膜下滴灌节水灌溉论文提纲

论文题目：新疆棉花不同灌溉方式对产量形成及水分利用效率的影响

摘要：新疆光热资源丰富,灌溉植棉,是我国最重要的棉花（Gossypium hirsutum L.）产区。但新疆水资源短缺,严重制约着植棉业的稳步发展,走节水灌溉是棉花发展的根本出路。20世纪90年代,新疆首创棉花膜下滴灌栽培技术,推动棉花单产水平再上新台阶,灌溉水利用效率也显著提高。然而,与传统漫灌相比,膜下滴灌技术如何控制水分供应,实现棉花节水高产?有关棉花节水高产的生理生态机制的研究报道较少。本文在田间条件下,设置膜下滴灌（常规滴灌和过量滴灌）和传统漫灌（减量漫灌和常规漫灌）2种灌溉方式,以传统漫灌为对照,研究了不同灌溉方式对土壤环境因素、根系形态与生理、叶片光合、植株耗水特性、根冠关系、产量和水分利用效率的影响,取得的主要研究结果如下:1.研究了不同灌溉方式对土壤环境因素的影响。与传统漫灌相比,膜下滴灌显著提高了花铃期垂直方向和水平方向（宽行和窄行）0-60 cm土层土壤含水量,减小了土壤水分波动幅度;膜下滴灌棉花在根区形成了干湿不同区域,棉花植株处于湿润区内,为根系生长发育提供了较好的局部水分条件;膜下滴灌降低了0-40 cm土层土壤容重,提高了0-40 cm土层土壤总孔隙度,使浅层土壤疏松,孔隙数量多,土壤的水分和空气状况改善,有助于作物根系生长;膜下滴灌植棉维持浅层良好土壤结构的能力较强。2.研究了不同灌溉方式对根系生长、形态分布和光合产物累积的影响。膜下滴灌棉花在滴灌带左右两侧20 cm,垂直方向0-40 cm土层处较高的土壤含水量增加了该区域根系的细根长和细根生物量,塑造了浅层细根系统。但灌水量过多不利于膜下滴灌细根在土壤浅层分布。传统漫灌棉花细根长和细根生物量主要分布于0-40 cm和60-100 cm两个区域,且浅层细根分布量少于膜下滴灌。进一步分析表明,膜下滴灌棉花盛铃后期0-40 cm土层较高的细根生物量有利于增加单株生物量。3.研究了不同灌溉方式对棉花白色纤维根生长、根系和叶片生理功能、产量水分利用效率的影响。与传统漫灌相比,膜下滴灌增加了棉花盛花期和盛铃前期0-60 cm白色纤维根长、根表面积和根体积,降低了白色纤维根衰减速率,0-60 cm土层根系SOD活性增强,MDA含量降低,根系生理功能改善,促进了根系对水分和养分的吸收。膜下滴灌棉花花铃期较高的叶片相对含水量,降低了盛铃前期叶片MDA含量,改善了叶片生理功能,增加了盛铃前期的总生物量。与传统漫灌相比,常规滴灌耗水量较小,显著增加了盛铃前期棉花的总生物量水分利用效率,进而使产量水分利用效率提高了55.37%~59.59%。过量滴灌灌水量过多（600 mm）,盛铃前期棉花的总生物量水分利用效率减小,产量水分利用效率降低。4.研究了不同灌溉方式下棉花耗水特性和土壤供水特性对叶片光合作用的影响。在灌水周期内,膜下滴灌棉花主要消耗0-40 cm土层储水量,对深层储水量消耗少,土壤上层具有稳定的供水能力。传统漫灌在灌水周期的前段时间主要消耗0-40 cm储水量,后段时间主要消耗60-80 cm储水量,土壤供水深度有较大波动。与传统漫灌相比,膜下滴灌0-40 cm土层稳定的供水能力,改善了叶片气孔导度和蒸腾速率,提高了花铃期叶片净光合速率,增加了生物学产量和生物学产量水分利用效率,具备了高产高效的潜力。5.研究了不同灌溉方式对棉花根冠关系和产量形成的影响。与传统漫灌相比,膜下滴灌棉花在盛花期和盛铃前期有较大的细根比根长,根系利用光合碳源的能力较强,促进了细根长和细根生物量增加,提高了根冠比,抑制了地上部过旺生长;在盛铃后期和吐絮期,膜下滴灌棉花细根长、细根生物量和细根质量分数快速下降,根冠比降低,减轻了根系生长冗余,有利于光合产物向生殖器官分配,单株结铃数增加了7.30%~25.10%,细根载铃量提高了32.84%~70.82%,籽棉产量增加。但棉花过量滴灌造成生育后期营养生长过旺,吐絮率和籽棉产量分别降低了8.71%~17.19%和14.14%~24.27%。因此,膜下滴灌棉花在生育前期能促进根系生长,抑制了地上部旺盛的营养生长,至生育后期能减少根系冗余生长,同化物向生殖器官的分配增加,单株结铃数和细根生产力增加,产量提高。然而,膜下滴灌只有在适宜灌水量下（390 mm）才能兼顾产量和产量水分利用效率。综上可知,棉花灌溉方式由传统漫灌转变为膜下滴灌时,土壤湿润区的变化改善了浅层土壤环境,优化了棉花细根分布,塑造了浅层细根系统。膜下滴灌浅层细根的吸水能力和土壤浅层稳定的供水能力相耦合,促进了白色纤维根和细根生长,增强了水分和养分吸收能力,改善了叶片生理功能,增强了叶片光合作用,提高了单株生物量。在生育后期,膜下滴灌棉花减少了根系冗余生长,增加了同化物向生殖器官的分配,显著提高了单株结铃数和细根生产力,最终增加了产量。然而,灌水量过多（600 mm）不但会降低膜下滴灌棉花吐絮率,减少籽棉产量,还会增加棉花全生育期耗水量,降低产量水分利用效率。因此,膜下滴灌在适宜灌水量下（390 mm）通过对水分-根系的有效调控,实现了根系和冠层的协同发育,从而实现了节水高产栽培的目的。

