研究利用氫氧穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)，測(cè)定不同樹齡棗樹的木質(zhì)部水及其潛在水源的δ18O值，并結(jié)合貝葉斯混合模型MixSIR軟件包，揭示棗樹的水分來源及不同樹齡棗樹對(duì)水分利用的季節(jié)性變化，為黃土丘陵區(qū)紅棗生態(tài)經(jīng)濟(jì)林的持續(xù)健康發(fā)展和土壤水分的持續(xù)利用提供科技支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省清澗縣園則溝流域（37°15′N，118°18′E），地處黃土高原中部偏北，為典型黃土丘陵溝壑區(qū)。本區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均溫度8.6 ℃，月均最低氣溫–6.5 ℃（1月），月均最高溫度22.8 ℃（7月）。多年平均降雨量505 mm，但年內(nèi)分布不均，年降雨量的70%降雨集中在7月—9月份。不同樹齡棗林的土壤理化性質(zhì)不同，但土壤均為黃綿土，其中土壤顆粒均是以粉粒為主，質(zhì)量百分率約 68%，沙粒質(zhì)量百分率約20%，黏粒質(zhì)量百分率約12 %，都具有較強(qiáng)的入滲能力，0～1 m土壤養(yǎng)分和容重如表 1所示。田間持水率約為25%，凋萎系數(shù)約7%。在研究區(qū)選擇坡度為22°～24°陰坡的坡中位置，雨養(yǎng)條件下經(jīng)過矮化密植，樹齡分別為4、8、17和22年的棗樹林，供試棗樹樹種為駿棗（Ziziphus jujube cv. Junzao），株行距為3 m×2 m。

表1 不同樹齡棗樹0～1 m土壤養(yǎng)分、容重（平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差）Table 1 Soil available nutrients and soil bulk density in 0-1 m soil layer with different stand ages（mean±SD）

1.2 野外采樣

2016年5月1日—9月30日，對(duì)每次降雨的起止時(shí)間、降雨量大小進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并收集每次降雨樣品。分別于2016年5月29、7月29、8月26、9月25日的上午9:00—11:00在4個(gè)不同樹齡棗樹的研究樣地上，分別選取3株生長(zhǎng)狀況良好，具有代表性的棗樹，每株棗樹取2個(gè)平行樣，當(dāng)9月25日采取4年生棗樹時(shí)發(fā)現(xiàn)由于村民放牧的原因，4年生棗樹破壞較嚴(yán)重，放棄對(duì)4年生棗樹植物樣品和土壤樣品的采集。采樣方法：采集中部栓化的長(zhǎng)約 3～5 cm 的枝條，迅速將枝條段的外皮和韌皮部去掉，保留木質(zhì)部，裝入玻璃瓶?jī)?nèi)，每瓶裝 3～5段，立即用封口膜密封后放入冰盒保存，帶回實(shí)驗(yàn)室置于–20 ℃下冷凍，直至樣品測(cè)定。

在采集棗樹植株附近30 cm處用直徑40 mm土鉆鉆取土樣，是因采用穩(wěn)定同位素分析水分來源僅考慮根系吸水在垂直土層之間的利用比例，而不考慮根系吸水的水平分布，因此采樣位置距離棗樹植株的距離對(duì)研究結(jié)果影響不大。本研究選取30 cm的位置主要是考慮到植株冠幅和根系的影響，距離植物太近可能會(huì)鉆取到較粗的傳導(dǎo)根系，不利于植物的生長(zhǎng)，同時(shí)冠幅的大小也會(huì)為取樣造成一定困難。取樣深度為200 cm，分8層（0～10、>10～20、>20～40、>40～60、>60～80、>80～120、>120～160和>160～200 cm）進(jìn)行土樣采集。土壤樣品的收集分為 2部分：一部分放入鋁盒，帶回實(shí)驗(yàn)室放于105 ℃烘箱中，烘干至質(zhì)量恒定，測(cè)定土壤的質(zhì)量含水率；另一部分迅速裝入標(biāo)準(zhǔn)樣瓶，用封口膜密封，瓶身標(biāo)注采樣時(shí)間、土壤深度及平行樣號(hào)，迅速放入冰盒，帶回實(shí)驗(yàn)室置于–20 ℃下冷凍保存，直至同位素測(cè)定。使用自動(dòng)氣象站（Automatic Weather Station AR5，Avolon Scientific Jersey City，USA）長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)降雨數(shù)據(jù)。

