张掖市加工番茄膜垄沟灌的优化灌溉制度研究

论文摘要

本研究以张掖市气候条件和膜垄沟灌种植模式为基础,以加工番茄里格尔15号品种为试验作物,通过设计五个移栽后不同的灌溉制度做为处理因子,分析了不同灌溉制度对加工番茄土壤含水率、耗水规律、生物学性状、产量、品质以及水分利用效率的影响,求出了加工番茄的水分生产函数,并在此基础上,对原有的灌溉制度进行了优化。研究结论如下:(1)土壤含水率随灌水量的增加而增加,但灌水对20～80cm土层的土壤含水率影响最大,反映灌水量的差异也最为明显,处理之间0～20cm土层的土壤含水率之间差异不显著,80～100cm土层的土壤含水率则基本保持稳定。(2)加工番茄在整个生育期的耗水强度变化呈单峰曲线,其在开花着果期的耗水强度最大,平均为5.72mm/d,结果后期的最小,平均为2.29mm/d。(3)灌水量的增大会延长加工番茄的生育进程,使生育阶段推后2～6天,结果导致高水分处理的弃果数增加,经济产量降低。(4)灌水量对加工番茄的株高、径粗、叶片数、分枝数影响显著,除苗期以外,各水分处理之间差异显著。(5)加工番茄的产量随灌水量的增加而增加,但幅度逐渐减小,在灌溉定额>3899.945m3/hm2,产量随灌水量增加已不明显,为报酬递减阶段,此时,单靠增加水量来实现增产已变得十分有限,必须辅以其它的农业措施。(6)加工番茄单株果数和单株果重随灌水量的增加而增加,但水分过高时,由于弃果数增加其反而会减小。灌水量对果实纵径和横径以及单果重没有显著影响。坏果数和坏果率均随灌水量的增大而增大,最大坏果率达12.1%。(7)灌水量对水分利用效率影响显著。处理Ⅰ的WUEI最高,为24.421kg/m~3,但由于产量最低,在节水的同时,经济效益也显著降低了,为不合理灌溉。处理Ⅴ(CK)由于是充分灌溉,虽然产量最高,但由于耗水量很大,结果使水分利用效率最低,仅为20.083kg/m3,也为不合理灌溉。从产量和水分利用效率看,本试验处理Ⅳ的灌水方案为最佳方案。(8)灌水量和产量之间存在显著的二次抛物线关系,二者相关系数为0.976,耗水量和产量之间的线性关系则更为明显,相关系数0.9998。用Jensen模型和Blank模型求解阶段水分生产函数,所求得的加工番茄需水临界期是一致的,即均为开花着果期,两种模型在该生育期的敏感指标分别为0.8340和0.6938。两种模型的敏感指标在整个生育期内的变化规律一样,即开花着果期>结果盛期>结果后期>苗期。(9)在现有灌水方案的基础上,用动态规划的方法并借助于Matlab软件的优化工具箱对灌水制度进行了优化计算。过去求解动态规划的方法一般用Qbasic、Basic或其它计算机语言编程求解,采用Matlab软件的优化工具求解动态规划还是一个新的尝试。优化结果表明,在灌溉总水量不变的情况下,预测产量最大可增加4567.35kg/hm~2,增收1461.55元/hm~2。(10)经过对现有五种灌水方案的比较,本研究认为处理Ⅳ应为推荐灌溉制度,优化后的结果为:灌溉定额4650m3/hm~2,整个生育期分六次灌水,一水(移栽水)1050m3/hm~2,灌水时间为移栽大田的同时(5月10日左右);二水950m3/hm~2,灌水时间为苗期的5月28日左右;三水570m3/hm~2,时间为开花着果期的6月16日左右;四水600m3/hm2,时间为开花着果期的7月2日左右;五水790m3/hm~2,灌水时间为盛果期的7月23日左右;六水690m~3/hm~2,灌水时间为结果后期的8月12日左右。预测产量为107941.72kg/hm2。