关键词：棉花;灌溉方式;土壤水分空间分布;根系特性;耗水特性;生长冗余;产量

学科专业：作物学

摘要

ABSTRACT

前言

第一章 文献综述

1 研究进展

1.1 灌溉方式对农田土壤环境的影响

1.2 灌溉方式对作物耗水特性的影响

1.3 灌溉方式对作物根系形态、生理特性的影响

1.4 灌溉方式对作物根冠关系的影响

1.5 灌溉方式对作物干物质累积、产量和水分利用效率的影响

2 研究意义

第二章 灌溉方式对棉田土壤环境因子变化的影响

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定项目与方法

1.2.1 土壤含水量

1.2.2 花铃期土壤含水量波动幅度

1.2.3 土壤容重和土壤总孔隙度

1.3 数据统计及分析

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式下土壤含水量的动态变化和各生育阶段平均土壤含水量

2.2 不同灌溉方式对花铃期土壤含水量波动幅度的影响

2.3 棉田灌水前后土壤水分运移特征

2.4 棉花盛铃前期土壤含水量空间分布

2.5 不同灌溉方式对棉花根区土壤容重和总孔隙度的影响

3 讨论

3.1 膜下滴灌为棉花根系生长提供了适宜的水分条件

3.2 膜下滴灌使浅层土壤疏松,增加了土壤孔隙数量

第三章 灌溉方式对棉花细根可塑性变化及干物质累积的影响

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定项目与方法

1.2.1 根长和根生物量

1.2.2 地上部生物量

1.3 数据统计及分析

2 结果与分析

2.1 棉花盛铃前期细根生长空间分布

2.2 棉花不同生育时期不同土层细根生长的变化

2.3 不同灌溉方式对地上部生物量的影响

2.4 地上部生物量与花铃期细根性状的灰色关联度分析

3 讨论

3.1 膜下滴灌优化了棉花细根分布,提高了根系吸收能力

3.2 膜下滴灌改善了盛铃后期根系生长,增加了单株生物量

第四章 灌溉方式对棉花白色纤维根生长、叶片生理功能的影响及与产量水分利用效率的关系

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 微根管安装、数据获取和根系形态指标分析

1.3 白色纤维根衰减速率计算

1.4 根系和叶片生理指标测定

1.4.1 超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)

1.4.2 叶片相对含水量和叶绿素含量

1.5 作物总耗水量和阶段耗水量

1.6 水分利用效率

1.7 数据统计及分析

2 结果与分析

2.1 棉花白色纤维根形态特征的变化

2.2 棉花白色纤维根衰减速率的变化

2.3 棉花根系生理特性的变化

2.4 棉花花铃期叶片相对含水量的变化

2.5 棉花叶片生理指标的变化

2.6 棉花各器官生物量水分利用效率和产量水分利用效率的变化

3 讨论

3.1 膜下滴灌增强了棉花盛花期和盛铃前期根系生理功能,促进了白色纤维根的生长

3.2 膜下滴灌改善了棉花盛铃前期叶片生理功能,提高了产量水分利用效率

第五章 灌溉方式对棉花耗水特性和叶片光合作用的影响

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定项目与方法

1.2.1 土壤储水量和各土层储水量占总储水量的百分比(WLP)

1.2.2 作物耗水量和耗水强度

1.2.3 气体交换参数

1.2.4 生物学产量水分利用效率(WUEBY)

1.3 数据统计及分析

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式下棉花耗水特性

2.2 不同土层储水量动态变化

2.3 花铃期叶片气体交换参数的动态变化

2.4 不同灌溉方式对生物学产量及生物学产量水分利用效率(WUEBY)的影响

3 讨论

3.1 膜下滴灌有利于降低棉花全生育期耗水量

3.2 膜下滴灌土壤浅层具有稳定的供水能力

3.3 膜下滴灌改善了气孔导度,提高了蒸腾作用,增强了叶片光合能力

第六章 灌溉方式对棉花根冠关系及籽棉产量的影响

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定项目与方法

1.2.1 单株总根长和单株总根生物量

1.2.2 细根质量分数和细根比根长

1.2.3 产量构成

1.2.4 根冠比

1.2.5 细根载铃量

1.3 数据统计及分析

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式对棉花产量构成的影响

2.2 不同灌溉方式对棉花单株细根生长特性的影响

2.3 不同灌溉方式对棉花细根质量分数和细根比根长的影响

2.4 不同灌溉方式下根冠比的变化

2.5 不同灌溉方式对棉花细根载铃量的影响

3 讨论

3.1 膜下滴灌能有效控制水分供应,棉花盛花期和盛铃前期根系生长能力增强,降低了盛铃后期和吐絮期根系对光合碳源的消耗

3.2 膜下滴灌技术通过有效控制水分供应,协调棉花根冠以及营养生长与生殖生长的关系,单株成铃数增加

第七章 研究结论、创新点和展望

1 研究结论

1.1 不同灌溉方式对土壤含水量、土壤水分分布、土壤容重和土壤总孔隙度的影响

1.2 不同灌溉方式对棉花细根可塑性变化和光合产物积累的影响

1.3 不同灌溉方式对棉花白色纤维根生长、叶片生理功能以及产量水分利用效率的影响

1.4 不同灌溉方式下棉花耗水特性和土壤供水特性对叶片光合作用的影响

1.5 不同灌溉方式对棉花根冠冗余生长和籽棉产量的影响

2 创新点

3 研究展望

参考文献

致谢

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