滴灌条件下土壤-地膜-玉米-大气系统水分传输机制与模拟

近年来随着我国农业种植结构的调整，玉米种植面积呈现不断增大的趋势，但由于玉米是一种高耗水作物、对干旱非常敏感、产量受需水量的影响较大，因此，如何对玉米用水进行科学管理,如何解决玉米种植面积增大带来的耗水量不断增大问题、直接影响着玉米种植业的发展。本课题在土壤-作物-大气连续体（SPAC）框架下研究膜下滴灌条件下玉米根区土壤水分运移及数值模拟、玉米根系分布规律及数值模拟、玉米根系吸水模型、玉米叶片尺度光合-蒸腾耦合作用、玉米田间尺度光合-蒸腾耦合作用、土壤-地膜-玉米-大气连续体（SMPAC）土壤水分传输驱动力及阻力分布规律， 准确认知膜下滴灌条件下玉米蒸腾耗散过程，理解根系吸水机制，了解土壤水分动态，不仅有利于合理制定灌溉制度、保证玉米节水和高产、稳产，而且对完善膜下滴灌技术理论、充实SPAC水分传输的研究内容具有重要的科学意义和应用价值。

本课题在土壤-作物-大气连续体（SPAC）框架下系统研究了膜下滴灌条件下玉米根区土壤水分运移规律、玉米根系分布规律规律、玉米叶片尺度光合-蒸腾耦合作用、玉米田间尺度光合-蒸腾耦合作用、土壤-地膜-玉米-大气连续体（SMPAC）土壤水分传输驱动力及阻力分布规律；并研究了滴灌条件下不同水分处理对玉米生理生长指标和产量、玉米耗水规律的影响及水分生产函数。研究结果表明： （1）单点源及双点源滴灌条件下湿润锋水平扩散半径遵循对数分布；相同土质，相同灌水时间下流量越大，湿润锋水平扩散半径越大。流量对湿润锋垂直入渗深度没有明显的影响；湿润体受湿润锋水平扩散速率和垂直入渗速率的共同作用，灌水过程中湿润体为宽浅形，类似以水平方向为长轴、垂直方向为短轴的平卧半椭球体。（2）根长在表层土壤中随着水分的胁迫减小，呈现增大趋势，深层反之，而且最大根深出现在80cm处。根重密度与根长密度的规律基本一致，而且粗根系主要集中在表层土壤中，水分胁迫使得根系深扎吸取水分来补偿亏缺，并且根变得较细较小，这说明根系自身会做出水分适应性环境调整，以达到重要机制的平衡。（3）蒸腾速率随含水量下降呈直线下降，而光合速率在含水量高于田间持水量以上时光合速率基本保持稳定，当含水量低于时光合速率开始卜降。当土壤含水量由高到低时蒸腾是直线下降, 而光合速率则在一定范围内受土壤含水量变化影响不明显。 （4）在连续体中的水流阻力主要分布于从叶气腔到大气的扩散过程和根系的吸水过程，叶-气界面阻力占总阻力的98%左右，植物内部阻力占总阻力的1.11%1.52%，土根接触阻力占总阻力的0.43%-0.46%，土壤阻力所占总阻力比重较小。（5）水分亏缺均会对玉米生长产生抑制作用，重度水分亏缺会严重抑制玉米生长，灌水量越大，单株以及整体叶面积、株高、茎粗等生长指标越大。轻微的水分胁迫会促进玉米根系的生长，造成根冠比增大，但是严重的水分胁迫会影响玉米地上以及地下部分的生长，影响叶面积的生长，使玉米光合作用积累光合产物的面积减小，同化物合成量减小，干物质积累和分配过程均遭到破坏，最终导致产量降低。（6）玉米在拔节期耗水量最大，对应的日耗水强度也最大，不同灌溉定额处理下玉米耗水量和耗水强度之间差异显著，总体趋势为灌水量越大，其耗水总量和日耗水强度也越大。