油松(Pinus tabulaeformis)是黄土高原丘陵沟壑区主要水土保持树种之一，具有耐旱耐瘠、速生丰产等优良特性。陕北是黄土高原人工油松林主要分布区，但由于干旱少雨和土壤干燥化，形成了大面积低产油松林(吴钦孝等，1998; 程积民等，2002)。目前，有关黄土高原人工林地生长衰败和土壤干燥化研究的相关报道较多(李玉山，1983; 2001; 杨维西，1996; 余新晓等，1996; 侯庆春等，1999; 杨文治等，2000; 杨文治，2001; 王孟本等，2001; 赵鸿雁等，2001; 陈云明等，2002; 2004; 穆兴民等，2003; 王力等，2004; 陈洪松等，2005; 李军等，2008; 王志强等，2008)，但油松林相关研究多集中在不同气候区林地生物量比较、短期林地土壤水分平衡和养分循环观测等方面(马钦彦，1989; 肖瑜，1990; 吴刚等，1994; 魏天兴等，1998; 靳天恩等，1999; 罗天祥等，1999; 赵鸿雁等，2001; 张社奇等，2005; 张晓明等，2008)，对油松林地水分生产力和土壤水分动态变化的长周期定位观测和定量模拟研究鲜见报道。由于油松生长周期较长、林地利用土壤水分的土层较深、定位试验观测难度较大，本研究应用美国研制的环境政策综合气候模型———WinEPIC，以陕北洛川、延安和榆林为代表地点，定量模拟陕北不同降水量地区人工油松林地水分生产力和深层土壤水分的长周期变化动态，揭示和比较各降水地点较长时段内人工油松林地水分生产力变化规律和土壤干燥化效应，为陕北人工油松林地建设和林地土壤水分可持续利用提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 试验区油松林地概况

自20世纪60—70年代开始营造油松林以来，黄土高原人工油松林地面积已达5.3 ~ 6.7万hm²，陕北黄土丘陵区、渭北和陇东旱塬沟壑区以及晋西黄土区是黄土高原人工油松林地集中分布区。延安以南地区为暖温带落叶阔叶林带，年降水量500 ~650 mm，气候比较湿润，森林植被发育良好，较适宜油松生长，位于黄龙山和子午岭的陕西宜川、黄龙、宜君以及甘肃的合水和正宁等县人工油松林地面积较大; 延安以北地区为温带草原带，年降水量仅400 ~ 500 mm，干旱少雨和水土流失威胁严重，不利于油松生长，只有府谷和神木等地有少量油松疏林分布(吴钦孝等，1998)。水分不足是黄土高原油松林生长的主要限制因素，按照降水量高低和油松林分布的地带性特征，本研究拟选择半湿润区的陕西洛川(45年降水量605 mm)、半干旱区的陕西延安(45年降水量535 mm)和半干旱偏旱区的陕西榆林(45年降水量398 mm)为试点，运用WinEPIC模型长周期系统定量模拟方法，分析和比较不同降水量地点人工油松林地水分生产力演变和深层土壤干燥化效应特征与差异，揭示降水对人工油松林生长的长远影响，评价油松林地土壤水分可利用年限和人工油松林地建设前景。

1.2 WinEPIC模型简介

侵蚀和生产力影响计算模型EPIC (erosionproductivity impact calculator)，现在改称为环境政策综合气候模型(environmental policy integratedclimate)，是美国研制的定量评价“气候-土壤-作物-管理”综合系统的动力学模型，由气象模拟、水文学、侵蚀泥沙、营养循环、农药残留、作物生长、土壤温度、土壤耕作、经济效益和作物环境控制等模块组成，其多作物通用生长模拟模块由包含多种树木在内的70余种作物类型组成，能够以天为时间步长，定量模拟水土资源利用和作物生产力长周期动态变化过程，可用来评价农业生态系统管理策略和水土资源环境效应(Williams et al., 1989; 1990)。本研究采用的WinEPIC 3060版，是能够在Windows环境下运行的、用户界面友好的新一代EPIC模型，适用于作物生产系统综合性模拟分析和应用研究，模型中土壤水分动力学过程描述比较细致，可以输出逐日分层土壤水分模拟结果，特别适合于旱地土壤水分生态环境效应的模拟和分析(Gerik et al., 2003; Harman et al., 2004)。有关EPIC模型的数学模拟原理、数据库组建、模型验证和应用研究，已有专文报道(李军等，2004a; 2004b; 2004c; 2004d; 2005; 2007; 赵玉娟等，2007)。

