内陆河源区-灌区枸杞水分利用来源及策略研究

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西北内陆河灌区光热资源丰富,是我国重要的优质枸杞产区,但是该区水资源供需矛盾突出,干旱缺水严重限制了该区枸杞的高质量可持续发展。因此,有必要探明生育期内枸杞水分利用特征,帮助制定最佳的田间水分管理措施和灌溉策略,实现水资源高效利用。本研究以地处青海省柴达木盆地的怀头他拉灌区主要作物枸杞为对象,设置平作裸地(CK)、平作覆膜(MF)、垄作覆膜(MR)等3种管理措施,利用稳定氢氧同位素技术,探明枸杞生育期内水分利用来源的变化,为西北内陆河灌区枸杞种植模式提供参考。取得主要研究发现如下:(1)不同管理措施模式下枸杞田间土壤含水量在时间和空间上存在明显差异。各处理枸杞田间含水量随时间变化均呈先增后减的趋势,浅层(0-20 cm)土壤含水量变化最为明显,但CK处理田间土壤含水量显著低于MF和MR处理。MR>MF>CK处理的细根根长密度总量,3种管理模式下枸杞田间各层细根根长密度随深度增加而减小,同时细根根长密度都集中分布在0-60 cm土层中。(2)枸杞田间土壤水稳定氢氧同位素组成随深度增加变化逐渐递减,浅层(0-20cm)稳定氢氧同位素组成变化范围最大,中层(20-60 cm)土壤水稳定氢氧同位素组成波动较小,深层(60-100 cm)土壤水稳定氢氧同位素组成波动趋于稳定。3种管理模式下枸杞木质部水同位素值随采样日期而变化。3种管理模式下枸杞木质部水稳定氢氧同位素值大部分都不在土壤-植物混合区中,表明枸杞根系吸水过程中可能存在稳定氢同位素分离现象。(3)通过对3种方法的比较分析,Iso Source模型没有考虑潜在水源同位素组成的空间差异,计算结果不确定性较大,MixSIR模型在某些情况的计算结果与Iso Source模型和MixSIAR模型不一致,综合评价得出MixSIAR模型预测效果最好。枸杞根系吸水过程中稳定氢同位素分馏可能会错误的判断枸杞对各水源的利用比例,SW-excess(木质部水δD和其相对应土壤水线的δD偏离程度)能很好的修正稳定氢同位素分馏带来的影响,当各水源的同位素值相差较大时,推荐使用M-O(单独的δ18O)模式计算,反之推荐使用M-OSD(SW-excess修正的δD和δ18O双同位素)模式计算。本研究中各水源的同位素值相差较大,采用M-O模式下MixSIAR模型计算结果分析不同管理模式下枸杞水分利用来源。(4)M-O模式下MixSIAR计算结果表明,3种管理模式下枸杞不同生育阶段土壤水分利用策略存在较大差异,MR处理枸杞能灵活的转换主要水分来源,萌芽展叶期,随着气温上升和枸杞生物量增多,各处理枸杞主要水源慢慢转向中深层(20-100cm);开花坐果期和果熟期中,CK处理主要利用较为稳定的中深层(20-100 cm)水源,MF处理倾向于利用浅中层(0-60 cm)水源,MR处理能在3个水源之间不断转换;落叶期各处理都主要利用中深层(20-100 cm)水源。枸杞的土壤水分利用模式受土壤水分状况和根系分布的影响很大,垄作和覆盖措施能显著改善土壤水分环境、增加根系生物量,从而影响枸杞对土壤水源利用模式。综上,MR处理枸杞能灵活使用不同土壤水源,更利于枸杞稳定生长,垄作结合覆盖措施是干旱区灌区枸杞最佳种植模式,同时由于该地区无效蒸发大,该地区正在开发地下灌溉系统,本研究确定了枸杞主要吸水层位,为柴达木盆地地下灌溉系统设计提供科技支撑。
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