基于微分L-系统的水稻根系三维生长模型研究

植物根系结构是其根系的空间构型,水稻根系结构表现出高度的多样性。为了探明水稻根系结构和分布规律,利用水培法开展试验,测定不同生长时期的根系三维空间坐标和形态参数,对水稻根系结构进行高精度的测量。统计分析所测试验数据,确定了根节点的初始位置、各级枝根的生长方向以及根系的生长函数。通过整合水稻根系的拓扑结构,量化其生物学特征,提出基于微分L-系统的水稻根系三维生长模型,以描述水稻根系生长规律,并检验该模型输出结果的精度。借助Visual C++和Open GL标准图形库实现了水稻根系三维生长可视化模拟系统,直观再现了水稻根系动态的生长过程。对比分析表明,系统对总根长、根表面积和根体积的平均模拟拟合度分别为96. 82%、95. 86%和93. 96%。     

不同灌溉方式对大棚西红柿生长发育的影响

为了分析不同灌溉方式的节水效果和对植物生长发育的影响,通过对大棚西红柿进行沟灌、滴灌和地下灌溉3种灌溉方式的试验,分析不同灌溉方式、灌水量、注射深度对大棚西红柿茎粗、根系活力、产量和西红柿品质的影响。试验结果表明:地下灌溉的节水效果显著高于沟灌和滴灌;而在地下灌溉试验的比较中,当每次注射水量为0.75 L时,西红柿的总产量和根系活力最高;试验同时表明距离地表约30 cm的注射深度时,西红柿的根系活力强,有利于西红柿生长。     

灌水量和水质对盆栽棉花出苗率和苗期生长的影响

研究不同矿化度微咸水和再生水在不同灌水量条件下,盆栽棉花出苗率、苗期冠层和根生长情况,探索微咸水和再生水在棉花灌溉中的应用技术。试验设置灌水量和水质2个试验因素,研究灌水量和水质处理对盆栽棉花出苗率、苗期冠层和根系生长的影响。结果表明,出苗率、苗期冠层和根系生长随灌水量减少而降低;2~4 g/L微咸水和再生水处理促进出苗,高于4 g/L微咸水抑制出苗;在环境温度较低时,2~4 g/L微咸水和再生水处理促进冠层生长和根系生长;在环境温度较高时,2~6 g/L微咸水处理抑制冠层生长和根系生长,再生水处理促进冠层生长,抑制根系生长。该研究为再生水应用于棉花灌溉提供参考。     

水/沼液一体化不同灌溉方式对番茄生长及产量品质的影响研究

为探索分根交替灌溉条件下水/沼液一体化施用方式对番茄生长和产量品质的影响.本研究采用两季盆栽试验,以番茄为研究对象,在水/沼液一体分根交替灌溉基础上,采用地表灌溉(APRI-B)和穴孔灌溉(APRI-X)2种灌溉方式,探求不同灌溉方式对番茄生长指标、干物质质量分配以及产量品质指标的影响规律.结果表明:APRI-X处理能...     

番茄地下滴灌灌溉制度拟定方法研究

为了探寻番茄地下滴灌合理的灌溉计划拟定方法,进行了田间试验,试验布置了-10cm(D1)、-20cm(D2)、-30cm(D3)、-40cm(D4)、-50cm(D5)五个毛管埋设深度,研究了同一土壤基质势控制条件下番茄根系的分布范围及土壤水分的变化规律。结果显示,可以将负压计埋设于滴头横向距离0cm附近、20cm深度处,监测番茄根系层土壤水分状况,制定灌溉计划。     