1.3 EPIC模型参数设置

以陕西洛川、延安和榆林为试点，利用当地气象和土壤资料连续定量模拟研究了1957—2001年期间各地油松林地水分生产力与土壤干燥化效应。逐日气象数据包括逐日太阳辐射量、最高温度、最低温度、降水量、相对湿度、风速等气象要素数据，来源于洛川、延安和榆林当地气象台站1957—2001年实时观测资料。土壤数据包括洛川的粘黑垆土、延安的黄绵土和榆林的绵沙土等3种土壤剖面土壤理化性状数据，来源于中国土种志、陕西土壤等土壤普查资料(全国土壤普查办公室，1995; 陕西省土壤普查办公室，1992)。在油松林地立地条件设置中，忽略了坡度、坡向和坡位等立地条件的影响，但考虑海拔的影响。参照WinEPIC模型中松树的生长参数，构建油松的40余种生长参数(李军等，2004b; Harmar et al., 2004)。模拟研究中，设定油松生长寿命70年，模拟时段45年，初植密度4 000株·hm^-2 (焦醒等，2009; 张建军等，2007)，最大树高20 m，最大根深10 m，土层深度10 m，土壤剖面分为0 ~ 0.01，0.01 ~ 0.5，0.5 ~ 1，1 ~ 2，2 ~ 3，3 ~ 4，4 ~ 5，5 ~ 7，7 ~ 9，9 ~ 10 m等10个土层。在油松林45年连续生长条件下，分别模拟各降水量地区油松林地的水分生产力年度变化、林地10 m土层逐月土壤有效含水量变化动态，并在模型输出的逐日分层土壤湿度模拟数据中，分别选择每月15日0 ~ 10 m土层土壤有效含水量和每年7月15日0 ~ 10 m土层的分层土壤湿度值，分析林地土壤有效含水量逐月变化动态和土壤湿度剖面分布的年度变化动态。

1.4 EPIC模拟精度验证

由于缺乏黄土高原油松林生物量和土壤水分动态长周期定位观测资料，本研究利用延安周边地区不同年龄油松林累积生物量观测值与延安同龄油松林累积生物量模拟值进行比较(马钦彦，1989; 肖瑜，1990; 吴刚等，1994)，平均模拟值与观测值分别为94.85和80.24 t· hm^-2，二者相对误差为18.22%，相关系数为0.988 0，达到极显著水平(图 1)。由于模拟时忽略了坡度、坡向等立地条件对油松生长的影响，只考虑平坦立地条件下温度和降水等因素的影响，所获得的累积生物量模拟值是当地气候和土壤条件下油松林地潜在水分生产力。此外，由于在实际生产上采用间伐等管理措施，20年生以后油松林地实际密度通常低于模拟时的栽植密度，也使得林分累积生物量观测值偏低。因此，油松林地累积生物量模拟值稍高于观测值应该是正常的和合理的。图 1显示，油松累积生物量模拟值和观测值变化趋势基本一致，表明EPIC模型能够较为真实地模拟油松生长和生物量积累。

由于缺乏油松林地深层土壤水分长周期连续定位观测数据，采用同龄油松林地0 ~ 10 m土层土壤水分观测值和模拟值来比较林地土壤水分的模拟精度。子午岭15 ~ 20年生油松林地0 ~ 10 m土层土壤有效贮水量观测值为311.4 mm(李军等，2008)，洛川同龄油松林地0 ~ 10 m土层土壤有效含水量模拟值为355.0 mm，模拟值和观测值之间的相对误差为12.30%。绥德20年生油松林地0 ~ 10 m土层土壤有效贮水量观测值为177.0 mm (王志强等，2008)，延安同龄油松林地0 ~ 10 m土层土壤有效含水量模拟值为160 mm，模拟值和观测值之间的相对误差为-9.60%。山西吉县17 ~ 28年生油松林地年耗水量为655.9 mm(张晓明等，2008)，洛川同龄段油松林地年耗水量模拟值为702.3 mm，1 ~ 45年生油松林地年耗水量模拟值为634.8 mm，模拟值和观测值之间的相对误差分别为7.07%和-3.22%。这表明，WinEPIC模型也能够较为真实地模拟油松林地深层土壤水分效应和年耗水量。

