水分精确管理作为作物生产管理的重要环节,对于保障粮食健康生产和节约水资源具有重要意义。本研究以水稻为研究对象,基于系列池栽试验,综合运用信息获取、生长分析、数理统计及建模方法,探明了不同土壤水分处理下水稻的生长发育规律及水分状况变化特征；明确了水稻植株水分状况与冠-气温差及叶-气温差的定量关系；确定了水稻植株水分状况与反射光谱及植被指数的定量关系,建立了基于反射光谱的水稻水分状况无损监测模型；通过定量描述水稻需水规律与环境因子之间的动态关系,根据土壤水分平衡原理,构建了水稻水分实时调控模型；进一步采用面向对象的程序设计思想和软构件技术,建立了综合性的基于模型的水稻水分管理决策支持系统。研究结果为水稻水分状况的实时监测和灌溉管理提供了理论依据和关键技术。以武香粳14和两优培九为试验材料,基于池栽试验,研究了不同土壤水分处理、不同生育时期和不同品种条件下水稻的生长及水分状况的动态规律。结果表明,不同水分处理下水稻株高、节间长度、穗长、一次和二次枝梗数、植株和叶层含水率差异显著,表现为：CK>W3>W2>W1;各生育期叶位叶片含水率值均表现为WL1<WL2<WL3<WL4。轻度土壤干旱胁迫处理(W3)延缓了叶片衰老,具有较高的叶面积指数、叶绿素含量和叶片净光合速率；抽穗期后,水稻上部叶片叶绿素含量反而高于下部叶片,且各叶位间的单叶净光合速率也表现为：L1>L2>L3>L4。各处理间产量最终表现为W3>CK>W2>W1,轻度水分胁迫(W3)处理产量最高。综合运用红外热成像仪和测温仪,比较了水稻冠-气温差和叶-气温差的变化特征,分析了与植株水分状况的定量关系。结果表明,不同土壤水分状况下,冠-气温差和叶-气温差值在不同生育期均表现为：W1>W2>W3>W4。顶部3叶的叶-气温差差异不明显,与顶4叶有一定的差异,各生育期表现一致；冠-气温差、L1/L3叶片含水率比值与植株和叶层含水率均呈显著线性相关关系；叶-气温差值与叶片含水率、气孔导度及蒸腾速率呈较好的相关性。表明冠(叶)-气温差及叶片含水率可用于水稻植株水分状况的监测。系统分析了不同土壤水分状况下叶片高光谱反射率和含水率的变化特征,及350-2500 nm范围内任意两波段组合而成的比值(RSI)、归一化差值(NDSI)及差值(DSI)光谱指数与水稻叶片含水率的量化关系。结果表明,不同土壤水分处理和顶部4张叶片间,叶片反射光谱具有明显的时空变化特征,叶片含水率的敏感光谱波段位于近红外和短波红外波段区域；比值RSI(R1402, R2272)及归一化差值NDSI(R1402, R2272)光谱指数与叶片含水率呈现良好的线性相关。独立试验资料对所建模型进行测试检验也显示,预测值和观察值的拟合精度较高,表明RSI(R1402, R2272)、NDSI(R1402, R2272)均可用于水稻叶片含水率的定量监测。基于冠层高光谱特征,综合分析了水稻植株水分状况与光谱反射率的定量关系。结果显示,水稻冠层高光谱反射率在不同土壤水分处理间差异显著；植株及叶层含水率的敏感光谱波段位于可见光区域和近红外波段区域；比值光谱指数RSI(R773, R1287)与植株含水率、叶层含水率呈良好的线性相关。基于独立试验资料对所建模型进行检验的结果显示,预测值和实测值的拟合精度较高,表明RSI(R773, R1287)可有效地监测拔节期后水稻植株及叶层含水率。在分析和提炼水稻水分管理理论与技术资料的基础上,通过定量描述水稻需水规律与栽培技术、品种类型、生态环境之间的动态关系,采用植株含水率、土壤水势作为中期调控指标,结合水稻主要水分指标无损监测模型,构建了水稻水分实时调控模型。进一步结合现有水稻水分管理知识模型、生长模拟模型、气象数据生成模型,基于系统工程思想和软构件技术,在Visual Studio.NET2005平台上开发了基于模型的水稻水分管理决策支持系统。系统具有基础信息管理、水分动态模拟、灌溉量设计、因苗实时调控及帮助等功能。对系统进行了实例分析结果表明,按照模型设计方案进行水分管理的田块,其产量和水分生产率均高于常规方案田块。表明系统设计的水分灌溉管理处方具有较强的适用性和指导意义。