花生生长动态与土壤水分的关系及模拟模型的研究

论文摘要

2007年设置水分试验,通过不同生育时期控制不同的土壤含水量,研究了土壤水分对花生光合特性、植株生长动态、干物质积累、水分利用效率的影响。根据经典生长分析的原理和方法,建立了以土壤含水量为自变量的花生生长模型。主要研究结果如下:1水分胁迫对花生生理特性和物质生产的影响采用盆栽试验,在花生出苗当天至出苗后40开进行水分处理,土壤相对含水量分别保持在90%、70%、50%、40%。在水分处理期间90%湿润处理、50%轻度干旱处理、40%重度干旱处理与70%适宜水分处理相比,降低了花生叶片光合速率（Pn）、实际光化学效率（ΦPSⅡ）、最大光化学效率（Fv/Fm）、光化学猝灭值（qP）、最大荧光值（Fm）,增加了初始荧光值（Fo）、非光化学猝灭值（qNP）。土壤干旱导致了花生叶片蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度的下降,降低了花生叶片的水势,增加了花生叶片的渗透势。随着土壤相对含水量的降低,花生叶绿素含量逐渐增加,但是土壤相对含水量为40%的重度干旱却降低了叶绿素含量;在土壤相对含水量为40%90%范围内,随着土壤含水量的降低,花生叶片chla/chlb呈下降的趋势。苗期各因子与光合速率相关性的大小顺序依次为Fv/Fm>气孔导度>ΦPSⅡ>水势>渗透势>根系活力>蒸腾速率>叶绿素含量。采用池栽试验生育前期土壤相对含水量分别保持90%、70%、50%进行水分处理,干旱降低了花生的干物质积累量,相对含水量为50%处理的干物质积累量比70%处理降低了46.79%;减慢了干物质积累速率,相对含水量为50%处理的干物质积累速率比70%处理降低了37.02%。生育前期干旱处理降低了花生的株高和侧枝长度,减少了主茎节数和主茎绿叶数,但是生育前期干旱处理,增加了花生的分枝数。产量形成期干旱降低了花生的荚果产量和收获指数,干旱也降低了单株生物量的积累。产量形成期干旱降低了花生的主茎高,侧枝长、主茎节数、分枝数、主茎绿叶数、饱果数、叶面积指数,因此降低了花生的产量。2花生对干旱胁迫的适应性盆栽试验水分处理保持40d,各处理土壤相对含水量均恢复到90%,解除干旱后,苗期40%、50%处理的比70%处理的光合速率分别提高了13.87%、15.12%。当各处理土壤含水量均降低到40%时,苗期40%、50%干旱处理的光合速率、实际光化学效率（ΦPSⅡ）、最大光化学效率（Fv/Fm）仍比70%处理的高。说明花生对苗期干旱有一定的适应性。花生生育前期土壤相对含水量50%保持干旱胁迫,在产量形成期恢复到70%,产量和收获指数分别比CK提高2.45%和9.49%;干物质积累量分别比70%处理和CK增加3.42%和15.58%;后期干物质积累速率分别比70%处理和CK增加2.03%和19.72%;荚果干物质积累速率比CK提高了7.08%。百果重、百仁重、出仁率提高,公斤果数降低。前期适度干旱有得于产量形成期物质生产和产量的形成。3不同土壤含水量对花生水分利用效率和耗水量的影响生育前期干旱产量形成期恢复到70%正常水分的处理,以花生荚果产量和生物产量计算的水分利用效率都有提高,分别比CK提高3.32%和2.37%。前期自然水分生长产量形成期进行水分处理的水分利用效率亦以70%处理最高。因此在产量形成期保持70%的相对含水量有利于增产和水资源高效利用。花生生育后期土壤过湿不利于产量形成,而土壤干旱不利于花生干物质的积累。生育前期90%、70%、50%水分处理的全生育田间总耗水量分别为590、450、380mm,产量形成期处理的分别为560、440、340mm,自然降水条件生长的为490mm。在生育前期保持50%,产量形成期保持70%相对含水量是有利于实现水资源高效利用的水分管理模式,在此基础上增加灌水量,则造成水资源的浪费。花生各生育阶段耗水量表现为结荚期>花针期>苗期>饱果期;耗水模系数亦有相同规律。结荚期是花生对水分旺盛吸收的阶段,结荚期的土壤水分状况对花生的生物量形成至关重要,随土壤含水量的增加耗水量显著提高,耗水模系数也显著增加。产量和用水效率较高的处理阶段耗水量占总耗水量的比例分别为苗期14.7%、花针期22.1%、结荚期39.5%、饱果期23.7%。灌水主要影响0cm60cm土层的土壤含水量。灌水处理后0cm40cm土层含水量下降较快,由此可见,花生主要消耗这一土层的水分,60cm以下土层土壤相对含水量变化很小。4花生物质生产模拟模型观测了2007年水分试验中三个不同水分含量处理各生育进程（出苗后天数）的干物质积累量。经过回归分析和曲线拟合,干物质积累发展动态符合S形曲线,用Logistic方程W=Wm/（l+ae-bt）拟合。用其分别建立不同水分含量的干物质积累动态模型,对方程求导获得干物质积累速率GR,则相对生长速率RGR=GR/W。