土壤盐分垂向非均匀分布下的番茄盐分生产函数研究

利用番茄盆栽试验,在土表以下17cm处布设秸秆隔层,有效隔断土壤毛管连续性,再结合灌溉水的淋洗作用,促使土壤盐分向下运移,盆栽土壤在垂直方向上趋于“上低下高”的非均匀分布状态,探究该盐分状态下番茄产量和作物不同生育阶段根系及盐分分布特征间的内在联系。结果表明,在土壤盐分垂向非均匀分布处理中,隔层以下土壤中过高的盐分含量抑制了番茄根系的生长与分布,而上层低盐区土壤中根系则呈现出补偿性生长。在盆栽土壤盐分含量一定时,盐分垂向非均匀分布处理的根系干物质量及果实产量均显著高于盐分均匀分布处理（P<0.05）,盐分“上低下高”的差异性分布缓解了作物整体所受盐分胁迫。在参照传统水分生产函数Stewart模型和Jensen模型的基础上,分别利用表层盐分因子、平均盐分因子及根系加权平均盐分因子构建作物盐分生产函数,经函数精度评估后发现,利用根系加权平均盐分因子结合Jensen函数构建的作物分阶段生产函数对番茄产量的预测精度最高,而不同生育阶段中,番茄坐果期土壤含盐量及根系分布状况对最终产量的影响最大。     

基于L系统的小麦根系可视化模拟研究

对小麦根系生长特征及模拟理论基础进行了分析,设计小麦生长实验,分析试验数据得到小麦根系生长的数学模型;对L系统进行了三维解释,通过观察分析小麦根系构型特征给出其三维L系统规则,同时考虑了根系生长过程中的随机因素.结合生长方程和L系统规则,以VC 6.0为平台,采用OPENGL开发,借助图形学知识实现了小麦根系生长的三维可视化模拟,利用这种方法可以很好地模拟小麦根系连续生长情况.     

不同灌水量与灌水频率对加工番茄根系生长和产量的影响

为了了解不同灌水量和灌水频率对加工番茄根系生长和产量的影响,试验设置3个灌水定额和2个灌水频率.试验结果表明,加工番茄根系主要分布在(10,40］ cm土层(约占比63.20%~85.67%),随着土壤深度的增加,根系生长和干物质量逐渐减小;常规频率(F2)和低水(W3)有促使根系向深层土壤发育的趋势,高频灌溉(F1)和高水(W1)会促进根系在相对浅层的土壤范围内分布;相比常规频率,高频处理下土壤含水量波动较小,且保持在稳定的范围内.同时发现,土壤含水量、叶面积指数、干物质量和产量随着灌水定额和灌水频率的增大,均呈现出增加趋势;相同灌水频率下,高水和适水处理下加工番茄产量差异不具有统计学意义(P>0.05),但显著高于低水处理下加工番茄产量(P<0.05).综合考虑根系生长、产量和节约水资源,适用于西北地区加工番茄种植的较优灌溉制度为:75%ET₀的灌水定额,灌水频率苗期一周 1 次,开花坐果期至拉秧期一周3次.     

基于HYDRUS-2D的负压微润灌土壤水分运动模拟

为研究负压微润灌不同技术参数组合下的土壤水分运动过程,以土箱试验实测含水率为依据,构建并验证了基于HYDRUS-2D的负压微润灌土壤水分运动反演模型,并结合反演模型对负压微润灌多种组合情景的土壤湿润体模拟结果和典型设施作物根系分布特征及需水规律,探究适宜于不同设施作物的负压微润灌技术参数组合。结果表明：采用HYDRUS-2D反演模型能够较好地模拟负压微润灌不同供水水头条件下的土壤湿润体特征,土壤湿润距离（水平距离、垂直向上距离和垂直向下距离）、含水率及累积入渗量模拟值与实测结果之间的决定系数和NSE分别达到0.98和0.77以上。试验及模拟结果均表明,负压微润灌条件下供水水头与土壤含水率、累积入渗量及不同方向的湿润距离均呈负相关关系。此外,基于反演模型对负压微润灌不同湿润体的情景模拟结果和典型设施作物根系分布特征及需水规律,拟定了不同设施作物适宜的负压微润灌技术参数范围。本研究对农业生产中负压微润灌技术参数的选择及新型节水微润灌技术的推广具有指导意义。     

