基于根区水质模型的灌溉决策支持系统开发与应用评估
文献类型：学位论文
| 作者 | 陈小平 |
| 答辩日期 | 2020-06-30 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 齐志明 ; 曾凡江 |
| 关键词 | 根区水质模型 灌溉决策支持系统 水分生产率 光合特征 气候变化 RZWQM2 DSSIS Water Productivity Photosynthesis Climate Change |
| 学位专业 | 理学博士 |
| 其他题名 | Development and Application Evaluation of a Descision Support System for Irrigation Scheduling based on RZWQM2 |
| 英文摘要 | 合理的灌溉制度能够保证作物产量并节约灌溉用水。因此， 精准及时的灌溉制度以满足作物需水量对于提高灌溉作物用水效率至关重要。 但是目前根据经验的漫灌控制方式过于粗放，而基于土壤水分传感器的灌溉控制方式必须要在田间布设土壤水分监测设备，不利于耕作，而且土壤水分传感器只能反映土壤水分状况， 而非作物本身所受的水分胁迫状况。 本研究利用根区水质模型（Root ZoonWater Quilty Model， RZWQM）模拟的作物水分胁迫系数开发并测试了一套全新的灌溉决策支持系统（DSSIS）；基于 3 年野外田间试验，从棉花产量和水分生产率上评估 DSSIS； 以策勒绿洲棉田为对象， 探讨不同灌溉控制方式和灌溉量对棉花光合作用和生长的影响； 以 1970–2000 为基准期，模拟按照当前农业管理措施未来气候变化对棉花产量和需水量的影响。 研究结果表明：1） DSSIS 相比基于土壤水分传感器（SMS） 和基于经验的灌溉控制方式，水分生产率（WP） 显著提高了 26％和 66％（p <0.05）。 充分和亏缺灌溉（75%的充分灌溉）下的 WP 差异不显著。此外，与基于 SMS 和经验灌溉控制方式相比， DSSIS 在经济收益上具有优势。 因此， DSSIS 在干旱区农田灌溉管理中是有前景的灌溉系统。2） 与基于 SMS 相比， DSSIS 显著增加了籽棉产量[1.05 Mg ha–1（32％） ]并提高了水分生产率[0.16 kg m–3（20％） ]。相对于亏缺灌溉，充分灌溉显著提高了棉花产量[0.69 Mgha–1（20％） ]，但水分生产率没有显著差异。总的来说，DSSIS 充分灌溉具有最高棉籽产量（4.55 Mg ha–1）和净收入（16855 元 ha–1 y–1），但 DSSIS 亏缺灌溉有着最高的水分生产率（1.01 kg m–3）。相比 DSSIS 充分和 SMS充分灌溉处理， DSSIS 亏缺灌溉用水量分别显著减少了 51 mm（10％）和 23 mm（5％）。因此， 在干旱气候下， 基于 DSSIS 亏缺灌溉可以维持棉花产量并提高水分生产率。3） 相比基于 SMS，基于 DSSIS 和基于经验的灌溉控制方式分别使叶片净光合速率（Pn） 显著提高了 20％和 20％，气孔导度（Gs） 显著增加了 39％和 37％，蒸腾速率（ Tr） 显著降低了 20％和 17％。 相比基于 SMS，基于 DSSIS 和基于经验的灌溉控制方式在棉花株高，叶面积指数，地上和根系生物量方面具有优势。此外，基于 DSSIS 和基于经验的灌溉控制方式单株有效棉铃重量和数量显著高于基于 SMS。 相比充分灌溉，亏缺灌溉导致 Pn， Gs 和 Tr 分别下降了 11％， 19％和 10％， 但对单株果枝和铃重没有显著影响。 因此，基于 DSSIS 可以在干旱条件下维持棉花的光合作用和生长发育。4） 对于研究区域， 6 种全球气候模式下分别预测的 2041-2060 和 2061-2080生长季温度升高 2.38°C 和 3.24°C，降水量增加 3.5％和 5.3％。 相比基准期， 预计 2041–2060 年， 中排放情景（RCP4.5）下籽棉产量将增加 0.24 Mg ha–（1 5.6％），高排放情景（RCP8.5） 下籽棉产量将增加 0.19 Mg ha–1（4.5％）。但是，对于2061–2080， 在 RCP4.5 下预测的产量增加 0.32 Mg ha–1（7.6％），而在 RCP8.5下产量减少 0.28 Mg ha–1（6.5％）。棉花单产增加主要归因于增加的 CO2 施肥效应超过增温导致生育期缩短（8.0-9.5 天）的不利影响。 得益于增加的 CO2 和缩短的生育期， 相比基准期（786mm）， 在 RCP4.5 和 RCP8.5 情景中， 分别模拟2041–2060 和 2061–2080 生长季棉花平均需水量为 728 mm 和 706 mm，降低了7.5％和 10.3％。基于RZWQM2模拟作物水分胁迫的DSSIS灌溉控制方式能够有效地指导干旱区田间灌溉管理；权衡作物产量、 耗水量以及水分生产率，推荐区域灌溉制度采用 DSSIS 亏缺灌溉； DSSIS 灌溉控制方式对棉花的光合作用与生长发育没有显著性影响，特别是在花期和铃期；按照当前的管理措施， 未来该地区的棉花产量将增加并且需水量减少。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.xjlas.org/handle/365004/15410]  |
| 专题 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 新疆生态与地理研究所_研究系统 |
| 作者单位 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈小平. 基于根区水质模型的灌溉决策支持系统开发与应用评估[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
入库方式： OAI收割
来源：新疆生态与地理研究所
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