（环境工程专业论文）水环境与旱稻产量性状的研究与应用.pdf

湖南农业大学学位论文水环境j 早稻产量性状的研究j 成用 水环境与旱稻产量性状的研究与应用 摘要 随着经济发展和人口日益膨胀，水资源供需矛盾同益突出。目前，解决水资源 的有效途径，一是对废水进行治理后再利用，但此种治理费用较大：另外就是节约用 水量，提高水的利用率，减少水资源的消耗，这是经济有效的措施。农业灌溉用水是 耗水大户，如果能科学用水，减少农业用水量，既能节约水资源消耗，又能使得排 入水体的农业退水大量减少，则农业退水造成的水污染就会大量减轻。 本文主要通过调亏灌溉模拟试验，探索旱稻生育期水环境对产量性状的影 响，研究早稻节水潜力和生物工程节水技术。 在取得有效的试验数掘的基础上，首先以阶段灌溉水量作为变量，建立了产 量、干粒重、有效穗、穗粒数与各阶段灌溉水量的数学模型，并找到对产量性状 有显著性影响的阶段灌溉水量。 其次通过聚类分析和模糊数学原理建立了对产量性状进行评价的一级模糊 综合评判模型，优选出1 个理论满意的早稻节水灌溉技术方案，并根据隶属度最 大原则确定较为满意的早稻节水灌溉技术方案。 然后建立了对节水率、产投比、w u e 进行评价的一级模糊综合评判模型，并 根据隶属度最大原则确定较为满意的生物工程节水技术方案。 最后，结合1 9 个处理方案和理论满意生物工程节水技术方案，提出实际可 施行的产量较好、节水率较高的生物工程技术方案为第7 个处理方案，并初步明 确了早稻亏缺节水灌溉规律。与早稻充分灌溉相比，第7 个处理方案节水量为 o 7 6 8 2 ( 1 0 3 m 3 h m - z ) ，第一阶段节水率1 5 8 1 ，第二阶段节水率4 9 0 9 ，第三阶 段节水率6 8 2 ，水分利用效率为0 6 ，第一、二、三阶段节水分配比为7 4 1 9 9 、 4 3 8 1 7 、4 8 7 6 3 ，节水率9 3 4 8 7 。 而理论满意方案产量性状为y c = 4 9 3 0 5 ( 1 0 3 k g h m 。) 、y q = 2 8 5 8 2 1 9 、 y s = 2 2 7 6 ( 1 0 5 h m 。2 ) 、y z = 1 1 8 9 ( 粒穗) ，灌溉水量为h i = o 2 4 6 4 ( 1 0 m h m 。) 、 h 2 = o 4 6 6 4 ( 1 0 w h m 。)、1 - 1 3 = 4 9 3 0 5 ( 1 0 m h m 。) 。总灌溉水量为6 1 9 1 6 ( 1 0 ”m h m - z ) 。节水量为2 0 2 5 6 ( 1 0 m h m l ) 。第一阶段节水率3 1 6 5 ，第二阶段节水率 3 1 9 8 ，第三阶段节水率1 0 2 9 ，水分利用效率为0 6 9 ，第一、二、三阶段节 湖南农业大学学位论文 采；卜境旱稻产量件状的研究r j 应用 水分配比为5 6 3 2 9 、1 0 8 2 6 4 、2 7 9 1 3 ，节水率2 4 6 1 5 。 理论满意方案与第7 灌溉方案为湖南山岗丘陵地区推广旱稻和对旱稻进行 节水灌溉提供了一定的理论依据，使之有良好的应用前景。 水 关键词：节约用水科学用水 早稻的水环境调亏灌溉农业退 i l 湖南农业大学学位论文水环境与早稻产量性状的研究b 应用 r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no n w a t e re n v i r o n m e n ta n d u p l a n d r i c ey i e l d a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gp o p u l a t i o na n de c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，t h ec o n t r a d i c t i o n b e t w e e nt h es u p p l ya n dd e m a n df o rw a t e rh a sb e c o m ei n c r e a s i n g l yc o n s p i c u o u s a t p r e s e n t , a ne f f e c t i v ew a yt os o l v et h ew a t e rr e s o u r s e si s t h eu s eo fw a s t e w a t e r t r e a t m e n t ，b u tt h et r e a t m e n ti sm o r ec o s t l y t h eo t h e ri st os a v ew a t e ra n di m p r o v e w a t e re f f i c i e n c ya n dr e d u c ew a t e rc o n s u m p t i o n ，i ti se f f e c t i v ee c o n o m i c m e a s u r e s i r