2 结果与分析 2.1 年耗水量与干旱胁迫

在1957—2001年模拟研究期间，陕北南部的洛川、中部的延安和北部的榆林年降水量分别介于341.9 ~ 912.4，330.0 ~ 871.2和159.6 ~ 695.4 mm范围内，45年平均值分别为605.0，534.6和398.0 mm，标准差分别为125.6，122.0和112.4mm，变异系数分别为20.8%，23.8%和28.2%，从南到北年降水量逐步减少，降水波动性逐步增加。3个地点的年降水量均呈现明显的波动性降低趋势，其中以延安降水量减少趋势最为显著(图 2)。

在45年模拟研究期间，洛川、延安和榆林油松林地年耗水量分别介于371.9 ~ 994.0，344.3 ~811.2和264.9 ~ 625.4 mm，平均值分别为634.8，566.8和423.6 mm，标准差126.2，123.5和99.6 mm，变异系数19.9%，21.8%和23.5%，3个地点油松林地年耗水量均呈现逐年线性增高，又逐年波动性降低的变化动态(图 2)，洛川、延安和榆林油松林地年耗水量分别在19，8和8年生时达到最大值，此后开始波动性下降(图 3)。在45年期间，洛川、延安和榆林油松林地年耗水量分别比同期年降水量平均值高29.8，32.2和25.6 mm，45年共多耗水1 340，1 450和1 150 mm。洛川1 ~ 22年生、延安1 ~ 21年生、榆林1 ~ 20年生期间油松林地年耗水量值普遍高于当地同期年降水量值，此期间年均多耗水60.9，68.6和57.5 mm，洛川23 ~ 45年生、延安22 ~ 45年生、榆林21 ~ 45年生油松林地年耗水量值和年降水量值接近或者相等，波动趋势完全吻合，表明油松林地深层土壤干燥化后，油松生长耗水主要依靠当年雨季降水供给(图 3)。

土壤干旱胁迫是指林地土壤供水量低于树木生长需水量时对树木生物量生长产生的水分亏缺胁迫。干旱胁迫日数是指每年生长季节中油松生物量生长遭受土壤干旱胁迫的日数，用以描述土壤水分亏缺对当季油松生物量生长的胁迫程度。在45年模拟研究期间，洛川、延安和榆林油松林地年土壤干旱胁迫日数分别介于0 ~ 211.5，0 ~ 246.2和0 ~213.7天，45年平均值分别为81.4，99.4和120.7天，标准差分别为77.1，84.1和76.5天，变异系数分别为94.8%，84.6%和63.4%。洛川油松林地干旱胁迫程度低于延安，延安又低于榆林。洛川1 ~17年生、延安1 ~ 15年生和榆林1 ~ 8年生油松林地土壤干旱胁迫日数为0，表明此期尚未出现土壤干旱胁迫。此后，洛川18 ~ 45年生、延安16 ~ 45年生和榆林9 ~ 45年生油松林地年土壤干旱胁迫日数呈现明显的波动性上升趋势，表明油松生长遭受土壤干旱胁迫的程度日趋增加(图 2)，此期洛川、延安和榆林油松生长干旱胁迫日数平均值分别为130.8，149.1和146.5天。在有干旱胁迫年份，洛川的干旱胁迫程度低于延安，延安又低于榆林，但在油松生长中期，三者差异较为明显，在生长后期差异趋于缩小。在模拟研究后期的90年代，洛川、延安和榆林的油松林地土壤干旱胁迫程度加剧，3个地点干旱胁迫日数逐渐接近或者超过200天，其中，洛川在1995年达到最大值211.5天，延安在2001年达到最大值246.2天，榆林在1997年达到最大值213.7天。

