西北内陆旱区经济作物节水响应机理及灌溉制度优化模拟研究

发布时间：2020-11-11 03:22

　　水资源短缺和生态环境恶化已成为西北内陆旱区农业可持续发展的制约因素。近年来,压缩高耗水作物、增加节水型经济作物种植比例已成为该地区缓解水资源供需矛盾、促进农民增收的重要举措。因此,研究西北内陆旱区经济作物的节水响应机理,并建立水分高效利用的灌溉制度对促进当地水资源可持续利用、保障生态安全和农业可持续发展具有重要的理论意义和实用价值。本文通过2008-2011年在农业部作物高效用水武威科学观测实验站开展的田间试验研究和土壤水氮迁移转化与作物生长耦合模型(SWNCM)的数值模拟,研究土壤水分和洋葱生理生态、耗水、产量、品质及水分利用效率对亏缺灌溉的响应规律,并建立了三种经济作物(洋葱、辣椒和西红柿)水分高效利用的灌溉制度。主要研究内容和取得成果如下： (1)于2008-2009年开展了洋葱膜上畦灌亏缺灌溉试验,采用称重式蒸渗仪定量研究了洋葱的耗水规律,及水分亏缺对洋葱产量和水分利用效率的影响,得到了洋葱的作物系数。膜上畦灌条件下,洋葱全生育期耗水量可达到358mm,耗水强度和耗水模系数均为鳞茎膨大期发叶期苗期成熟期。洋葱产量可达到62.12t hm-2,鳞茎膨大期水分亏缺使产量显著降低。作物系数在生育期内呈抛物线形变化,在初始生长期、生育中期和成熟期平均分别为0.73、1.28和0.70。 (2)于2009～2010年开展了洋葱膜下滴灌调亏灌溉试验,分析了洋葱生理、生态指标对水分亏缺的响应。结果表明洋葱的株高、颈粗、叶片数、叶面积指数、各部分生物量、光合速率、蒸腾速率和气孔导度在灌水量低于0.8ETc时均受到水分亏缺的显著影响而减小；苗期水分亏缺抑制了洋葱生长,但差异不显著；发叶期水分亏缺使各生长指标和生理指标显著降低,鳞茎膨大期水分亏缺显著降低各部分生物量、光合速率、蒸腾速率和气孔导度,成熟期水分亏缺对各生长量无显著影响。 (3)膜下滴灌条件下,洋葱全生育期耗水量达到414mm。产量随灌水量(0.4～1.0ETc)的增加而增加,灌水量低于0.8ETc时,减产显著；苗期和成熟期水分亏缺对产量的影响不显著,发叶期和鳞茎膨大期水分亏缺均使产量显著降低。水分亏缺可提高洋葱的水分利用效率。灌水量为0.8ETc时可获得较高的鳞茎可溶性固形物和蛋白质含量,水分亏缺均使鳞茎维生素C含量提高。构建了洋葱全生育期和分阶段的水分生产函数；由Jensen模型分阶段水分生产函数求得洋葱的水分敏感指数为鳞茎膨大期发叶期苗期成熟期。 (4)通过田间实测的农田土壤水分动态和作物生长过程数据对SWNCM模型进行率定和验证。结果表明,率定和验证后的SWNCM模型能够较好的模拟试验地区洋葱、辣椒和西红柿等经济作物在亏缺灌溉条件下农田土壤水分动态和作物生长过程,及其对作物产量和耗水的影响,可对该地区此类经济作物的灌溉制度进行模拟优化。 (5)基于率定后的SWNCM模型,探讨了不同灌水量和灌水频率对水量平衡组成项、作物产量和水分生产率的影响。得到洋葱、辣椒和西红柿以节水、高产、高效和减少损耗为目标的灌溉制度为：采用膜下滴灌,灌水频率分别为间隔5、5、5～7d灌水,灌水定额分别为0.65ETc、0.73ETc和0.72～0.74ETc(ETc为本模拟中率定后的作物系数Kc与ETo的乘积)。
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S274.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究进展
    1.3 研究目标、研究内容与技术路线
第二章研究方法与试验方案
    2.1 研究方法
    2.2 膜上畦灌洋葱耗水试验
    2.3 膜下滴灌洋葱调亏灌溉试验
    2.4 膜下滴灌辣椒亏缺灌溉试验
    2.5 膜下滴灌西红柿亏缺灌溉试验
    2.6 数据处理方法
    2.7 本章小结
第三章亏缺灌溉条件下膜上畦灌洋葱耗水及产量研究
    3.1 亏缺灌溉对膜上畦灌洋葱耗水量与耗水规律的影响
    3.2 亏缺灌溉对膜上畦灌洋葱产量与水分利用效率的影响
    3.3 膜上畦灌洋葱全生育期水分生产函数
    3.4 膜上畦灌洋葱的作物系数
    3.5 本章小结
第四章膜下滴灌条件下调亏灌溉对洋葱生理生态的影响
    4.1 气象因子的变化规律
    4.2 不同灌水处理土壤水分动态变化
    4.3 土壤温度的动态变化
    4.4 调亏灌溉对洋葱生态指标的影响
    4.5 调亏灌溉对洋葱生理指标的影响
    4.6 本章讨论与小结
第五章调亏灌溉对洋葱产量、品质和水分利用效率的影响
    5.1 调亏灌溉条件下洋葱的灌水量与耗水量
    5.2 调亏灌溉对洋葱产量及水分利用效率的影响
    5.3 调亏灌溉对洋葱品质的影响
    5.4 洋葱的水分生产函数
    5.5 洋葱的作物系数
    5.6 本章小结
第六章基于SWNCM模型的农田土壤水分与作物生长模拟
    6.1 SWNCM模型简介
    6.2 SWNCM模型参数确定及检验标准
    6.3 洋葱调亏灌溉农田土壤水分运移和作物生长模拟
    6.4 辣椒亏缺灌溉农田土壤水分运移和作物生长模拟
    6.5 西红柿亏缺灌溉农田土壤水分运移和作物生长模拟
    6.6 本章小结
第七章基于SWNCM模型的经济作物灌溉制度优化模拟研究
    7.1 洋葱水分高效利用灌溉制度模拟研究
    7.2 辣椒水分高效利用灌溉制度模拟研究
    7.3 西红柿水分高效利用灌溉制度模拟研究
    7.4 本章小结
第八章结论与展望
    8.1 结论
    8.2 论文主要创新点
    8.3 研究不足与展望
参考文献
致谢
作者简介

【参考文献】

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