r i g a t i o nw a t e ri s am a j o r ，i fw a t e ri s s c i e n t i f i c a l l yu s e dt or e d u c e a g r i c u l t u r a lw a t e rc o n s u m p t i o na n ds a v ew a t e rc o n s u m p t i o n ，a 鲥c u l t u r a lr e t r e a ti n t o ab o d yo fw a t e rc a nm a k eas i g n i f i c a n tr e d u c t i o ni nw a t e r , s ow a t e rp o l l u t i o nc a u s e d b ya g r i c u l t u r a lw a t e rw i l lr e t i r eas i g n i f i c a n tr e d u c t i o n i nt h i sp a p e r ，t h ei m p a c to ft h ew a t e re n v i r o n m e n to no u t p u tc h a r a c t e r i s t i c so f u p l a n dd e eg r o w i n gp e r i o di se x p l o r e dm a i n l yt h r o u g hr d is i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s p o t e n t i a lb i o e n g i n e e r i n gw a t e r - s a v i n gt e c h n o l o g i e so f u p l a n dr i c ei ss t u d i e d f i r s t l y , a f t e ro b t a i n i n gt h ee f f e c t i v et e n t a t i v ed a t ai nt h ef o u n d a t i o n ，m o d e i s e s t a b l i s h e db e t w e e nt h eo u t p u to fg r a i n s ，e f f e c t i v ee a r , g r a i n sa n dt h ev a r i o u ss t a g e so f w a t e ri r r i g a t i o na m o u n t t h em a t h e m a t i c a ll a n di su s e dt of i n das t a g eo fw a t e r i r r i g a t i o nh a v i n gs i g n i f i c a n te f f e c to ny i e l dt r a i t s f u z z ym a t h e m a t i c a lp r i n c i p l e sa n d c l u s t e ra n a l y s i si s f o l l o w e db yt h ee s t a b l i s h m e n to fe v a l u a t i o no ft h el e v e l f u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm o d e l t h e o r e t i c a l l yt h eo n ew a t e r - s a v i n gt e c h n i q u e s p r o g r a mi sp r o p o s e d t h e n ，f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm o d e li se s t a b l i s h e db e t w e e nt h er a t eo f s a v i n g ，t h er a t i oo fo u t p u tt oi n p u t ，w u e a c c o r d i n gt ot h el a r g e s tm e m b e r s h i pi n p r i n c i p l e ，t h eb i o l o g i c a le n g i n e e r i n gt e c h n o l o g yp r o g r a mi sp r o p o s e d f i n a l l y , w i t h 1 9w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yp r o g r a ma n d1s a t i s f a c t i v e w a t e r - s a v i n gp