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，是中國紅棗的優(yōu)生區(qū)和主要栽植區(qū)之一，特別是實施退耕還林（草）工程后，紅棗林以其在生態(tài)和經(jīng)濟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險[10-11]，汪星等[12]通過對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紅棗林田間水分管理及其持續(xù)發(fā)展具有重要價值。

穩(wěn)定氫氧同位素技術以其較高的靈敏性和準確性且對環(huán)境破壞性小等優(yōu)點[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對干旱脅迫，25a中間錦雞兒采取吸收地下水補給的深層土壤水來緩解水分脅迫。劉樹寶等[15]通過對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，避免水分競爭，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，對于人工經(jīng)濟紅棗林的研究關注較少。同時IsoSource模型是目前估算植物對各水源利用比例的一種重要手段[16]，但該軟件計算過程未考慮不確定性的分析。針對此問題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確性和嚴謹性[18-19]。

本研究利用氫氧穩(wěn)定同位素示蹤技術，測定不同樹齡棗樹的木質部水及其潛在水源的δ18O值，并結合貝葉斯混合模型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不同，但土壤均為黃綿土，其中土壤顆粒均是以粉粒為主，質量百分率約 68%，沙粒質量百分率約20%，黏粒質量百分率約12 %，都具有較強的入滲能力，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±標準偏差）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，對每次降雨的起止時間、降雨量大小進行監(jiān)測，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個不同樹齡棗樹的研究樣地上，分別選取3株生長狀況良好，具有代表性的棗樹，每株棗樹取2個平行樣，當9月25日采取4年生棗樹時發(fā)現(xiàn)由于村民放牧的原因，4年生棗樹破壞較嚴重，放棄對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，保留木質部，裝入玻璃瓶內(nèi)，每瓶裝 3～5段，立即用封口膜密封后放入冰盒保存，帶回實驗室置于–20 ℃下冷凍，直至樣品測定。

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研究結果影響不大。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鉆取到較粗的傳導根系，不利于植物的生長，同時冠幅的大小也會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，帶回實驗室放于105 ℃烘箱中，烘干至質量恒定，測定土壤的質量含水率；另一部分迅速裝入標準樣瓶，用封口膜密封，瓶身標注采樣時間、土壤深度及平行樣號，迅速放入冰盒，帶回實驗室置于–20 ℃下冷凍保存，直至同位素測定。使用自動氣象站（Automatic Weather Station AR5，Avolon Scientific Jersey City，USA）長期監(jiān)測降雨數(shù)據(jù)。

1.3 水分提取和樣品分析

在西北農(nóng)林科技大學中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院水同位素實驗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）對土壤水分和植物木質部水分進行抽提。在西北農(nóng)林科技大學中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院對植物木質部提取的水分用同位素比率質譜儀（Finnigan MAT Delta V advantage）進行測定，在蘭州大學西部環(huán)境教育部重點實驗室對土壤中提取的水分用Picaro進行測定。氧穩(wěn)定同位素比率：

式中δ18O為對應樣品的氧同位素值，Rsample和Rstandard分別為樣品和國際通用標準物中元素的重輕同位素豐度之比（如18O/16O）。δ18O值的測試誤差不超過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算結果和氫同位素計算結果相差較大[20]，這可能與同位素的分餾速度不一致有關，氫同位素的相對質量差大，分餾速度比氧同位素分餾的更快，所以用氧同位素計算出的結果更可信。在試驗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水源進行預測。同時不同土層間同位素組成的相似性大大增加了識別獨特水源的難度[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個土層。淺層（0～40 cm），隨著時間的變化，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小；深層（>120～200 cm），土壤水的同位素組成和土壤含水率相對較穩(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，因為降雨是棗樹的最初水分來源（地下水平均深度大于50 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，轉化為土壤水才能被棗樹吸收利用，所以將每個土層的土壤水作為一個潛在的水源，共計 3個潛在水源數(shù)。同時本研究為了增加各潛在來源同位素數(shù)據(jù)的不確定性的分析，采用MixSIR模型，計算各個潛在水源對棗樹木質部水分的貢獻率，把植物木質部和各土層的δ18O值、各潛在水源的標準偏差和同位素分餾值作為模型的輸入項，δ18O的分餾因子設為0，模型估計值用平均數(shù)表示。

利用 Excel 2016 軟件和 SPSS 16.0 軟件，對數(shù)據(jù)進行處理和統(tǒng)計分析。采用Origin Pro 2016軟件繪制圖件。

