基于土壤水分分布的滴灌棉花根系構型模擬方法研究.pdf

1、根系是作物從土壤中吸收水分和養(yǎng)分的器官，土壤水分是影響根系構型發(fā)展的主要因素。但是根系的生長介質(zhì)——土壤的不可視性，這一特性給根系研究帶來了很大困難，所以進行根系構型的量化和模擬研究成為了根系研究的必要。本文在綜述國內(nèi)外根系研究及可視化的基礎上，以分形理論基礎知識分析了桶栽棉花根系構型分形特征；以水量平衡原理，建立了棉花根系生長的動態(tài)規(guī)劃模型；以迭代函數(shù)系統(tǒng)為基礎，對桶栽棉花根系構型進行了可視化重現(xiàn)。得到如下結論：
　?。?）棉花

2、整根構型的計盒維數(shù)和側根構型的計盒維數(shù)都隨生育階段的推進而增大，而且前者始終大于后者；但是進入花期以后，二者基本接近。這說明苗期棉花的主根生長占主導地位，而進入蕾期以后，棉花側根生長占主導地位，甚至到后期主要是側根在發(fā)展；而且，隨著側根的發(fā)展，根系的分布空間更加連續(xù)。
　?。?）與根構型計盒維數(shù)的變化規(guī)律相似，棉花整根構型的根豐度和側根構型的根豐度也都隨生育階段的推進而增大，而且前者始終大于后者。然而，側根構型的根豐度增加幅度較大

3、，直至進入花期以后，側根構型的根豐度（4.1113）接近于整根構型的根豐度（4.189）。這反映了棉花側根上二級和三級側根的發(fā)展速率和空間擴展能力增加較快。另外，隨著根系長度的增加，側根構型的根豐度也增大，說明雖然根構型的分布模式將趨于穩(wěn)定，但其對土壤濕潤空間的占有將持續(xù)加強，根系分布密度增大。
　?。?）在棉花主要生育階段沒有水分脅迫以及所有根系都吸水的條件下，以水量平衡原則為基礎，利用動態(tài)規(guī)劃理論，建立了根系生長過程中總根長變

4、化模型，經(jīng)桶栽棉花試驗驗證，模擬的根長生長過程與實測值基本一致。模型計算值與試驗測定值的相對誤差隨模擬進程呈先增大后減小再增大的規(guī)律，總體誤差為15.41％，證明了模型作為土壤濕潤區(qū)設計手段的有效性。
　?。?）各生育階段棉花葉面積的變化率始終大于根長的變化率，表明在水量平衡條件下葉面積的生長占主導作用，冠層蒸騰拉力是棉花根系吸水的主要動力，根系的生長首先是滿足冠層耗水。當冠層蒸騰量增大時，根系長度必須增大才能滿足植株耗水，保持水

5、量平衡；棉花生長后期，冠層蒸騰量降低，需要的吸水根系減少，使得根系衰減，一些無用根系則將衰老死去。
　?。?）采用迭代函數(shù)系統(tǒng)對A、B處理的桶栽棉花根系構型可視化，模擬結果表明，整體根形符合根系生長的形態(tài)；對于棉花需水關鍵期，模擬根系構型的根長密度的二維分布等值線圖與實測結果相似度不低于75%，對滴灌棉花土壤濕潤區(qū)的設計很有幫助，證明了該方法的有效性。θ,φ控制了一級側根與主根生長的夾角，總體表現(xiàn)為隨土層深度增加而逐漸減小的特點；