r o g r a m ，t h es e v e nw a t e r - s a v i n gt e c h n o l o g yp r o g r a m i s p u t f o r ab e r e ry i e l d 、t h eh i 【g h e rw a t e r - s a v i n gr a t e s a n dt h ew a t e r - s a v i n ga m o u n ti s 0 7 6 8 2 ( 1 0 3 m 3 h m 。) ，t h ef i r s tp h a s ew a t e rr a t e si s1 5 8 1 ，t h es e c o n dp h a s er a t e i s 4 9 0 9 t h et h i r dp h a s eo f w a t e rc o n s e r v a t i o nr a t ei s6 8 2 w u ei s0 6 w a t e rd i s t r i b u t i o nr a t i of o rt h et h r e e s t a g e s a r e7 4 1 9 9 、4 3 8 1 7 、 1 1 1 湖南农业人学学位论文 水环境1 j 早稻产置性状的研究应用 4 8 7 6 3 w a t e r - s a v i n gr a t ei s9 3 4 8 7 t h es a t i s f a c t i v ew a t e r - s a v i n g p r o g r a mi s p u t f o rab e t t e ry i e l d 、t h e h i g h e rw a t e r - s a v i n gr a t e s ，a n dy e = 4 9 3 0 5 ( 1 0 k g h m 。) 、y q = 2 8 5 8 2 1 9 、 y s = 2 2 7 6 ( 1 0 5 h m 。2 ) 、y z = l1 8 9 ，h i = 0 2 4 6 4 ( 1 0 3 m 3 h m 之) 、h 2 = 0 4 6 6 4 ( 1 0 3 i 1 1 3 h m 五) 、h 3 - - 4 9 3 0 5 ( 1 0 3 m 3 h r n 之) ，h h = 6 1 9 1 6 ( 1 0 3 1 1 1 3 h m 2 ) 。t h ew a t e r - s a v i n g a m o u n ti s2 0 2 5 6 ( 1 0 3 m 3 h m 2 ) ，t h ef i r s tp h a s ew a t e rr a t e si s3 1 ，6 5 ，t h es e c o n d p h a s er a t ei s 3 1 9 8 t h et h i r dp h a s eo f w a t e rc o n s e r v a t i o nr a t ei s1 0 2 9 w u e i so 6 9 w a t e rd i s t r i b u t i o nr a t i of o rt h et h r e es t a g e sa r e5 6 3 2 9 、1 0 8 2 6 4 、 2 7 9 1 3 w a t e r - s a v i n gr a t ei s2 4 6 1 5 c o m p a r e dw i t ht h ef u l li r r i g a t i o n ，t h es a t i s f a c t i v ep r o g r a ma n d t h es e v e n t h p r o g r a mp r o v i d e at h e o r e t i c a lb a s i sa n dm a k ei tag o o dp r o s p e c tf o rh i l l ya r e a s i nh u n a n p r o v i n c e k e y w o r d s ：w a t e r - s a v i n g s c i e n t i f i cw a t e r - u s i n gr e t r e a to ft h ea g r i c u l t u r a l w a t e rr d it h ew a t e re n v i r o n m e n to f u p l a n d r i c e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得湖南农业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：缮支薛 时间：剜年蝴，易日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解湖南农业大学有关保留、使用学位论文的规定，1 1 1 ：学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意湖南农业大学可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名维文蓐 导师签名= 暑南c 二弓武 时间：痂年，2 月，苦r 时测：即年，2 月，j - e l 湖南农业人学学位论文水环境与早稻产量性状的研究与应用 第一章绪论 l 研究的目的 水资源是人类赖以生存的一种主要资源，也是工农业发展必不可少的基础。