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黄土高原地处我国半湿润和半干旱气候区,由于气候持续干旱少雨,以土壤水分持续严重亏缺为特征的人工林地土壤干化正在日益严峻地威胁着黄土高原人工林正常生长,土壤干层的形成已经成为人工林重建的严重隐患,导致人工林生长缓慢和逐渐衰败,进一步制约了黄土高原植被建设的步伐。在黄土高原半湿润高原沟壑区和半干旱丘陵沟壑区,在野外人工林地深层土壤湿度实地观测基础上,应用美国研制的水土资源管理与植物生产力定量评价模型——WinEPIC模型,模拟研究了1957～2001年期间刺槐和油松林地水分生产力和0～10m土层土壤水分利用特征,系统分析了人工林地生产力变化趋势和土壤干燥化规律,评价了人工林健康生长的稳定性,为黄土高原退耕还林和植被恢复重建提供了科学依据。研究取得主要进展如下:(1)在黄土高原半湿润区和半干旱区,人工刺槐和油松林地均发生了较为严重的土壤干燥化现象。半湿润区刺槐林地和油松林地0～10m土层土壤水分过耗量分别为363.9mm和533.7mm,土壤干层厚度分别超过7.3m和9.5m。半干旱区刺槐林地土壤水分过耗量为758.5mm,土壤干层厚度超过10m。(2)组建了长武、洛川和延安等研究地区的逐日气象要素序列、土壤剖面理化性状、作物生长参数等WinEPIC模型数据库。模型验证结果表明,WinEPIC模型能够较为精确地模拟黄土高原人工刺槐和油松林地水分生产力和土壤水分利用动态。(3)在1957～2001年模拟研究期间,长武和延安刺槐林地逐年生物量模拟值的平均值分别为5.52 t/hm2和5.37 t/hm2,并在5～6年生后呈现明显的波动性降低趋势;洛川和延安油松林地逐年生物量模拟值的平均值分别为4.29 t/hm2和3.62 t/hm2,分别在17年生和13年生后出现了明显波动性降低趋势。(4)在1957～2001年模拟研究期间,长武和延安刺槐林地在6～7年生时出现干旱胁迫,此后干旱胁迫日数呈现逐年波动性上升趋势,且延安明显高于长武;洛川18年生和延安16年生油松林地均出现干旱胁迫,此后干旱胁迫日数呈现明显的波动性上升趋势。(5)在1957～2001年模拟研究期间,长武和延安刺槐林地1～7年生期间是林地土壤强烈干燥化阶段,8年生后林地0～10m土层逐月土壤有效含水量长期在0～250mm的较低水平上随降水变化而波动。洛川14～20年生和延安9～20年生期间是油松林地土壤强烈干燥化阶段,21年生以后油松林地0～10m土层土壤有效含水量在0~150mm较低水平上波动。(6)在1957～2001年模拟研究期间,长武和延安1～7年生刺槐林地0～10m土层剖面土壤湿度随着林龄增加而逐年降低,土壤干层形成并逐年加厚,7年生时土壤干层厚度已经超过10m,8～45年生刺槐林地2～10m土层土壤湿度保持相对稳定的干燥化状态。洛川和延安油松林地土壤干层厚度均在19年生时超过10m,洛川20年生和延安16年生以后2～10m土层土壤湿度维持在稳定干燥化状态。(7)从模拟结果推断,长武和延安刺槐林地稳定生长期分别超过45年和小于40年,洛川和延安人工油松林地水分最大持续利用年限均为20年,刺槐林地和油松林地水分生产力稳定性不高,黄土高原人工植被建设前景不容乐观。