1.3 水分提取和樣品分析

在西北農(nóng)林科技大學(xué)中國(guó)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院水同位素實(shí)驗(yàn)室用低溫真空蒸餾法（LI-2000植物水和土壤水真空抽取系統(tǒng)，北京理加聯(lián)合科技有限公司）對(duì)土壤水分和植物木質(zhì)部水分進(jìn)行抽提。在西北農(nóng)林科技大學(xué)中國(guó)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院對(duì)植物木質(zhì)部提取的水分用同位素比率質(zhì)譜儀（Finnigan MAT Delta V advantage）進(jìn)行測(cè)定，在蘭州大學(xué)西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)土壤中提取的水分用Picaro進(jìn)行測(cè)定。氧穩(wěn)定同位素比率：

式中δ18O為對(duì)應(yīng)樣品的氧同位素值，Rsample和Rstandard分別為樣品和國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)物中元素的重輕同位素豐度之比（如18O/16O）。δ18O值的測(cè)試誤差不超過0.025‰。

1.4 數(shù)據(jù)分析

已有的許多研究表明氧同位素的計(jì)算結(jié)果和氫同位素計(jì)算結(jié)果相差較大[20]，這可能與同位素的分餾速度不一致有關(guān)，氫同位素的相對(duì)質(zhì)量差大，分餾速度比氧同位素分餾的更快，所以用氧同位素計(jì)算出的結(jié)果更可信。在試驗(yàn)中為了排除氫同位素分餾可能造成的誤差，我們選擇用氧同位素對(duì)水源進(jìn)行預(yù)測(cè)。同時(shí)不同土層間同位素組成的相似性大大增加了識(shí)別獨(dú)特水源的難度[21]，因此依據(jù)各土層土壤水的同位素組成、土壤含水率的差異，將土壤分成0～40、>40～120和>120～200 cm的3個(gè)土層。淺層（0～40 cm），隨著時(shí)間的變化，受降雨脈沖輸入和蒸發(fā)的影響，土壤水的同位素組成和土壤含水率變化范圍較大；中層（>40～120 cm），土壤水的同位素組成和土壤含水率較淺層比變化較??；深層（>120～200 cm），土壤水的同位素組成和土壤含水率相對(duì)較穩(wěn)定，基本上不隨深度的增加而增加，且各月份之間的差異并不顯著。

不同樹齡棗樹水分來源于大氣降雨入滲后形成的土壤水，因?yàn)榻涤晔菞棙涞淖畛跛謥碓矗ǖ叵滤骄疃却笥?0 m[22]，不能被植物吸收利用，可不作為植物水分來源的潛在水源），要經(jīng)過入滲過程，轉(zhuǎn)化為土壤水才能被棗樹吸收利用，所以將每個(gè)土層的土壤水作為一個(gè)潛在的水源，共計(jì) 3個(gè)潛在水源數(shù)。同時(shí)本研究為了增加各潛在來源同位素?cái)?shù)據(jù)的不確定性的分析，采用MixSIR模型，計(jì)算各個(gè)潛在水源對(duì)棗樹木質(zhì)部水分的貢獻(xiàn)率，把植物木質(zhì)部和各土層的δ18O值、各潛在水源的標(biāo)準(zhǔn)偏差和同位素分餾值作為模型的輸入項(xiàng)，δ18O的分餾因子設(shè)為0，模型估計(jì)值用平均數(shù)表示。

利用 Excel 2016 軟件和 SPSS 16.0 軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。采用Origin Pro 2016軟件繪制圖件。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨和降雨同位素組成

2016年5月—9月的降雨量和降水的δ18O隨時(shí)間的變化如圖1所示。此期間研究區(qū)共計(jì)降雨49次，降雨總量為320.40 mm，其中無效降雨（<5 mm）事件共計(jì)33次，較大降雨事件（>10 mm）主要發(fā)生在7月份，7月的降雨總量為160.40 mm，占采樣期間降雨總量的50 %。試驗(yàn)研究期間降雨的δ18O值在–2.26‰～–14.85‰之間，并且呈現(xiàn)出較大降雨事件的同位素組成呈現(xiàn)較貧化，小降雨事件的同位素組成較富集的現(xiàn)象，這與前人的研究結(jié)果相同[19]。

圖1 2016年5月—9月降雨量和降雨的氧同位素比率(δ18O)值的變化Fig.1 Temporal variation of precipitation amount and isotope composition during May to September in 2016

