發(fā)布時間：2020-07-31 14:37

【摘要】：適宜的農田水分條件是農作物正常生長的基本保障。強降雨天氣和農田排水不暢會使農田地下水位過高(漬害)或田面淹水(澇害)。當漬害和澇害影響了農作物的正常生長和產量形成時,就形成了澇漬脅迫。澇漬脅迫嚴重制約我國易澇易漬地區(qū)的農業(yè)生產活動。近年來,受全球氣候變化的影響,我國洪澇漬災害發(fā)生頻率越來越高,影響范圍越來越廣,也給我國的農業(yè)生產帶來了日益嚴重的威脅。長江中下游平原是我國三大棉產區(qū)之一,棉花種植面積約為我國棉花種植總面積的三分之一。受亞熱帶季風氣候的影響,長江中下游平原在棉花的關鍵生育期內(6～8月)降水集中、雨量大、歷時長,如遇農田排水系統(tǒng)不完善或管理運行不當,容易產生澇漬脅迫。由于棉花是一種對澇漬脅迫敏感的作物,澇漬脅迫會對當地的棉花生產造成嚴重影響。因此,根據當地農田的澇漬成災特點,研究澇漬脅迫下的棉花響應規(guī)律、探索合理的農田排水指標以及提出澇漬脅迫條件下的棉花產量的模擬方法具有重要的現實意義。本文依托于國家自然科學基金項目“澇漬脅迫條件下旱作物水分生產函數研究”以及國家“十二五”科技支撐計劃“農田除澇減災工程綜合控制技術及工程模式研究”,選取地處長江中下游平原的湖北省作為研究區(qū)域,將棉花作為研究對象。以2003至2011年連續(xù)多年開展了測坑澇漬試驗的實測資料為基礎,綜合應用方差分析、回歸分析、相關分析、結構方程模型以及動態(tài)產量模型等多種統(tǒng)計學方法和模型模擬方法,分析了不同澇漬發(fā)生生育期(苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期)和不同澇漬脅迫形式(單澇、單漬和先澇后漬)對棉花形態(tài)生長及產量的影響,提出了多生育期先澇后漬下的綜合排水指標,并構建了澇漬脅迫下的經驗型動態(tài)產量模型和機理型動態(tài)產量模型。主要得出了以下研究成果:(1)在棉花形態(tài)生長的響應方面,單漬脅迫即使歷時更長,對棉花形態(tài)生長的影響仍小于單澇脅迫,而先澇后漬脅迫的抑制作用最大。先澇后漬脅迫發(fā)生在蕾期和花齡期內時均會顯著(p0.05)地抑制棉花的形態(tài)生長,而發(fā)生在吐絮期內時抑制作用很小。葉面積的生長對先澇后漬脅迫最為敏感,其余依次是莖粗和株高。在棉花產量的響應方面,單漬脅迫的減產作用小于單澇脅迫和先澇后漬脅迫�；ㄢ徠趦仍馐芟葷澈鬂n脅迫會導致棉花顯著減產,蕾期次之,而吐絮期內減產作用較小。籽棉產量受單澇、單漬和先澇后漬脅迫的減產作用比干物質產量大。(2)運用結構方程模型構建了棉花在不同生育期內的“澇漬脅迫—高溫天氣—棉花生長/產量”交互關系模型。模型運行結果表明,加入對澇漬脅迫期間高溫天氣的考慮會影響棉花對澇漬最敏感生育期的判定。在考慮高溫影響后,棉花花鈴期是對澇漬最敏感的生育期,其澇漬敏感程度為苗期、蕾期和吐絮期的3倍以上。高溫和澇漬脅迫均會對棉花產量造成顯著的影響,但兩者間的交互作用僅在部分試驗中出現,這可能與澇漬影響的程度有關。另外,澇漬脅迫會顯著影響棉花的生殖生長但不會顯著影響營養(yǎng)生長,這可能與澇漬脅迫后營養(yǎng)生長的恢復生長有關。(3)在先澇后漬脅迫下,基于澇水和漬水時間劃分的排水指標比基于地表水和地下水空間動態(tài)過程劃分的排水指標更為合理。單漬的減產作用是單澇的0.759倍。先期的澇會增強棉花對后續(xù)漬的適應性,先澇后漬脅迫下漬的減產作用是澇的0.293倍。基于以上分析建立的綜合排水指標CSFEW30與棉花減產率之間呈極顯著的線性關系(R2=0.629,n=15,p0.001)。(4)以水分虧缺條件下常用的兩個動態(tài)產量模型為基礎,建立了澇漬脅迫下的動態(tài)產量模型——改進Morgan模型和改進CROPR模型。兩個改進模型均采用了與農田水位動態(tài)直接關聯(lián)的作物響應函數,因此與農田排水中的水位管理銜接良好。兩個模型各有優(yōu)勢,應根據實際情況進行選擇。改進Morgan模型是經驗型模型,所需資料少,模型模擬精度較高。改進CROPR模型是機理型模型,較好地反映了作物生長和響應的機理,模型模擬精度高。建立的兩個改進模型均能較好地模擬澇漬脅迫下棉花的干物質生長過程及籽棉產量。綜上所述,本文研究成果揭示了不同澇漬脅迫形式和不同澇漬發(fā)生生育期等多種客觀存在的澇漬條件下棉花生長及產量的響應規(guī)律,提出了多生育期先澇后漬脅迫下的農田排水指標,并構建了與農田排水的水位管理密切關聯(lián)的澇漬脅迫下的動態(tài)產量模型。研究成果可為洪澇漬災害下棉田的排水規(guī)劃、設計和運行管理提供參考依據。
【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S562;S422
【圖文】：

