水分对日光温室独本菊生长动态影响的模拟

光合作用与干物质生产是观赏植物外观品质形成的基础。水分是影响植物光合作用与干物质生产的重要因子。为定量研究水分对日光温室独本菊光合作用与干物质生产的影响,本研究以秋菊品种‘神马’(Chrysanthemum morifolium.L‘Shenma’)为试验材料,于2006年8月～2007年6月在北京日光温室内进行了不同定植期和不同水分处理的栽培试验,以生理辐热积为发育尺度,定量分析了基质水势对独本菊叶面积指数、光合速率和干物质生产动态的影响,建立了基质水势对独本菊叶面积指数、光合速率和干物质生产影响的模拟模型,并用与建立模型相独立的数据对模型进行了检验。结果表明,模型对日光温室独本菊叶面积指数、叶片最大总光合速率和植株总干重的预测结果较好,叶面积指数、叶片最大总光合速率和植株总干重的模拟值与实测值之间基于1︰1线的决定系数分别为0.94,0.90,0.94,相对预测误差分别为11.95%、3.13%、11.14%。本研究建立的模型可以为日光温室秋菊品种‘神马’的水分管理提供理论依据和决策支持。     

水分对日光温室独本菊外观品质影响的模拟

水分是影响菊花生长发育和外观品质的重要因子。为定量研究水分对日光温室独本菊外观品质（株高、茎粗、叶片数、花头直径、花颈长）的影响,该研究以秋菊品种“神马”（Chrysanthemum morifolium ‘Jinba’）为试验材料,于2006年8月－2007年6月在北京日光温室内进行了不同定植期和不同水分处理的栽培试验,以生理辐热积为预测指标,定量分析了基质水势对独本菊株高、茎粗、叶片数、花头直径和花颈长的动态的影响,建立了基质水势对独本菊株高、茎粗、叶片数、花头直径和花颈长影响的模拟模型,并用与建立模型相独立的数据对模型进行检验。结果表明,模型对日光温室独本菊各外观品质指标预测结果较好,株高、茎粗、单株叶片数、花头直径和花颈长的模拟值与实测值之间基于1︰1线的决定系数分别为0.98、0.93、0.98、0.93、0.86,相对预测误差（RSE）分别为8.79%、5.66%、8.45%、12.2%、12.9%。该研究建立的模型可以为日光温室秋菊品种“神马”的水分管理提供理论依据和决策支持。     

改进WHCNS模型模拟耕作方式对作物生长和水分利用效率的影响

耕作改变了土壤物理特性,进而影响了作物生长和水分利用,定量研究不同耕作方式下的农田土壤水分动态与作物生长过程是制定合理耕作制度的基础。该研究在土壤水热碳氮模拟模型（Soil Water Heat Carbon Nitrogen Simulator,WHCNS）的基础上耦合了EPIC模型的土壤耕作模块,构建了适用于不同耕作方式的土壤水热碳氮过程模拟模型。利用华北平原南部河南商丘试验站2015-2017年实测的不同耕作方式下（深耕、免耕和轮耕）的土体储水量、叶面积指数、地上部干物质质量和产量数据对改进后的WHCNS模型进行了校验和模拟效果评价,并模拟分析了不同耕作方式对冬小麦和夏玉米农田蒸散量、作物产量和水分利用效率的影响。结果表明,所有处理的土体储水量、叶面积指数和地上部干物质质量模拟值与实测值的相对均方根误差均小于30%,一致性指数均大于等于0.90,纳什系数均大于等于0.58,决定系数均大于等于0.90,作物产量模拟值与实测值的决定系数达到0.99。两季冬小麦,与深耕和免耕相比,轮耕的蒸散量分别降低了8.8%～10.8%和13.8%～21.0%,水分利用效率分别提高了6.7%～9.4%和15.7%～24.9%。两季夏玉米,与深耕和轮耕相比,免耕的蒸散量分别降低了12.5%～12.9%和20.7%～22.2%,水分利用效率分别提高了13.4%～15.2%和29.1%～31.3%。耕作方式对产量的影响并不明显。总体而言,改进后的WHCNS模型可以较好地模拟华北平原不同耕作方式下土壤水分与作物生长的动态过程。     

