渭北旱塬作物生长特征及其管理模式研究

发布时间：2017-04-29 05:03

  本文关键词：渭北旱塬作物生长特征及其管理模式研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：旱地约占我国国土总面积的70%,旱作农田面积大约达到5亿公顷,约占总耕地面积的50%,因此保证旱地农业持续发展对我国粮食安全至关重要。论文针对黄土高原旱作塬区冬小麦和春玉米生长与水肥高效利用展开研究,采用野外大田与室内试验、理论分析与模拟计算等方法,就黄土塬区补充灌溉条件下冬小麦生长与水分效应、不同覆盖条件下春玉米生长特征与温室气体排放进行研究,对于田间水分管理及提高水肥利用效率具有实际指导意义,主要研究结果如下:1、为了定量的分析不同灌水处理下冬小麦叶面积指数和地上生物量的累积变化过程,在经典Logistic曲线模型的基础上,分别以株高和耗水量为自变量,通过标准化处理并基于有效积温和株高建立了小麦叶面积指数和地上生物量的普适模型。2、Aqua Crop模型对优化黄土旱塬亏缺灌溉策略是一个非常有用的工具,但该模型难以模拟冬小麦越冬期生长过程。模型在丰水年和平水年对籽粒产量的模拟效果比干旱年的好。模拟结果也显示,通过补充少量的灌溉可以取得较高的产量。虽然Aqua Crop模型模拟旱塬冬小麦越冬期生长过程效果较差,但模型能很好地对作物生长其他不同阶段发生的轻度水分胁迫进行模拟,可以为灌溉策略调整提供参考。3、Aqua Crop模型可用于模拟旱塬施氮对冬小麦产量影响。结果也表明,该地区N3(225 kg N ha-1)处理的籽粒产量最高。模型对高氮水平(300 kg N ha-1,375kg N ha-1)产量模拟效果较差。4、地膜覆盖改善了旱塬玉米生育前期的土壤温度和水分条件,加速了玉米的生长发育进程,增加了收获期单位面积穗数,并显著提高了玉米产量和水分利用效率。秸秆覆盖显著提高了玉米整个生育期0-200 cm剖面土壤贮水量。砂砾覆盖对生育期土壤水贮水量影响不大,增产效果不明显,后两年甚至降低了籽粒产量。5、砂砾覆盖对CO2的排放有促进作用,对N2O排放有一定的抑制作用。秸秆覆盖增加了土壤CO2和N2O的排放量。各处理对旱地CH4排放的影响有较大的不确定性。与不覆盖处理相比,地膜覆盖仅增强了施肥后N2O的排放峰值,但是没有增加N2O和CO2排放通量。6、在5 cm-20 cm土层内,随着土壤深度的增加,CO2的浓度呈增加趋势。在10 cm和20 cm内N2O浓度接近,都高于5 cm处的浓度值,但差异不显著。CH4的浓度空间变化不明显。N2O的排放只与20 cm深度水分有显著的正相关关系,CO2的排放与土壤温度呈显著正相关关系。CH4的排放与20 cm土壤温度水分都有显著的正相关关系。而三种温室气体之间,只有N2O和CO2排放有显著的正相关关系。
【关键词】：作物生长特征 地表覆盖 模型验证 水肥管理模式 温室气体 黄土高原
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S31
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究目的与意义12-13
• 1.2. 国内外研究进展13-22
• 1.2.1 作物水分生产函数研究13-14
• 1.2.2 AquaCrop模型应用14-15
• 1.2.3 作物地表覆盖与温室气体排放的研究15-17
• 1.2.4 温室气体排放的研究17-22
• 第二章 材料与方法22-27
• 2.1 试验区概况22-23
• 2.2 田间试验设计23-24
• 2.2.1 冬小麦生长试验设计23
• 2.2.2 春玉米生长试验设计23-24
• 2.3 试验监测指标与监测方法24-25
• 2.3.1 冬小麦试验检测指标和监测方法24-25
• 2.3.2 春玉米试验检测指标和监测方法25
• 2.3.3 春玉米温室气体排放监测指标方法25
• 2.4 数据统计与分析25-27
• 第三章 冬小麦生长特征与水分利用效率分析27-40
• 3.1 引言27-29
• 3.2 冬小麦生长特征分析29-32
• 3.2.1 冬小麦株高(H)的变化特征29-30
