干旱区成龄核桃微灌技术与根区土壤水分模拟研究

发布时间：2021-03-25 09:25

针对新疆果树灌溉技术相对落后,灌溉水利用效率低,林果产业健康发展严重受阻等问题。本文开展了成龄核桃树微灌技术与根区土壤水分模拟研究,系统分析了干旱区微灌成龄核桃树耗水特性、并对微灌技术进行了筛选,利用HYDRUS-2D模拟了核桃树根区土壤水分动态变化,制定了合理的微灌灌溉制度,以期为核桃产业的发展提供技术支撑。通过试验和数值模拟研究得到主要结论如下:(1)灌水技术和灌水定额对核桃树的耗水强度和生育期总耗水量均有重要影响。整个生育期日耗水强度总体表现为先增后减的趋势,采用微灌技术后核桃树的日耗水强度和生育期总耗水量均小于地面灌。不同灌水技术下核桃树日均耗水强度从3.82mm/d增加到5.36mm/d,生育期总耗水量也会有最大270mm的变幅。不同灌水定额下微灌成龄核桃树日均耗水强度在5mm/d以下,生育期总耗水量大体在950mm左右,而地面灌日均耗水强度在5mm/d以上,相应的生育期总耗水量增加约150mm。微灌成龄核桃树全生育期作物系数cK在萌芽期、开花结果期、果实膨大期、硬核及油脂转化期、成熟期,其值分别为1.02、1.14、1.18、1.32和1.12。(2)微灌对核桃树叶温、细胞液浓度及叶水势的影响不尽相同,微灌可明显降低核桃树叶温和细胞液浓度、提高叶水势。微灌条件下核桃树叶温和细胞液浓度较地面灌处理分别降低了0.4%~3%,7.9%~12.6%,叶水势增加了8.2%~30.4%,其中灌水技术下的3管处理和灌水定额60mm的叶温和细胞液浓度最低,叶水势最高。(3)微灌处理有利于提高核桃树光合作用。微灌处理下净光合速率、气孔导度、蒸腾速率较地面灌提高了17.3%~22.8%、22.2%~35.2%、22.3%~39.2%,胞间CO2浓度降低了8.2%~14.9%。净光合速率和大气温度、蒸腾速率、气孔导度呈正相关关系,与空气相对湿度、胞间CO2浓度呈负相关关系。(4)不同灌水技术下,3管处理的水分利用效率最高(0.57 kg/m3),对应的产量最大(5393.8 kg/hm2),综合产量和水分利用效率两个指标,成龄核桃树微灌技术宜采用3管布置,即一行三管布置方式。不同灌水定额处理下,灌水定额60mm的水分利用效率最高(0.68 kg/m3),对应的产量最大(6271.0 kg/hm2)。(5)微灌成龄核桃树全生育期耗水量与产量之间呈二次抛物线关系,产量随水量的增加而增大,当耗水量达到950~1000mm时,产量最大,此后随着耗水量的继续增加产量反而下降,呈明显的“报酬递减”现象。(6)微灌减小了核桃树主要根系的分布区。在水平方向0~120cm之间,微灌和地面灌的有效根系分别占总根系(150cm)的90.1%和86.2%;在垂直方向0~90cm之间分别占总根系(150cm)的90.6%和56.1%。(7)根据实测数据验证了HYDRUS-2D模型,并利用该软件模拟了核桃树根区土壤水分动态变化,优化了核桃树全生育期的灌溉制度,优化后的核桃树灌溉制度共计灌水11次(冬灌不计),可比初期试验方案减少2次灌水。(8)综合以上研究表明,砂壤土质条件下微灌成龄核桃树高产的耗水量为900~1000mm,在与研究区——环塔里木盆地类似地区,推荐其灌溉定额为950mm左右,灌水定额为60mm,灌水周期需水关键期宜为10~12天,非需水关键期宜为15~18天,成龄核桃树可达到节水高产的目的。
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S664.1;S275.5

文章目录

摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 研究的目的与意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 果树耗水特性研究

