根区空间土壤水分差异对作物有效性动态评价及耗水估算

由于局部灌溉技术的应用和作物根区土壤物理参数和根系吸水不均匀，单株作物根区不同空间微域土壤水分存在动态差异，为评价土壤水分对作物有效性带来了困难。本项目研究降雨和灌溉条件下单株作物根区土壤水分不同空间微域动态定量变化规律、根区不同空间微域含水率变化对作物生长、生理及根系活力特征的影响，提出以单株作物为对象的根区不同空间微域土壤含水率的有效性判别方法和指标体系，对不同灌溉处理的不同时段土壤有效水储量和赋存空间进行评价，获得局部灌溉条件下作物水分亏缺的局部根区微域和平均土壤水分判别指标；分析作物根区不同空间微域土壤含水率差异对局部根系生长影响的规律，耦合气孔导度模型，引入局部土壤修正系数和根系密度等参数，提出不同局部湿润情景下作物耗水量估算模型，为精量灌溉和土壤水分空间调控提供理论依据，具有重要的科学意义和应用价值。

灌溉或降雨后，由于土壤水分的入渗、蒸发和作物根系吸收，根区土壤水分分布不均匀是作物的常态生长环境，评价不同微域土壤水分有效性发展过程，确定基于作物健康生长的有效性判别指标，科学估算作物蒸发蒸腾量对于合理调控根区土壤水分环境、形成局部灌溉产生根冠信号ABA、提高水分利用效率的生理节水的水分分布具有重要科学意义和应用价值。本项目通过大田试验，获得了降雨与灌溉条件下大田作物根区分层土壤含水率动态分布特征；采用生育期土壤水分变异系数法对分层土壤水分进行了活跃性评价；提出了基于层间（10cm）相关系数和变异系数聚类判别的土壤水分分层方法，将灌溉玉米农田0-100cm深度分为为0-40cm、40-60cm、60-80cm和80-100cm 四层；基于传统有效含水率边界评价了作物不同生育阶段有效水垂向分布动态特征；初步提出了基于分层土壤水分胁迫系数的土壤水分修正系数的作物需水量估算方法。通过室内水平与垂向玉米根系分区不同灌水下限模拟试验，揭示了玉米生长、生理、产量和水分利用效率的响应规律；提出了基于产量和水分利用效率的局部最优调控土壤含水率指标，水平根区局部灌溉下限苗期为65%θ田，拔节期和抽雄灌浆期为70%θ田；垂向分根区水分调控应增加中层土壤含水率；水平分区交替灌溉随着干燥侧土壤水分含量升高，玉米根系从干燥侧吸收的水分占整个根系吸水量的比例增大。研究了局部灌溉番茄水分亏缺的生理指标判定方法，揭示了果实直径和茎秆直径微变化（MDS）机制；提出了采用MDS与ET0比值（MDS/ET0）消除气象因子影响，作为局部土壤水分变化的茎秆直径微变化指标，交替灌溉处理MDS/ET0随着根区平均土壤含水量的增加而线性增加，并且MDS/ET0与干燥侧以及湿润侧土壤含水量均呈现显著线性相关关系，且以湿润侧的关系极显著。开展了不同滴灌湿润比和不同灌水下限的水平分根区交替灌溉条件下玉米叶温、茎秆直径、茎液流的响应规律研究，探索了影响显著的局部土壤水分分布特征。开展了不同湿润比（灌水量）滴灌与涌泉根灌土壤有效水空间分布特征研究，利用HYDRU—3D对局部灌溉土壤入渗过程和有效湿润体特征进行了数值模拟，提出了有效湿润比概念。开展了作物根区垂向水分分布的调控研究，在少量试验基础上，利用RZWQM模型对进行了多试验设计组合模拟，获得了产量和水分利用效率最优的不同生育阶段水分调控指标。