黑龙江西部半干旱区玉米沟灌技术模式的试验研究

论文摘要

黑龙江西部半干旱区为我国主要的粮食生产基地,该区年均降水量少,水资源紧缺问题十分严重。然而,由于经济欠发达,我国农田灌溉仍以传统的畦、沟地面灌溉技术为主,水资源浪费现象还比较严重。近年来,有专家和学者提出了交替隔沟灌溉这种新的节水灌溉技术,这一技术的研究在西北地区已经较为成熟,但在黑龙江省乃至东北地区的研究还很少,为了探知交替隔沟灌溉在黑龙江地区的适宜情况,本文针对黑龙江西部半干旱区多风少雨,春旱严重,粮食产量及作物水分利用效率低等实际问题,在黑龙江省杜蒙县进行了常规灌溉、交替隔沟灌溉和固定隔沟灌溉3种节水灌溉方式下的不同灌水水平组合试验,研究不同灌溉方式不同灌水水平对玉米生长、产量和水分利用效率的影响,以期为当地节水农业的发展提供必要的理论与技术支撑。主要结论如下:(1)比较土壤深层的含水率,常规灌溉在80～100cm土层处仍有缓慢增加现象,固定隔沟灌溉变化不明显,交替隔沟灌溉基本保持不变。常规灌溉水分主要在土壤垂直方向上运动。交替隔沟灌溉和固定隔沟灌溉处理的水分在垂向下渗的同时还有侧向运动,减少了水分在土壤中的深层渗漏。(2)相同灌水水平下,不同沟灌方式的耗水量有差异但相差不大。相同灌溉方式不同灌水水平下,作物的耗水量和日耗水强度随着灌水量的增加有逐渐增大的趋势。整个生育期常规灌溉处理玉米的日耗水强度大于其它两种处理方式。(3)交替隔沟灌溉和固定隔沟灌溉处理使灌水一侧根系处于湿润状态,另一侧根系处于较干燥状态,控制不同区域根系的干湿情况,使根系经受一定程度的干旱锻炼,在适量的水分亏缺下,可以促进地上部分干物质的积累。试验结果表明,隔沟灌溉的作物的叶面积、株高、茎周长、干物质积累量以及根系生长都与常规灌溉相差不大,在轻度水分亏缺下,交替隔沟灌溉甚至还有优于常规灌溉的情况。在水分胁迫较严重时,固定隔沟灌溉玉米的长势较其它处理差。(4)相同灌水水平下,生育前期交替灌溉和固定灌溉的光合速率都比常规灌溉有所降低;生育后期,固定灌溉仍有一定程度的降低,但交替灌溉的光合速率接近甚至超过常规灌溉。与光合速率相比,交替灌溉和固定灌溉蒸腾速率的降低幅度较常规灌溉大。相同灌溉方式下,玉米生育期叶片的光合速率和蒸腾速率随着灌水量的下降而有明显的降低,尤其水分胁迫较严重时下降更显著。叶片水分利用效率的值取决于光合速率和蒸腾速率变化的相对快慢。(5)单穗粒数随着灌水量的下降而减少;在相同灌水水平下,交替灌溉的单穗粒数表现出一定的优势,固定灌溉的处于劣势。不同灌溉方式玉米增产效应主要是通过玉米的百粒重的增加实现的。相同灌溉方式在不同灌水水平下的籽粒产量差异显著,尤其重度缺水时下降较多。研究表明,适度水分亏缺时,各处理的水分利用效率相对较高,尤其交替隔沟灌溉的最高,在灌水量比正常灌水时的常规灌溉减少29%的同时,产量亦提高了4.93%,同时水分利用效率提高了29.9%。说明在适当降低灌水量下,交替隔沟灌溉既可保证籽粒产量,又可提高水分利用效率。(6)本文采用基于实码加速遗传算法的投影寻踪模型、基于熵权的灰色关联法两种评价方法对玉米沟灌模式进行分析评价,得到最优的灌溉模式为适度水分亏缺下的交替隔沟灌溉,该方式在灌水量降低29%的前提下,水分利用效率在所有处理中最优,并且获得了最高的产量和最大净收益。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 课题的来源
• 1.2 研究的目的及意义
• 1.3 国内外研究动态
• 1.3.1 沟灌的研究
• 1.3.2 节水灌溉研究进展
• 1.3.3 控制性交替灌溉的研究进展
• 1.4 控制性交替灌溉技术存在的问题
• 1.5 控制性交替灌溉技术今后的发展方向
• 2 研究的内容与方法
• 2.1 试区概况
• 2.2 研究内容
• 2.3 试验设计
• 2.4 观测内容与方法
• 2.5 技术路线
• 3 结果与分析
• 3.1 不同灌溉方式对土壤水分分布的影响
• 3.1.1 不同灌溉方式的土壤水分分布
• 3.1.2 不同灌溉方式对剖面同一土层深度土壤水分的影响
• 3.1.3 不同灌溉方式作物耗水量的变化
• 3.2 不同灌溉处理对玉米生物性状指标的影响
• 3.2.1 不同灌溉处理对玉米不同生育时期叶面积的影响
• 3.2.2 不同灌溉处理对玉米不同生育时期株高的影响
• 3.2.3 不同灌溉处理对玉米不同生育时期茎周长的影响
• 3.2.4 不同灌溉处理对玉米地上和地下干物质及根冠比的影响
• 3.3 不同灌溉方式不同灌水水平对玉米生理指标的影响
• 3.3.1 相同灌水水平下不同灌溉方式Pn、Tr、WUE 的日变化
• 3.3.2 相同灌溉方式不同灌水水平Pn、Tr、WUE 的日变化
• 3.3.3 相同灌水水平不同灌溉方式下生育期Pn、Tr、WUE 的变化
• 3.3.4 相同灌溉方式不同灌水水平下生育期Pn、Tr、WUE 的变化
• 3.4 不同灌溉处理对玉米产量和水分利用效率的影响
• 3.4.1 不同灌溉处理对玉米产量和产量构成的影响
• 3.4.2 不同灌溉处理对玉米水分利用效率的影响
• 3.5 玉米沟灌技术模式的优化
• 3.5.1 基于RAGA-PPC 模型的玉米沟灌模式优化
• 3.5.2 基于熵权的灰色关联法的玉米沟灌模式优化
• 4 结论与讨论
• 4.1 结论
• 4.2 讨论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文