2.2 不同樹齡棗樹土壤含水率變化

試驗(yàn)區(qū)不同樹齡棗樹樣地的土壤含水率隨土層深度和時(shí)間的變化如圖 2所示。在不同采樣期下不同樹齡棗樹各土層的土壤含水率情況大致可分為 3個(gè)區(qū)間： 1）淺層（0～40 cm）受蒸發(fā)和降雨的影響較大，土壤含水率的波動(dòng)范圍較大，4、17和22年生棗樹的土壤含水率都隨時(shí)間變化呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在 7月29日，分別是12.48%、9.19%和6.71%，22年生棗樹的土壤含水率低于凋萎系數(shù)（7%）；8年生棗樹的土壤含水率較為異常，與其他年限的變化趨勢(shì)相反。2）中層（>40～120 cm）土壤含水率隨時(shí)間變化波動(dòng)較小，4和22年生棗樹的土壤含水率最大值仍出現(xiàn)在7月29日，8和17年生棗樹的最大值則出現(xiàn)在8月26日；17年生棗樹的土壤含水率隨時(shí)間變化在凋萎系數(shù)上下波動(dòng)，22年生棗樹在凋萎系數(shù)以下變化。3）深層（>120～200 cm）土壤含水率隨時(shí)間變化趨于穩(wěn)定（4年生棗樹的波動(dòng)范圍仍較大，在7月29日出現(xiàn)最大值，可能是幼齡棗樹耗水較少，7月份降水量相對(duì)較多，水分逐漸入滲到中層和深層），17和22年生棗樹的土壤含水率都低于凋萎系數(shù)。

圖2 不同樹齡棗樹樣地的土壤含水率隨土壤深度和時(shí)間的變化特征Fig.2 Characteristics of soil water content with soil depth and time in different stand ages

2.3 棗樹主要吸水層位的判斷

將土壤水和不同樹齡棗樹木質(zhì)部水的δ18O值進(jìn)行直接對(duì)比，識(shí)別與棗樹木質(zhì)部水δ18O同位素組成相同的土壤水區(qū)間，即為棗樹吸收土壤水的主要土層[23]。利用該方法判斷植物吸水層位的重要前提是各潛在層位間土壤水的δ18O 同位素組成存在顯著差異（P<0.05）[24]。本研究中，通過對(duì)棗樹不同土層土壤水δ18O值進(jìn)行最小顯著法多重比較分析（表 2），發(fā)現(xiàn)不同樹齡棗樹樣地不同深度的土壤水的δ18O值之間存在明顯差異（P<0.05）。

將不同樹齡棗樹的木質(zhì)部水與不同深度的各層位的土壤水的18O進(jìn)行對(duì)比如圖3所示。5月29日，不同樹齡棗樹木質(zhì)部水的δ18O值與0～40 cm土層的土壤水的δ18O值均有一個(gè)交點(diǎn)，且都與>40～80 cm土壤水的δ18O值接近（圖3a），表明0～40與>40～80 cm可能是棗樹的主要吸水來源。7月29日，4、8和22年生棗樹木質(zhì)部水與土壤水有2個(gè)交點(diǎn)，4和8年的交點(diǎn)出現(xiàn)的位置相似，分別是0～40和>40～120 cm，而22年交點(diǎn)出現(xiàn)的位置較深，分別在>40～80 cm和>120～160 cm，17年生棗樹則有3個(gè)交點(diǎn)，分別是0～40、120和>120～200 cm處（圖3b）。7月份是棗樹的開花坐果期，耗水量較大，棗樹主要吸水層位變多并且吸收位置開始向較深層轉(zhuǎn)移。8月26日，采樣前有1次16 mm的降水，所以不同樹齡的棗樹木質(zhì)部水與0～120 cm土層均有1或2交點(diǎn)，并且與>120～200 cm土壤水的δ18O值接近（圖3c），可能是 8月降雨量較少，中上層的土壤水無法滿足棗樹的需求，棗樹要吸收較深層>120～200 cm的土壤水分。9月25日，發(fā)現(xiàn)8和22年生棗樹的主要吸水層位在0～40 cm處，而17年生棗樹的主要吸水層位較多，分別是0～40和>120～200 cm（圖3d）。不同樹齡棗樹木質(zhì)部水與土壤水的交點(diǎn)不止一個(gè)，直接判斷法不能完全分析出棗樹木質(zhì)部水的多個(gè)水源，需要通過模型進(jìn)一步定量分析不同樹齡棗樹的水分來源。

