不同深度灌水条件下冬小麦生长与根系吸水模型研究

发布时间：2020-11-19 00:38

　　 冬小麦是我国北方地区的主要作物之一,冬小麦的人工灌水研究对于发展节水高效农业具有重要意义。本文采用结合各层土壤含水量的深层灌溉方式,于2016年10月至2017年6月在山西水利职业技术学院进行试验研究,采用PVC管土柱法,设置五个灌水控制因子,分别为地面灌溉(T1)、灌水深度为根系分布深度的40%(T2)、60%(T3)、75%(T4)、90%(T5)的冬小麦试验研究。得到不同灌水深度条件下冬小麦生长及耗水规律,分析比较灌水深度对冬小麦生长、产量及吸水特性的影响,寻求合理的水分调控方案使冬小麦达到高产稳产,为我国干旱半干旱地区冬小麦的合理灌溉、变被动抗旱为主动抗旱提供理论依据。研究结果表明:(1)冬小麦的土壤水分随生育期的推进在不同深度处的变化不同。0-20cm土层含水量在生育期内波动很大,灌水后各处理含水量增幅不同,增幅基本为T1T2T3T4T5;20cm以下土层土壤含水量波动幅度相对较小。各生育期土壤水分垂向分布整体规律各处理具有一致性,各时期土壤含水量在垂向上随深度的增加呈现缓慢增大的“双峰”趋势。两个峰值的出现范围大致为40-60cm和220-280cm。0-40cm土层,各处理的含水率随灌水深度的增加而减小;拔节期和抽穗期140cm以下土层,灌浆期和成熟期60cm以下土层土壤含水量大小关系为T5T4T3T2T1,灌水深度的增加,增加了下层土壤含水量。(2)不同处理冬小麦的阶段耗水量随时间的变化规律大体一致,表现为拔节期后,阶段耗水量随生育期的推进不断减小,拔节期阶段耗水量最大。各处理冬小麦的阶段耗水量也具有一定差异性,抽穗期和成熟期,冬小麦的阶段耗水量表现为随灌水深度的增大不断减小。各处理冬小麦日耗水量在生育期内各时期的大小关系为抽穗期灌浆期拔节期成熟期,抽穗和灌浆期对水分的需求量及敏感度相对较高;抽穗期后,各处理冬小麦的日耗水量均表现为T1T2T3T4T5,灌水深度的增加,显著减小了地面蒸发,降低了日耗水量。(3)不同灌水深度下,冬小麦的农艺性状及干物质积累具有一定的差异性。各时期深层灌水处理下叶面积指数均大于地面灌处理,深层灌水能提高冬小麦的株高和叶面积。拔节期到灌浆期,各处理株高大小关系为:T5T4T3T2T1;成熟期,各处理的株高大小关系为:T4T5T3T2T1。拔节期到抽穗期,冬小麦叶、茎、根干重及总干重均随灌水深度的增加而增大,即T5T4T3T2T1;灌浆期到成熟期,冬小麦的叶、茎、根干重及总干重均随灌水深度的增加先增大后减小,T4处理下值最大。(4)不同灌水深度下,冬小麦的产量也具有一定差异性。随着灌水深度的增大,柱产量、亩产量均呈现先增大后减小的趋势,T4处理下冬小麦的产量最大;穗粒数、千粒重、柱生物量呈现先增大后减小的趋势,T4处理下产量最大。Blank、Stewart、Jensen、Rao水分生产函数模型下各时期冬小麦的需水敏感指数规律相近,均表现为:返青期、抽穗期、灌浆期敏感指数较大,且均在抽穗期达到最大,越冬期和成熟期敏感指数较小。水分生产函数模型Stewart和Rao模型可以较好的拟合深层灌水条件下冬小麦的水分敏感指数。(5)不同灌水深度下,冬小麦的根系生长及吸水能力具有一定差异性。拔节期随灌水深度的增加,冬小麦总根长呈增加趋势,各处理较地面灌总根长增量显著,且随灌水深度的增大,增幅越大;抽穗期后,随灌水深度的增加,冬小麦总根长呈现先增加后减小的趋势,T4处理下总根长最大。(6)根据不同灌水深度冬小麦根系分布特性,建立了不同灌水深度条件下冬小麦根系吸水模型,并对抽穗期(4月1日)和灌浆期(4月26日)土壤水分进行模型验证。验证结果显示,各处理模拟值与实测值平均相对误差在10%以内,R~2值在0.9以上。表明本文所建立的不同深度下冬小麦一维垂向根系吸水模型基本能够反映该灌水条件下冬小麦的根系吸水状况,可用于模拟该灌水条件下冬小麦的根系吸水模拟。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S512.11
【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
        1.2.1 灌溉对作物根系的影响
        1.2.2 灌溉对冬小麦产量的影响
        1.2.3 水分生产函数的研究进展
        1.2.4 根系吸水模型的研究进展
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法及技术路线
第二章 试验方案与田间工程设计
    2.1 试验区概况
    2.2 试验材料与设计
    2.3 测定项目与方法
        2.3.1 土壤含水量的测定
        2.3.2 冬小麦产量及生长指标的测定
        2.3.3 冬小麦根系形态的测定
        2.3.4 气象参数的测定
    2.4 数据处理与分析
第三章 不同灌水深度下冬小麦根区水分动态及耗水规律研究
    3.1 不同灌水深度下冬小麦根区土壤水分动态研究
        3.1.1 灌水深度对冬小麦生育期内土壤水分动态影响
        3.1.2 灌水深度对冬小麦各生育期土壤水分垂直分布的影响
    3.2 不同灌水深度对冬小麦根层土壤耗水的影响研究
        3.2.1 不同灌水深度对冬小麦各生育期耗水的影响
        3.2.2 灌水深度与耗水量的相关性分析
    3.3 小结
第四章 不同灌水深度下冬小麦生长及水分生产函数研究
    4.1 不同灌水深度对冬小麦农艺性状的影响
        4.1.1 不同灌水深度对冬小麦株高的影响
        4.1.2 不同灌水深度对冬小麦叶面积指数的影响
    4.2 不同灌水深度对冬小麦干物质积累及产量的影响
        4.2.1 不同灌水深度对冬小麦干物质积累及分配的影响
        4.2.2 不同灌水深度对冬小麦成熟期各器官占比的影响
        4.2.3 不同灌水深度对冬小麦产量的影响
    4.3 不同灌水深度下冬小麦的水分生产函数
        4.3.1 冬小麦全生育期水分生产函数模型
        4.3.2 冬小麦生育阶段水分生产函数模型
    4.4 小结
第五章 不同灌水深度下冬小麦根系分布与根系吸水模型研究
    5.1 不同灌水深度对冬小麦总根长的影响
    5.2 不同灌水深度对冬小麦根长密度的影响
        5.2.1 不同灌水深度下冬小麦的根长密度分布
        5.2.2 不同灌水深度下冬小麦根长密度的分布函数
    5.3 不同灌水深度下冬小麦的根系吸水模型
        5.3.1 根系吸水模型的建立
        5.3.2 根系吸水模型的验证
    5.4 小结
第六章 结论与建议
    6.1 主要结论
    6.2 建议
参考文献
致谢
附录

【参考文献】

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本文编号：2889438