• 3.2.2 冬小麦叶面积指数(LAI)变化特征30-31
• 3.2.3 冬小麦地上生物量(B)的变化特征31
• 3.2.4 冬小麦产量和水分利用效率31-32
• 3.3 冬小麦生长的数学模型32-38
• 3.3.1 株高(H)与有效积温(GDD)间关系33
• 3.3.2 叶面积指数(LAI)与有效积温间(GDD)的关系33-34
• 3.3.3 地上生物量(B)与有效积温(GDD)的关系34
• 3.3.4 参数标准化分析34-38
• 3.4 小结38-40
• 第四章 冬小麦田间水分利用管理模式优化40-56
• 4.1 引言40-45
• 4.1.1AquaCrop模型特点41-42
• 4.1.2 AquaCrop模型参数确定42-43
• 4.1.3 AquaCrop模型参数率定43-44
• 4.1.4 AquaCrop模型准确性评价指标44-45
• 4.2 模型模拟准确性分析45-49
• 4.2.1 土壤水分模拟准确性分析45-46
• 4.2.2 冠层变化过程模拟分析46-47
• 4.2.3 地上生物量模拟47-48
• 4.2.4 产量模拟准确性分析48-49
• 4.3 田间水分管理模式优化49-53
• 4.3.1 降雨年型划分49-50
• 4.3.2 水分管理模式优化50-53
• 4.4 小结53-56
• 第五章 冬小麦氮肥利用效率与管理模式研究56-66
• 5.1 引言56
• 5.2 冬小麦生长与氮肥利用效率分析56-59
• 5.2.1 冬小麦地上生物量增长与产量分析56-58
• 5.2.2 氮肥利用效率分析58-59
• 5.3 田间氮肥管理模式优化59-64
• 5.3.1 土壤水分分布特征模拟59-60
• 5.3.2 冠层的模拟分析60-61
• 5.3.3 地上生物量模拟分析61-62
• 5.3.4 产量模拟分析62-63
• 5.3.5 氮肥管理模式优选63-64
• 5.4 小结64-66
• 第六章 地表覆盖对旱作玉米生长发育及水分消耗的影响66-76
• 6.1 引言66
• 6.2 地表覆盖对 0-20cm土层土壤温度的影响66-67
• 6.3 地表覆盖对 20cm土层土壤水分的影响67
• 6.4 地表覆盖对土壤贮水量的影响67-69
• 6.5 地表覆盖对耗水量、籽粒产量与水分利用效率影响69-72
• 6.6 生物量、籽粒产量和产量构成因素分析72-74
• 6.7 小结74-76
• 第七章 春玉米地温室气体排放规律的研究76-88
• 7.1 引言76-77
• 7.2 气体样品采集与测定77-78
• 7.2.1 取气装置77
• 7.2.2 环境和土壤参数测定77
• 7.2.3 气体测定和计算77-78
• 7.3 覆盖措施对土壤温室气体GHG (CO2, CH4和N2O)剖面浓度的影响78-83
• 7.3.1 覆盖措施对土壤剖面中 5-20cm温度和水分变化影响78-79
• 7.3.2 土壤剖面温室气体GHG (CO2, CH4和N2O)浓度变化特征79-80
• 7.3.3 土壤剖面GHG (CO2, CH4和N2O)浓度变化特征80-81
• 7.3.4 土壤剖面GHG (CO2, CH4和N2O)浓度与水分、温度的相关性 . 707.3.5 土壤剖面GHG (CO2, CH4和N2O)浓度的相关性81-82
• 7.3.5 土壤剖面 GHG (CO2, CH4和 N2O)浓度的相关性82-83
• 7.4 覆盖措施对土壤温室气体GHG (CO2, CH4和N2O)的排放影响83-86
• 7.4.1 覆盖措施对N2O排放的影响83-84
• 7.4.2 覆盖措施对CH4排放的影响84-85
• 7.4.3 覆盖措施对CO2排放的影响85-86
• 7.4.4 土壤温室气体GHG (CO2, CH4和N2O)排放的相关性86
• 7.5 小结86-88
• 第八章 主要结论及有待进一步研究的问题88-91
• 8.1 主要结论88-89
• 8.2 有待进一步研究的问题89-91
• 参考文献91-110
• 作者简介110

【参考文献】

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本文编号：334219