随着经济发 展和人口日益膨胀，水资源供需矛盾日益突出，农业环境污染尤其是水污染形势严峻。据报 道，且自口全国有l 3 以上的河流受到了污染，9 0 以上的城市水域污染严重，5 0 以上的重点 城镇的饮用水水源不符合饮用水源的水质标准。 我国南方地区虽然降雨量充沛，但上世纪中期以来，旱灾逐年加剧，江河水库的水体污染 也相当严重，大大制约了区域社会经济的发展。保护水资源，节约用水，减少向江河水库排放 污水。改善水资源，成为当前急需解决的问题。 当自a 造成水体污染严重的主要原因是人类活动所产生的污染物，即人为污染，其来源主 要有三个方面：工业废水、生活污水和农业退水。农业用水量比工业用水量大，并且是非重 复使用，除了施肥、喷撒农药及光合作用时，植物吸收和吸附一部分外，8 0 9 0 的灌溉水 通过土壤或排灌渠进入地表水和地下水，这种排水方式为农业退水。由于农药、化肥的使用 量r 益增加，而施用的农药和化肥只有少量附着于作物或被作物吸收，绝大部分残留在土壤 和漂浮在大气中，通过降雨，经过地表径流的冲刷进入地表水和渗入地下水，形成污染，成 为典型的面污染源。水环境污染对农业造成的危害也十分严重，用这些被污染的河流的水灌 溉农田，土壤被污染，土质碱化板结，农作物减产甚至绝收。目前，解决水资源的有效途径， 一是对废水进行治理后再利用，此种治理费用较大：另外就是节约用水量，提高水的利用率， 减少水资源的消耗，这是经济有效的措施。农业灌溉用水是耗水大户，如果能科学用水，减 少农业用水量，即能节约水资源消耗，又能使得排入水体的农业退水大量减少，则农业退水 造成的水污染就会大量减轻。 湖南位于季风区域，降水强度大，面积广，时间集中。主要作物生长发育的春、夏二季， 降雨量常占全年的7 0 9 6 以上，其中特别是4 6 月降雨量约占全年总降雨量的5 0 ，而7 9 月的降雨量一般不及全年总降雨量的2 0 ，每年7 月以后，雨水过少，塘干溪断，稻f 日龟裂， 不仅造成农业生产干旱缺水，而且人、畜用水告急。与此同时，水资源的污染也日益严重。 据湖南环保部门对湘、资、沅、沣四个水系和洞庭湖进行监测表明，四个水系主干流都受到 不同程度的污染，污染严重的江段占3 0 9 6 以上。湘江沿岸有上千个排污1 3 ，其中有1 0 3 个主 要排污口每日要注入湘江3 5 0 万吨污水，因此，湖南水污染的治理及减少农业退水造成的环 境污染己成当务之急。 水稻对世界各地粮食生产极为重要，它是栽培面积和产量仅次于小麦的最主要的细粮作 湖南收业人学学位论文水环境与早稻产量性状的研究i 应用 物。世界上有3 0 多亿人口( 约占总人口的一半) 依靠大米提供热量，平均每公顷水稻可供 养5 6 3 人，比小麦还多1 9 6 人。在我国，水稻的播种面积和总产均为粮食作物的首位( 王 一儿等，2 0 0 0 ) ，但水稻是耗水耗能大户，且费时费工，淹水灌溉伴随着严重的环境污染， 灌溉稻释放大量的甲烷( 王增远等，1 9 9 9 ) ，而甲烷是导致全球气候变化的重要因素之一。 淹水灌溉还造成了水生病害的传播，直接影响到人类的健康( y u d e l m a nm ，1 9 9 8 ) 。湖南又 是我国出产稻米的重要农业大省，若能找到早稻合理的节水灌溉方法和早稻节水灌溉的潜在 能力，提出节水效果比较好的生物工程节水技术方案来减少农业用水，也就减少农业退水， 则可在很大程度上减轻农业退水造成的污染。 早稻又叫陆稻，是最抗旱的稻变种。通常是在早地或干湿地直播，耗水量仅是水稻的 1 5 1 3 ，灌溉量仅是水稻的1 5 甚至更少( 薛全义等，2 0 0 2 ) ，与水稻充分灌溉相比节约 3 0 左右。它具有耐瘠、抗逆性强等优势，以大幅度节水、省肥、减少污染、省工和水陆两 栖等特点，成为全球五大稻作类型之一，目前，早稻生产正受到有关国家尤其是第三世界国 家政府的重视。如果能在湖南甚至南方多雨的坡岗地种植早稻，不仅能开发利用贫瘠地，提 高土地利用率，增加粮食产量，还能节约水资源，减少农业退水的污染，增加农民收入。 探索早稻亏缺节水灌溉规律，研究生物工程节水技术，提出一种节水效率较高、经济 效益较好的生物工程节水技术具有重要的现实意义。 2 研究的意义和价值 调亏灌溉( r e g u l a t e dd e f i c i ti r r i g a t i o n ，简称r d i ) 是从作物生理角度出发的一种生物 调节措施，用调亏灌溉对巴西陆稻i a p a r 9 进行研究的主要目的在于探索不同生育阶段水分 亏缺对作物产量的影响，寻找作物水分亏缺敏感期，将有限的水量适时适度地分配到各生育 阶段，使每方水的生产效率最高。