农田尺度土壤水肥盐时空分布与棉花生长特征研究

论文摘要

新疆淡水资源亏缺,微咸水资源丰富,将微咸水灌溉与膜下滴灌技术结合,在满足作物需水的同时,在一定程度上缓解水资源问题。但长期进行微咸水灌溉也会造成土壤次生盐碱化。为探究膜下滴灌农田土壤水肥盐分布特征、土壤-作物系统氮素平衡及棉花生长适宜的灌溉与施肥制度,本文通过区域调查和田间试验相结合、地理信息系统（GIS）与地统计学相结合方法,研究新疆库尔勒包头湖区域土壤容重、颗粒组成、物理参数、含水量、含盐量及养分含量时空变异及分布特征,建立并验证土壤氮素平衡模型和棉花生长模型,确定土壤水氮利用效率、胁迫系数及灌溉定额。主要结论如下:（1）研究区0～60cm土层土壤颗粒组成表现为中等变异性,土壤容重和其他主要物理特性参数表现为中等偏弱变异性;土壤体积分形维数与粘粒呈对数关系,与粉粒呈正相关关系,与砂粒呈显著负相关关系。（2）根层水肥盐均服从正态分布,表现为中等变异性,均可用高斯模型拟合（0～20cm和60～80cm铵态氮可用指数模型拟合）,具有强空间相关性和中等空间相关性（0～80cm铵态氮）,变程在1～1.5km之间,而铵态氮变程较大,大于1.5km。生育期内土壤含水量与养分含量随生育期的推移呈先增加后减小趋势,含盐量逐渐增加,表现为中等变异性,半方差函数也可用高斯模型拟合（铵态氮为指数模型）,具有强空间相关性。棉花耗水强度呈先增加后减小,铃期达到最大。土壤水肥盐在深度上受结构因素的影响,时间上受气候及人类活动等影响较大,空间分布多呈块状。（3）将作物生长发育与土壤水氮运移耦合建立了土壤-作物氮素平衡模型并进行验证,结果表明土壤-作物氮素平衡模型对土壤氮素的模拟值与实测值较为吻合,但模拟值偏低,决定系数为R2为0.565,均方根误差RMSE为9.67、符合度D为0.82、残差聚集系数CRM为0.17及平均相对误差Re为-14.3%,水氮利用效率分别为1.579 kg/m3和44.898kg/kg,棉花生长不受水氮胁迫作用。（4）Logsitic模型和修正的Logistic模型均能较好地描述棉花株高、叶面积指数及地上生物量随有效积温（时间）变化过程。基于AquaCrop模型建立的微咸水膜下滴灌棉花生长模型能够较好地模拟棉花冠层覆盖度的变化、生物量和产量（R2>0.546、RMSE<6.209、D<0.832、CRM<0.166）,但模拟产量与生物量均偏低。通过不同情景,提出研究区内在粉砂壤土和砂质壤土下棉花适宜生长的微咸水灌溉定额为300～400m3/亩之间。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究目的及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 微咸水灌溉研究现状
•     1.2.2 微咸水膜下滴灌对土壤水肥盐运移影响研究
•     1.2.3 土壤水肥盐空间变异性研究
•     1.2.4 作物对土壤水肥的吸收及利用效率研究
•     1.2.5 作物生长模型研究
•   1.3 研究内容与技术路线
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 2 试验区概况与研究方法
•   2.1 研究区概况
•   2.2 田间试验设计
•     2.2.1 试验方案与数据收集
•     2.2.2 试验测定项目与方法
•   2.3 农田土壤水肥盐时空分布特征研究方法
•     2.3.1 空间变异理论
•     2.3.2 数据处理及分析
• 3 棉田土壤水肥盐时空统计特征和变异性分析
•   3.1 棉田土壤物理参数及分形维数统计分析
•     3.1.1 土壤颗粒组成与体积分形维数的描述统计分析
•     3.1.2 土壤颗粒组成与体积分形维数的关系
•   3.2 土壤含水量时空分布特征
•     3.2.1 土壤含水量空间分布特征
•     3.2.2 土壤含水量时间分布特征
•     3.2.3 土壤含水量时空分布格局
•     3.2.4 棉花生育期耗水特征
•   3.3 土壤含盐量时空分布特征
•     3.3.1 土壤含盐量空间分布特征
•     3.3.2 土壤含盐量时间分布特征
•     3.3.3 土壤盐量时空分布格局
•     3.3.4 棉花生育期盐分累计特征
•   3.4 土壤硝态氮时空分布特征
•     3.4.1 土壤硝态氮空间分布特征
•     3.4.2 土壤硝态氮时间分布特征
•     3.4.3 土壤硝态氮时空分布格局
•   3.5 土壤铵态氮时空分布特征
•     3.5.1 土壤铵态氮空间分布特征
•     3.5.2 土壤铵态氮时间分布特征
•     3.5.3 土壤铵态氮时空分布格局
•   3.6 土壤速效磷时空分布特征
•     3.6.1 土壤速效磷空间分布特征
•     3.6.2 土壤速效磷时间分布特征
•     3.6.3 土壤速效磷时空分布格局
•   3.7 土壤颗粒组成与各个因子之间关系
•   3.8 本章小结
• 4 膜下滴灌棉田土壤水氮平衡模型建立
•   4.1 土壤水分计算方法
•     4.1.1 作物蒸散量计算
•     4.1.2 根系吸收水分计算
•     4.1.3 水分利用效率与胁迫系数计算
•   4.2 土壤氮素运移转化计算方法
•     4.2.1 土壤氮素转化及参数确定
•     4.2.2 腐殖质的矿化与分解作用
•     4.2.3 土壤无机氮的硝化与反硝化作用
•     4.2.4 淋溶作用损失氮量
•   4.3 作物吸收氮素计算
•     4.3.1 热单位量和潜在热单位分数
•     4.3.2 作物氮素吸收计算
•     4.3.3 氮素利用效率及胁迫系数计算
•   4.4 氮素模型评估
•     4.4.1 土壤-作物氮素运移转化
•     4.4.2 土壤硝态氮剖面变化
•     4.4.3 水氮利用效率与胁迫系数
•   4.5 本章小结
• 5 微咸水膜下滴灌棉花生长特征及增长模型
•   5.1 棉花株高增长模型
•   5.2 棉花叶面积指数增长模型
•   5.3 棉花地上生物量增长模型
•   5.4 棉花主要生长指标间的关系
•   5.5 本章小结
• 6 微咸水膜下滴灌棉花生长模拟分析
•   6.1 模型资料收集与数据测定
•     6.1.1 农田气象数据测定与计算
•     6.1.2 农田作物与土壤数据
•   6.2 微咸水膜下滴灌棉花生长模型参数确定
•   6.3 模型验证
•     6.3.1 冠层生长模拟分析
•     6.3.2 地上生物量和产量模拟分析
•   6.4 微咸水膜下滴灌棉花适宜灌溉定额的确定
•   6.5 本章小结
• 7 主要结论与有待深入研究的问题
•   7.1 主要结论
•   7.2 主要创新点
•   7.3 有待深入研究的问题
• 参考文献
• 攻读学位期间主要研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周英霞

导师: 王全九

关键词: 微咸水,膜下滴灌,时空变异,氮平衡,模型

来源: 西安理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,农艺学,农作物

单位: 西安理工大学

基金: 国家重点研发计划(2016YFC0501401-02)

分类号: S562;S156.4

总页数: 98

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