2 結果與分析

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隨時間的變化如圖1所示。此期間研究區(qū)共計降雨49次，降雨總量為320.40 mm，其中無效降雨（<5 mm）事件共計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

試驗區(qū)不同樹齡棗樹樣地的土壤含水率隨土層深度和時間的變化如圖 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，土壤含水率的波動范圍較大，4、17和22年生棗樹的土壤含水率都隨時間變化呈現(xiàn)先增后減的趨勢，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相反。2）中層（>40～120 cm）土壤含水率隨時間變化波動較小，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間變化在凋萎系數(shù)上下波動，22年生棗樹在凋萎系數(shù)以下變化。3）深層（>120～200 cm）土壤含水率隨時間變化趨于穩(wěn)定（4年生棗樹的波動范圍仍較大，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部水的δ18O值進行直接對比，識別與棗樹木質部水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，通過對棗樹不同土層土壤水δ18O值進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部水與不同深度的各層位的土壤水的18O進行對比如圖3所示。5月29日，不同樹齡棗樹木質部水的δ18O值與0～40 cm土層的土壤水的δ18O值均有一個交點，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年生棗樹木質部水與土壤水有2個交點，4和8年的交點出現(xiàn)的位置相似，分別是0～40和>40～120 cm，而22年交點出現(xiàn)的位置較深，分別在>40～80 cm和>120～160 cm，17年生棗樹則有3個交點，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部水與0～120 cm土層均有1或2交點，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）。不同樹齡棗樹木質部水與土壤水的交點不止一個，直接判斷法不能完全分析出棗樹木質部水的多個水源，需要通過模型進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±標準偏差）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，計算不同樹齡棗樹對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各潛在水源的吸收比例明顯不同。4年生棗樹對水源的選擇有較強的靈活性，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也具較強的靈活性，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71.15 %；降雨主要集中在7月，淺層（0～40 cm）土壤水得到補充，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，棗樹轉向吸收更深層位的深層（>120～200 cm）土壤水，比例高達94.30%；進入9月25日，棗樹自身的耗水量減少，又轉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，同時也吸收了深層（>120～200 cm）的土壤水；整個9月降雨稀少，深層土壤水得不到補充，棗樹轉向吸收中層（>40～120 cm）土壤水，比例高達70.06 %

圖4 不同樹齡對3個潛在水源利用比例的時間變化（平均值±標準偏差）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。這是因為降雨的δ18O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。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)出不同的結果，是因為降雨和蒸發(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，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植物的生長十分重要，本試驗通過研究4、8、17和22年生棗樹整個生育期內(nèi)水分來源，發(fā)現(xiàn)隨著時間的推移，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消耗能量相對較小，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，蒸騰耗水相對較大，淺層土壤水不足，又由于棗樹連續(xù)多年耗水強烈，中層（>40～120 cm）土壤水難以補充和恢復，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，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，棗樹對淺層土壤水分的利用比例逐漸降低，而對深層土壤水分的利用比例逐漸增加，這可能是因為 7月份降雨量較大，但隨著樹齡的增加，棗樹對降雨補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果相似。而本試驗中8年生棗樹與此規(guī)律略有不同，因8年生棗樹開始進入盛果期，蒸騰耗水量略大，同時淺層土壤水充足且耗能低，致使淺層土壤水利用比例略大。果實膨大期（8月26日），降雨量驟減，溫度升高，土壤水分蒸發(fā)嚴重，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，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期在凋萎系數(shù)附近波動，使根系吸水出現(xiàn)時間滯后性，這與Yang等發(fā)現(xiàn)水分虧缺對隨后植物吸水及生理活性的影響存在時間滯后效應的結果相似[32]。果實成熟期（9月25日），進入秋季，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，但隨著樹齡的增加，淺層土壤中根系活性逐漸降低，棗樹對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較高的中層吸水，由于經(jīng)歷了前幾個生育期的消耗，降雨又不能及時補給土壤水分，棗樹只能選擇相對充足的中層土壤水。