葡萄组合式滴灌条件下土壤水分运移规律模拟研究

为探讨葡萄组合式滴灌条件下土壤水分运移规律,为葡萄的滴灌灌溉制度提供理论依据,利用HYDRUS-2D软件模拟了该条件下土壤纵剖面水分分布,并与实测值进行了对比。结果表明,滴头正下方各深度处体积含水率均方根误差(RMSE)在1.82%~2.76%间,模拟具有较高精度,模型参数可靠。再结合模型验证后参数,分别模拟了滴头流量为2.4 L/h时,灌溉8、10、12 h后水分再分布24 h时土壤水分运移规律。结果表明,滴灌12 h时,土体湿润体面积范围较广,有效含水率深度与葡萄根系发育规律较匹配,满足葡萄架下与架外根系生长对土壤水分要求。     

磁化水灌溉对番茄生长及生理特性的影响

通过日光温室试验,研究磁化水灌溉对番茄幼苗期和开花期生长性状与生理特性的影响,为磁化水灌溉在蔬菜生产中的应用提供依据。试验设置2个处理:磁化水灌溉、普通水灌溉（CK）。试验结果表明:与普通水灌溉相比,磁化水灌溉处理的番茄植株株高增长15%、茎粗增长8.2%;磁化水灌溉处理后的幼苗期番茄叶片SOD、POD和CAT活性分别增长22%、44.4%、18.4%,开花期番茄叶片SOD、POD、CAT活性分别增长15.8%、21.5%、48.3%;磁化水灌溉处理后的开花期番茄根系活力增长56%。磁化水灌溉能有效提升番茄生长性能、酶活性和根系活力,可为绿色、无公害蔬菜生产技术的应用提供参考。      

灌排方案对避雨番茄需水特性与产量的影响

为了实现南方地区番茄节水、优质、高效生产,在避雨栽培条件下,研究了不同灌排方式对番茄需水特性与产量的影响.研究结果表明:各亏缺灌溉处理土壤含水率随时间总体呈下降趋势,暗管埋深08 m的处理较埋深06 m处理,土壤含水量下降更快但不明显.番茄不同生育阶段的蒸发蒸腾量差别较大,表现为始花坐果期>果实成熟与采收期>苗期.随着番茄的生长,其日蒸发蒸腾量大体呈逐渐上升的趋势.在不同灌排模式和避雨措施条件下,苗期的日蒸发蒸腾量变化范围为107～271 mm／d,始花坐果期日蒸发蒸腾量变化范围为160～309 mm／d,果实成熟与采收期日蒸发蒸腾量变化范围为178～335 mm／d.在相同的排水措施,不同灌溉条件下,番茄果实产量随着灌水量的减少而减少,水分利用率和灌溉水利用率却随着灌水量的减少而增大.研究可为南方避雨栽培下番茄灌排方式的选择及其节水、优质、高产提供参考.     

小麦中后期田间微喷灌土壤水分运移模拟分析

针对小麦中后期微喷灌湿润区域分布特点,探讨了小麦专用微喷带在不同灌溉影响因素下小麦中后期根区土壤水分运移与分布规律。通过试验测量了微喷带在不同灌溉压力下灌水强度,将有效湿润区域划分为4个子区域,得出不同灌水强度作为灌溉边界条件。考虑小麦根系吸水情况下,建立微喷灌土壤水分运动方程及求解条件。利用HYDRUS-2D模型进行微喷灌数值模拟,通过对比分析模拟结果和试验数据,证明数值模拟能够有效反应土壤含水率分布情况。对微喷带在不同灌溉压力、不同灌水下限和不同铺设间距影响因素下进行模拟分析,结果表明:在灌溉压力0.15 MPa时,有效湿润区域大且水分分布满足小麦根系需求;以田间持水量的60%作为小麦灌水下限,有利于降低微喷带铺设成本、节约灌溉水量和提高灌水利用率;在铺设间距440 cm时,根部土壤水分分布呈一条均匀带状且均匀度都在90%左右。本研究可为小麦专用微喷带铺设与运行提供合理作业参数,同时为小麦节水灌溉提供理论参考。      

