黄土高原苹果适水发展的实践与思考

一、研究背景

1999年国家退耕还林（草）工程实施以后，黄土高原苹果栽植面积达2000万亩，产量超过2300万吨，占全球的比例均超过25%，成为区域乡村振兴的主导产业。

黄土高原苹果产业发展趋势

黄土高原苹果产业虽然取得了显著成绩，但是发展过程中还存在以下五大水土障碍：一是干旱缺水：降雨不足，潜在蒸散量为降雨量的3倍，尤其是在春季树木返青时消耗大量的土壤水，使得春旱现象极为显著；二是过度耗水：盛果期果园土壤明显干燥化，可持续性降低；三是水土流失：极端暴雨导致土壤侵蚀灾害频发；四是土壤贫瘠：土壤有机碳<1%，与坡耕地相当；五是环境污染：过量施肥导致果园环境问题凸显。

为破除上述水土障碍，在绿色发展理念的指引下，我们提出了黄土高原果园适水发展的概念框架，力图通过果园再设计与技术升级，提升果园保水、固碳、抗蚀等生态功能，以期通过“政府+企业+果农+科技工作者”的政产学研用模式实现黄土高原苹果产业的可持续发展。基于该框架，取得了如下初步进展。

黄土高原果园适水发展概念框架

二、主要进展

针对果园普遍采用清耕制导致的种植结构单一、土壤蓄水保墒抗蚀效果差、土壤有机质含量低、水土流失频发和水分供求矛盾突出问题，首先将天然和人工同位素示踪相结合，探明了苹果的水分利用来源，发现苹果树蒸腾耗水高峰期在每年的坐果期和膨大期，并利用深层土壤水满足果树需水量，造成深层土壤干燥化风险。

苹果园水分来源与深层土壤水分消耗过程

为缓解果园土壤干燥化，我们提出在土气界面和根土界面联合调控的雨水资源化策略。

雨水资源调控：同步实现生产与生态的协同

在土气界面，将绿肥引入清耕果园进行间作，构建了植被复合系统。通过在黄土高原不同类型区多年定位试验研究发现，对于幼龄果园，虽然油菜间作使0-80cm土壤含水量降低了4.9%，但是使80-300cm土壤含水量增加6.7%，表现出明显深层促渗作用；对于盛果期果园，油菜间作使0-300cm土壤含水量相较于清耕增加8.2%，表现出水分协同效应，并且在干旱年更加明显。

幼龄果园油菜间作土壤水分调控效应

盛果期果园油菜间作土壤水分调控效应

在根-土界面，以坡面微集雨、多孔管导流侧渗、氨化有机介质填充和土壤地力培育提升为主体，建造根域中深层立体自适应补水工程，研发出雨水集聚深层入渗新技术（RWCI），通过不同类型果树田间定位试验，发现该技术可以提升土壤的保水增碳性能，有效实现了全部降水就地拦蓄入渗，同步缓解了干旱缺水与水土流失。

以果园绿肥间作和雨水集聚深层入渗两项关键技术为核心，建立“黄土高原苹果园适水增效调控技术模式”，使果园土壤有机碳平均增加26%，水分利用效率和产量增加17%以上，同步实现了苹果园增产增效与适水发展。

黄土高原苹果园适水增效调控技术模式

在黄土高原榆林子洲、清涧、米脂和延安宝塔、安塞等县区分别建立示范点，获批陕西省县域科技创新试验示范站，技术成果入选农业农村部主推技术，在黄土高原累计推广应用超过260万亩，应用前景广阔。

技术模式示范应用

三、几点思考

目前，我们国家水安全战略实施要求农业用水零增长、节水优先，另一方面“碳达峰、碳中和”战略则要求农业生产必须走低碳环保的道路。因此，黄土高原苹果产业发展应当以“适水增碳”为目标，解决产业发展中所面临的水分供需矛盾进一步加剧、土壤有机质低、肥料利用率低等问题。未来研究需重点考虑如下几个关键科学技术问题。

苹果产业发展所面临的约束和压力

1. 黄土高原苹果产业的适水分布格局

“黄河流域生态保护和高质量发展”国家战略中明确提出适水种植、量水生产。黄土高原有限水资源对苹果产业的承载力有多大？区域苹果产业的适水分布格局是什么？上述问题均需要在水资源刚性约束下进行更为深入的研究。

2. 黄土丘陵区果园侵蚀阻控与保水固土

近年来，黄土高原山地苹果发展迅猛，但果园土壤抗蚀性低，果园中土壤团聚体要明显低于生态林，土壤侵蚀发生风险高。因此，在夏秋季极端暴雨期，如何在山地果园进行降雨径流调控，实现聚水保土和降水资源高效利用，是目前亟待研究的问题。

3. 黄土高原苹果园生产与生态平衡

苹果是一种深根系作物，其根系可达20m，在生长旺盛期消耗了大量土壤深层水，导致深层干燥化明显，使得果树应对干旱能力降低。因此，如何在果园进行多界面水土过程调控，保证其正常的生长用水，避免产生大范围的深层干燥化，是当前重点研究的课题之一。

4. 黄土高原苹果园地力提升与固碳减排

苹果园土壤有机碳含量低，致使化肥施入过量，利用率低，导致了严重的残余硝酸盐累积，对生态安全和水安全造成威胁。因此，如何通过合理施氮和改土培肥促进地力提升与固碳减排是实现苹果园生产与生态协同提升的关键途径。

5. 黄土高原苹果园生态系统服务功能提升

苹果园作为一个生态系统，如何在适水改土的基础上，同步提升供给服务（高产优质、产出多样）、调控服务（保水固土、固碳减排、调节气候）、支持服务（地力提升）和文化服务（娱乐休闲），是建设美丽智慧果园的关键与重点。

黄土高原苹果园生态系统服务功能提升