日光温室青椒节水灌溉制度优化与评价

发布时间：2020-09-29 11:21

　　 蔬菜作为人们每日必不可少的食材,为满足人们对新鲜蔬菜需求,特别是在春冬季节对反季节新鲜蔬菜的大量需求,近年来在我国很多地区都已经出现了规模庞大的日光温室群,日光温室的迅速发展,在给蔬菜种植户带来了丰厚收入的同时,也缓解了北方地区对蔬菜的需求压力。然而蔬菜是需水量较大的作物,因日光温室中土壤耕层无法直接利用自然降雨,只能依靠人为灌溉来进行补充水分,在当前种植户普遍粗放的灌溉模式下,温室蔬菜的灌溉水量要比裸地蔬菜大的多,这不仅造成了水资源的浪费,而且会导致日光温室内环境的恶化,从而导致病虫害发生和作物品质产量的下降。在当前水资源日益紧缺的大背景下,制定一种适宜的温室蔬菜节水灌溉制度,提高日光温室中的水分利用效率,就显得尤为重要。青椒作为人们生活中最常见的蔬菜,种植区域十分广泛,种植面积非常大,本文以青椒为研究对象,在沈阳农业大学水利学院综合试验基地的节能日光温室中进行试验研究,青椒品种为35-619,于2012年9月中旬开始。试验采用桶栽的方式,灌溉方式采用目前最为流行的滴灌,试验共设13个处理,其中一个为充水对照处理,每个处理3次重复。试验将青椒的生育期划分为苗期、开花着果期、结果盛期、结果后期4个阶段。通过对不同土壤水分状况下温室青椒产量、品质及水分利用效率进行了系统的观察研究,并应用灰色关联分析、动态规划法、遗传算法、自由搜索算法等方法对温室青椒的水分敏感时期及敏感指数,对温室青椒各生育期最适宜土壤含水率范围、青椒各生育期最适宜灌水量及其灌溉制度优化进行了系统的研究。主要研究结论如下：(1)基于试验实测数据,对不同水分处理对青椒产量、VC含量及水分利用效率的影响进行了分析,得出了合理的水分分配对青椒产量、VC含量及水分利用效率的提高有显著的影响。利用线性和非线性的相关分析方法找出了青椒产量及品质对水分最为敏感和主要敏感的时期,得出了青椒的产量及品质与青椒各生育期灌水量的关联程度,青椒产量与各生育期灌水量关联度从大到小依次为：开花着果期、结果盛期、苗期、结果后期；青椒Vc含量与各生育期灌水量关联度从大到小依次为：结果盛期、苗期、开花着果期、结果后期。可以看出在不同的水分处理条件下青椒果实品质和产量与开花结果期、结果盛期的灌水量关系密切,为日光温室青椒水分生产函数的建立及各生育期灌水量的优化提供了理论基础。(2)建立了温室青椒水分生产函数,基于2012年实测数据资料,选用了大家所熟知的加法模型中的Sudar模型、Blank模型、Singh模型和乘法模型中的Jensen模型、Rao模型,采用SPSS软件分别对5种模型进行求解,得出了5个模型的敏感指数,并对结果进行了检验及比较分析,最终结果表明,Jensen模型在描述温室青椒水量与产量方面更合理准确。基于确定的温室青椒水分生产函数,利用2013年实测数据对温室青椒水分生产函数Jensen模型的适应性进行了检验,结果显示产量预测相对误差较小,平均误差约10%。(3)在日光温室滴灌条件下,基于遗传算法以青椒水分生产函数为目标函数,以灌水量和青椒各生育阶段末的土壤储水量为决策变量,对土壤储水量进行优化,得出了青椒各生育期最适宜的土壤含水率范围分别为：苗期为62.5%-99.5%、开花着果期为72.5%-99.9%、结果盛期为62.5%-65%、结果后期为72.5%。基于2012年、2013年实测数据对该优化结果进行验证讨论,得到符合上述土壤含水率范围的水分胁迫试验处理均为各自年度实测数据产量及水分利用率最高,从结果可以看出基于遗传算法对温室青椒适宜土壤含水率范围优化是比较符合实际的,为温室青椒各生育阶段灌水量的确定提供了理论基础。(4)分别采用动态规划法、遗传算法及自由搜索算法对青椒各生育期的灌水量进行了优化,得出了基于动态规划格点法温室青椒生育期内灌溉水量以285mm为最佳,其对应苗期、开花着果期、结果盛期、结果后期的灌水量分别为30mm、60mm、105mm、 90mm;基于动态规划逐次渐近法温室青椒生育期内作物灌溉水量以240mm为最佳,其对应苗期、开花着果期、结果盛期、结果后期的灌水量分别为30mm、45mm、90mm、75mm；基于遗传算法温室青椒生育期内灌溉水量以285mm为最佳,其对应苗期、开花着果期、结果盛期、结果后期的灌水量分别为27mm、7mm、109.5mm、70.5mm;基于自由搜索法温室青椒生育期内灌溉水量以270mm为最佳,其对应苗期、开花着果期、结果盛期、结果后期的灌水量分别为23mm、65mm、100mm、82mm。(5)对3种优化算法结果进行的对比分析结果表明：动态规划逐次渐近法的灌溉水量最小,为240mm,自由搜索法的相对产量最大,为0.9608,遗传算法与动态规划格点法的最佳灌水量相同,均为285mm。(6)确定温室青椒全生育期的灌水量为285mm,最终得出温室青椒的灌溉制度为：灌溉定额为285mm,苗期的灌水量为30mm、开花着果期的灌水量为90mm、结果盛期的灌水量为105mm、结果后期的灌水量为60mm,灌水定额为15mm,苗期灌水2次,开花着果期灌水6次、结果盛期灌水7次、结果后期灌水4次。
【学位单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S626;S641.3;S274
【部分图文】：

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本文编号：2829652