节水减氮对温室番茄生长及水氮利用率的影响

为研究番茄生长对不同生育期节水和不同施氮水平的敏感程度,通过温室小区试验,设4个灌水水平和3个施氮水平;分析番茄地上、地下生长指标对不同灌水和施氮水平的响应,并探究节水减氮对番茄水氮利用率的影响.结果表明:番茄株高、茎粗及产量均随着灌水量和施氮量的减少而减小,均在处理W1N1(常规水氮)下达到最大值;而整根特征参数随灌水量和施氮量的减少先增大后减小,在处理W2N2(苗期节水50%,施氮300 kg/hm²)下番茄总根长、细根总根长、总表面积及总体积最大,分别较W1N1 高33%,34%,46%和67%,常规灌水施氮会促进表层(0~30 cm)根系的发育,而节水减氮会使根系深扎.处理W2N2根系最发达,灌溉水利用效率最高,且有较高的氮肥偏生产力,在略有减产(8%)的同时节省了水(20%)肥(25%)资源,是本试验条件下最佳的节水减氮组合.     

不同喷灌定额下垄作沟播油葵根系生长及分布特征

垄作沟播喷灌技术是集垄作沟播与喷灌技术为一体的节水栽培技术.以不同灌水定额各设4个处理(灌水定额分别为24 mm、30 mm、36 mm、42 mm,灌水5次),以常规覆膜喷灌为对照(灌水定额42 mm,灌水5次).通过测定不同灌水处理下垄作沟播油葵根系生长及分布特征等指标,分析了不同灌水处理对油葵根系纵向、横向生长及...     

水氮耦合对膜下滴灌设施番茄水氮生产函数影响研究

[目的]探究膜下滴灌水氮耦合对温室番茄水氮生产函数的影响,寻求影响温室番茄的关键需水阶段,为番茄节水高效生产提供理论依据.[方法]设置4因素3水平水氮耦合正交试验,对温室水氮耦合下番茄的产量进行研究,基于Jensen模型建立了番茄水氮生产函数,并建立其水分敏感指数累积曲线,利用塑料大棚番茄水氮耦合产量结果对水氮生产函数...     

不同灌水方式下春玉米的根系生长分布

为了研究不同灌水方式对春玉米根系分布的影响,在大田条件下对玉米进行垄植沟灌,设计常规沟灌（CI）、交替隔沟灌溉（AI）和固定隔沟灌溉（FI）3种灌水方式.结果表明,（0,40]cm土层中,根长密度以AI较大,FI较小;（60,100]cm土层中,CI下根长密度较小;FI下的植株两侧根长密度差异明显,CI和AI与之相反.（0,100]cm土层中,监测时期内,AI下的玉米总根长和总根干质量都较大.相较FI,AI下的籽粒产量、生物产量和灌溉水利用率分别提高17.37%,18.42%和17.45%.CI表现介于AI与FI之间.抽雄期、植株两侧和（0,40]cm土层根系生长分布受土壤含水率影响较大.可见,局部灌溉对深层根系生长有利,抽雄期植株两侧（0,40]cm土层根系生长分布受灌水方式影响最大;CI与AI下的根系分布相对均匀;与FI和CI相比,AI方式既能促进根系生长,也有利于产量和灌溉水利用率的提高.     

基于L系统的大豆根系模型构建及可视化

深入分析了大豆根系形态特征与生长特性,根据大豆根系生长呈S形曲线的特点,基于逻辑斯蒂方程对采集的根系数据进行了回归分析,获取大豆根系的生长方程。根据大豆根系形态结构具有自相似性特点,设计了大豆根系L系统,并在VC++环境下利用OpenGL技术实现了大豆根系拓扑结构模型的构建及可视化模拟。