2.2 逐年生物量与累积生物量

在1957—2001年模拟研究期间，洛川、延安和榆林的油松林地逐年生物量模拟值分别介于0.75 ~8.20，0.02 ~ 6.64和0.42 ~ 5.26 t·hm^-2范围，45年平均值分别为4.29，3.62和2.73 t·hm^-2，标准差分别为2.09，1.88和1.25 t·hm^-2，变异系数分别为48.9%，52.0%和45.8%。随降水量从南向北减少，洛川、延安和榆林油松林地逐年生物量平均值也呈现减少趋势。

在45年模拟研究期间，洛川1 ~ 17年生、延安1 ~ 13年生和榆林1 ~ 9年生油松林地逐年生物量均呈现稳定的线性上升趋势，并达到最高或较高年生长量水平后，洛川18 ~ 45年生、延安14 ~ 45年生和榆林10 ~ 45年生油松林地逐年生物量呈现剧烈的波动性降低趋势，出现了生长速度逐年趋缓现象(图 2)。随各地降水量的年际波动性变化，洛川油松林地逐年生物量在较高水平上波动性降低，榆林在较低水平上波动性降低，延安在二者之间波动性降低。若按照油松林地逐年生物量增长量高低划分，可以将45年油松生长时段分为初始生长阶段、旺盛生长阶段和缓慢生长阶段3个阶段，不同生长阶段油松林地生物量生长速度差异显著(表 1)。

在油松林地生长后期31 ~ 45年生期间，油松林地生物量增长量随降水量变化年度差异十分显著。如1988年3个地点均为丰水年型，洛川、延安和榆林的年降水量分别高达705.2，743.5和540.7 mm，当年油松林地生物量增长量分别为5.36，6.56和4.81 t·hm^-2，而1997年3个地点均为干旱年型，洛川、延安和榆林的年降水量分别仅为403.1，327.1和316.5 mm，当年油松林地生物量增长量分别只有0.96，0.77和0.54 t·hm^-2。在油松林地模拟生长的后15年期间，进入缓慢生长和衰败阶段，洛川有2年(1995和1997年)、延安有4年(1995，1997，1999和2000年)、榆林有8年(1989，1991，1993，1996，1997，1998，1999和2000年)油松林地逐年增长量低于2.0 t·hm^-2，特别是榆林油松生长衰败迹象十分明显。

洛川、延安和榆林1 ~ 45年生油松林地累积生物量均呈现逐年增加趋势(图 2)，洛川累计生物量增长量明显高于延安，延安又明显高于榆林。洛川、延安和榆林45年生油松林地累计生物量分别为192.84，162.91和123.04 t·hm^-2，洛川和延安分别比榆林高56.7%和32.4%。

2.3 逐月土壤有效含水量

土壤有效含水量是指林地土壤含水量减去凋萎湿度含水量的差值，其含义是树木能够从土壤中吸收的水分含量。在1957—2001年模拟研究期间，洛川、延安和榆林油松林地0 ~ 10 m土层逐月土壤有效含水量值分别介于0 ~ 1 430，0 ~ 1 460和0 ~1 160 mm，540个月平均值分别为479.1，428.5和257.9 mm，标准差分别为580.2，566.8和376.3mm，变异系数分别为121%，132%和146%。在45年期间，洛川、延安和榆林油松林地逐月土壤有效含水量平均值依次降低，土壤干燥化程度以榆林最严重，其次为延安，洛川较轻。

1~ 18年生油松林地0 ~ 10 m土层逐月土壤有效含水量下降趋势明显(图 4A)，洛川、延安和榆林油松林地0 ~ 10 m土层逐月土壤有效含水量分别从1957年1月的1 350，1 450和1 160 mm，降低到1974年12月的250，170和130 mm，18年间土壤有效含水量分别减少1 100，1 280和1 030 mm，平均每年减少61，71和57 mm。

