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作物缺水诊断指标及灌溉控制指标的研究

作　者: 史宝成
导　师: 刘钰
学　校: 中国水利水电科学研究院
专　业: 水利水电工程
关键词: 缺水诊断灌溉控制冠气温差作物水分胁迫指数茎直径变化叶面积指数蒸腾速率光合速率
分类号: S274
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

水资源短缺已成为我国农业发展的主要制约因素，发展节水农业势在必行，进行作物缺水诊断指标及灌溉控制指标的试验研究以确保灌溉的适时适量是减少水资源浪费、发展可持续农业、合理管理水资源的根本途径之一。在中国水利水电科学研究院大兴灌溉试验站开展试验研究，采用国外先进的仪器自动监测作物的生理生态指标(茎直径变化、茎液流、叶面温度)，结合冠层表面温度、土壤水分、光合速率、蒸腾速率、气孔导度的观测，分析各类指标反映作物缺水状况的能力和敏感性；建立不同作物土壤水分指标和生理生态指标与水分亏缺程度的关系；根据水分信息的监测、采集方式和缺水诊断指标的敏感性、稳定性，确定主要作物的灌溉控制指标及其域值。主要研究结果如下： (1) 供水条件不同，对冬小麦、春玉米和夏大豆植株性状发育有明显影响，作物所能达到的株高和叶面积指数随着灌水次数的增加而增加。冬小麦灌3水与灌1水相比，植株增高8～10cm，穗粒数增加3～5粒；春玉米干物质量灌3水的比灌1水的多20～80g／m~2，植株增高10～20cm；夏大豆灌3水与不灌相比，植株增高2～10cm，干物质量增加20～60g／m~2。三种作物最终籽粒产量最高的不是灌水量最大的，说明适当的限量灌水能提高产量和水分生产率。 (2) 冬小麦的需水关键期为拔节期和孕穗期；春玉米为拔节期和抽雄期；夏大豆为开花结荚期；因而保证这三种作物在这些阶段的水分要求，对它们的增产、增收具有十分重要的意义。冬小麦的黄熟期和夏大豆的苗期适度缺水可能增加产量。 (3) 本次试验得到冬小麦土壤水分下限指标为：苗期和成熟期土壤水分下限为田间持水量的55％～60％，其它生育阶段为田持65％～70％。春玉米的土壤水分下限指标为：出苗到拔节为60％左右，拔节至抽雄为70％～80％，蜡熟到成熟期为60％左右。夏大豆土壤水分下限指标为：幼苗期60-65％，分枝和花芽分化期65-70％，结荚期70-80％。开花期宜干燥少雨。 (4) 适当的限量灌水能提高产量和水分生产率，并不是灌水越多产量就越高。通过对土壤供水能力和作物生长关系的研究，在灌足底墒水的前提下，只在小麦关键生育期(拔节、孕穗、扬花期)灌水，既能获得一定的子粒产量，又可节约水资源。春玉米全生育期的最佳需水量为480mm，夏大豆为265mm，可用此指标指导灌水，既满足了春玉米、夏大豆的生长发育需求，又能发挥其生产潜力。 (5) 小区试验结果表明，不同水分处理间的蒸腾速率在早上利傍晚差异不大，各处理间Tr的差异在14：00左右达到最大，不同时刻的Tr都有随着土壤水分的降低而降低的趋势，当土壤水分低于作物生长的适宜水分时，Tr的峰值有随着土壤水分的降低而提前的趋势。相同水分处理光合速率与蒸腾速率有着相似的日变化特征，但Pn峰值出现的时间稍早于Tr峰值出现的时间；气孔导度的日变化非常强烈，有时与蒸腾、光合的变化不同步，且规律性有时不太明显，气孔导度的峰值比光合、蒸