逑３．２．２不同形式的澇潰脅迫對棉花產量的影響逡逑如圖３．１所示，５天單澇、８天單漬和澇５天后潰８天的先澇后漬脅迫均會逡逑顯著減少籽棉產量，但不會造成干物質顯著減產。單澇、單漬和先澇后潰脅迫平逡逑均造成邋３７．６４％、２８．２４％和邋３３．４０％的籽棉減產，和邋２９．６５％、２２．４５％和邋２７．６７％的逡逑干物質減產。由此可見，即使單潰歷時（３天、５天和８天）較單澇歷時（１天、逡逑３天和５天）更長，單漬造成的籽棉減產效應仍不及單澇，這與前文結果中單澇逡逑和單漬脅迫對棉花形態(tài)生長影響的差異相吻合。另外，干物質減產效應不及籽棉逡逑產量，可能是因為棉花在澇漬脅迫解除后出現營養(yǎng)生長恢復現象，千物質量同步逡逑呈現恢復過程。同時由于供給給棉花的水分和養(yǎng)分有限，生殖生長會因為營養(yǎng)生逡逑長的快速恢復而受到抑制

清潰脅迫下棉花生長和產量的響應及模擬逡逑３．２．３不同發(fā)生生育期的先澇后漬脅迫對棉花產量的影響逡逑如圖３．２ａ所示，２００８年花鈴期內澇３天潰５天的先澇后漬脅迫和２０１０年花逡逑鈴期內澇３天漬７天的先澇后漬脅迫均會顯著降低籽棉產量，但在所有試驗內蕾逡逑期和吐絮期的先澇后潰處理均無顯著減產作用。２００８年蕾期、花鈴期和吐絮期逡逑內先澇后潰脅迫分別導致籽棉產量下降２９．３６％、３８．３３％和－５．０２％，２００９年和２０１０逡逑年同項指標分別下降２．５４％、２２．２１％、－３．９０％和５．４３％、２１．０１％和９．６６％。以上逡逑數據表明，各生育期內先澇后漬脅迫均會造成籽棉不同程度的減產，其中花鈴期逡逑內減產效應最為顯著，而吐絮期內減產效應并不明顯，甚至出現不減產現象。逡逑在不同的生育期內遭受澇漬脅迫后，棉花產量和形態(tài)生長的響應規(guī)律基本一逡逑致。結果表明，發(fā)生在花鈴期內的先澇后漬脅迫會給棉花的生長及產量帶來最嚴逡逑重的損害，其次是發(fā)生在蕾期的先澇后漬脅迫，而吐絮期內的先澇后漬脅迫的影逡逑響很小。這與Ｂａｎｇｅ等（２００４）所得結論相似

圖５．１兩類排水指標的比較逡逑Ｆｉｇ邋５．１邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｗｏ邋ｋｉｎｄｓ邋ｏｆ邋ｄｒａｉｎａｇｅ邋ｉｎｄｉｃｅｓ逡逑圖５．１中描述了兩次水位動態(tài)變化完全相同的澇潰脅迫過程，其中第一次澇逡逑漬過程用ＳＷＦＤＨ和ＳＥＷＳｏ指標進行描述，第二次澇漬過程則利用ＳＦＷ和ＳＥＷ３0逡逑指標進行描述。由圖５．１所示，在描述相同的澇漬過程時，兩類排水指標之和相逡逑等，即為沈榮開等（１９９９ｂ）提出的累計地表及地下超標準水位指標ＳＦＥＷ３Ｑ。兩類逡逑指標的區(qū)別在于對超標準水位的劃分方式不同，ＳＷＦＤＨ和ＳＥＷ、指標以時間軸逡逑的節(jié)點（澇和漬發(fā)生的時間）進行劃分，而ＳＦＷ和ＳＥＷ３0指標以空間的節(jié)點（地逡逑表）進行劃分。此外，圖５．１進一步形象地表明了動態(tài)水位指標相較于澇潰時間逡逑指標（圖中潰水歷時和淹水歷時和澇潰水深指標（圖中水位）的優(yōu)越性。逡逑動態(tài)排水指標實質上是多余的農田水位在時間軸上的積分，因此同時包含了澇漬逡逑時間信息和澇潰水位信息。逡逑上述兩類指標“ＳＦＷ和ＳＥＷ３0”和“ＳＷＦＤＨ和ＳＥＷＳｏ”

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本文編號：2776603