水資源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化已成為西北內(nèi)陸旱區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的制約因素。近年來,壓縮高耗水作物、增加節(jié)水型經(jīng)濟(jì)作物種植比例已成為該地區(qū)緩解水資源供需矛盾、促進(jìn)農(nóng)民增收的重要舉措。因此,研究西北內(nèi)陸旱區(qū)經(jīng)濟(jì)作物的節(jié)水響應(yīng)機(jī)理,并建立水分高效利用的灌溉制度對促進(jìn)當(dāng)?shù)厮Y源可持續(xù)利用、保障生態(tài)安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)用價值。本文通過2008-2011年在農(nóng)業(yè)部作物高效用水武威科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站開展的田間試驗(yàn)研究和土壤水氮遷移轉(zhuǎn)化與作物生長耦合模型(SWNCM)的數(shù)值模擬,研究土壤水分和洋蔥生理生態(tài)、耗水、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率對虧缺灌溉的響應(yīng)規(guī)律,并建立了三種經(jīng)濟(jì)作物(洋蔥、辣椒和西紅柿)水分高效利用的灌溉制度。主要研究內(nèi)容和取得成果如下： (1)于2008-2009年開展了洋蔥膜上畦灌虧缺灌溉試驗(yàn),采用稱重式蒸滲儀定量研究了洋蔥的耗水規(guī)律,及水分虧缺對洋蔥產(chǎn)量和水分利用效率的影響,得到了洋蔥的作物系數(shù)。膜上畦灌條件下,洋蔥全生育期耗水量可達(dá)到358mm,耗水強(qiáng)度和耗水模系數(shù)均為鱗莖膨大期發(fā)葉期苗期成熟期。洋蔥產(chǎn)量可達(dá)到62.12t hm-2,鱗莖膨大期水分虧缺使產(chǎn)量顯著降低。作物系數(shù)在生育期內(nèi)呈拋物線形變化,在初始生長期、生育中期和成熟期平均分別為0.73、1.28和0.70。 (2)于2009～2010年開展了洋蔥膜下滴灌調(diào)虧灌溉試驗(yàn),分析了洋蔥生理、生態(tài)指標(biāo)對水分虧缺的響應(yīng)。結(jié)果表明洋蔥的株高、頸粗、葉片數(shù)、葉面積指數(shù)、各部分生物量、光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度在灌水量低于0.8ETc時均受到水分虧缺的顯著影響而減小；苗期水分虧缺抑制了洋蔥生長,但差異不顯著；發(fā)葉期水分虧缺使各生長指標(biāo)和生理指標(biāo)顯著降低,鱗莖膨大期水分虧缺顯著降低各部分生物量、光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度,成熟期水分虧缺對各生長量無顯著影響。 (3)膜下滴灌條件下,洋蔥全生育期耗水量達(dá)到414mm。產(chǎn)量隨灌水量(0.4～1.0ETc)的增加而增加,灌水量低于0.8ETc時,減產(chǎn)顯著；苗期和成熟期水分虧缺對產(chǎn)量的影響不顯著,發(fā)葉期和鱗莖膨大期水分虧缺均使產(chǎn)量顯著降低。水分虧缺可提高洋蔥的水分利用效率。灌水量為0.8ETc時可獲得較高的鱗莖可溶性固形物和蛋白質(zhì)含量,水分虧缺均使鱗莖維生素C含量提高。構(gòu)建了洋蔥全生育期和分階段的水分生產(chǎn)函數(shù)；由Jensen模型分階段水分生產(chǎn)函數(shù)求得洋蔥的水分敏感指數(shù)為鱗莖膨大期發(fā)葉期苗期成熟期。 (4)通過田間實(shí)測的農(nóng)田土壤水分動態(tài)和作物生長過程數(shù)據(jù)對SWNCM模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證。結(jié)果表明,率定和驗(yàn)證后的SWNCM模型能夠較好的模擬試驗(yàn)地區(qū)洋蔥、辣椒和西紅柿等經(jīng)濟(jì)作物在虧缺灌溉條件下農(nóng)田土壤水分動態(tài)和作物生長過程,及其對作物產(chǎn)量和耗水的影響,可對該地區(qū)此類經(jīng)濟(jì)作物的灌溉制度進(jìn)行模擬優(yōu)化。 (5)基于率定后的SWNCM模型,探討了不同灌水量和灌水頻率對水量平衡組成項(xiàng)、作物產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率的影響。得到洋蔥、辣椒和西紅柿以節(jié)水、高產(chǎn)、高效和減少損耗為目標(biāo)的灌溉制度為：采用膜下滴灌,灌水頻率分別為間隔5、5、5～7d灌水,灌水定額分別為0.65ETc、0.73ETc和0.72～0.74ETc(ETc為本模擬中率定后的作物系數(shù)Kc與ETo的乘積)。
【學(xué)位單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：S274.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展
    1.3 研究目標(biāo)、研究內(nèi)容與技術(shù)路線
第二章 研究方法與試驗(yàn)方案
    2.1 研究方法
    2.2 膜上畦灌洋蔥耗水試驗(yàn)
    2.3 膜下滴灌洋蔥調(diào)虧灌溉試驗(yàn)
    2.4 膜下滴灌辣椒虧缺灌溉試驗(yàn)
    2.5 膜下滴灌西紅柿虧缺灌溉試驗(yàn)
    2.6 數(shù)據(jù)處理方法
    2.7 本章小結(jié)
第三章 虧缺灌溉條件下膜上畦灌洋蔥耗水及產(chǎn)量研究
    3.1 虧缺灌溉對膜上畦灌洋蔥耗水量與耗水規(guī)律的影響
    3.2 虧缺灌溉對膜上畦灌洋蔥產(chǎn)量與水分利用效率的影響
    3.3 膜上畦灌洋蔥全生育期水分生產(chǎn)函數(shù)
    3.4 膜上畦灌洋蔥的作物系數(shù)
    3.5 本章小結(jié)
第四章 膜下滴灌條件下調(diào)虧灌溉對洋蔥生理生態(tài)的影響
    4.1 氣象因子的變化規(guī)律
    4.2 不同灌水處理土壤水分動態(tài)變化
    4.3 土壤溫度的動態(tài)變化
    4.4 調(diào)虧灌溉對洋蔥生態(tài)指標(biāo)的影響
    4.5 調(diào)虧灌溉對洋蔥生理指標(biāo)的影響
    4.6 本章討論與小結(jié)
第五章 調(diào)虧灌溉對洋蔥產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率的影響
    5.1 調(diào)虧灌溉條件下洋蔥的灌水量與耗水量
    5.2 調(diào)虧灌溉對洋蔥產(chǎn)量及水分利用效率的影響
    5.3 調(diào)虧灌溉對洋蔥品質(zhì)的影響
    5.4 洋蔥的水分生產(chǎn)函數(shù)
    5.5 洋蔥的作物系數(shù)
    5.6 本章小結(jié)
第六章 基于SWNCM模型的農(nóng)田土壤水分與作物生長模擬
    6.1 SWNCM模型簡介
    6.2 SWNCM模型參數(shù)確定及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
    6.3 洋蔥調(diào)虧灌溉農(nóng)田土壤水分運(yùn)移和作物生長模擬
    6.4 辣椒虧缺灌溉農(nóng)田土壤水分運(yùn)移和作物生長模擬
    6.5 西紅柿虧缺灌溉農(nóng)田土壤水分運(yùn)移和作物生長模擬
    6.6 本章小結(jié)
第七章 基于SWNCM模型的經(jīng)濟(jì)作物灌溉制度優(yōu)化模擬研究
    7.1 洋蔥水分高效利用灌溉制度模擬研究
    7.2 辣椒水分高效利用灌溉制度模擬研究
    7.3 西紅柿水分高效利用灌溉制度模擬研究
    7.4 本章小結(jié)
第八章 結(jié)論與展望
    8.1 結(jié)論
    8.2 論文主要創(chuàng)新點(diǎn)
    8.3 研究不足與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡介

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