其主要手段是在作物的非需水临界期尤其是营养生长旺盛 期适度亏水，而在作物的需水临界期给予充分供水，这样做的必然结果是：一方面是使作物 建立了一套适应干旱的机制，提高作物的抗旱能力，同时通过调节作物自身的生理生化过程， 改变光合同化产物的代谢和运集中心，使经济产量和水分利用效率达到最佳的组合状态，即 二者都保持较高的水平“”1 。 模糊理论是在美国柏克莱大学电气工程系l l a z a d e h 教授于1 9 6 5 年创立的模糊集 合理论的数学基础上发展起来的，主要包括模糊集合理论、模糊逻辑、模糊推理和模糊 控制等方面的内容。它用隶属函数做桥梁将不确定性在形式上转化为确定性，即将模糊 性加以数量化，从而可利用传统的数学方法进行处理。模糊数学在近年来发展很快，在 许多领域尤其环境工程领域中应用颇多，例如，在水质综合评价中，运用模糊模式识别 理论、模糊聚类法、模糊贴近度法、模式相似选择法等，都取得了很好的效果，但模糊 2 湖南农业大学学位论史水环境与早稻产量性状的研究与应用 数学在生物工程节水技术的应用还比较少，若能将数学建模与模糊概率综合评价模型结 合起来确定调亏灌溉下旱稻亏缺节水规律，找出一种节水效率较高、经济效益较好的生物 工程节水技术方案，则可将很多对产量组成产生影响的因素的不确定性转化为确定性， 更有利于试验结果和试验方案的优化。这对试验数据的处理具有重要的意义。 3 国杰外研究进展 3 1 调亏灌溉的研究进展 上世纪9 0 年代日口后调亏灌溉的研究主要集中在调亏机理方面：首先，调亏灌溉是 通过土壤水的管理来控制植株根系的生长从而控制地上部分的营养生长及其植株的水 势，而叶水势可以调节气孔开度，气孔开度则对光合作用和植株水分利用有其重要的作 用”7 ，在这一系列的作用过程中，起决定性作用的是根系。因为当对植株进行分根处 理且部分土壤逐渐变干时，一半受旱根系吸水受到抑制，尽管叶水势、，膨压和a 8 a 含量 不变，但大部分气孔却明显关闭。因而推测一定存在着一种物质，在植株受早时，由根 系产生并输送到叶片中以控制气孔开度，使光合和蒸腾等生理过程发生变化，影响其最 终的收获产量“。同时，许多研究也表明，同一植株不同的组织和器官对水分亏缺的敏 感性不同。细胞膨大( 依靠膨压维持) 对水分亏缺最敏感，而光合作用和有机物由叶 片向果实的运输过程敏感性次之。因而在调亏阶段，当营养生长受到抑制时，果实可 以积累有机物以维持自身的膨大，使其在调亏期的生长不明显降低，在果实的快速膨大 期，即调亏结束重新复水期，由于调亏期细胞的扩张因亏水而受到抑制时积累的代谢产 物，在水分供应量恢复后可用于细胞壁的合成及其它与果实相关的生长过程，起到补偿 生长的效应，以致不会园适度水分胁迫而引起产量的下降；如果胁迫程度过大或历时过 长，细胞壁可能变得太坚固，以致当供水量增加时不能再恢复扩张，引起产量下降 ( c h a l m e r s 等1986 年) 。这些机理的阐明，使调亏灌溉的功效在分子水平上得到了 解释，为在调亏灌溉领域定性化和可操作化的深层次的研究提供了理论依据”。 3 2 模糊数学的研究现状 模糊概率综合评判数学模型在水环境质量评价( 在地下水、地表水环境质量评价) 中的应用比较多。1 删，与环境工程结合推求工程经济效益的也有报道。为提出一个节水 效率较高、经济效益较好的生物工程节水技术方案，必须准确反映水分在不同时期对产量 性状的影响，通常都是建立各生育期供水充足程度x = e t e l 与产量比y y 之间的关系 脚删，其中国际上用的比较多的最普遍的有以下几种：s t e w a r t 模型、j e n s e n 模型、 h b l a n k 等模型，但是考虑不同时期的灌溉水量并利用统计回归模型和模糊数学来确定 节水效率较高、经济效益较好的生物工程节水技术方案的还很少陋。 湖南农业人学学位论文水环境与早稻产量件状的研究与心用 3 2 1 模糊数学法在水质评价中应用 模糊数学法在水质评价中应用中的优点是可利用隶属度函数来描叙水质分级，并能 够刻划出界线的模糊性。 模糊分级评判法主要根据已有的分级系统和实际数据划分出级别，其步骤是： ( 1 ) 建立和完善评价因子的分级系统； ( 2 ) 根据分级系统的各级标准分别建立每种评价因子相应于不同级别的隶属度函 数： ( 3 ) 计算各个评价因子中对于不同级别的隶属度，n 个评价因子隶属于k 个不同级 别的隶属度组成隶属度矩阵r ； ( 4 ) 确定n 个评价因子的权重值，归一化作成权重向量a ； ( 5 ) 用模糊数学矩阵的乘法求出运算结果( 一级综合评判模型) b = a 。r ：评价结果 向量中取最大值对应的级别即为本次模糊分级评价的分级结论； 利用隶属度最大原则，当同时存在有两个或两个以上个最大值时，取次大值贴近的 一个作为最后评价结果的级别。 4 课题研究的内容和方法 4 1 建立三阶段灌溉水量与作物产量性状之间的统计回归数学模型 早稻全生育期可分为播种一出苗、出苗一分蘖、分蘖一孕穗、孕穗一抽穗、抽穗一乳熟 期、黄熟期( 自然落干) 六个阶段，根据以往经验分析，早稻出苗一分蘖、分蘖一孕穗、 孕穗一抽穗三阶段的作物耗水量对产量及其性状的影响至关重要，本试验设1 9 个处理方 案，主要研究出苗一分蘖、分蘖一孕穗、孕穗一抽穗三阶段作物灌溉水量即作物耗水量对 作物产量性状的影响，早稻1 9 个处理方案在播种一出苗期灌溉水量为0 6 1 5 1 ( 1 0 “i l l h m 。) ，抽穗一乳熟期土壤含水率设为田间持水率的7 0 8 0 。