土壤水分亏缺对冬小麦耗水的胁迫影响及其定量表征

Soil water deficit is common for agricultural production in China and will be more serious. As the exclusive source for crop water demand, the amount of water in root zone is undisputable important,but water absorption is also determined by the mutual distributions of water and roots, as well as the hysteresis effect of previous water stress. However, the published evalution methods regarding the degree of water stress suffered by crops take only soil water quantity into consideration. In order to correctly understand the impacts of soil water deficit on winter wheat water stress, the effects of soil water condition (involving water quantity, water distribution and its relationship with root distribution) in root zone and the previous water stress suffered by winter wheat on root-water-uptake and transpiration will be investigated and quantitatively described in this study. Subsequently,the traditional method, estimating water stress degree with soil water status in root zone, will be improved. To achieve this objective, theoretical analysis and experiment research (e.g., numerical experiment, greehouse soil column experiment and field experiment) will be conducted, and soil water flow (absorption- consumption) in soil-winter wheat system will be taken into account. The findings are significant for reasonable irrigation scheduling, scientific evalution and arrangement on agricultural water resource to raise water use efficiency, and enrichment of agricultural irrigation theory.

土壤水分亏缺是我国农业生产所面临的常态，并将日趋严重。作为作物水分需求的唯一来源，根区土壤水的数量固然重要，但究竟有多少水分能被作物吸收利用还取决于水分与根系之间的相对分布关系以及作物所受前期水分胁迫程度的滞后效应，然而，以往对作物水分胁迫程度的评估通常却只片面考虑了土壤水的数量。为准确描述土壤水分亏缺对冬小麦的水分胁迫影响，本项目拟采取理论分析与试验研究（室内土柱试验、田间试验及数值试验）相结合的方法，以土壤-冬小麦系统中的水流过程（吸水-耗水）为主线，探索根区土壤水分条件（包括水量、水分分布及其与根系分布之间的关系）与前期水分胁迫对冬小麦根系吸水和蒸腾的影响及其定量描述方法，并在此基础上对基于根区土壤水分状况评估作物水分胁迫程度的传统方法进行改进。相关研究成果对于合理制定灌溉制度、科学评价和配置农业水资源并提高农业用水效率、以及丰富农业灌溉理论体系等均具有十分重要的意义。

以往对作物水分胁迫程度的评估通常只片面考虑了土壤水的数量，但究竟有多少水分能被作物吸收利用还取决于水分与根系之间的相对分布关系以及作物所受前期水分胁迫程度的滞后效应。本研究通过冬小麦栽培室内土柱试验、田间试验和春玉米膜下滴灌田间试验，以及不同情景条件下的数值试验与数值模拟，探索了根区土壤水分亏缺与分布对作物蒸腾及根系吸水的影响及定量表征方法，改进与完善了植物水分亏缺指数（PWDI）的估算方法，并对其实际应用效果进行了有效评估。结果表明：(1)较传统方法（基于根区土壤含水量或基质势的算术平均值估算PWDI）而言，改进方法（基于根区土壤水量及其与根系之间的相对分布关系估算PWDI）可以更为准确地评估作物水分亏缺状态；(2)优化非线性土壤水分胁迫修正系数的参数时，若忽略根系分布（因素1）、作物生长状况不同所导致潜在蒸腾的差异（因素2）及根系吸水的滞后效应（因素3）等因素的影响，会导致相对蒸腾速率的估算产生20-40%的误差；(3)通过引入水分亏缺综合指数考虑作物所受前期水分胁迫经历可构建水分胁迫恢复系数，从而较为准确地表征水分胁迫滞后效应，使蒸腾估算和土壤水分动态模拟更为可靠；(4)在控制灌溉效应方面，与传统方法相比，综合考虑上述3因素后显著提高了作物的灌溉频率和灌溉量，有效缓解了作物水分胁迫程度，导致地上部生物量、叶面积指数、籽粒产量和蒸腾耗水量均显著升高，但水分利用效率并未出现显著下降。相关研究成果可为合理制定灌溉制度、科学评价和配置农业水资源并提高农业用水效率提供科学、合理、可靠的理论依据。 . 在本项目的资助下，共发表SCI收录论文2篇、获发明专利1项、软件著作权登记1项，培养毕业博士研究生1名、硕士研究生4名，较为圆满地完成了原研究计划任务书所拟定的研究任务。