我国黄土高原地区是世界七大苹果适生区之一,同时也是我国唯一的苹果优生区。该地区自上世纪八十年代以来开始大面积种植果树,使得当地农民收入大幅提高,促进了区域经济发展。但随着种植规模的不断扩大,种植年限的增加,果园土壤生态系统出现了干燥化加剧、亚硝态氮深层累积,果园生态系统调控能力下降等问题,同时由于当地生态环境脆弱、生产管理粗放,果农单纯追求产量,造成该区域果业生产波动性大,果树抗性下降,病虫害加剧等问题,果实产量和品质难以持续提高,果园生态系统的健康与持续发展受到影响。因此,需对果园生态系统进行调控,以达到优质、高产、高效、可持续的目的。
为此,本研究于2007年10月～2009年10月,以黄土高原沟壑区苹果园为研究对象,借助生产力调控技术对果园生态系统做环境、生物和经济效益分析,以确定清耕条件下的适度生产力;并通过地表覆盖技术对果园土壤生态系统进行环境因子调控,为进一步调控果园生态系统的适度生产力水平,实现果树生产技术、果农经济收入与果园生态环境的和谐可持续发展提供科学指导。
本研究结果表明:
（1）通过对果树进行生产力调控,不同生产力水平土壤含水量产生显著差异。随着果树生产力水平的降低,果树对土壤水分的消耗逐渐减少、水分稳定性提高,因空间自相关部分引起的异质性增大,而随机部分引起的空间异质性程度减小。进行果树生产力调控能够减少农业生产对资源的过度消耗,减轻对环境的影响。不同生产力水平,果园土壤水分具有相似的分布趋势:在垂直方向,根系密集分布区的土壤含水量最低,并向上下两向递增;在水平方向,随着距果树距离的增大土壤水分增多。
（2）进行果树生产力调控不仅能够改善土壤水分状况,还能够提高果树的光合能力,此二者的改善又能够提高水分利用效率（WUE）,从而降低资源消耗,提高果实品质。随着生产力水平的降低,“光合午休”现象减弱,净光合速率（Pn）增加,最大增幅为25.71%,下午时段的蒸腾速率（Tr）下降迅速,水分利用效率（WUE）最大提高34.12%。
（3）根据对果实品质的分析看出,进行生产力调控对果实可溶性固形物含量和可溶性糖含量等果实内在品质影响不显著,但能够显著影响果实单果重、硬度、着色指数等外在品质,果品优果率提高12.9%～23.5%。果实采收后不同处理间百叶鲜重差异显著。随着果树定果量的减少,果树生产稳定性显著增强,并且能够较大辐度地降低果树生产过程中产生的劳动资料费用和人工劳务费,从而显著降低生产成本,提高经济收益。回归分析显示,2.25×10～5个/ hm2的纯收入最高。结合各生产力水平的投入产出比,得出2.25×10～5个/ hm2的经济效益最佳。
（4）果园土壤水分年周期可划分为春夏失墒期（4月～7月）、夏秋增墒期（7月～10月）和冬春稳墒期（11月～翌年3月）三个时期;三个时期中600cm土壤剖面水分均为砂石覆盖最低,地膜覆盖最高。雨季后,不同地表覆盖的土壤水分均得到一定恢复,但恢复率不同,其中,砂石覆盖恢复率最高（10.52%）,其次为秸秆覆盖（9.47%）,清耕恢复率最低（6.53%）;最大恢复深度（年周期最大入渗深度）可达260cm上下。结合产量因素得出,各处理的水分利用效率分别为,清耕35.75 kg·mm-1·hm-2、生草处理40.31 kg·mm-1·hm-2、地膜覆盖47.81 kg·mm-1·hm-2、秸秆覆盖58.99 kg·mm-1·hm-2、砂石覆盖80.25 kg·mm-1·hm-2。在黄土高原地区,砂石覆盖应是改善果园土壤水文状况的适宜地表覆盖模式。
（5）清耕和生草处理的净光合速率（Pn）日变化为双峰型,地膜覆盖、秸秆覆盖和砂石覆盖的净光合速率（Pn）日变化进程为单峰型;蒸腾速率（Tr）日变化均为单峰型。净光合速率（Pn）与光合有效辐射（PAR）、气温（Ta）、叶温（Tl）均呈二次曲线关系,净光合速率（Pn）的最适气温（Ta）、叶温（Tl）分别在18℃～23℃、20℃～25℃;与大气相对湿度（RH）、气孔导度（Gs）呈显著正相关;与胞间CO2浓度（Ci）呈显著负相关。蒸腾速率（Tr）与光合有效辐射（PAR）为幂指数关系;与大气相对湿度（RH）呈二次曲线关系;与气温（Ta）、叶温（Tl）、气孔导度（Gs）呈显著正相关;与胞间CO2浓度（Ci）显著负相关。砂石覆盖和秸秆覆盖的净光合速率最大,不同覆盖模式下蒸腾速率日均值差异不显著,不同覆盖模式下苹果树的光合特性与各项环境因子和生理因子密切相关。
（6）不同管理模式土壤热量状况变化显著,处理间差异明显,极端温度下降,但地膜覆盖处理在夏季地温超过果树根系生长的上限温度,对果树根系生长和生理功能发挥不利。除地膜覆盖外,其他土壤管理模式均能提高土壤CO2释放速率,其中生草处理的效果最为显著。不同土壤管理模式对果树枝条类型比例及产量影响较大,砂石覆盖处理的果实产量最高,中短枝比例最高;生草处理的果实产量最低。综合生产力调控后,果园生态系统的环境与生物响应及经济效益分析,得出挂果2.25×10～5个/ hm2的生产力水平为黄土沟壑区盛果期果园在清耕条件下的适度生产力水平。运用多元统计分析的方法得出,砂石覆盖是黄土高原沟壑区苹果园进行土壤生态系统环境因子调控的适宜地表覆盖管理模式。
