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节水灌溉水稻根系分布特征及吸水模型研究

荆昊  
【摘要】: 本试验以扬粳9538水稻品种为供试作物,通过砂培试验,设计3个水分水平,W1:充分灌溉,W2:饱和土壤含水量的80%,W3:饱和土壤含水量的60%,在分蘖期和拔节孕穗期进行水分处理,同步进行水稻蒸腾蒸发试验。研究了不同水分亏缺时间和亏缺程度下水稻根系生长发育规律,根据水稻根系分层分形维数建立了基于分形维数的水稻根系空间分布模型。通过根系分形维数与有效根长密度的回归分析建立了基于分形维数的有效根长密度模型。根据土壤吸力变化的实测资料,利用有作物生长情况下土壤水动力学宏观模型,动态模拟了水稻根系吸水速率的时空变化状况,提出了水稻拔节孕穗期的根系吸水模型。结果如下: 1.水稻根系整体分形维数在1.207和1.542之间变化根系,分层分形维数在1.002和1.775之间变化,分形维数在垂向逐渐减小,根系分形维数越大,根系分枝越多,分布越紧密;反之,分枝越少,分布越稀疏。水分亏缺对上层、中层根系伸展分枝影响较大,水分亏缺对下层根系影响较小。结果表明根系分形维数能够很好的反映根系的伸展、分枝、分布情况,为考察根系的空间分布特征以及与水分的关系开拓了新思路。研究发现土壤深度z与水稻根系分层分形维数D呈显著正相关,通过回归分析建立了水稻根系空间分布模型。 2.在不同处理条件下根长密度在垂向呈递减趋势,土壤上层根长密度远远大于下层根系根长密度,不同处理条件下根长密度都随着时间的增长不断增大。水分亏缺以及复水后水分亏缺的后效性对根长密度的影响规律较相似,总体而言水分亏缺对上层和下层根长密度影响较小,对中层根系根长密度影响较大。 3.水稻有效根长密度的对数lnR与水稻根系分层分形维数D呈显著正相关,通过回归分析建立了基于分形维数的有效根长密度函数。 4.水稻根鲜重、干重在垂向上总的趋势是随着深度的增加而减少的,根系主要分布在距离土表0~30cm的土层中,30cm以下明显下降。水分亏缺对根鲜重、干重影响较大,复水后根系生长能力有一定恢复。 5.通过水稻蒸腾蒸发试验和模型模拟计算,探讨水稻根系吸水规律,建立了水稻拔节孕穗期不同水分处理条件下的根系吸水模型,并用实测资料模拟了根系的吸水状况,模拟值与实测值误差最大值为5.92%最小值为0.72%,平均值为2.18%,结果表明模型模拟精度较高,有一定的应用价值。


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