防虫网覆盖塑料大棚小白菜采收期与产量预测模型

为准确预测防虫网覆盖塑料大棚栽培小白菜的采收期和产量,本研究通过不同品种、播期试验,定量分析了出叶速率、单叶伸长速率与温度和辐射的关系,建立了基于辐热积的小白菜叶面积预测模型,并将该模型与通用的光合作用与干物质生产模型相结合,建立了防虫网覆盖塑料大棚栽培小白菜采收期与产量预测模型。并用与建立模型相独立的试验资料对模型进行检验,结果表明,对小白菜展开叶数、叶长、叶面积指数、采收期、产量的预测与实测值之间基于1︰1直线的决定系数(R2)分别达到0.93、0.95、0.97、0.91、0.97,相对预测误差(RE)分别为10.9%、8.7%、11.4%、3.4%、12.5%。本模型预测精度较高,模型参数容易获取,具有较强的实用性。     

不同盆栽基质水分特征曲线的对比分析与模拟

现有关于盆栽控水模拟土壤干旱条件的试验中多采用含水率作为水分胁迫阈值,然而由于基质配比不同导致含水率相同的基质的水分状况也不尽相同,这导致各研究间结果难以对比和参考。为快速获取盆栽基质水分特征曲线,建立基质水分特征曲线预测模型。该研究以盆栽控水试验常用的泥炭土、蛭石和珍珠岩为基质材料,测定了不同配比基质的水分特征曲线,通过不同方法（多元回归模型、人工神经网络）建立了其预测模型。结果表明,人工神经网络模型对基质水分特征曲线的预测精度高于多元回归;相较于人工神经网络,多元回归模型的稳定性更高。综合考虑模型的精度和稳定性,多元回归模型是预测作物盆栽基质水分特征曲线的最佳模型。该模型为基质水分特征曲线快速获取以及相关作物干旱胁迫研究间的对比提供了方法和依据。     

基于有效积温的中国水稻生长模型的构建

有效积温是指作物生长至某一生育阶段所需要积累的有效温度,是反映气象条件对作物生长影响的主要指标,研究有效积温对作物生长过程的影响对提高农业生产效率具有重要意义。该文以有效积温作为气象因子,收集中国气象数据网中的气象数据和已发表的学术论文中的水稻生长数据,建立了描述水稻生长过程的叶面积指数和干物质积累量的普适Logistic模型,并研究了水稻最大叶面积指数与最大干物质积累量、收获指数(作物经济产量与生物产量的比值)及降水量之间的关系。结果表明:有效积温为1000℃左右时,水稻叶面积指数最大,且此时干物质增长速率最大;水稻最大叶面积指数与最大干物质积累量之间表现为线性关系;最大叶面积指数和收获指数、降水量之间为二次抛物线关系,当降水量为670.5 mm时,最大叶面积指数为7.93,对应的水稻收获指数达到最大值0.50。该研究对于构建其他作物的生长模型具有一定的参考意义。     

温度与水分状况对作物叶片水分能态的影响

在实验室条件下试验研究不同温度与水分胁迫对小麦和玉米幼苗叶水势及渗透势的影响结果表明，在一定温度时随土壤水势的降低，叶水势呈下降趋势；相同土壤水势条件下随温度升高，叶水势呈下降趋势。温度和水分状况对叶片渗透势的影响与叶水势不同，随温度升高和水分胁迫的加剧，叶片渗透势则呈先降后升趋势。通过对作物叶水势和渗透势变化幅度的比较，说明小麦的渗透调节能力和抗旱性能均大于玉米。对植物叶片水分水偏摩尔自由能（ΔG）、焓（ΔS）、熵（ΔH）计算与分析，初步从能量的观点证实作物在27℃左右温度时生长最佳。     

ALMANAC作物模型参数的敏感性分析

为了方便模型数据库的组建,降低模拟结果的不确定性,本文根据山东禹城综合试验站2000-2003年的田间试验资料,进行AL-MANAC模型模拟冬小麦和夏玉米的验证。在此基础上采用OTA（即每次只改变其中1个参数）方法,对模型的土壤参数和作物参数进行敏感性分析。验证结果表明,ALMANAC模型能够较好地模拟冬小麦和夏玉米的产量和叶面积指数的动态变化,冬小麦和夏玉米模拟产量的相对误差（RE）为-8.6%~6.0%、-3.5%~7.2%,叶面积指数的RE为-13.1%~14.8%、-13.0%~12.2%;敏感性分析显示,土壤参数中的径流曲线数、土壤容重、田间持水量和土层厚度对模拟结果影响显著,其次为初始含水量和凋萎湿度,再次为粉粒含量、砂粒含量和土壤反射率;作物参数中的收获指数、光能利用率、热量单元指数、叶面积增长期占生长期的比例,对模拟结果影响显著,其次为作物生长最适温度、消光系数、作物生长下限温度、最大根深、最大叶面积指数、群体动态参数,再次为光能利用降低参数、叶面积指数动态曲线参数、叶面积指数衰减速率。     