而产量的好坏通常是由千 粒重、有效穗、穗粒数来决定，应用m a t l a b 7 o ( r 1 4 ) 软件进行计算，可以得到各阶段灌 溉水量与产量性状之间的拟合曲线和拟合多项式，用多元线性回归法和逐步回归法求出 产量性状与三阶段作物灌溉水量之间的统计回归数学模型。 4 2 模糊数学与统计回归模型的结合 以产量性状低产、中产、高产作为被评判对象，产量、千粒重、有效穗、穗粒数作 为被评判对象的各因素，应用m a t l a b 7 0 ( r 1 4 ) 软件模糊逻辑工具箱( f u z z yl o g i c t o o l b o x e s ) 结合e x c e l 软件建立产量、千粒重、有效穗、穗粒数属于低产、中产、高产 的隶属度函数，并得到低产、中产、高产的判断集和模糊关系矩阵r ，建立一级模糊概 率综合评判模型，确定理论满意的早稻节水灌溉技术方案。 4 湖南农业人学学位论文水环境与早稻产量件状的研究与应用 以不满意、一般、满意作为被评判对象，节水率、产投比、w u e 作为被评判对象的 各因素，建立一级模糊概率综合评判模型，确定满意的生物工程节水技术方案。 已有应用中通常一级综合评判模型建立过程如下： ( 1 ) 判断集( 评语组成的集合) ：v = v ，v ：，v 。v 。 v 。第j 个评判对象： ( 2 ) 因素集( 被评判对象的各因素组成的集合) ：u = u 。，u ：，u 。u 。 u 。第i 个有关因素； ( 3 ) 单因素判断，即对单个因素u 。( i = l ，2 ，3 n ) 的评判，得到v 上的模糊集( r “， r mr 。r ) ，r ，( 0 ，1 ) ，r ；，主要通过隶属度函数来确定： 确定隶属度函数a ( x ) 的方法有很多种，如f 统计法、三分法、f 分布法。本试验 采用f 分布法试用，看那种分布最合理，有矩形分布、半梯形分布、抛物形分布、哥西分 布、岭形分布、正态分布等。 ( 4 ) 由映射u v 所确定的模糊关系矩阵为r r l t ，r l z ，r 1 3 r l - r 2 1 ，r 2 2 ，r 2 3 r z - r 2r 3 ”r 3 2 ，r 3 3 r 3 - r n l ，r n 2 ，r n 3 r 其中r 一第j 个评判对象在第i 个有关因素上的优劣程度。 ( 5 ) u 上的权重模糊子集；a = a ，a z ，a 。， a l - 第i 个因素的权重； q = 1 a t o ： i = 1 确定n 个评价因素的权重值，归一化作成权重向量a o 通常a 是用解决一级综合评判模型的逆问题来确定的，即求出关系式xo r = b 中的x ， 若有些方程无解或无穷多组解，可由有经验的专门人员给出一组不同的权重，叫权重的 备择集，按择近原则，从这一组备择集中找出一个相对比较理想的权数分配方案。 ( 6 ) 可以根据由模糊关系合成得； b ：a 。r = b ，b ：，b 。，b 。 其中b 7 第j 评判对象评判结果； b ，= q 湖南农业人学学位论文水环境与早稻产量性状的研究j 廊用 。一模糊算子 在该数学模型中a 与r 的确定是关键。 确定b 后，按照最大隶属度原则来确定节水效率较高、经济效益较好的生物工程节水 技术方案。 4 3 初步确定生物工程节水技术方案 本试验是盆栽试验，尚未应用到田间种植中。可结合本试验分析出早稻亏缺节水灌 溉规律，初步提出一个实际可施行的经济效益较好、节水效率较高的最佳生物工程节水 技术方案和理论满意方案，为湖南山岗丘陵地区推广早稻和对早稻进行节水灌溉提供了 一定的理论依据，使之有良好的应用前景。 5 论文的主要内容 ( 1 ) 采用调亏节水灌溉试验研究灌溉水环境对早稻生理的影响，对产量性状的影 响，探索早稻长期节水潜力和科学灌溉技术。 ( 2 ) 对本试验数据进行处理，得到经过处理计算后的阶段灌溉水量、产量及其性 状、施肥量以及产量水平上的水分利用效率，并对阶段灌溉水量与产量性状的效果进行 初步分析。 7 一n ( 3 ) 对本试验得到的数据进行分析研究，建立产量与三阶段作物灌溉水量之间的 统计回归数学模型，并通过逐步回归法对模型作进一步改进，找出对产量有显著影响的 变量，指出计算过程中存在的不足与问题。 ( 3 ) 对本试验的得到的数据进行分析研究，分别建立千粒重、有效穗、穗粒数与 三阶段作物灌溉水量之间的统计回归数学模型，通过逐步回归法对模型做进一步改进， 找出对千粒重、有效穗、穗粒数有显著影响的变量，指出计算过程中存在的问题。 ( 4 ) 建立一级模糊概率综合评判模型，确定理论上满意的旱稻节水灌溉技术方案， 并从1 9 个处理中找到相对比较满意的早稻节水灌溉技术方案。 ( 5 ) 建立级模糊概率综合评判模型，从1 9 个处理方案以及理论满意方案的节水 率、产投比、w u e 角度提出比较满意的、实际可施行的生物工程节水技术方案，并通过 节水量、节水率及阶段节水率的分析计算，研究早稻亏缺节水灌溉规律。 ( 6 ) 结论和展望，对本学位论文进行总结，并对论文存在的不足提出建议。 6 湖南农业大学学位论文 水环境与早稻产量性状的研究与应用 第二章项目试验设计 l 试验目的与意义 水资源短缺，使得人们在传统的“充分灌溉”的基础上建立了非充分灌溉理论，放 弃单产最高，追求某一总体面积的增产( 即在水分有限的条件下，舍弃单产，追求总产 量最高) 。研究人员在大量的实验中发现：通常情况下，一定程度的水分亏缺，对作物 的生长并无不利影响，只有当水分亏缺到一定数值时，才对作物产生不良后果。在这一 发现的启迪下，有关专家根据作物的遗传和生理生态特性，在其生育期的某些阶段人为 的主动施加一定程度的水分亏缺，调节其光合产物向不同组织器官的分配，调节地上和 地下的生长动态，控制营养生长，促进生殖生长，从而提高经济产量，舍弃有机合成物 的总量，达到节水高效、高产优质和提高水分利用率的目的。 调亏灌溉r d i 是从作物生理角度出发的一种生物调节措施，是根据作物的生理生化 通道受到遗传特性或生长激素的影响，在其生长发育的某些时期施加一定程度的水分胁 追( 有目的地使其在某些生育阶段有一定程度的水分亏缺) ，影响作物的代谢运集中心 和光合产物向不同组织器官之间的分配模式，使同化物从营养器官向生殖器官的分配增 加，从而提高所需收获物的产量而舍弃营养器官的生长量及有机合成物质的总量，达到 节水不减产或增产的目的”1 。其研究的主要目的在于探索不同生育阶段水分亏缺对作 物产量的影响，寻找作物水分亏缺敏感期，将有限的水量适时适度地分配到各生育阶段， 使每方水的生产效率最高。 国际上调亏灌溉的研究主要是经济价值较高的果树，对大田作物的研究还比较少。 1996 年我国学者康绍忠率先在大田作物玉米中展开研究，并取得一定成果。从目 前发表的论文来看主要集中在玉米、小麦、棉花等早作物。 早稻是在旱、干、湿地直播，一生旱长，不需水层。田间栽培管理与其它旱田作物基 本相同，但在浇水方面有它自己的特点：在全生育期只需浇4 5 次水，其一生单位面 积灌水量仅占水稻用水量的2o 一30 咖1 。早稻以其抗旱性能优越的特性而受到重 视，又因单产低、易倒伏等缺陷而限制了其发展( 作为“小杂粮”早已在我国绝大部分 省、区淘汰或绝迹。“) 。早稻籽粒产量大部分是抽穗后植株自身合成的，抽穗前积累的 干物质特别是茎、杆中的干物质向谷粒输出极少，干物质主要集中于叶、茎、鞘，而作 为籽粒产量的载体“穗”所占的比例不到40 ，干物质的积累与同期的净同化率和光 合势间的发展不协调，故造成产量低下3 。调亏灌溉正是解决这一问题的有效方法之一。 由于旱稻具有良好的抗旱性能，从而人们忽视了人为地、主动地对旱稻进行调控灌 7 湖南农业人学学位论文水环境与早稻产量性状的研究与应用 水的研究和探讨。而是集中在： ( 1 ) 避旱性( 在土壤有效水分耗尽前，提前成熟) 的研究，在具体栽培时将早稻生 长需水的最敏感期与常年易受早期错开安排种植，从而避开干旱的危害。这一作法是利 用了早稻具有的避旱性特性。如金忠男指出：“干旱频率8 月最高，普通栽种的陆稻却 在此期抽穗扬花，易多旱害，收成不稳。但如果使抽穗扬花期提前至7 月下旬，则陆稻 受早害的频率将减少2 3 。”2 h 。 ( 2 ) 抗旱性和抗旱生理的研究，凌祖铭等对水、早稻大田早种和雾培条件下对其叶 片水势进行了测定，并对根长、根数、根基粗、根中粗和根体积等性状和抗旱特性进行 了比较”；吴竞仑、吕风山等对陆稻主要抗旱性指标和耐早性进行了探讨”；从陆稻 根系来研究陆稻抗旱生理的有彭永康”、卢布、祁忠占哪! ；还有不少学者对陆稻生理 生态进行了研究呻删。 ( 3 ) 根据本地水资源特点进行陆稻栽培技术研究的有：金康书等在浙江组织了 陆稻的布占试种：盛锦山等”在北京进行了陆稻栽培试验；郭俊恒等。”1 对云南种植陆 稻进行了较深入的探讨；其它各地区也进行了大量地试验和研究”“。这些研究主要集 中在利用早稻抗旱性强的特点进行栽培和为什么能抗旱的研究，在方法上都没有从主动 控制水分有利于旱稻生长的研究。 早稻又以巴西陆稻著称于世o ”1 ，其中i a p a r 9 是巴西政府1 9 9 2 年赠送给我国 的优良稻种，它是一种适应于旱地或干旱生态环境下生长的特殊稻类。并先后在我国 的北京、天津、河北、河南、山东、山西、辽宁、安徽、浙江、湖南等广大地区布点 种植，并获得很大的成功”。 1 1 试验设计的思考 在研究方法上，结合前人所做的研究单阶段一单水平或单阶段一多水平，本研究采用 多阶段一多水平，更为全面可靠。 为了研究不同阶段灌溉水量对旱稻生育期产量及其性状的影响，结合以往专家试验 成果，将巴西陆稻i a p a r 9 分为出苗一分蘖、分蘖一孕穗、孕穗一抽穗、抽穗一乳熟，黄熟 期( 为自然落干，不作试验生育阶段) ，第一阶段土壤水分含量设为田i 日j 持水率的4 5 5 5 、 5 5 6 5 、6 5 7 5 三个不同的处理：第二阶段分为5 5 - 6 5 、6 5 - 7 5 、7 5 8 5 三个处理；第 三阶段分为7 0 - 8 0 、8 0 - 9 0 ：个处理；第四阶段不作试验处理，土壤水分保持在7 0 8 0 。 