3.3 水分管理建議

綜上所述，隨著棗樹樹齡的逐漸增長，會使棗樹的水分利用特征發(fā)生轉變。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，但當淺層土壤水不足時，可以調(diào)整吸水深度，適應水分變化的環(huán)境。為了確保幼齡棗樹能更好的吸收利用淺層土壤水，可以對其進行覆蓋，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，棗樹可以轉換水源，吸收深層土壤水，適應干旱條件。同時棗樹蒸騰耗水逐漸強烈，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，為了維持棗樹對淺層土壤水的吸收利用，也可對其進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，蒸騰耗水強烈，使不同深度土壤含水率都接近調(diào)萎系數(shù)，同時對降雨響應的敏感性降低，為維持棗樹健康發(fā)展可以對其進行修剪，減少蒸騰耗水及其對土壤水分的消耗，可適當恢復土壤的儲水量。22年生棗樹，冠幅和根系生長都達到最大。整個生育期內(nèi)，棗樹的耗水量較大，同時對降雨響應的敏感性明顯下降，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)多年強烈耗水下，中深層土壤水難以得到降雨的補充和恢復，土壤長期都處于水分虧缺狀態(tài)，使土壤濕度長期較低，容易形成土壤干層，這與辛小桂等[11]的研究結果相似。因此可以進行較大強度的修剪、間伐或更新種植，減少棗樹對土壤水分的消耗，避免深層土壤水分干燥化，實現(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系，和進一步評價不同樹齡棗樹在黃土丘陵地區(qū)的長期適應性，還應對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等）進行深入研究。

4 結 論

1）棗樹隨著樹齡的增加，對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外界水分環(huán)境的變化。在淺層（0～40 cm）土壤水分相對充足時期，棗樹主要吸收淺層土壤水，而在降水量偏少時期，淺層土壤水分匱乏，棗樹會調(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充和恢復，同時促進該區(qū)土壤水庫的重建，需要對不同樹齡棗樹進行水分管理，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到平衡，促進紅棗經(jīng)濟林的持續(xù)健康發(fā)展。

[1] 邊俊景，孫自永，周愛國，等. 干旱區(qū)植物水分來源的D、~(18) O同位素示蹤研究進展[J]. 地質科技情報，2009，28(4)：117－120.Bian Junjing, Sun Ziyong, Zhou Aiguo, et al. Advances in the D and18O isotopes of water source of plants in arid areas[J].Geological Science and Technology Information, 2009,28(4):117－120. (in Chinese with English abstract)

[2] Raich J W, Rastetter E B, Melillo J M, et al. Potential net primary productivity in south America: Application of a global model[J]. Ecol Appl, 1991, 1(4): 399－429.

[3] 李虹辰，趙西寧，高曉東，等. 魚鱗坑與覆蓋組合措施對陜北旱作棗園土壤水分的影響[J]. 應用生態(tài)學報，2014，25(8)：2297－2303.Li Hongchen, Zhao Xining, Gao Xiaodong, et al. Effects of scale-like pit and mulching measures on soil moisture of dryland jujube orchard in north Shaanxi Province, China[J].Chinese Journal of Applied Ecology, 2014, 25(8): 2297－2303. (in Chinese with English abstract)

[4] 凌強，趙西寧，高曉東，等. 間作經(jīng)濟作物對黃土丘陵區(qū)旱作紅棗土壤水分的調(diào)控效應[J]. 應用生態(tài)學報，2016，27(2)：504－510.Ling Qiang, Zhao Xining, Gao Xiaodong, et al. Effects of inter-row economic crop planting on soil moisture in a rain-fed jujube orchard in loess hilly region, China[J].Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(2): 504－510.(in Chinese with English abstract)

[5] 潘岱立，趙西寧，高曉東，等. 基于 VFSMOD模型的黃土坡面生草帶產(chǎn)流產(chǎn)沙動態(tài)模擬[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33(8)：19－125.Pan Daili, Zhao Xining, Gao Xiaodong, et al. VFSMOD-based runoff and sediment yield simulation on loess slope with vegetation filter strips[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(8): 119－125. (in Chinese with English abstract)

[6] 李陸生，趙西寧，高曉東，等. 黃土丘陵區(qū)不同樹齡旱作棗園土壤水分動態(tài)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2016，32(14)：145－152.Li Lusheng, Zhao Xining, Gao Xiaodong, et al. Influences of stand age on root patterns in a rain-fed jujube (Ziziphus jujube) plantation of loess plateau in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2016,32(14): 145－152. (in Chinese with English abstract)

[7] 馬理輝，吳普特，汪有科. 黃土丘陵半干旱區(qū)密植棗林隨樹齡變化的根系空間分布特征[J]. 植物生態(tài)學報，2012，36(4)：292－301.Ma Lihui, Wu Pute, Wang Youke. Spatial pattern of root systems of dense jujube plantation with jujube age in the semiarid loess hilly region of China[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2012, 36(4): 292－301. (in Chinese with English abstract)

