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盐渍化地区SPAC系统能态分析及根系吸水模型研究

乔冬梅  
【摘要】:在内蒙古河套灌区引黄水量减少兼顾灌区农业生产和土壤盐渍化向良性发展的形势之下,针对盐渍化地区作物受土壤水分和盐分联合胁迫影响的复杂机理,以当地主要经济作物油料向日葵为研究对象,采用田间试验对北方盐渍化地区作物根系吸水模型与土壤-植物-大气连续体中不同界面的能态进行了研究。揭示了盐渍化地区SPAC 系统内的水分迁移机理,建立了油料向日葵的根系吸水模型。该研究为盐渍化地区农业生产和节水灌溉提供了理论基础和技术支撑,是对盐渍化地区节水灌溉理论的丰富和完善。研究取得的主要成果如下: (1)通过相关性分析得出叶水势的影响因素有:土壤水分、盐分,净辐射,大气湿度,大气温度。对影响叶水势的诸多因素进行敏感性分析得出,土壤水分是影响叶水势变化的极显著指标,大气温度为较显著指标,其它因素为显著指标。在分析影响因素的基础上,建立了基于 BP 神经网络的盐渍化地区油料向日葵叶水势动态模型,通过网络训练,确定网络的拓扑结构为 7:24:1,模型的平均相对误差为 13.8%,符合田间试验要求。同时,对水分亏缺诊断研究得出,整个生育期内轻度含盐土壤中作物叶水势要大于-2.5MPa,中度含盐土壤中叶水势要大于-3.0MPa。 (2)灌水(降雨)对各层土壤基质势的影响随深度的增加而减小。灌水之后土壤基质势随时间的变化遵循周期性增减的规律,其变化周期为 24h。在含水率变化不大的情况下,土壤温度是影响基质势变化的主要因素。 (3)土壤基质势,叶水势,大气水势三者在时间和空间上都有很大的差别,土壤基质势的日变幅较小,叶水势和大气水势的日变幅较大。大气水势小于叶水势和土壤基质势,它们相差 1~2 个数量级,叶水势小于土壤基质势。 (4)根据油料向日葵根系的实测资料,分析了根系的生态和生理特点及根系生长的时空变化规律。油料向日葵的整个根系随生育阶段的推进而壮大,开花期达到最大,成熟期有所减小。随深度的增加而减小,侧根系主要分布在表层(0~10cm)。土壤盐分的存在严重限制了根系生长,盐分对根系生长的影响在苗期和成熟期较明显。 (5) 田间和实验室分别测定了土壤水分运动特征参数,并对田间实测土壤基质势进行了标定,建立了土壤基质势和饱和度之间的数学模型。应用土壤基质势和含水率资料计算了根系吸水速率,其值随根系的生长而增大,开花期达到最大。主要吸水层集中在 0~50cm 之间,最大吸水峰值在 20~40cm 之间运移,土壤盐分的存在严重限制了根系吸水速率的增长。采用方程 ET=E+T 检验了根系吸水速率计算的准确性。同时建立了基于 BP 神经网络的油料向日葵根系吸水模型。此研究为盐渍化地区土壤水分运 动的研究提供了依据,是盐渍化地区 SPAC 系统研究的基础。


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