秸秆生物反应堆条件下温室反季节番茄滴灌灌溉效应研究

【摘要】：中国农作物秸秆年产出量居世界首位,秸秆处理方式多为焚烧处理,造成资源浪费并引发严重的环境污染。目前,采用生物反应堆技术处理秸秆不仅提高了秸秆资源的有效利用率,同时带来了可观的经济效益、生态效益和社会效益。本研究采用温室小区对比试验,以反季节番茄为供试作物,以土壤水分含量为灌水控制指标,研究不同滴灌和秸秆生物反应堆布置条件下番茄的耗水规律、生长特性、光合特性以及秸秆生物反应堆对反季节番茄生长环境和土壤物理化学性质的影响。利用灰色关联分析确定了水分敏感期。利用主成分分析确定了不同滴灌和秸秆生物反应堆和条件下反季节番茄适宜的灌溉参数,并对温室反季节蔬菜生产中秸秆生物反应堆技术的效益进行了分析。主要研究结论如下：(1)秸秆生物反应堆技术和滴灌条件下温室番茄的生长特性和光合特性研究。秸秆生物反应堆技术有利于作物营养生长,在各生育期株高平均提高5%,茎粗平均提高8%；秸秆生物反应堆对改善番茄品质有明显的积极改善作用,实验数据表明,秸秆生物反应堆条件下番茄可溶性糖含量提高约18%,有机酸含量提高约13%。采用秸秆生物反应堆技术番茄的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度,分别提高约8.4%、22.3%、8.9%；当作物土壤含水量在60%～80%θf时植株光合效率较好,有利于干物质积累。(2)秸秆生物反应堆技术对温室番茄生长环境的影响研究。秸秆生物反应堆对提升地温,补给耕层土壤热量的作用明显,采用秸秆生物反应堆技术作物根区土壤温度可提高2℃～4℃；秸秆生物反应堆在提高温室CO2浓度方面具有显著作用,全天的变化趋势表现出,白天显著下降,夜晚逐渐升高的趋势,CO2浓度平均提高约9%。(3)秸秆生物反应堆技术和滴灌条件下温室番茄的适宜灌溉参数研究。基于试验数据,采用灰色关联度分析、主成分分析,建立秸秆生物反应堆技术和滴灌条件下温室番茄的适宜灌溉参数。番茄的各生育阶段适宜土壤含水率控制范围为苗期60%～70%θf,开花坐果期控制在70%～80%θf,结果期控制在70%～80%θf。番茄的各生育阶段耗水强度控制为番茄苗期耗水强度1.6mm d-1～2.2mm d-1;番茄开花坐果期耗水强度为2.6mmd-1～3.2mm d-1;番茄结果期耗水强度为2.3mm d-1～2.8mm d-1。(4)秸秆生物反应堆技术与滴灌措施相结合的效益分析。采用秸秆生物反应堆技术可节约化肥、农药、农家肥的投资累计可达2000元667m-2。且增产效益显著,产量可以提高20%以上。具有良好的生态效益和经济效益。在秸秆生物反应堆技术和滴灌条件下,研究温室反季节番茄生长的生理特性、光合特性、耗水特性以及秸秆生物反应堆对温室内作物生长环境的影响和对温室内土壤物理化学性质的影响。进而确定温室反季节番茄的灌溉参数,并评价两种技术结合的应用效益。创新点如下：(1)明确了秸秆生物反应堆技术滴灌条件下番茄生长环境(地温、CO2浓度、土壤物理化学性质)的变化规律,为温室秸秆生物反应堆技术的科学管理提供了理论借鉴。(2)确定了秸秆生物反应堆技术滴灌条件下温室反季节番茄生产的耗水强度和灌溉参数,为温室反季节番茄生产灌溉管理提供了基础参数。 【关键词】：秸秆生物反应堆 滴灌 反季节番茄 生长环境 灌溉参数
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S626;S641.2
【目录】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 研究目的和意义15-16
• 1.2 国内外节水微灌技术研究现状及发展趋势16-19
• 1.3 作物灌溉制度国内外研究现状19-24
• 1.3.1 灌溉控制指标的研究20-22
• 1.3.2 作物灌水定额22
• 1.3.3 作物需水量的研究22-23
• 1.3.4 作物水分生产函数23-24
• 1.4 秸秆生物反应堆技术的研究与应用现状24-27
• 1.4.1 秸秆生物反应堆原理24
• 1.4.2 秸秆生物反应堆应用效应研究24-27
• 1.5 研究内容和技术路线27-29
• 1.5.1 主要研究内容27