洛川1 ~ 13年生油松林地0 ~ 10 m土层逐月土壤有效含水量维持在较高的水平上，土壤干燥化并不明显，从14年生起土壤有效含水量剧烈下降，从1970年1月的1 280 mm降低到1976年12月(20年生)的50 mm，平均每年减少176 mm，表明14 ~ 20年生期间是洛川油松林地土壤干燥化最强烈的阶段。随降水量的年度和季节波动，洛川21年生以上油松林地0 ~ 10 m土层逐月土壤有效含水量在0 ~150 mm范围的较低水平上波动。

延安1 ~ 8年生油松林地0 ~ 10 m土层逐月土壤有效含水量也维持在较高水平上，从9年生开始土壤有效含水量逐年急剧下降，从1965年1月的1 360 mm降低到1976年12月(20年生)的30 mm，平均每年减少111 mm，即9 ~ 20年生期间是延安油松林地土壤干燥化最强烈的阶段。21年生以后，延安油松林地0 ~ 10 m土层土壤有效含水量在0 ~130 mm范围内的较低水平上波动。

榆林1 ~ 5年生油松林地0 ~ 10 m土层逐月土壤有效含水量也维持在较高水平上，尚未发生严重土壤干燥化，从6年生起土壤有效含水量逐年下降，从1962年1月的1 010 mm降低到1975年12月(19年生)的40 mm，平均每年减少69 mm，即6 ~ 19年生期间是榆林油松林地土壤干燥化最强烈的阶段。20年生以后，榆林油松林地0 ~ 10 m土层土壤有效含水量在0 ~ 110 mm范围内的较低水平上波动。榆林油松林地的土壤干燥化进程早于洛川和延安，不仅表现为土壤有效含水量开始下降的时间较早，而且表现为达到强烈干燥化阶段的时间也早。榆林在15年生时土壤有效含水量就已经降低到200 mm以下，而洛川在18年生、延安在16年生时分别降低到200 mm以下。

虽然洛川、延安和榆林的年降水量差异明显，但洛川和延安油松林地在发生干燥化后0 ~ 10 m土层土壤有效含水量差异并不明显，分别在0 ~ 150，0 ~130和0 ~ 110 mm范围内变化，当季降水基本上被油松生长消耗，剩余的土壤有效含水量很低，表明3个地点油松林地0 ~ 10 m土层土壤湿度已经达到强烈干燥化状态。

若洛川、延安和榆林土壤稳定湿度值分别以15.5%，12.0%和9.3%计算，那么达到土壤稳定湿度时土壤有效含水量分别为85，91和75 mm·m^-1。以10 m土层厚度计算，洛川、延安和榆林在土壤稳定湿度下的有效含水量分别为850，910和750 mm。若以油松林地0 ~ 10 m土层土壤有效含水量开始稳定低于当地土壤稳定湿度值作为判断标准，则洛川在16年生、延安在14年生和榆林在9年生时油松林地0 ~ 10 m土层整体开始发生土壤干燥化。若以土壤稳定湿度值的一半作为严重干燥化的界限指标，那么洛川、延安和榆林油松林地0 ~ 10 m土层土壤湿度分别在18年生、16年生和14年生时达到严重干燥化强度。

2.4 土壤湿度剖面分布

洛川、延安和榆林1 ~ 28年生油松林地0 ~ 10 m土层土壤湿度剖面分布模拟值逐年变化显示(图 5)，洛川在14年生、延安在9年生、榆林在5年生以前，油松根系吸水土层均主要分布于0 ~ 3 m土层范围，在深度2 m处形成明显的低湿层，3 ~ 10 m土层土壤湿度仍在较高水平上。洛川、延安和榆林分别从15，10，6年生开始，油松林地吸水土层深度逐年加深，在3 m以下深层逐渐形成土壤干层。洛川15年生油松林地土壤干层最大分布深度超过3 m，16年生超过7 m，17年生超过了9 m，19年生超过10 m，20年生以后2 ~ 10 m土层土壤湿度维持在0.117 m·m^-1左右的稳定干燥化状态。延安10 ~ 11年生油松林地土壤干层最大分布深度超过4 m，12 ~ 13年生超过5 m，14年生超过7 m，15年生超过9 m，19年生超过10 m，20年生以后2 ~ 10 m深层土壤湿度维持在0.064 m·m^-1左右的稳定干燥化状态。榆林7年生油松林地土壤干层最大分布深度超过3 m，8年生时超过5 m，9年生时超过7 m，14年生时超过9 m，19年生超过10 m，20年生以后2 ~ 10 m深层土壤湿度维持在0.045 m·m^-1左右的稳定干燥化状态。此后，3个地点油松林地均只有0 ~ 2 m土层土壤湿度随降水量发生年度和季节变化。3个地点相比，榆林油松林地土壤干燥化进程最快，其次为延安，洛川则相对较慢，但在20年生以后油松林地2 ~ 10 m土层均已达到强烈干燥化状态，深层土壤水库贮水量的枯竭，使得油松生长完全依靠当季降水供给，难以满足油松旺盛生长对水分的强烈需求。随着降水量的趋势性减少和土壤干旱胁迫程度的加剧，最终导致油松逐年生物量生长逐渐下降。

