基于土壤水分分布的滴灌棉花根系构型模拟方法研究-农业水土工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 Study on the method of drip irrigation cotton root architecture simulation based on soil water distribution A Dissertation Submitted to Shihezi University In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering By Chen Shao-min (Agriculture Water and Soil Engineering) Dissertation Supervisor:Prof. Li Ming-si May,2015 石河子大学 学位论文独创性声明及使用授权 声明 学位论文独创 性声 明 本人所呈交的学位论文是在我导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果.据我所知 ， 除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果.对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示谢意， 研究生签名: 彷:_)?民 时间:知1.1年 6 月 7 日 使用授权声明 本人完全了解石河子大学有关保留 、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家 主管部门或指定机构送交论文的电子版和纸质版 。有权将学位论文在学校图书馆保存并允许被查 阅.有权自行或许可他人将学位论文编入有关数据库提供检索服务。有权将学位论文的标题和摘 要汇编出版 。必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本规定 。 阳签名:往附 导附: 节录二 时间 :;.tt 年 4 月 7 日 时间: 2-P/，年r t 月 7 日 摘 要 根系是作物从土壤中吸收水分和养分的器官，土壤水分是影响根系构型发展的主要因素。但是 根系的生长介质——土壤的不可视性，这一特性给根系研究带来了很大困难，所以进行根系构型的 量化和模拟研究成为了根系研究的必要。本文在综述国内外根系研究及可视化的基础上，以分形理 论基础知识分析了桶栽棉花根系构型分形特征；以水量平衡原理，建立了棉花根系生长的动态规划 模型；以迭代函数系统为基础，对桶栽棉花根系构型进行了可视化重现。得到如下结论： （1）棉花整根构型的计盒维数和侧根构型的计盒维数都随生育阶段的推进而增大，而且前者始 终大于后者；但是进入花期以后，二者基本接近。这说明苗期棉花的主根生长占主导地位，而进入 蕾期以后，棉花侧根生长占主导地位，甚至到后期主要是侧根在发展；而且，随着侧根的发展，根 系的分布空间更加连续。 （2）与根构型计盒维数的变化规律相似，棉花整根构型的根丰度和侧根构型的根丰度也都随生 育阶段的推进而增大，而且前者始终大于后者。然而，侧根构型的根丰度增加幅度较大，直至进入 花期以后，侧根构型的根丰度（4.1113）接近于整根构型的根丰度（4.189）。这反映了棉花侧根上二 级和三级侧根的发展速率和空间扩展能力增加较快。另外，随着根系长度的增加，侧根构型的根丰 度也增大，说明虽然根构型的分布模式将趋于稳定，但其对土壤湿润空间的占有将持续加强，根系 分布密度增大。 （3）在棉花主要生育阶段没有水分胁迫以及所有根系都吸水的条件下，以水量平衡原则为基础， 利用动态规划理论，建立了根系生长过程中总根长变化模型，经桶栽棉花试验验证，模拟的根长生 长过程与实测值基本一致。模型计算值与试验测定值的相对误差随模拟进程呈先增大后减小再增大 的规律，总体误差为 15.41%，证明了模型作为土壤湿润区设计手段的有效性。 （4）各生育阶段棉花叶面积的变化率始终大于根长的变化率，表明在水量平衡条件下叶面积的 生长占主导作用，冠层蒸腾拉力是棉花根系吸水的主要动力，根系的生长首先是满足冠层耗水。当 冠层蒸腾量增大时，根系长度必须增大才能满足植株耗水，保持水量平衡；棉花生长后期，冠层蒸 腾量降低，需要的吸水根系减少，使得根系衰减，一些无用根系则将衰老死去。 （5）采用迭代函数系统对 A、B 处理的桶栽棉花根系构型可视化，模拟结果表明，整体根形符 合根系生长的形态；对于棉花需水关键期，模拟根系构型的根长密度的二维分布等值线图与实测结 果相似度不低于 75%，对滴灌棉花土壤湿润区的设计很有帮助，证明了该方法的有效性。θ,φ控制了 一级侧根与主根生长的夹角，总体表现为随土层深度增加而逐渐减小的特点；侧根分生位置主要沿 土层深度变化，所以 e=0，f≠0；各分形元仿射变换调用概率 p 与对应区域棉花根长密度呈正相关。 关键字：棉花；计盒维数；根系生长模型；根系构型；迭代函数系统 I Abstract Root is the organ of crops to a