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《沈阳农业大学》 2011年
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水肥调控措施对冬小麦光合产物分配的模拟研究

李炎  
【摘要】:作物生长模拟模型是信息农业和数字农业研究与应用的核心。作物生长模拟模型具有系统综合和动态预测的功能,其中,光合产物的积累与分配过程是作物生长模型的核心。本研究以冬小麦为材料,针对华北地区农业用水不足的现状,结合国家自然科学基金资助项目“水分养分胁迫对冬小麦光合产物分配影响的模拟研究”(50679055),于2008-2009年在天津农学院灌溉试验站,进行了冬小麦不同水肥调控措施的田间灌溉试验。依据获得的试验资料,从作物生长形态学的特点出发,以根、茎、叶和籽粒之间的动态关系分析提出光合产物分配的机理型模型。运用三种方法分析确定模型参数。一是从文献中查取,直接引用;二是通过田间取样,在室内测试获取模型参数;三是以2008年度冬小麦实测根、茎、叶和籽粒干物质重为依据,以模拟干物质量与实测干物质量误差绝对值之和最小为目标函数,通过非线性规划方法进行求解。最后,对不同深度氮素、地温、土壤水分随时间的变化过程和根、茎、叶、籽粒干物重模拟值与实测值的比较等几个方面对本文构建的作物生长模拟模型进行了检验,主要研究成果如下: (1)采用P.M.DRIESSEN等人提出的理论太阳辐射计算方法,逐日计算出小麦生长期光合产物积累过程,考虑光强和温度对同化作用的影响,计算出逐日的潜在光合产物量。计算过程中考虑的因素有日最高温度、日最低温度、日照时数、光合有效辐射、相对湿度、可见光的消光系数、总的CO:吸收率、碳水化合物总生产力、大田作物的总同化率、维持呼吸速率等。 (2)土壤水分变化动态用垂直一维的土壤水动力学方程描述。采用变步长全隐式差分法求解。 (3)本文对根系下扎深度随时间变化过程进行了模拟,根据实测数据分析了冬小麦在全生育期内的根系下扎深度,采用分段函数关系式。 (4)采用机理模型描述养分(铵态氮和硝态氮)在土壤中的运移和转化过程。模拟计算过程中考虑了土壤含水量和土壤温度对有关过程的修正。模拟了逐日的土壤养分(铵态氮和硝态氮)沿土层深度变化状况和随时间的变化过程。 (5)本文提出了幂函数形式的水分胁迫系数和养分胁迫系数。其中,水分胁迫系数以逐日相对蒸腾量为自变量,养分胁迫系数以植株含氮量相对值为自变量分别进行计算,相应的幂函数指数为λ=0.5694和σ=0.5025。 (6)利用2008年度冬小麦的实测资料,建立了根冠生长平衡系数关系式、茎叶生长平衡系数关系式和粒茎生长平衡关系式,采用2009年度试验资料进行验证,其模拟值与实测值的相关系数(R2)分别达到0.9941、0.9971和0.9064。 (7)选择天津农学院西校区灌溉试验站2009年度冬小麦高肥高水、高肥中水、中肥中水、中肥低水和零肥零水的5个处理,利用模型的模拟程序逐日模拟求得土壤剖面含水量。即计算这5个处理0-100cm和0-200cm土层平均的土壤含水量,结果表明,与实测值基本吻合,相关系数(R2)均在0.80以上。表明本模型选取和确定的参数是合理的。 (8)对本试区(天津农学院西校区灌溉试验站)2008年度冬小麦生长期40cm深处温度、80cm深处地温和160cm深处地温变化过程进行了检验,结果表明模拟值与观测值十分吻合,其相关系数(R2)分别达到0.94、0.95和0.95以上,表明吻合程度很好。 (9)利用2009年度中等灌水水平条件下高、中、低和零4个施肥水平处理的冬小麦生长期土壤剖面铵态氮、硝态氮含量的实测值对田间土壤氮素运移转化模型进行检验。结果表明,铵态氮模拟值与实测值之间有明显的相关关系,相关系数R2均在0.84以上;硝态氮模拟值与实测值之间也有明显的相关关系,相关系数R2均在0.75以上。 (10)本文对2009年度冬小麦根、茎、叶和籽粒干物质重的模拟值与实测值进行了比较,结果表明,根、茎、叶和籽粒干物质重的模拟值与实测值都基本一致。
【学位授予单位】:沈阳农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S512.11

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