充分灌水处理( 第1 9 个处理方案) 各阶段的水分含量为7 5 8 5 、7 5 8 5 、8 0 9 0 、7 0 8 0 。 试验共设1 9 个处理方案( 1 - 1 9 ) ，其中设充分供水区作为对照。这样不仅有利于全面研 8 湖南农业人学学位论文水环境与早稻产量性状的研究与应用 究早稻和水分的关系，而且有利于确定其最适宜的水分指标。每个处理共设3 次重复。 ( 见表2 1 ) 。 表2 1 各生育阶段不同的土壤水分处理试验设计综合表 t a b l e2 1a ni n t e g r a t e dt e s tt a b l e d e a l i n gw i t hd i f f e r e n tt r e a t m e n t sa td i f f e r e n ts t a g e s 处理出笛一分蘖 分蘖一孕穗孕穗一抽穗 抽穗一乳熟 十壤含水率 土壤含水率土壤含水率 土壤含水率 试验前对田间持水率进行了测定，田间持水率为4 3 7 7 6 ，天然土壤含水率为 2 7 0 1 。 2 试验方案 本试验于2 0 0 4 年3 月9 月，在湖南农业大学资环学院实验场地进行，整个生育期日期 为出苗一分蘖( 5 月2 只5 月2 1 同) 、分蘖一孕穗( 5 月2 2 日6 月1 2 日) 、孕穗一抽穗 ( 6 月1 3 日7 月1 4 日) 、抽穗一乳熟( 7 月1 5 日8 月1 9 日) 。采用盆栽，单盆直径2 5 a m ， 高3 0 c m ，单贫土层面面积为0 0 4 9 0 m 2 。试验品种为巴西陆稻i a p a r 9 。 ( 1 ) 种子播种前处理 将种子浸入水中，水上漂浮物去掉，用清水浸种2 4 小时；后采用湖南湘潭中联农 药厂生产的水稻杀菌剂强氯精w p ( 净重l o g ) 浸种1 6 小时：将种子洗净后用清水再清 种2 4 小时。由于早稻播种后有可能受到鼠害、虫害，多余种子可预备补种。 9 湖南舣业大学学位论文水环境与早稻产量性状的研究与应用 ( 2 ) 播种前加水 根据早稻的生长特性，播种前土壤的含水率为田间持水率的( 8 0 一9 0 ) = 3 5 0 2 - 3 9 4 0 ，以3 9 4 0 计，播种前一天需测定土壤的含水率2 0 1 0 ，且根据土壤的 含水率确定土壤应该灌溉的水量。早稻施肥主要为尿素( n ， 4 6 3 ) 、钙镁磷肥( p ：0 s 1 2 ) 、氯化钾( k c l 6 0 ) 。加水同时可以将肥料撒到灌溉水中，依表2 2 施用。 ( 2 ) 播种 由于早稻本身会有病虫害，可将种子全部播种，并且可选择在次日清晨或下午播种。 要保证出苗后每公顷苗数达到2 4 4 5 8 6 ( 1 0 5 株h m - 2 ) 3 0 5 7 3 3 ( 1 0 5 株h m 。2 ) 。 作物生长期间，分别在播种前、茁期( 6 月1 4 日) 、拔前追肥( 7 月1 5 日) ，施入尿 素( n 4 6 3 ) 、钙镁磷肥( p ：魄1 2 ) 、氯化钾( k c l 6 0 9 6 ) ，采用喷除草剂和人工锄草 相结合的方法控制杂草的生长( 见表2 2 ) 。 表2 2 生长期间的施肥量 t a b l e 2 2f e r t i l i z e r i n ga m o u n t sd u r i n g g r o w t hs e a s o n 堕婴堕塑堡鲞( 堕：坐三2 堑堡壁! ! ! 堑：墅= 2堡些塑! 堕：塑= ：2 底肥4 8 5 9 3 6 3 9 3 7 4 5 2 23 7 4 9 8 0 9 苗期追肥 拔霄追肥 1 5 9 4 9 0 5 6 3 7 4 5 1 3 4 2 6 7 5 8 0 5 0 9 6 1 0 1 9 1 0 8 8 1 6 3 0 6 总鼍6 5 1 8 0 1 3 1 1 5 2 2 2 9 35 5 8 5 2 2 3 3 试验数据的处理 3 1 各阶段灌溉水量的确定 本次试验于4 月1 9 日下午开始播种，播种时盆中土壤含水量均加至田问持水 率的8 0 9 0 ，由公式： 生：盟 1 + 0 土 其中0 为土壤含水率，v 量士取盆的体积0 0 0 1 4 7 酊，v 术为要灌溉的水的体积。在 早稻的整个生育期采用钵体称重法，用相邻两天钵体重量差确定早稻需要的灌溉水量。 5 月2 日开始进入不同水分控制期，以播种时土壤含水量均加至田间持水率的9 0 的重量为准，每日清晨称重，若称重结果低于生育时期内该处理的调亏指标，则加水至 该指标值，否则不加水，直到下次称重。当该生育期水分处理结束后，加( 或减) 水至 下一期调亏设计所需要的土壤水分含量，通过称重测定日含水量。当该生育期水分处理 结束后，加( 或减) 水至下一期调亏设计所需要的壤水分含量，高温和需水关键期早、 晚各称一次重量，保证土壤水分控制在设计范围之内见表2 3 。经过观测比较得出早稻 i o 湖南农业人学学位论文 水环境与早稻产量性状的研究与应用 每阶段的灌溉时| 日j 为：出苗一分蘖( 5 月2 只5 月2 l 同) 、分蘖一孕穗( 5 月2 2 日6 月1 2 只) 、孕穗一抽穗( 6 月1 3 日7 月1 4 日) 、抽穗一乳