• 1.5.2 技术路线27-29
• 第二章 试验研究概况29-34
• 2.1 试验区基本概况29
• 2.2 供试材料及设施29-30
• 2.2.1 供试土壤29
• 2.2.2 试验灌溉设备29
• 2.2.3 供试温室29-30
• 2.2.4 供试作物30
• 2.3 试验设计30-31
• 2.3.1 试验布置30
• 2.3.2 灌水设计30-31
• 2.3.3 秸秆生物反应堆的建造31
• 2.4 试验观测指标和试验仪器31-33
• 2.4.1 土壤含水量31-32
• 2.4.2 温室CO_2浓度、温湿度测定32
• 2.4.3 土壤颗间蒸发的测定32
• 2.4.4 土壤物理化学性质测定32
• 2.4.5 作物生长发育情况调查32
• 2.4.6 作物生理生态指标测定32
• 2.4.7 温室地温测定32-33
• 2.4.8 作物品质的测定33
• 2.4.9 作物产量33
• 2.5 数据分析工具33-34
• 第三章 秸秆生物反应堆对番茄生长特性的影响研究34-53
• 3.1 秸秆对植株阶段耗水强度的影响分析34-39
• 3.2 秸秆对植株产量、水分利用效率的影响分析39-43
• 3.3 秸秆生物反应堆对果实品质的影响分析43-44
• 3.4 秸秆生物反应堆对植株形态的影响分析44-49
• 3.4.1 植株株高的影响分析44-47
• 3.4.2 植株径粗的影响分析47-49
• 3.5 秸秆生物反应堆对植株光合作用的影响分析49-51
• 3.6 小结51-53
• 第四章 滴灌条件下秸秆生物反应堆对番茄的生长环境影响分析53-73
• 4.1 秸秆生物反应堆条件下地温的变化规律53-58
• 4.1.1 不同土层土壤温度的日变化对比53-55
• 4.1.2 不同时间土壤温度沿深度的变化对比55-58
• 4.2 秸秆生物反应堆条件下二氧化碳浓度的变化规律58-59
• 4.3 秸秆生物反应堆条件下土壤物理化学性质变化规律59-63
• 4.3.1 土壤有机质59-60
• 4.3.2 土壤全氮、磷、钾含量60-62
• 4.3.3 土壤速效养分含量62-63
• 4.4 秸秆生物反应堆温度效应数值模拟63-71
• 4.4.1 传热问题的有限单元法64-67
• 4.4.2 基于ANSYS的土壤温度场数值模拟67-70
• 4.4.3 求解计算70-71
• 4.4.4 数值拟合71
• 4.5 小结71-73
• 第五章 秸秆生物反应堆滴灌条件下番茄水分敏感期73-82
• 5.1 灰色关联分析方法及其应用现状73-75
• 5.2 番茄水分敏感期的灰色关联度分析原始数据75
• 5.3 耗水量与番茄产量的灰色关联度分析75-77
• 5.4 耗水量与番茄品质的灰色关联度分析77-80
• 5.4.1 耗水量与番茄VC含量的灰色关联度分析77-78
• 5.4.2 耗水量与番茄有机酸含量的灰色关联度分析78-79
• 5.4.3 耗水量与番茄可溶性糖含量的灰色关联度分析79-80
• 5.5 耗水量与番茄长势的灰色关联度分析80
• 5.6 小结80-82
• 第六章 秸秆生物反应堆滴灌条件下番茄适宜灌溉制度82-90
• 6.1 主成分综合评价方法82-83
• 6.2 土壤水分对番茄生长指标影响的综合评价83-86
• 6.3 土壤水分对产量、品质、水分利用率影响的综合评价86-88
• 6.4 滴灌条件下温室番茄适宜灌溉参数88-89
• 6.5 小结89-90
• 第七章 温室秸秆生物反应堆技术应用效益分析90-97
• 7.1 经济效益分析90-95
• 7.1.1 成本分析90-91
• 7.1.2 节能收益分析91
• 7.1.3 增产收益分析91
• 7.1.4 经济综合评价91-95
• 7.2 生态效益分析95
• 7.3 小结95-97
• 第八章 结论与建议97-99
• 8.1 创新点97
• 8.2 结论97-98
• 8.3 存在的问题和建议98-99
• 参考文献99-106
• 致谢106-107
• 攻读学位期间发表文章107

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