论文目录

• 摘要
• Summary
• 第1章 文献综述
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究进展
• 1.3.1 作物水分生产函数的研究进展
• 1.3.2 优化灌溉制度的研究进展
• 1.3.3 加工番茄灌溉制度的研究进展
• 1.4 存在问题
• 1.5 研究内容
• 1.6 研究方法与技术路线
• 第2章 试验设计与方法
• 2.1 试验区概况
• 2.2 试验设计
• 2.3 试验测定项目与方法
• 2.3.1 水量量测
• 2.3.2 土壤水分的测定
• 2.3.3 土壤容重的测定
• 2.3.4 加工番茄形态指标测定
• 2.3.5 考种、计产
• 2.4 农艺措施记载
• 2.5 加工番茄全生育期的气象条件
• 2.5.1 降雨情况
• 2.5.2 气温
• 2.5.3 水面蒸发量
• 2.5.4 日照时数
• 第3章 不同水分处理对加工番茄土壤水分的影响
• 3.1 不同水分处理的实际灌水量
• 3.2 不同水分处理对加工番茄0～100CM 土层土壤含水率的影响
• 3.2.1 0～20cm 土层土壤含水率的变化
• 3.2.2 20～80cm 土层土壤含水率的变化
• 3.2.3 80～100cm 土层土壤含水率的变化
• 3.2.4 不同水分处理下加工番茄各生育期的土壤含水率垂直变化
• 3.2.5 不同水分处理下加工番茄全生育期内0～100cm 内平均土壤含水率的变化
• 3.3 加工番茄全生育期的耗水规律
• 3.3.1 作物耗水量的测定和计算
• 3.3.2 不同水分处理的灌水量与耗水量
• 3.3.3 不同水分处理下各生育阶段的耗水强度
• 3.3.4 全生育期耗水强度的动态分析
• 3.4 加工番茄各生育阶段作物系数KCI的确定
• 3.4.1 参考作物蒸腾蒸发量ETo 的计算
• 3.4.2 计算加工番茄各生育阶段的ETo 所需的气象资料
• 3.5 小结
• 第4章 不同水分处理对加工番茄生长与产量的影响
• 4.1 不同水分处理对加工番茄生育进程的影响
• 4.2 不同水分处理对加工番茄生物学性状的影响
• 4.2.1 不同水分处理对加工番茄株高的影响
• 4.2.2 不同水分处理对加工番茄茎粗的影响
• 4.2.3 不同水分处理对加工番茄分枝数及叶片数的影响
• 4.3 不同水分处理对加工番茄产量与水分利用效率的影响
• 4.3.1 不同水分处理对产量及水分利用效率的影响
• 4.3.2 不同水分处理对加工番茄产量构成因子的分析
• 4.3.3 不同水分处理对番茄品质的影响
• 4.4 小结
• 第5章 加工番茄的水分生产函数
• 5.1 作物全生育期水分生产函数
• 5.1.1 作物全生育期灌水量与产量的数学模型
• 5.1.2 作物产量与全生育期蒸腾蒸发量的关系
• 5.2 作物阶段水分生产函数
• 5.2.1 主要的阶段作物产量－水模型
• 5.2.2 阶段作物产量－水模型的建立
• 5.2.3 用Jensen 模型求解缺水敏感指数的方法
• 5.2.4 用Jensen 模型求解加工番茄的缺水敏感指数
• 5.2.5 用Blank 模型求解加工番茄的缺水敏感系数的方法与计算过程
• 5.2.6 用不同模型求得加工番茄阶段水分生产函数的对比分析
• 5.3 小结
• 第6章 加工番茄优化灌溉制度的制定
• 6.1 非充分灌溉制度设计的动态规划模型
• 6.2 模型求解方法
• 6.3 模型求解所需资料分析
• 6.3.1 作物生育阶段的划分
• 6.3.2 作物降雨量的计算
• 6.3.3 模型求解所需的其它分析资料
• 6.4 建立模型
• 6.5 用MATLAB 求解模型
• 6.6 不同灌溉定额的优化计算结果
• 6.7 优化灌溉制度的选择
• 6.8 小结
• 第7章 结论与讨论
• 7.1 结论
• 7.2 讨论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 导师简介