[8] 劉曉麗，汪有科，馬理輝，等. 密植棗林地深層土壤水分垂直變化與根系分布關系[J]. 農(nóng)業(yè)機械學報，2013，44(7)：90－97.Liu Xiaoli, Wang Youke, Ma Lihui, et al. Relationship between deep soil water vertical variation and root distribution in dense jujube plantation[J]. Transactions of The Chinese Society of Agricultural Machinery, 2013,44(7): 90－97. (in Chinese with English abstract)

[9] 張義，謝永生，郝明德. 黃土高原溝壑區(qū)塬面蘋果園土壤水分特征分析[J]. 土壤，2011，43(2)：293－298.Zhang Yi, Xie Yongsheng, Hao Mingde. Study on characteristics of apple orchard soil moisture in gully region of loess plateau[J]. Soils, 2011, 43(2): 293－298. (in Chinese with English abstract)

[10] 樊軍，郝明德，邵明安. 黃土旱塬農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤深層水分消耗與水分生態(tài)環(huán)境效應[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2004，20(1)：61－64.Fan Jun, Hao Mingde, Shao Ming'an. Water consumption of deep soil layers and eco-environmental effects of agricultural ecosystem in the loess plateau[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2004,20(1): 61－64. (in Chinese with English abstract)

[11] 辛小桂，吳普特，汪有科，等. 山地不同樹齡棗園土壤水分狀況研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2012，30 (3)：85－89.Xin Xiaogui, Wu Pute, Wang Youke, et al. Study on soil water condition of mountain jujube yards of different growth years[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2012, 30(3):85－89. (in Chinese with English abstract)

[12] 汪星，周玉紅，汪有科，等. 黃土高原半干旱區(qū)山地密植棗林土壤水分特性研究[J]. 水利學報，2015，46(3)：263－270.Wang Xing, Zhou Yuhong, Wang Youke, et al. Soil water characteristic of a dense jujube plantation in the semi-arid hilly regions of the loess plateau in China[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2015, 46(3): 263－270. (in Chinese with English abstract)

[13] 張應華，仵彥卿，蘇建平，等. 額濟納盆地地下水補給機理研究[J]. 中國沙漠，2006，26(1)：96－102.Zhang Yinghua, Wu Yanqing, Su Jianping, et al. Mechanism of groundwater replenishment in ejin basin[J]. Journal of Desert Research, 2006, 26(1): 96－102. (in Chinese with English abstract)

[14] 劉麗穎，賈志清，朱雅娟，等. 高寒沙地不同林齡中間錦雞兒的水分利用策略[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2012，26(5)：119－125.Liu Liying, Jia Zhiqing, Zhu Yajuan, et al. Water use strategy of different stand ages of caragana intermedia in alpine sandland[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2012, 26(5): 119－125. (in Chinese with English abstract)

[15] 劉樹寶，陳亞寧，李衛(wèi)紅，等. 黑河下游不同林齡胡楊水分來源的D、~(18)O同位素示蹤[J]. 干旱區(qū)地理，2014，37(5)：988－995.Liu Shubao, Chen Yaning, Li Weihong, et al. Application of D and18O stable isotopes in analyzing the water sources of different ages of populus euphratica in the lower reaches of the hei river[J]. Arid Land Geography, 2014, 37(5): 988－995. (in Chinese with English abstract)

[16] Wang Peng, Song Xianfang, Han Dongmei, et al. A study of root water uptake of crops indicated by hydrogen and oxygen stable isotopes: A case in Shanxi Province, China[J].Agricultural Water Management, 2010, 97(3): 475－482.

[17] Moore Jonathan W, Semmens Brice X. Incorporating uncertainty and prior information into stable isotope mixing models[J]. Ecology Letters, 2008, 11(5): 470－480.

[18] Leng Xin, Cui Jun, Zhang Shiting, et al. Differential water uptake among plant species in humid alpine meadows[J].Journal of Vegetation Science, 2013, 24(1): 138－147.

[19] 呂婷，趙西寧，高曉東，等. 黃土丘陵區(qū)典型天然灌叢和人工灌叢優(yōu)勢植物土壤水分利用策略[J]. 植物生態(tài)學報，2017，41(2)：175－185.Lü Ting, Zhao Xining, Gao Xiaodong, et al. Soil water use strategy of dominant species in typical natural and planted shrubs in loess hilly region[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2017, 41(2): 175－185. (in Chinese with English abstract)

[20] Ellsworth Patrick Z, Williams David G. Hydrogen isotope fractionation during water uptake by woody xerophytes[J].Plant and Soil, 2007, 291(1/2): 93－107.