日光温室黄瓜群体结构参数及群体内辐射分布分析

为研究作物群体结构与环境要素的关系，观测了日光温室内黄瓜不同生育时期的群体结构参数和群体内太阳总辐射的水平分布和垂直分布。发现叶面积指数、叶面积密度、叶倾角、叶方位角等结构要素在不同生育时期有明显的变化：随生育的进展，叶面积指数稳定增加，叶面积密度生育前期明显上升、后期有所下降，最大叶面积密度所在高度随黄瓜生长逐渐上移；叶倾角分布主要以水平叶为主；叶方位角以偏南居多，偏北叶所占比例较少；不同黄瓜品种间叶方位角和叶倾角也存在差异。这些变化与差异对黄瓜群体的辐射分布有重要影响，也直接影响群体叶的光合速率，此结果可为建立黄瓜群体辐射分布模型进一步优化日光温室结构，建立日光温室内作物生长模型、环境调节控制策略等提供理论依据，另外，对植株的调控技术(如整枝打杈技术等)也有一定的参考意义。     

土壤湿度驱动WOFOST模型及其适应性

WOFOST作物生长模型是以日降水量表征降水输入参数,通过推算土壤相对湿度实现作物生长模拟。由于日降水量随机性较大,很难通过控制日降水量实现不同土壤干旱等级情景设置,限制了WOFOST作物生长模型在不同水分胁迫下对作物生长的模拟,也影响了模拟试验的精度。本文提出以土壤相对湿度直接驱动WOFOST作物生长模型,并以Compaq Visual Fortran 6.5为开发平台,采用Fortran语言对WOFOST作物生长模型的源代码进行修改,将驱动模块中的日降水量文件替换为土壤相对湿度驱动文件。以2013年山东省夏津农业气象试验站玉米出苗-拔节期和抽雄-成熟期水分胁迫和整个生育期自然降水处理（对照）的试验数据为例,对修改后的WOFOST作物生长模型进行了模拟试验。结果显示,采用修订后的模型输出的实测鲜叶干重、鲜茎干重、营养器官干重、地上物质总重和叶面积指数等生物量指标均较原模型输出结果,不仅精度明显提高,而且,由于土壤湿度变化较平稳,较容易地实现了不同水分胁迫情景设置,进而实现不同土壤干旱等级条件下玉米生长的模拟,为分析不同程度干旱对玉米生长的影响及确定其生长发育指标提供了便利条件。     

基于功能结构模型的鲜切百合群体光截获模拟

针对鲜切百合株型设计和优化栽培手段不足的问题,通过田间试验和系统模拟对单株百合生长发育过程形态变化进行仿真模拟,构建百合功能结构模型,并利用叶倾角、叶序、出芽方向、出苗时间等关键生育参数在合理范围内的随机发生,实现对鲜切百合群体生长动态的三维重建。通过设置不同种植时间（4月10、20、30日和5月10、20、30日）、种植密度（66.7、33.3、22.2、16.7、13.3、11.1株·m-2）和不同株型（叶倾角分别为20°、30°、40°、50°、60°、70°和80°）的模拟情景,利用三维建模平台GroIMP中的辐射模型对百合群体累积光截获进行定量分析。结果表明,4月20日种植有助于百合群体获得最大累积光截获,叶倾角为20°的百合群体能够获得最大累积光截获。百合功能结构模型能够优化栽培管理、设计优势株型,为鲜切百合种质资源评价和株型基因改良提供理论依据和技术支撑。     

60Co-γ射线对睡莲生物学效应的影响

为探究辐射对睡莲的生物学效应,对2个睡莲品种弗吉尼亚(Nymphaea Virginia)和奥毛斯特(N.Almost black)的块茎进行不同剂量的⁶⁰Co-γ射线辐射处理。结果表明,2个睡莲品种的存活率均随辐射剂量的增加而下降,半致死剂量分别为24.342和27.671 Gy。5~10 Gy 剂量⁶⁰Co-γ辐射处理使睡莲叶面积和浮叶数显著增加,20~40 Gy剂量⁶⁰Co-γ辐射处理使叶面积和浮叶数显著减少。2个睡莲品种的开花时间均随辐射剂量的增加而延迟,但整个花期长度无显著变化。10~40 Gy剂量⁶⁰Co-γ辐射处理显著降低了睡莲花径,但对睡莲开花率无显著影响。辐射处理导致2个睡莲品种的叶片均出现红棕色斑块、锯齿、皱缩、小孔、卷曲、黄化等变异,且红棕色斑块的面积随着辐射剂量的增加而增大。辐射处理使黑红色花品种奥毛斯特出现普遍的褪色现象,而白色花品种弗吉尼亚的花色未发生变异。此外,经⁶⁰Co-γ射线辐射处理后2个睡莲品种均出现了花型变异的现象。本研究结果为利用辐射诱变技术选育睡莲新品种奠定了基础。     