表2 不同采樣日期下不同樹齡棗樹各潛在水源穩(wěn)定氧同位素比率（δ18O）（平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差）Table 2 Stable oxygen isotope (δ18O) of soil water sources among jujube of different stand ages and sampling dates (mean ± SD)

圖3 不同采樣日期不同樹齡棗樹樣地土壤水和木質(zhì)部水δ18O值比較Fig.3 δ18O values of soil water and xylem water of different stand ages of jujube on different sampling date

2.4 不同樹齡棗樹水分來源的定量分析

將不同采樣日期的不同樹齡棗樹的植物木質(zhì)部水和各土層（0～40、>40～120和>120～200 cm）的土壤水的δ18O值輸入MixSIR 模型，計(jì)算不同樹齡棗樹對(duì)不同水源的吸收比例，如圖4所示。發(fā)現(xiàn)不同樹齡的棗樹在不同采樣日期下對(duì)各潛在水源的吸收比例明顯不同。4年生棗樹對(duì)水源的選擇有較強(qiáng)的靈活性，在5月29日和7月29日主要吸收利用淺層（0～40 cm）的土壤水，利用比例高達(dá)76.86 %和63.58 %，到了8月26日，棗樹吸收中層（>40～120 cm）和深層（>120～200 cm）土壤水，吸水比例分別是49.89 %和31.52%。8年生棗樹在選擇吸水土層時(shí)也具較強(qiáng)的靈活性，在5月29日，棗樹也主要吸收淺層（0～40 cm）土壤水，吸水比例高達(dá)71.15 %；降雨主要集中在7月，淺層（0～40 cm）土壤水得到補(bǔ)充，棗樹仍主要吸收淺層（0～40 cm）土壤水，比例是78.79%；到了8月26日，棗樹轉(zhuǎn)向吸收更深層位的深層（>120～200 cm）土壤水，比例高達(dá)94.30%；進(jìn)入9月25日，棗樹自身的耗水量減少，又轉(zhuǎn)向吸收更容易獲得的淺層（0～40 cm）土壤水，比例為61.50%。17年生棗樹在5月29日和7月29日的吸水模式與4和8年生棗樹的相似，其中7月份的吸水比例為45.03%，但在8月26日，17年生棗樹也主要吸收淺層（0～40 cm）土壤水，到了9月25日轉(zhuǎn)向吸收利用深層（>120～200 cm）的土壤水。在5月29日和7月29日，22年生棗樹選擇吸收利用深層（>120～200 cm）土壤水，但仍會(huì)吸收小部分淺層土壤水，吸收比例分別為36.67%和11.81%；到了8月26日主要吸收淺層（0～40 cm）的土壤水，同時(shí)也吸收了深層（>120～200 cm）的土壤水；整個(gè)9月降雨稀少，深層土壤水得不到補(bǔ)充，棗樹轉(zhuǎn)向吸收中層（>40～120 cm）土壤水，比例高達(dá)70.06 %

圖4 不同樹齡對(duì)3個(gè)潛在水源利用比例的時(shí)間變化（平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差）Fig.4 Temporal variation in faction of uptake from three potential soil water sources for different stand ages (mean ± SD)

3 討 論

3.1 土壤水分含量和同位素特征

土壤水分主要受降雨入滲水補(bǔ)給、蒸發(fā)蒸騰作用的影響，使土壤水分處于不斷變化的狀態(tài)[25]。通過對(duì)不同采樣日期下不同樹齡棗樹各潛在水源穩(wěn)定氧同位素比率的差異性分析（表2），發(fā)現(xiàn)土壤水的δ18O值隨土層深度及采樣時(shí)間的變化而改變。0～40 cm土壤水δ18O值呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性差異（P<0.05）；5月份土壤水δ18O值較富集，7、8月份較貧化，9月份又較富集。這是因?yàn)榻涤甑摩?8O值也有較為明顯的季節(jié)性差異，土壤水δ18O值又主要受降雨和蒸發(fā)等因素的影響。所以結(jié)合土壤水分含量和同位素組成的變化，可以提供水分在土壤中的運(yùn)移信息。這與徐慶等[26]研究臥龍亞高山按針葉林中土壤水同位素組成的結(jié)果相似，發(fā)現(xiàn)表層土壤水的同位素組成受降雨直接影響，且與降雨同位素組成有著相同的變化趨勢(shì)。而>120～200 cm土壤水δ18O值隨季節(jié)變化無差異，>40～120 cm土壤水δ18O值隨季節(jié)變化表現(xiàn)出不同的結(jié)果，是因?yàn)榻涤旰驼舭l(fā)的作用隨深度的增加逐漸減少，這與朱林等[27]研究寧夏旱地紫苜蓿水分來源時(shí)，發(fā)現(xiàn)的不同層次土壤水δ18O變異幅度不同，隨著土層增加，變異程度減小并趨于穩(wěn)定的結(jié)果相一致。