3 讨论与结论 3.1 讨论

1) 黄土高原油松林地水分生产力与土壤干燥化效应陕北和晋西黄土高原地处暖温带半湿润和半干旱气候区，人工油松林生长主要受降水量的显著制约。本研究模拟结果显示，在油松生长前期，在降水和土壤贮水的双重供给下，林分生长需水供给充足，林地年耗水量远高于同期降水量，油松林分生长健康和旺盛，几乎不受当季降水量的影响，但随着林地深层土壤水分过耗和干燥化加剧，深层土壤供水能力逐渐降低甚至完全丧失，油松生长只能依赖于当季降水供给，此时林地年耗水量和年降水量基本相当，油松生长量随降水量变化呈显波动性降低趋势，最终在较低生长量水平上波动。此时，油松林地只有0 ~ 2 m土层土壤湿度随降水量发生季节和年度变化，2 ~ 10 m土层土壤湿度维持在接近凋萎湿度的稳定干燥化状态，并不随降水量发生年度变化，模拟结果和绥德2001—2006年油松林地0 ~ 10 m土层土壤湿度年度变化测定结果完全一致(王志强等，2008)。在半湿润地区，年降水量基本上能够维持油松生长需水要求，只是当后期土壤干燥化发生后油松生长速率趋缓; 在半干旱地区，降水不足且年际波动剧烈，油松生长受到严重干旱胁迫，在极度干旱年型油松生长速率极低，甚至导致树木因旱死亡，本研究中2001年延安油松林地逐年生物量仅为0.02 t·hm^-2，与2001年绥德大片22年生油松林死亡现象相吻合(王志强等，2002)。因此，在黄土高原各降水量地区，大约在20年生之后油松林地相继出现严重干旱胁迫。由于坡度、坡向等立地条件对降水分配和土壤水分利用的显著影响，阳坡和陡坡地干旱胁迫程度明显高于阴坡和缓坡地。如果此时采取间伐抚育措施，降低油松种植密度，增加单株树木供水面积，则有可能维持油松持续生长，在降水量越低的地区，单株树木需水面积越大，林地密度也应该越低。在年降水量低于500 mm的延安以北地区，虽然1 ~ 20年生油松林分也能存活和生长，但容易遭受严重干旱胁迫，20年生之后油松生长衰败和死亡的风险很大，只能栽植油松疏林，扩大单株树木供水面积，勉力维持树木生存。

