黄土高原苹果生产耗水与地下水枯竭的紧密关联：水资源可持续性的关键洞察

在干旱半干旱地区，地下水对维持生态和农业意义重大。研究人员针对黄土高原长武县，开展苹果生产耗水与地下水关系的研究。结果发现苹果生产耗水与地下水位下降紧密相关，其加剧了地下水枯竭风险。该研究为水资源管理提供重要依据。

　　在广袤的黄土高原，干旱半干旱的气候使得水资源显得尤为珍贵。地下水作为重要的淡水储备，不仅为当地居民提供生活用水，更是支撑农业生产的关键力量。然而，随着全球气候变暖，干旱愈发频繁，人们对地下水的依赖程度不断加深，过度开采和不合理利用导致的地下水问题日益严峻。与此同时，为了应对气候变化和追求经济发展，大量经济树种被广泛种植，苹果作为其中的典型代表，在黄土高原地区的种植规模不断扩大。苹果种植虽带来了经济效益和碳汇贡献，但也引发了一系列生态问题。研究发现，苹果种植可能会改变当地的水循环，对地下水文产生负面影响，导致土壤水分枯竭、地下水补给减少等问题。然而，以往的研究多基于局部监测，对于苹果生产在区域尺度上对地下水资源的影响，仍缺乏深入、全面的评估。在这样的背景下，为了深入了解苹果生产与地下水之间的关系，探寻水资源可持续利用的途径，来自国内的研究人员针对黄土高原长武县展开了相关研究。这一研究成果发表在《Agricultural Water Management》杂志上，为解决区域水资源问题提供了重要参考。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过整合点尺度的土壤水分观测数据与苹果园的空间分布信息，对区域地下水枯竭量进行量化。在确定苹果园不同年龄组面积时，依据长期统计数据进行时间外推估算。其次，基于果园产量和水分生产率构建耗水核算框架，以此计算苹果生产的耗水量。

研究结果

1. 降水和地下水位的变化：研究期间，降水呈现动态变化，多年平均降水量为 593 毫米（1975 - 2010 年）、597 毫米（1957 - 1995 年）和 586 毫米（1995 - 2020 年）。两个观测点 W1 和 W2 的平均地下水位深度分别为 28 米和 50 米。W1 的地下水位在 1990 年前相对稳定，之后迅速下降；W2 的地下水位在 1992 年前有所上升，之后稳步下降。1990 年后，W1 的地下水位波动更为明显，主要是因为其受降水、植被和抽水活动的影响更大；而 W2 的地下水位变化相对稳定，这得益于其更深的含水层受深层排水过程的影响。
2. 苹果园面积和产量的变化：过去三十年，苹果园种植面积呈对数增长。1995 年和 2000 年果园面积相近，之后持续扩张，2015 年达到峰值 18,667 公顷，2020 年因部分老果园改回农田而减少至 16,776 公顷。苹果产量则呈指数增长，1995 年产量为 3.0×10⁴吨，2000 - 2010 年翻倍，2015 年和 2020 年产量分别为 2.9×10⁵吨和 3.4×10⁵吨。通过推测不同年龄组果园的种植面积发现，2005 年后苹果园开始导致土壤水分枯竭。
3. 地下水枯竭：根据不同年龄组苹果园的面积和土壤水分枯竭量估算，2005 年和 2010 年地下水枯竭量为 1.4×10⁶立方米，2015 年达到最大值 3.2×10⁶立方米，2020 年较 2015 年减少 0.6×10⁶立方米。总体而言，苹果生产导致的地下水累计枯竭量达到 3.6×10⁷立方米，相当于研究区域地下水位下降 63 毫米，占 1990 - 2020 年平均年降水量的 11%。并且，地下水枯竭量与苹果园种植面积呈线性正相关，表明苹果生产对区域地下水产生了负面影响，威胁到地下水的可持续性。
4. 苹果生产耗水量：基于水分生产率和苹果产量计算，1995 年苹果生产耗水量为 7.6×10⁶立方米，2000 年为 1.5×10⁷立方米，之后持续增加。2010 年耗水量是 2005 年的两倍，2015 - 2020 年耗水量进一步上升，分别为 7.2×10⁷立方米和 8.5×10⁷立方米。通过计算发现，自 2005 年起，当地降水量已无法满足苹果生产的需水量，这与基于苹果园面积估算的土壤水分亏缺结果一致，也验证了不同年龄组苹果园面积估算的合理性。

研究结论与讨论

研究表明，苹果种植自 2005 年起导致了长武县地下水枯竭，2015 年枯竭量最大。区域地下水枯竭不仅受树龄影响，还与种植面积密切相关，苹果园的空间范围成为区域尺度地下水枯竭程度的主要决定因素。此外，苹果树根系分布、根际微生物等也对地下水枯竭有一定影响，但树龄和种植密度的相互作用仍是主导因素。

在苹果生产耗水与地下水可持续性的权衡方面，研究发现两者存在线性关系，苹果生产导致的地下水位下降与耗水量直接相关。尽管植树造林可能会增强局部水分循环，但苹果生产中大量水分用于果实生长并被输出产区，且当地地下水补给率低，因此苹果生产严重损害了地下水的可持续性，加剧了区域水资源短缺问题。

研究存在一定的不确定性，如在估算地下水枯竭量时，假设所有苹果树均在 1990 年后种植，虽可能导致总枯竭量的轻微低估，但对整体评估影响较小。基于研究结果，为保障该地区水资源的可持续性，应合理规划苹果园种植面积，实施滴灌、定期修剪和覆膜等农艺措施提高水分利用效率，优先将老化苹果园转换为其他土地利用类型，以促进地下水的补给。这些研究结果为农民提高生产效率、保护水资源提供了实用指导，也为干旱和半干旱地区的植被恢复与可持续水资源管理提供了重要参考，有助于平衡经济收益与地下水长期可持续性之间的关系。