小麦玉米间作复合群体光能和水分传输利用试验与模拟研究

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1、分类号：S274学校代码：10712UDC：556研究生学号：2012060243密级：公开级2015届攻读博士学位研究生学位（毕业）论文小麦/玉米间作复合群体光能和水分传输利用试验与模拟研究学科专业：农业水土工程研究方向：农业水土资源利用与保护研究生王自奎指导教师：吴普特研究员完成时间：2015年5月中国陕西杨凌Classificationcode:S274Universitycode:10712UDC:556Postgraduatenumber:2012060243Confidentialitylevel:OpenDissertationforDoctorDegreeNorthwe

2、stA＆FUniversityin2015LIGHTANDWATERTRANSMISSIONANDUTILIZATIONINWHEAT/MAIZESTRIPINTERCROPPINGSYSTEMMajor:AgriculturalSoilandWaterEngineeringResearchfield:utilizationandprotectionofagriculturalwaterandlandresourcesNameofPostgraduate:WangZikuiAdviser:Prof.WuPuteDateofsubmission:May2015YanglingShaanx

3、iChina资助本研究由国家科技支撑计划课题（2011BAD29B09）和高等学校学科创新引智计划资助项目（B12007）资助。小麦/玉米间作复合群体光能和水分传输利用试验与模拟研究摘要农作物间作种植方式可通过不同作物在时间和空间上的合理搭配，提高光能、水分、养分等农业资源的利用效率，进而使单位土地面积的产出较单作有所提高。随着人口增加、耕地减少和水资源紧缺态势加剧，我国粮食供给安全受到了日益严重的挑战。间作群体光能和水分传输利用机制的研究，对改进间作农田生产实践、促进农业生产生态可持续发展、节约农业用水及保障我国粮食安全都具有一定的参考价值。本研究以我国西北干旱半干旱地区常见的一种间

4、作种植模式“小麦/玉米条带间作”（6行小麦/2行玉米间作和12行小麦/4行玉米间作）为研究对象，于2012-2014年在内蒙古河套灌区沙壕渠试验站开展了3年大田试验，对间作群体中光能和水分的传输过程及利用效率进行了试验研究及定量模拟，初步取得以下主要研究进展：（1）建立了估算条带间作群体辐射传输和分配的半经验模型。文章在宽行作物辐射传输模型的基础上，对间作群体冠层进行了分块，建立了模拟条带间作群体辐射传输的ERCRT（Extendedrowcropradiationtransmission）模型，并用小麦/玉米间作群体光合有效辐射（Photosyntheticactiveradiati

5、on，PAR）截获率的实测值对其进行了验证。结果表明，PAR截获率模拟值和实测值之间的相关系数为0.884，模拟值的均方根误差为0.037，平均绝对误差为0.029。与传统的间作群体辐射传输模型相比，ERCRT模型能更好地估算宽带幅、低密度条带状间作群体的辐射截获。ERCRT模型还可用于估算辐射在间作作物之间及作物和土壤之间的分配。ERCRT模型所需要输入的参数简单且容易获取，也可用于其他类型的间作群体。基于ERCRT模型分析带幅宽度对小麦/玉米间作群体辐射截获效率时发现，6行小麦（行距15cm，带幅宽90cm）间作2行玉米（行距40cm，带幅宽80cm）的种植模式最优。（2）分析了小

6、麦/玉米间作群体的辐射截获率、辐射利用效率及作物叶片的光合特性。2012、2013及2014年I62（6行小麦/2行玉米间作）间作群体的PAR截获量分别为1034.3、912.9及1051.6MJm-2，分别比I124（12行小麦/4行玉米）间作群体高4%、5%和4%，比单作小麦高38%、26%和29%，比单作玉米高13%、15%和11%。间作相对于单作的辐射截获比率在间作中期（小麦玉米共生）最小，间作后期（小麦收获以后）最大。2012年整个生育期I62和I124群体的PAR截获量分别比单作的加权平均值多25%和20%，2013分别多20%和15%，2014年与2013年相近。I62和

7、I124群体中玉米的3年平均辐射利用效率分别为3.08和3.15MJKg-1，比单作玉米低10%和8%；间作小麦的辐射利用效率与单作小麦没有显著差异。间作边行小麦底层叶片的净光合速率（Netphotosynthesis,Pn）和气孔导度（Stomatalconductance,Gs）显著高于间作内行小麦及单作小麦；间作玉米底层叶片的Pn和Gs也显著大于单作玉米。间作边行小麦上层和下层叶片光合作用系统II的光量子产量（Quantumyieldof