2) 油松林地水分生产力和土壤干燥化效应模拟方法由于油松生长周期较长，林地土壤水分生态效应变化过程较长，加之林地立地条件复杂多样，采取长期定位观测方法测定油松林地水分生产力和土壤干燥化效应的工作难度较大。迄今为止，尚未见到关于油松林地生产力和深层土壤水分动态的长周期定位试验研究报道。因此，在较长时段内，运用“气候-土壤-植物-管理”复合系统动力学模型WinEPIC定量模拟研究黄土高原不同干旱类型区油松林地水分生产力和土壤干燥化效应，不失为一种简便和有效的方法。在本研究中，虽然忽略了坡度、坡向等立地条件的影响，也无法反映油松树高、胸径和材积等林木经济性状，但模拟结果所反映的油松林地逐年生物量演变和深层土壤水分动态，对理解不同降水量条件下油松生长过程和土壤水分利用规律，为确定与降水资源相适应的油松造林和抚育管理措施提供了科学依据。但受气象台站实时逐日气候数据序列时段较短的限制，本研究只模拟了1957—2001年期间的1 ~ 45年生油松林地生长和水分利用结果，尚不能模拟45年以上林龄油松林地的水分生产力演变和土壤干燥化效应过程。同时，本研究中油松林地栽植密度为4 000株·hm^-2，没有考虑油松间伐抚育措施导致密度降低后的林地生物量和土壤水分利用状况。此外，EPIC模型模拟结果是在当地气候、土壤和管理措施下对理想状态油松林地生物量生长和土壤水分利用潜在能力的反映，使得深层土壤湿度模拟结果较实际观测值偏低，这应该是一种不可避免的、但尚可接受的模型误差。上述不足之处，还有待于在今后研究工作中进一步完善。

3.2 结论

1) 在1957—2001年模拟研究期间，随自然降水量从洛川、延安、榆林依次减少，油松林地年耗水量也依次降低，45年平均值分别为634.8，566.8和423.6 mm，洛川1 ~ 22年生、延安1 ~ 21年生和榆林1 ~ 20年生油松林地平均年耗水量比同期降水量高60.9，68.6和57.5 mm，导致油松林地深层土壤逐渐发生干燥化，洛川、延安和榆林分别在18，16和9年生时出现干旱胁迫，此后干旱胁迫程度波动性上升，干旱胁迫日数平均值分别为130.8，149.1和146.5天。21 ~ 23年生之后油松林地深层土壤水分枯竭，油松生长耗水主要依靠当年雨季降水供给，林地年耗水量和年降水量基本相当。

2) 洛川、延安和榆林油松林地逐年生物量模拟值分别在1 ~ 17，1 ~ 13和1 ~ 9年生期间线性上升，达到最大值(平均值分别为4.29，3.62和2.73 t·hm^-2)后随降水量年际波动呈现出明显的波动性降低趋势，按照逐年生物量高低可以将45年生长期划分为初始生长阶段(1 ~ 9年生)、旺盛生长阶段(10 ~ 30年生)和缓慢生长阶段(31 ~ 45年生)。洛川、延安和榆林1 ~ 45年生油松林地累积生物量均呈现逐年增加趋势，45年生时分别达到192.84，162.91和123.04 t·hm^-2。

3) 在1 ~ 13，1 ~ 8和1 ~ 5年生期间，洛川、延安和榆林油松林地逐月土壤有效含水量均在较高水平上缓慢降低，但分别在14 ~ 20，9 ~ 20和6 ~ 19年生期间急剧快速降低，土壤干燥化过程十分强烈，年均土壤干燥化速度分别为176，111和69 mm，此后3个类型区油松林地0 ~ 10 m土层逐月土壤有效含水量均在0 ~ 150 mm范围内的较低水平上随降水量变化而波动，分别在18，16和14年生时发生严重干燥化。

4) 洛川、延安和榆林分别在14，9和5年生之前，油松根系吸水土层均主要分布于0 ~ 3 m土层范围，只在2 m处形成明显的低湿层。从15，10和6年生开始，洛川、延安和榆林油松林吸水土层深度逐年加深，在3 m以下深层逐渐形成土壤干层，分别在16，14和9年生时超过7 m，在19年生时均超过10m，20年生以后2 ~ 10 m土层土壤湿度保持相对稳定的干燥化状态，只有上部0 ~ 2 m土层土壤湿度随降水量发生年度和季节变化。

5) 洛川、延安和榆林油松林地水分生产力和土壤干燥化效应区域差异明显。洛川和延安降水量较高，油松林地土壤干燥化速度较慢，逐年生物量降低速度较慢，林地水分生产力较高且较为稳定，而榆林降水量较低，油松林地土壤干燥化速度较快，逐年生物量水平较低且降低速度较快，林地水分生产力稳定性较差，3个地点油松林地土壤水分稳定可利用年限约30年左右。