作物根区土壤水分垂向调控与蒸发蒸腾量估算

发布时间：2018-10-16 14:25

【摘要】：局部根区水分胁迫可调节作物产量及品质、提高水分利用效率,其节水效应的实现需要作物根区土壤水分在水平或垂向上形成空间分布差异。土壤水分作为影响作物蒸发蒸腾量的重要因素,其空间分布也会对作物蒸发蒸腾量估算造成影响。本研究以石羊河流域春小麦为研究对象,通过控制灌水上、下限及不同生育期计划湿润层深度来实现根区土壤水分的垂向调控,并对其调控效果进行了讨论;基于RZWQM模型对根区土壤水分调控方案中的灌水上限及不同生育期计划湿润层深度进行优化,实现节水效益最大化。以石羊河流域春玉米为研究对象,探究了因灌水量差异所引起的土壤水分空间分布变化对作物蒸发蒸腾量估算的影响。本论文主要取得以下研究成果:(1)通过控制不同生育期计划湿润层深度可以实现对根区土壤水分分布及作物根系分布的调控,垂向调控措施的作用区域主要在0~60cm土层,其中,40~60cm土层的土壤含水量及根长密度受调控影响最显著。不同灌水处理间产量差异较小,但所需灌水量有较大差异,存在节水空间。(2)RZWQM模型可以较准确的模拟石羊河流域春小麦农田土壤水分运动及作物生长过程,可用于灌水制度的优化。应用模型模拟了灌水上限及不同生育阶段计划湿润层深度对春小麦籽粒产量、灌水量、籽粒灌溉水利用效率及灌水次数的影响。结果表明:灌水上限对于灌水量的影响要远远大于对产量的影响,灌水上限的降低会增加灌水次数,从而提高小麦产量;通过调控灌水上限和各生育期计划湿润层深度可以达到节水增产的目的。建议该地区春小麦灌溉制度为:灌水上限选择80%田间持水量,苗期-拔节计划湿润层深度为30cm,拔节期-抽穗期计划湿润层深度为60cm,抽穗期-灌浆期计划湿润层深度为50cm,灌浆期-成熟期计划湿润层深度为70cm。(3)FAO-56对不同灌水处理下作物蒸发蒸腾量的估算精度存在较大差异,可较精确的估算低灌水处理下作物蒸发蒸腾量;随灌水量增加,其估算精度有所降低,对高灌水处理下作物蒸发蒸腾量的估算误差达-14.13%。根区上部土层含水量与土壤水分胁迫状况关系紧密,以缓变层及以上土层含水量平均值代替整个根区含水量平均值用于土壤水分胁迫系数计算,可有效改善高灌水处理下旱区作物蒸发蒸腾量计算精度,估算误差降至-9.97%,亦可较为精确的估算低灌水处理下作物蒸发蒸腾量。
[Abstract]:Local root water stress can regulate crop yield and quality and improve water use efficiency. The realization of water saving effect needs spatial distribution difference of soil water in horizontal or vertical. Soil moisture is an important factor affecting crop evapotranspiration, and its spatial distribution will also affect crop evapotranspiration estimation. In this study, spring wheat in Shiyang River Basin was used to control the upper and lower limits of irrigation and the depth of wet layer in different growth stages to realize vertical regulation of soil moisture in root zone, and its effect was discussed. Based on RZWQM model, the upper limit of irrigation and the depth of wet layer in different growth periods were optimized to maximize the benefit of water saving. The effect of spatial distribution of soil moisture on crop evapotranspiration estimation caused by the difference of irrigation amount in spring maize in Shiyang River Basin was studied. The main achievements of this paper are as follows: (1) the soil moisture distribution and crop root distribution can be regulated by controlling the depth of the wet layer in different growth stages, and the vertical control measures are mainly in the 0~60cm soil layer. The soil moisture content and root length density of 40~60cm soil were the most significantly affected. There was little difference in yield among different irrigation treatments, but there was great difference in the amount of irrigation needed and there was water saving space. (2) RZWQM model could accurately simulate the soil moisture movement and crop growth process of spring wheat in Shiyang River Basin. It can be used to optimize irrigation system. The effects of upper limit of irrigation and depth of wet layer in different growth stages on grain yield, irrigation amount, irrigation water utilization efficiency and irrigation times of spring wheat were simulated by using the model. The results showed that the effect of irrigation upper limit on irrigation quantity was much greater than on yield, and the decrease of irrigation upper limit would increase irrigation times and increase wheat yield. The aim of saving water and increasing yield can be achieved by regulating irrigation upper limit and the depth of wet layer in each growth stage. It is suggested that the irrigation schedule of spring wheat in this area should be as follows: the upper limit of irrigation water should be chosen as 80% field water holding capacity. The planned wet layer depth of seedling stage to jointing stage is 30 cm, that of jointing stage to heading stage is 60 cm, that of heading stage to filling stage is 50 cm, and that of planned wet layer is 70 cm at filling stage and mature stage. (3) under different irrigation treatments, the depth of wet layer is 70 cm. The estimation accuracy of crop evapotranspiration is quite different. With the increase of irrigation amount, the estimation accuracy of crop evapotranspiration was decreased, and the estimation error of crop evapotranspiration under high irrigation treatment was -14.13%. The water content of the upper layer of the root zone is closely related to the soil water stress. The average water content of the soil layer and above is replaced by the average value of the water content of the whole root zone for the calculation of soil water stress coefficient. The calculation accuracy of crop evapotranspiration under high irrigation treatment can be improved effectively, and the estimation error can be reduced to -9.97, and the crop evapotranspiration under low irrigation treatment can be estimated more accurately.
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S152.7;S311

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本文编号：2274645