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第一章绪论  12-26
  第一节研究背景及目的意义  12-15
    1.1 研究背景  12-14
    1.2 研究意义  14-15
  第二节国内外研究现状  15-23
    2.1 土壤水分诊断作物水分状况的研究进展  16-17
    2.2 基于冠层表面温度的作物缺水指标研究进展  17-19
    2.3 利用茎直径变差诊断作物水分状况的研究现状  19-21
    2.4 光合速率、蒸腾速率、气孔导度诊断诊断作物水分状况的研究现状  21-22
    2.5 利用茎液流诊断作物水分状况的研究现状  22-23
  第三节本文研究方法和内容  23-26
    3.1 研究内容  24
    3.2 研究方法  24-26
第二章试验材料和方法  26-42
  第一节试验区概况  26
  第二节作物灌溉试验小区  26-28
    2.1 试验小区布置情况  26-27
    2.2 试验设计  27-28
  第三节观测内容和方法  28-31
    3.1 气象资料观测  28
    3.2 冠层温度、气温的测定  28-29
    3.3 光合参数的测定  29
    3.4 土壤水分的测定  29-30
    3.5 叶面积指数测定  30-31
    3.6 茎直径变差、茎液流、叶面温度测定  31
    3.7 土水势测定  31
    3.8 作物生长特性指标的观测及生育时期的记载  31
    3.9 作物产量构成因素的测定及室内考种  31
  第四节土壤水分测定仪器的标定  31-33
  第五节土壤参数测定  33-36
    5.1 土壤容重、土壤孔隙率、饱和含水率和田间持水率的测定  33-34
    5.2 土壤水分特征曲线与非饱和导水率的测定  34-36
  第六节气象因素和参照腾发量(ETo)变化过程  36-39
    6.1 作物参照腾发量ETo计算  36
    6.2 作物生长年内气象因素变化过程  36-38
    6.3 不同作物生育期内降雨情况及ETo情况  38-39
  第七节观测资料整理与统计分析  39-42
第三章冬小麦缺水诊断指标的试验研究  42-62
  第一节土壤水分指标  42-51
    1.1 麦田各时段的土壤水状况  42-46
    1.2 供水条件不同对作物不同生育阶段的株高和叶面积的影响  46
    1.3 供水条件不同对作物最终产量的影响  46-47
    1.4 土壤供水状况对小麦干物质积累的影响  47
    1.5 冬小麦水分生产函数  47-50
    1.6 小结  50-51
  第二节生理生态指标  51-57
    2.1 蒸腾速率(Tr)的日变化规律  51-52
    2.2 光合速率(Pn)的日变化规律  52
    2.3 气孔导度(Gs)的日变化规律  52-53
    2.4 蒸腾速率Tr、光合速率Pn及气孔导度Gs间的关系  53-54
    2.5 Pn/Tr与土壤含水量关系  54-55
    2.6 Pn/PAR与土壤水分的关系  55-56
    2.7 小结  56-57
  第三节冠层温度指标  57-60
    3.1 冠气温差(△T)的变化规律  57-58
    3.2 冠气温差△T与土壤含水量的关系  58-59
    3.3 作物水分胁迫指数(CWSI)与作物产量的关系  59-60
    3.4 小结  60
  第四节本章小结  60-62
第四章春玉米缺水诊断指标的试验研究  62-84
  第一节土壤水分指标  62-70
    1.1 春玉米各时段的土壤水状况  62-66
    1.2 供水条件不同对作物不同生育阶段的株高和叶面积的影响  66
    1.3 供水条件不同对作物最终产量的影响  66
    1.4 春玉米耗水规律  66-69
      1.4.1 春玉米穗期耗水特点  67
      1.4.2 春玉米试验耗水分析  67-69
    1.5 小结  69-70
  第二节茎直径微变化指标  70-72
    2.1 春玉米植株茎直径变差的昼夜变化  70-71
    2.2 不同水分状况下的茎变差反映  71-72
    2.3 小结与讨论  72
  第三节茎液流指标  72-75
    3.1 茎流计原理  72-73
    3.2 植株茎液流的日变化  73-74
    3.3 太阳总辐射(Rs)和饱和水汽压差(VPD)对茎液流(SF)的影响  74
    3.4 小结  74-75
  第四节光合速率、气孔导度、蒸腾速率与春玉米水分状况的关系  75-78
    4.1 蒸腾速率(Tr)的日变化规律  75
    4.2 光合速率(Pn)的日变化规律  75-76
    4.3 气孔导度(Gs)的日变化规律  76
    4.4 蒸腾速率Tr、光合速率Pn及气孔导度Gs间的关系  76-77
    4.5 小结  77-78
  第五节冠层温度指标  78-81
    5.1 冠气温差(△T)的日变化规律  78-79
    5.2 冠气温差与土壤含水量的关系  79-80
    5.3 水分胁迫指数(CWSI)与作物产量的关系  80
    5.4 小结  80-81
  第六节本章结论与讨论  81-84
第五章夏大豆缺水诊断指标的试验研究  84-104
  第一节土壤水分指标  84-93
    1.1 夏大豆全生育期土壤水分状况  84-87
    1.2 供水条件不同对作物最终产量的影响  87-88
    1.3 叶面积与产量  88-90
      1.3.1 不同水分处理对叶面积的影响  88-89
      1.3.2 产量表现与叶面积指数消长的相关性  89-90
    1.4 夏大豆耗水量与产量分析  90-92
      1.4.1 夏大豆需水规律  90-91
      1.4.2 夏大豆产量与耗水量的关系  91-92
    1.5 小结  92-93
  第二节光合速率、蒸腾速率、气孔导度  93-96
    2.1 蒸腾速率(Tr)的日变化规律  93
    2.2 光合速率(Pn)的日变化规律  93-94
    2.3 气孔导度(Gs)的日变化规律  94
    2.4 蒸腾速率Tr、光合速率Pn及气孔导度Gs间的关系  94-95
    2.5 小结  95-96
  第三节茎液流与茎杆直径微变化指标  96-98
    3.1 植株茎液流的日变化  96-97
    3.2 植株茎直径变差的日变化  97-98
    3.3 小结  98
  第四节冠层温度指标  98-100
    4.1 冠气温差(△T)的日变化规律  98-99
    4.2 冠气温差与土壤含水量的关系  99-100
    4.3 水分胁迫指数(CWSI)与作物产量的关系  100
    4.4 小结  100
  第六节本章结论与讨论  100-104
第六章结论与建议  104-108
  第一节研究结论  104-106
  第二节本研究不足之处及建议  106-108
参考文献  108-117
致谢  117-118

作物缺水诊断指标及灌溉控制指标的研究

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