温室黄瓜耗水模型及高效灌水指标的研究

作     者：毋海梅 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：闫浩芳

授予年度：2019年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 0903[农学-农业资源与环境] 0902[农学-园艺学] 090202[农学-蔬菜学] 

主      题：温室黄瓜 双作物系数模型 植株蒸腾 光合速率 产量 蒸发蒸腾量 

摘      要：研究设施作物蒸发蒸腾量(ET)并确定适宜的灌溉制度,对实现农业水分高效利用、促进设施作物丰产、优质和提升农民生活水平等具有重大意义。本文以温室黄瓜为供试作物,于2017年秋冬季和2018年春夏季两个不同种植季节在江苏大学现代农业装备与技术Venlo型温室实验室内进行,对滴灌条件下不同水分处理温室黄瓜的生理生态指标、产量及水分利用效率(WUE)等进行了研究;灌水方式为基于20 cm标准蒸发皿的累计水面蒸发量设计3个灌水处理,不同生育阶段、不同水分处理设置不同蒸发皿系数(K)。对不同水分处理下(土壤含水率大小依次为T1T2T3)温室黄瓜土壤水分状况、生理生态指标、作物耗水量、产量和WUE等进行系统的田间试验观测、比较及分析。通过实测温室黄瓜ET及温室内气象资料,提出了基于常规气象数据估算温室黄瓜ET的经验模型。为实现温室黄瓜植株蒸腾(T)与土壤蒸发(E)的分别估算,本文基于FAO-56推荐的双作物系数模型,应用温室内2017年春夏季和秋冬季两个不同种植季节微气象数据、作物株高、叶面积指数(LAI)及土壤水分等数据,对双作物系数模型中基础作物系数(K)和土壤蒸发系数(K)进行修正,基于FAO-56 Penman-Monteith(P-M)模型,确定温室内参考作物蒸发蒸腾量(ET),最终实现对温室黄瓜T和E的分别估算。通过Lysimeter和茎流计实测温室内黄瓜不同种植季节(春夏季和秋冬季)ET和T,对修正后的双作物系数模型估算结果进行验证与评估。主要的研究结果如下:1)分析了不同水分处理对温室黄瓜生长指标的影响,结果显示,在不同水分处理下温室黄瓜株高、茎粗和LAI均与土壤含水率呈显著性相关关系。三个水分处理下株高与茎粗在作物生长后期分别达到最大值,春夏季黄瓜株高最大值分别为:247、206和147 cm,秋冬季分别为:215、189和168 cm;春夏季黄瓜茎粗最大值分别为:10.10、9.09和8.41 mm,秋冬季分别为:8.13、7.39和6.45 mm;LAI在作物生长中期达到最大值,春夏季分别为:5.12、3.77和2.64,秋冬季分别为:4.66、3.73和3.13;不同水分处理下各生长指标的大小依次为T1T2T3,结果表明,温室黄瓜株高、茎粗及LAI均随土壤含水率的增大而增大。2)通过分析不同水分处理对温室黄瓜各生育阶段的光合速率、气孔导度与茎流速率的影响,进一步验证了在黄瓜任一生长阶段发生水分亏缺均会降低黄瓜光合速率、气孔导度与茎流速率,从而影响黄瓜干物质的运转与积累。通过观测不同天气状况下黄瓜茎流速率,发现太阳辐射是影响茎流速率变化的主要因子,茎流速率总是随着太阳辐射的波动性变化而变化。3)通过研究不同水分处理下对温室黄瓜不同种植季节产量、耗水量及WUE,分析了不同水分处理对温室黄瓜产量形成过程的影响,得出春夏季T1处理温室黄瓜的产量、耗水量及WUE分别高出T2和T3处理的22.0%和51.2%(产量)、17.4%和34.9%(耗水量)及17.4%和20.7%(WUE),秋冬季分别高出T2和T3水分处理的54.2%和73.9%(产量)、24.0%和48.0%(耗水量)及39.7%和50.0%(WUE)。结果表明,随着灌水量的减小,温室黄瓜产量和WUE均呈降低趋势,不同程度的水分亏缺对不同生育期的ET有一定的抑制作用,且黄瓜平均单果重、果茎、果长和单株坐果数均随灌水量的降低而减小,黄瓜果实畸形比例随水分亏缺程度的增大而增大。4)结合温室内实测气象资料,将黄瓜生育期内逐日ET与太阳净辐射等气象因子进行回归分析,结果表面,太阳净辐射和日最低相对湿度是影响作物ET的主要气象因子,在缺乏完整气象数据的情况下,可利用太阳净辐射和日最低相对湿度建立的经验模型估算温室黄瓜ET。5)修正后的双作物系数模型估算温室黄瓜ET和T与实测值具有较好的一致性,春夏季温室黄瓜全生育期ET的估算值与实测值日均值分别为3.05和2.94 mm·d,秋冬季分别为2.53和2.76 mm·d。修正后的双作物系数模型估算春夏季日平均T与实测值分别为2.37和2.19 mm·d,秋冬季分别为1.43和1.34 mm·d。研究结果显示,不同种植季节温室黄瓜全生育期日平均T占ET的比例分别为64.62%(春夏季)和68.59%(秋冬季)。基于修正的双作物系数模型能较为准确地估算温室黄瓜作物的植株蒸腾与冠层下的土壤蒸发。