[21] Phillips Donald L, Gregg Jillian W. Source partitioning using stable isotopes: coping with too many sources[J]. Oecologia,2003, 136(2): 261－269.

[22] 楊林山，李常斌，李文艷，等. 開采條件下黃土丘陵區(qū)地下水系統(tǒng)動態(tài)研究：以內(nèi)官–香泉盆地為例[J]. 水資源研究，2013，2(2)：134－140.Yang Linshan, Li,Changbin Li Wenyan, et al. Dynamic of groundwater system under human abstraction in the Loessial hilly area—a case study in the Neiguan-Xiangquan basin [J].Journal of Water Resources Research, 2013, 2(2): 134－140.(in Chinese with English abstract)

[23] Lin Guanghui, Sternberg Leonel Da S L. Utilization of surface water by red mangrove (Rhizophora Mangle L.): an isotopic study[J]. Bulletin of Marine Science-Miami, 1994,54(54): 94－102.

[24] 菅晶，賈德彬，郭少峰，等. 2014年渾善達克沙地黃柳生長季水分來源同位素示蹤研究[J]. 干旱區(qū)研究，2017，34(2)：350－355.Jian Jing, Jia Debin, Guo Shaofeng, et al. Water sources in growing season of salix gordejevii in the otindag sandyland traced by stable D isotope in 2014[J]. Arid Zone research,2017,34(2): 350－355. (in Chinese with English abstract)

[25] 王海燕，劉廷璽，王力，等. 科爾沁沙地坨甸交錯區(qū)土壤水分的空間變異規(guī)律[J]. 干旱區(qū)研究，2013，30(3)：438－443.Wang Haiyan, Liu Tingxi, Wang Li, et al. Spatial variation of soil moisture content in the dune-meadow ecotone in the horqin sandy land[J]. Arid Zone research, 2013, 30(3): 438－443. (in Chinese with English abstract)

[26] 徐慶，安樹青，劉世榮，等. 四川臥龍亞高山暗針葉林降水分配過程的氫穩(wěn)定同位素特征[J]. 林業(yè)科學，2005，41(4): 7－12.Xu Qing, An Shuqing, Liu Shirong, et al. Hydrogen stable isotope characteristics of the precipitation allocation processes in sub—alpine dark coniferolls forest in wolong,Sichuan Province[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2005,41(4): 7－12. (in Chinese with English abstract)

[27] 朱林，祁亞淑，許興. 寧夏鹽池不同坡位旱地紫苜蓿水分來源[J]. 植物生態(tài)學報，2014，38(11)：1226－1240.Zhu Lin, Qi Yashu, Xu Xing. Water sources of Medicago sativa grown in different slope positions in yanchi county of Ningxia[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2014,38(11):1226－1240. (in Chinese with English abstract)

[28] 劉麗穎，殷有，秦勝金，等. 遼西半干旱區(qū)不同林齡大扁杏人工林的水分利用特征[J]. 水土保持學報，2016，30(6)：118－122.Liu Liying, Yin You, Qin Shengjin, et al. Water use characteristics of different ages of prunus armeniaca plantations in semi-arid region of western Liaoning Province[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2016, 30(6): 118－122. (in Chinese with English abstract)

[29] 王紀華，趙春江，黃文江，等. 土壤水分對小麥葉片含水量及生理功能的影響[J]. 麥類作物學報，2001，21(4)：42－47.Wang Jihua, Zhao Chunjiang, Huang Wenjiang, et al. Effect of soil water content on the wheat leaf water content and the physiological function[J]. Journal of Triticeae Crops, 2001,21(4): 42－47. (in Chinese with English abstract)

[30] Dawson T E, Pate J S Seasonal water uptake and movement in root systems of Australian phraeatophytic plants of dimorphic root morphology: A stable isotope investigation[J].Oecologia, 1996, 107(1): 13－20.

[31] Dawson T E Hydraulic lift and water use by plants:implications for water balance, performance and plant-plant interactions[J]. Oecologia, 1993, 95(4): 565－574.

[32] Yang Bin, Wen Xuefa, Sun Xiaomin. Seasonal variations in depth of water uptake for a subtropical coniferous plantation subjected to drought in an East Asian monsoon region[J].Agricultural and Forest Meteorology, 2015, 201: 218－228.

[33] Ohte Nobuhito, Koba Keisuke, Yoshikawa Ken, et al. Water utilization of natural and planted trees in the semiarid desert of Inner Mongolia[J]. Ecological Applications, 2003, 13(2):337－351.