3.2 不同樹齡棗樹各生育期的水分來源

在干旱半干旱的環(huán)境下植物的水分利用對(duì)植物的生長(zhǎng)十分重要，本試驗(yàn)通過研究4、8、17和22年生棗樹整個(gè)生育期內(nèi)水分來源，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的推移，棗樹在不同生育期內(nèi)水分來源不同；不同樹齡棗樹在同一生育期內(nèi)水分來源也存在差異（圖4）。萌芽展葉期（5月29日）降雨量較少，淺層（0～40 cm）土壤中貯存著冬季融雪補(bǔ)充的水分，使淺層土壤含水率較高，又因棗樹剛剛度過休眠期，植物機(jī)能尚未發(fā)育完全，蒸騰耗水量較小，且植物利用淺層根系吸水分時(shí)消耗能量相對(duì)較小，棗樹優(yōu)先利用淺層土壤水，但22年生棗樹吸收淺層土壤水同時(shí)主要吸收利用了深層（>120～200 cm）土壤水，可能是22年生棗樹冠幅較大，蒸騰耗水相對(duì)較大，淺層土壤水不足，又由于棗樹連續(xù)多年耗水強(qiáng)烈，中層（>40～120 cm）土壤水難以補(bǔ)充和恢復(fù)，22年生棗樹有比較深的主根系統(tǒng)，為了維持棗樹的正常生長(zhǎng)，棗樹選擇吸收深層土壤水。開花坐果期（7月29日），除8年生外，隨著樹齡的增加，棗樹對(duì)淺層土壤水分的利用比例逐漸降低，而對(duì)深層土壤水分的利用比例逐漸增加，這可能是因?yàn)?7月份降雨量較大，但隨著樹齡的增加，棗樹對(duì)降雨補(bǔ)充的淺層土壤水利用能力下降，致使17和22年生棗樹逐漸增加深層土壤水的利用比例；這與劉麗穎等[28]研究遼西半干旱區(qū)不同林齡大扁杏水分來源時(shí)發(fā)現(xiàn)大扁杏隨著林齡增大而更多地利用更深層的土壤水的結(jié)果相似。而本試驗(yàn)中8年生棗樹與此規(guī)律略有不同，因8年生棗樹開始進(jìn)入盛果期，蒸騰耗水量略大，同時(shí)淺層土壤水充足且耗能低，致使淺層土壤水利用比例略大。果實(shí)膨大期（8月26日），降雨量驟減，溫度升高，土壤水分蒸發(fā)嚴(yán)重，根系活性降低，雖采樣前有一次降雨，4和8年生棗樹仍沒吸收淺層土壤水，可能是只有降雨增加到一定閾值時(shí)，才能刺激淺層土壤中根系的活性，根系才開始形成保持吸收表層土壤水分的功能[29-30]， 8年生較4年生棗樹主根系分布較深，以致分別吸收中層（>40～120 cm）和深層（>120～200 cm）土壤水。17和22年生棗樹主要利用淺層土壤水，可能是棗樹根系存在“水力提升”作用[31]；此外棗樹土壤含水率長(zhǎng)期在凋萎系數(shù)附近波動(dòng)，使根系吸水出現(xiàn)時(shí)間滯后性，這與Yang等發(fā)現(xiàn)水分虧缺對(duì)隨后植物吸水及生理活性的影響存在時(shí)間滯后效應(yīng)的結(jié)果相似[32]。果實(shí)成熟期（9月25日），進(jìn)入秋季，溫度降低，棗樹蒸騰耗水量減少，淺層土壤水分得到一定恢復(fù)，但隨著樹齡的增加，淺層土壤中根系活性逐漸降低，棗樹對(duì)深層土壤水分的消耗量逐漸增加，8年生棗樹選擇更容易獲得的淺層土壤水，17年生棗樹選擇更穩(wěn)定的深層土壤水，而22年生棗樹只能選擇土壤含水率相對(duì)較高的中層吸水，由于經(jīng)歷了前幾個(gè)生育期的消耗，降雨又不能及時(shí)補(bǔ)給土壤水分，棗樹只能選擇相對(duì)充足的中層土壤水。

