不同水分處理下的棉花根系吸水率特性研究

朱李英+孫西歡+李永業(yè)

摘要：以棉花為試驗材料，采用室內(nèi)試驗和理論計算的方法，以水分為控制因子，以土壤水分動態(tài)變化情況為研究對象進行研究。結(jié)果表明，土壤表層水分運動較為劇烈；土壤含水率與植物根系吸水率在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)；以土壤水分動態(tài)資料建立根系吸水模型可為棉花種植建立合理的灌溉制度提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 土壤水分；棉花；根系；吸水率

中圖分類號：S562 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）20-4990-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.20.017

The Research on Absorption Characteristics of Cotton

Root under Different Water Treatments

ZHU Li-ying1，SUN Xi-huan2，LI Yong-ye3

（1.Department of Water Conservancy， Sichuan Water Conservancy Vocational College，Chengdu 611231，China；2.Department of Water Resources Engineering，Shanxi Water Conservancy Vocational College， Yuncheng 044004，Shanxi，China； 3.College of Water Resource Science and Engineering， Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）

Abstract： Using the method of indoor test and theoretical calculation， with water as the control factor and soil moisture dynamic change as the research object， the dynamic changes of soil moisture of cotton under different water treatments conditions were studied during pot test device. The results showed that， the soil surface water movement was more intense； Within a certain range of soil moisture and plant roots showed a positive correlation with water absorption； Root water uptake model based on soil moisture dynamic data could provide a theoretical basis for cotton planting to build a rational water-saving irrigation system.

Key words： soil moisture； cotton； root； absorption

為了從各方面研究節(jié)水措施，近年來相關(guān)領(lǐng)域的不少科研工作者把土根系統(tǒng)中根系吸收土壤水分的運動規(guī)律作為重點研究內(nèi)容[1，2]。Gardner[3]、Molz[4]和羅毅等[5]結(jié)合根的水力特性研究根系的吸水模型，做出較大貢獻。現(xiàn)階段對于根系吸水模型的研究逐漸成熟，但計算較為復(fù)雜。本研究分析了3種不同水分處理下棉花根系吸水率的變化情況，旨在結(jié)合VB設(shè)計一種開發(fā)計算簡單、普及性強的可視化模型，為棉花種植建立合理的灌溉制度提供理論依據(jù)。

1 試驗設(shè)計

設(shè)置棉花的室內(nèi)土柱試驗見圖1。土柱筒用PVC材料制成，筒高52 cm，半徑40 cm，分層填裝沙性土50 cm。QⅠ=65%～80%，QⅡ=50%～65%，QⅢ=40%～50%，當(dāng)水分不足時補充水分至最高處理標準。棉花全生育期包括苗期、盛蕾期、盛鈴期，主要控制因子水分處理包括3個，每個處理重復(fù)5次，以田間持水量Q為標準，室內(nèi)溫度不低于20 ℃，I光強=400 μmol/（m2·s），t光照時間=12 h/d（08：00-20：00）。土壤含水率用烘干法測定，土層深度在5～45 cm之間，間隔5 cm為一層，計算公式為土壤含水率=1.37×（W1-W2）/（W2-W），其中土壤含水率為體積含水率（cm3/cm3），W為鋁盒自重，W1為土樣和鋁盒總重，W2為烘干后恒重，回填采用同含水率土樣。

2 結(jié)果與分析

不同深度土壤含水率分布能間接反映植物根系的吸水活力。試驗觀測了棉花全生育期內(nèi)3種水分處理下的不同深度土壤含水率分布，見圖2。

從圖2分析可以看出，棉花各生育期內(nèi)土壤含水率在不同土壤水分處理情況下變化范圍不同：處理Ⅰ（65%～80%）在0.20～0.25 cm3/cm3之間，處理Ⅱ（50%～65%）在0.15～0.20 cm3/cm3之間，處理Ⅲ（40%～50%）在0.10～0.15 cm3/cm3之間。處理Ⅰ的土壤含水率變動比較快，表明該水分更適宜棉花生長；土壤表層（5～15 cm）含水率變化幅度大，表明水分運動復(fù)雜，該處變化是受灌溉條件及自然因素等多重影響形成的。土層在30～55 cm之間變化微弱，主要原因考慮根的分布在該處較少，根密度小。處理Ⅰ中含水率2月28日低于3月3日，主要是因為該處理時根系吸水活力強，達到水分處理下限后進行了二次灌溉。

3 理論計算endprint

參考土壤水分運動相關(guān)研究理論，可得棉花根系吸水率條件下的土壤水分運動基本方程[6]（1），并采用隱式差分格式離散得到方程（2），各參數(shù)含義見表1。

C（h）=■=■[K（h）■]-■-Sr（z，t）（1）

S■■=■-■-Cj■■■ （2）

式中，C（h）為比水容重，單位為1/cm；K（h）為土壤導(dǎo)水率，單位為cm/h；h為土壤水勢，單位為cm；t為時間，單位為h；z為垂直坐標土壤表面為參考面，向下為正，單位為cm；Sr（z，t）為作物根系吸水率；i=0，1，2…，M-1（i為時間結(jié)點編號，M為總時段）；j=1，2，3，…，N-1（N為土壤總層次數(shù)）。

利用試驗實測的土壤含水率值，土壤水分運動參數(shù)C（h）和K（h），將不同時刻的節(jié)點含水率值代入式（2），可求得計算時段內(nèi)各深度處的平均根系吸水率。

根據(jù)上述計算原理及計算方法對不同處理的根系吸水速率Sr（z，t）進行計算。本研究利用Visual C++6.0語言編制計算程序，分別計算了棉花處于苗期、盛蕾期以及盛鈴期的根系吸水率。點繪出不同處理下棉花隨生育期變化的根系吸水率分布，見圖3。

對比圖3可知，同一處理下各生育期內(nèi)棉花根系吸水速率均有差異，不同處理同一生育期內(nèi)棉花根系吸水速率變化類似。0～25 cm土層內(nèi)是處理Ⅰ和處理Ⅱ的主要根系吸水區(qū)。處理Ⅲ在整個試驗階段的根系吸水率主要在5～10 cm。在20 cm左右出現(xiàn)第二個吸水高峰可能是因為水分不足根系深扎所致。另外，對比處理Ⅰ和處理Ⅱ的根系吸水率可知50%～80%的田間持水量能滿足棉花的正常生長。

4 結(jié)論

通過不同水分處理對根長密度及棉花根系吸水率的影響研究得出：

1）棉花根系土壤表層水分運動較為劇烈；處理Ⅰ的土壤含水率變動比較快，表明該水分處理條件下更適宜棉花生長。

2）根據(jù)實測土壤含水率計算的根系吸水率可以看出處理Ⅰ和處理Ⅱ接近，比較適宜棉花生長的田間持水量為50%～80%。

3）試驗值與理論值對比，可以看出該計算模型較為合理，需要與相同處理的大田試驗結(jié)果進行對比，從而為棉花種植過程提供合理的灌溉建議。

參考文獻：

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[6] 雷志棟，楊詩秀，謝森傳.土壤水動力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1988.220-261.endprint