水旱胁迫条件下作物水分生产函数的统一模型

Water logging and drought stress is a nature phenomenon, which presents as single drought, surface or subsurface water logging or their combinations. Crop growth requires suitable soil moisture. The existing crop water production functions are mainly with the reservation that the crop were constrained by the single stress of drought or water logging.While there is no unified model of crop water production function under water logging and drought stress besed on the crop physiology. The crop and the field environment responses to drought and water logging will be revealed based on the data collection that crop growth environment, such as soil moisture, areation, fertilizer, and crop physiology and morphology feature such as stoma, leaf potential, leaf area index, height, and stem diameter etc. The index for describe the water logging and drought stress will be set up. The unified model for crop water production function under water logging and drought stress will be established. This study will solve a key scientific problem in evaluation and control of drought and water logging disaster. The research results is both scientific and practical significance for crop production, high efficient utilization of water resources, drought and water logging disaster control, regulation and management of irrigation and drainage system.

水旱胁迫是一种客观存在的自然现象，其表现形式为土壤水分过多（涝渍）、过少（干旱）所形成的单独胁迫、或者其不同形式交替胁迫的组合。现行的作物水分生产函数主要以单一的受旱、受涝、受渍或者涝渍胁迫为条件，模型的形式有多种，各有相应的适用范围，但缺乏水旱交替胁迫下具有作物生理机理的统一模型。本课题通过试验观测，研究作物生长环境（水、气、养分等）、作物生理及形态特征（气孔开度、叶水势、叶面积指数、株高、茎粗等）对水旱胁迫的响应，研究水旱胁迫对作物干物质积累过程及最终产量的影响，揭示作物及其生长环境对水旱胁迫的响应规律，形成描述水旱胁迫的特征指标，建立水旱交替胁迫条件下的作物水分生产函数的统一模型。本研究拟解决农业生产中水旱灾害评估和防灾减灾中的一个关键性的科学问题，其成果对于保障农作物生长、实现水资源高效利用、减少水旱灾害损失、合理调度及管理农田水利工程等具有重要的理论与实际应用价值。

水旱胁迫是一种客观存在的自然现象，其表现形式为土壤水分过多（涝渍）、过少（干旱）所形成的单独胁迫、或者其不同形式交替胁迫的组合。现行的作物水分生产函数主要以单一的受旱、受涝、受渍或者涝渍胁迫为条件，模型的形式有多种，各有相应的适用范围，但缺乏水旱交替胁迫下具有作物生理机理的统一模型。本课题利用2003~2011年开展的棉花涝渍胁迫试验资料，同时在2014~2016年开展了作物受旱、受涝和旱涝交替试验，通过试验观测开展了以下3方面的研究工作：1）揭示了单涝、单渍、单旱和涝渍综合胁迫、水旱交替胁迫对棉花形态生长（叶面积、株高和茎粗）及产量（干物质产量和籽棉产量）的影响。同时比较了棉花不同形态生长指标的响应差异，以及不同产量指标的响应差异；2）建立了以水位和通气性为特征的涝渍胁迫综合指标，以通气性和腾发量为特征的水旱胁迫综合指标；3）构建了水旱胁迫条件下的作物产量模型。首先根据涝渍致灾机理构建了适用于涝渍胁迫下的改进Morgan模型和改进CROPR模型，再将其改进拓展应用于更为复杂的水分条件:即单旱、单涝以及旱涝交替胁迫，利用涝渍胁迫试验数据，对涝渍胁迫下的改进Morgan模型和改进CROPR模型进行率定及验证，构建了水旱胁迫下的改进Morgan模型和改进CROPR模型。.成果表明，涝渍、旱涝交替对棉花生长和产量形成会造成不利影响；先涝后渍对棉花形态生长的抑制作用最为显著，单涝次之，而单渍的影响很小；同其他生育期相比，发生在花铃期内的先涝后渍会给棉花的生长及产量带来严重的损害，其次是蕾期的先涝后渍，而吐絮期内的涝渍影响很小；高温会加重涝渍对棉花生长的不利影响；涝渍的影响在胁迫期间及结束后比较明显，但在涝渍结束之后的一段时间内会得到一定的恢复；先旱后涝的影响以前期的受旱对茎和叶影响为主，后期的涝对棉花茎和叶生长影响较小；前期的旱导致减产，而后期涝对前一阶段的减产会产生补偿。土壤含水量、通气性、作物ET都可以作为描述旱涝的指标。通过引进涝渍胁迫指标和旱涝综合指标，可以用Morgan模型、CROPR模型描述涝渍及水旱胁迫时棉花的干物质积累和最终产量的形成。.本成果对于保障作物生长、水资源高效利用、减少水旱灾害损失、合理管理农田排水等具有理论与实际意义。