3.3 水分管理建議

綜上所述，隨著棗樹樹齡的逐漸增長(zhǎng)，會(huì)使棗樹的水分利用特征發(fā)生轉(zhuǎn)變。通過分析不同樹齡棗樹水分利用特征的差異，可以確定出適宜黃土丘陵地區(qū)生長(zhǎng)的矮化密植棗樹的管理方法[33]。4年生棗樹，根系尚未發(fā)展完善，主要吸收淺層土壤水，但當(dāng)淺層土壤水不足時(shí)，可以調(diào)整吸水深度，適應(yīng)水分變化的環(huán)境。為了確保幼齡棗樹能更好的吸收利用淺層土壤水，可以對(duì)其進(jìn)行覆蓋，以減少淺層土壤蒸發(fā)耗水。8年生棗樹，根系發(fā)育較完善，淺層水不足時(shí)，棗樹可以轉(zhuǎn)換水源，吸收深層土壤水，適應(yīng)干旱條件。同時(shí)棗樹蒸騰耗水逐漸強(qiáng)烈，又主要吸收淺層土壤水，使淺層土壤含水率迅速減少，減少了利用的比率，為了維持棗樹對(duì)淺層土壤水的吸收利用，也可對(duì)其進(jìn)行覆蓋以減少非生產(chǎn)性耗水；17年生棗樹，雖被矮化但冠幅仍繼續(xù)生長(zhǎng)，蒸騰耗水強(qiáng)烈，使不同深度土壤含水率都接近調(diào)萎系數(shù)，同時(shí)對(duì)降雨響應(yīng)的敏感性降低，為維持棗樹健康發(fā)展可以對(duì)其進(jìn)行修剪，減少蒸騰耗水及其對(duì)土壤水分的消耗，可適當(dāng)恢復(fù)土壤的儲(chǔ)水量。22年生棗樹，冠幅和根系生長(zhǎng)都達(dá)到最大。整個(gè)生育期內(nèi)，棗樹的耗水量較大，同時(shí)對(duì)降雨響應(yīng)的敏感性明顯下降，使棗樹主要利用中深層土壤水。黃土高原地區(qū)降雨量較少，在棗樹連續(xù)多年強(qiáng)烈耗水下，中深層土壤水難以得到降雨的補(bǔ)充和恢復(fù)，土壤長(zhǎng)期都處于水分虧缺狀態(tài)，使土壤濕度長(zhǎng)期較低，容易形成土壤干層，這與辛小桂等[11]的研究結(jié)果相似。因此可以進(jìn)行較大強(qiáng)度的修剪、間伐或更新種植，減少棗樹對(duì)土壤水分的消耗，避免深層土壤水分干燥化，實(shí)現(xiàn)土壤水分的持續(xù)使用。為了更好的分析各樹齡棗樹根系與棗樹水分利用的定量關(guān)系，和進(jìn)一步評(píng)價(jià)不同樹齡棗樹在黃土丘陵地區(qū)的長(zhǎng)期適應(yīng)性，還應(yīng)對(duì)其根系分布及其他水分生理生態(tài)特性（如植物蒸騰及枝條水勢(shì)等）進(jìn)行深入研究。

4 結(jié) 論

1）棗樹隨著樹齡的增加，對(duì)中深層土壤水分利用較多，使中深層土壤水分接近或低于凋萎系數(shù)（7%）。

2）在干旱半干旱地區(qū)，隨著水分的不穩(wěn)定變化，不同樹齡的棗樹可以通過調(diào)節(jié)水分利用特征以適應(yīng)外界水分環(huán)境的變化。在淺層（0～40 cm）土壤水分相對(duì)充足時(shí)期，棗樹主要吸收淺層土壤水，而在降水量偏少時(shí)期，淺層土壤水分匱乏，棗樹會(huì)調(diào)整土壤水分利用深度，增加中層（>40～120 cm）和深層（>120～200 cm）土壤水的吸收比例。

3）為使黃土丘陵地區(qū)土壤水分得到一定的補(bǔ)充和恢復(fù)，同時(shí)促進(jìn)該區(qū)土壤水庫(kù)的重建，需要對(duì)不同樹齡棗樹進(jìn)行水分管理，減少4、8年生棗樹非生產(chǎn)性耗水及17、22年生棗樹自身奢侈性耗水的水，使棗樹耗水量和土壤水分承載力間達(dá)到平衡，促進(jìn)紅棗經(jīng)濟(jì)林的持續(xù)健康發(fā)展。

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