以每个生育时期3个不同含水量作自变量,分别建立不同生育时期干物质积累相对增长速率RGR与土壤相对含水量的拟合方程,RGR=f（Wi,dj）= A+B1*Wi+B2*Wi∧2,获得各个时期对应的参数值A、B1、B2。参数A、B1、B2分别与生长进程（出苗后天数）进行曲线拟合,引入生长进程自变量（dj）,建立了干物质积累相对增长速率RGR=f（Wi,dj）的模拟模型（Wi为不同生育时期的土壤相对含水量,dj为生育时期）。最终建立干物质积累的预测模型W（t）=f（Wi,dj,t）=W0*（1+RGR）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 目的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 花生需水规律研究现状
• 1.2.1.1 不同土壤含水量对花生水分利用效率的影响
• 1.2.1.2 花生田土壤水分的动态变化
• 1.2.1.3 水分对农田土壤蒸发的影响
• 1.2.2 水分对花生物质生产的影响
• 1.2.2.1 水分与花生干物质积累和叶面积系数
• 1.2.2.2 水分与花生农艺性状
• 1.2.2.3 水分与花生荚果发育
• 1.2.3 水分对花生生理特性的影响
• 1.2.3.1 水分对花生叶片抗氧化酶活性的影响
• 1.2.3.2 水分对花生叶片光合特性的影响
• 1.2.4 作物生长模拟模型研究进展
• 1.2.4.1 研究概况
• 1.2.4.2 作物生长模拟模型的应用
• 1.2.4.3 花生计算机生长模拟的研究
• 2 材料与方法
• 2.1 供试材料
• 2.2 试验设计
• 2.2.1 盆栽试验
• 2.2.2 池栽不同生育期水分处理试验
• 2.2.3 池栽水分动态试验
• 2.3 测定项目与方法
• 2.3.1 植株性状与干物质积累的测定
• 2.3.2 单叶光合性能的测定
• 2.3.2.1 单叶光合速率的测定
• 2.3.2.2 单叶荧光参数的测定
• 2.3.2.3 叶绿素含量的测定
• 2.3.3 土壤含水量的测定
• 2.3.4 SOD、POD、CAT 活性及MDA 含量的测定
• 2.3.5 硝酸还原酶活性测定
• 2.3.6 叶片水势的测定
• 2.3.7 根系活力的测定
• 2.3.8 水分利用率的计算
• 2.3.9 耗水量计算
• 2.3.10 确定灌水量的方法
• 2.3.11 数据处理与分析
• 2.4 模型的建立
• 3 结果与分析
• 3.1 苗期水分胁迫对花生生理特性的影响及适应性
• 3.1.1 生理特性
• 3.1.1.1 叶绿素含量
• 3.1.1.2 荧光参数
• 2 浓度'>3.1.1.3 蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂浓度
• 3.1.1.4 水势
• 3.1.1.5 渗透势
• 3.1.1.6 根系活力
• 3.1.1.7 光合速率
• 3.1.1.8 光合速率与其它光合参数的相关性分析
• 3.1.2 对水分胁迫的适应性
• 3.1.2.1 复水后干旱对花生叶片光合速率的影响
• 3.1.2.2 复水后干旱对花生叶片FV/FM 和ΦPSⅡ的影响
• 3.2 不同生育阶段水分处理花生光合特性的变化动态
• 3.2.1 光合速率的变化动态
• 3.2.2 蒸腾速率的变化动态
• 3.2.3 叶绿素含量的变化动态
• 3.2.4 荧光参数的变化动态
• 3.3 土壤水分对花生叶片酶活性的影响
• 3.3.1 硝酸还原酶
• 3.3.2 SOD、POD、CAT 活性
• 3.3.3 MDA 含量
• 3.4 土壤水分对花生物质生产的影响
• 3.4.1 不同处理对产量的影响
• 3.4.2 不同处理对花生干物质积累的影响
• 3.4.2.1 植株干物质积累
• 3.4.2.2 植株干物质积累速率
• 3.4.2.3 荚果干物质积累
• 3.4.2.4 荚果干物质积累速率
• 3.4.3 不同处理对植株性状的影响
• 3.4.3.1 收获期植株性状
• 3.4.3.2 叶面积指数
• 3.5 不同处理土壤含水量的动态变化及水分利用效率
• 3.5.1 土壤含水量的动态变化
• 3.5.2 土壤蒸发强度
• 3.5.3 水分利用效率
• 3.5.4 耗水量和耗水模系数
• 3.6 花生物质生产模拟模型的建立
• 4 讨论
• 4.1 水分对花生光合特性的影响
• 4.2 水分对花生生长发育的影响
• 4.3 花生水分利用效率
• 4.4 土壤水分对花生叶片酶活性的影响
• 4.5 水分调控下花生物质生产模型
• 5 结论
• 5.1 水分胁迫对花生生理特性和物质生产的影响
• 5.2 花生对干旱胁迫的适应性
• 5.3 不同土壤含水量对花生水分利用效率和耗水量的影响
• 5.4 花生物质生产模拟模型
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文情况