1.2.2 果树灌水技术与灌溉制度研究

1.2.3 果树生理生态指标研究

1.2.4 果树光合特性研究

1.2.5 根系吸水模型研究

1.2.6 根区土壤水分模拟研究

1.3 存在的问题

1.4 研究内容

1.5 研究方法与技术路线

1.5.1 研究方法

1.5.2 技术路线

第2章试验区概况与试验设计

2.1 试验区概况

2.2 试验区气象条件

2.3 试验方案与设计

2.3.1 核桃树物候期的划分

2.3.2 试验设计

2.4 观测内容及方法

2.4.1 气象资料的观测

2.4.2 土壤含水率的测定

2.4.3 叶绿素含量的测定

2.4.4 细胞液浓度的测定

2.4.5 叶水势的测定

2.4.6 地温的测定

2.4.7 叶片温度的测定

2.4.8 土壤棵间蒸发的测定

2.4.9 光合指标的测定

2.4.10 核桃树根系的测定

2.4.11 产量和品质指标的测定

第3章成龄核桃树耗水特性研究

3.1 灌水技术对成龄核桃树耗水特性的影响

3.1.1 灌水技术对成龄核桃树逐月的日均耗水规律的影响

3.1.2 灌水技术对成龄核桃树耗水量及耗水模数的影响

3.1.3 灌水技术对成龄核桃树作物系数cK的影响

3.2 灌水定额对成龄核桃树耗水特性的影响

3.2.1 灌水定额对成龄核桃树逐月日均耗水规律的影响

3.2.2 灌水定额对成龄核桃树耗水量及耗水模数的影响

3.2.3 灌水定额对成龄核桃树作物系数cK的影响

3.3 小结

第4章成龄核桃树生理指标变化特征研究

4.1 灌水技术对核桃树生理指标的影响

4.1.1 灌水技术对核桃树叶温的影响

4.1.2 灌水技术对核桃树叶片叶绿素含量的影响

4.1.3 灌水技术对核桃树叶片细胞液浓度的影响

4.1.4 灌水技术对核桃树叶片叶水势的影响

4.1.5 灌水技术对核桃树光合指标的影响

4.2 灌水定额对核桃树生理指标的影响

4.2.1 灌水定额对核桃树叶温的影响

4.2.2 灌水定额对核桃树叶片叶水势的影响

4.2.3 灌水定额对核桃树光合指标的影响

4.3 小结

第5章成龄核桃树根区土壤温度动态研究

5.1 不同生育期灌水技术对核桃树地温的影响

5.1.1 开花结果期灌水技术对核桃根区地温的影响

5.1.2 果实膨大期灌水技术对核桃树根区地温的影响

5.1.3 硬核期灌水技术对核桃树地温的影响

5.1.4 油脂转化期灌水技术对核桃树地温的影响

5.2 全生育期灌水技术对核桃树各月地温的影响

5.3 小结

第6章灌水技术和灌水定额对成龄核桃树产量与品质的影响

6.1 不同灌水技术对核桃产量品质的影响

6.1.1 灌水技术对核桃产量的影响

6.1.2 灌水技术对核桃品质的影响

6.2 不同灌水定额对核桃产量品质的影响

6.2.1 灌水定额对核桃产量的影响

6.2.2 不同灌水定额对核桃品质的影响

6.3 小结

第7章成龄核桃树根系空间分布特性研究

7.1 微灌和地面灌核桃树有效根系的空间分布特性

7.1.1 微灌和地面灌核桃树有效根系的径向分布

7.1.2 微灌和地面灌核桃树有效根系的垂向分布

7.1.3 微灌和地面灌核桃树有效根长的二维分布特性

7.2 微灌和地面灌核桃树有效根长密度函数的建立

7.2.1 微灌核桃树有效根长密度一维分布函数

7.2.2 地面灌核桃树有效根长密度一维分布函数

7.2.3 微灌核桃树有效根长密度二维分布函数

7.2.4 地面灌核桃树有效根长密度二维分布函数

7.3 微灌和地面灌核桃树根系干重空间分布特性

7.3.1 微灌核桃树根系干重空间分布特性

7.3.2 地面灌核桃树根系干重空间分布特性

7.4 小结

第8章成龄核桃树根区土壤水分动态变化的模拟研究

8.1 数值模拟

8.1.1 数值模型选择

8.1.2 控制方程

8.1.3 根系吸水参数

8.1.4 模拟区域

8.1.5 土壤物理参数的确定

8.1.6 边界条件和初始条件

8.1.7 模型评估

8.2 模型模拟值与实测值评估

8.3 不同灌水定额下土壤剖面含水量分布

8.4 核桃灌溉制度优化

8.5 小结

第9章结论和展望

9.1 主要结论

9.2 主要创新点

9.3 展望

参考文献

致谢

作者简历

【参考文献】