基于水氮因子的宁夏引黄灌区紫花苜蓿生长模拟模型

针对苜蓿生长模型ALFAMOD在动态水分平衡模拟和氮素平衡模拟方面的不足,提出一种基于水氮因子的紫花苜蓿生长模拟模型(alfalfa growth simulation model based on water and nitrogen factors,ALFSIM-WN)。该模型以宁夏引黄灌区紫花苜蓿为研究对象,采用模块化设计方法,划分为作物动态模拟子模型、水分平衡模拟子模型和氮素平衡模拟子模型,对紫花苜蓿的产量进行模拟和估算。通过连续2 a(2016-2017)的田间试验,获取气象数据、土壤数据和田间管理数据,利用2016年数据确定了模型参数,并预测了2017年4茬次紫花苜蓿生长期、叶面积指数、土壤水分动态和产量,对模型模拟值和实际观测值进行了对比。结果表明:宁夏引黄灌区紫花苜蓿每年能收割3～4茬,与当地以饲草收割为目的的生长期相符,综合2017年4茬次数据发现模型模拟叶面积指数的平均相对误差在2.3%～17.6%,模拟土壤水分动态的平均相对误差在2.3%～17.6%,产量预测数据的平均相对误差在1.7%～16.2%。叶面积指数、土壤水分动态和产量的均方根误差分别在0.09～0.44、0.009～0.039 cm3/cm3和0.3～2.3 t/hm2。模型模拟精准度较高,说明该模型在宁夏引黄灌区适用性良好,可以作为一个有效的紫花苜蓿生长模拟预测工具在饲草种植中应用。     

日光温室芹菜外观形态及干物质积累分配模拟模型

为实现日光温室芹菜外观形态与干物质积累分配预测。该研究依据芹菜(Apium graveolens L.)生长发育的光温反应特性,以‘尤文图斯’为试验品种,利用2年2茬分期播种试验观测数据,依据温室芹菜外观形态生长与关键气象因子(温度和辐射)的关系,以单株辐热积(Photo-ThermalIndex,PTI)为自变量构建了外观形态模拟模型;并建立了基于PTI的干物质分配模拟模型;结合叶面积指数模拟模块、光合作用和呼吸作用模拟模块,构建了干物质积累模拟模型;结合各器官各个发育阶段内的相对含水量,可计算鲜物质积累模拟模型。基于各子模块共同组成了日光温室芹菜外观形态及干物质积累分配模拟模型,确定了模型品种参数,利用独立试验数据对模型进行验证。结果表明,1)在外观形态模拟模型中,对根长、主茎茎粗、主茎茎长、株高、整枝和自然管理方式下叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)形态指标均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为2.46 cm、1.49 mm、6.72 cm、11.08 cm、0.74 m~2/m~2和0.77 m~2/m~2,归一化均方根误差(Normalized Root Mean Square Error,NRMSE)分别在16.63%～20.63%之间。2)在干物质分配模拟模型中,各器官的干物质分配指数NRMSE在8.24%～27.19%之间,RMSE在0.60%～7.01%之间。3)在干物质积累模拟模型中,不同器官(根、茎、叶、总茎、总叶、主茎、叶柄、整枝和自然管理方式下地上部)的干物质质量RMSE在3.85～85.80 g/m~2之间,NRMSE分别为14.21%～23.13%之间,说明干物质积累模拟模型对不同器官的干物质模拟均有较高的模拟效果。表明模型能够较准确模拟芹菜外观形态与干物质积累分配,系统化定量地表现出日光温室芹菜的生长动态过程。     

不同年份地下水位大麦参数模型与产量动态模拟

本文研究了不同地下水位下大麦生长期叶面积指数、地上部各营养器官、储藏器官、总生物量干重的变化动态,植株各器官的干物质积累量和分配率,不同时期植株各器官的氮素含量和可溶性糖含量的变化动态;运用模型对大麦各器官干物质重及产量动态进行了模拟,并对模拟结果与实测结果进行了相关性分析,最后对大麦产量进行了模拟,结果得到各个不同年份不同地下水位处理大麦的产量与降水量之间存在着比较明显的负相关。     

Effect of Nitrogen Application Timing and Cutting Treatments on Phenology and Leaf Area of Three Brassica Cultivars

Brassica has potential as a grain and grazing option for mixed farming operations. The objectives of this experiment were to determine suitable nitrogen (N) application timing and Brassica cultivar for use as a dual-purpose crop. The field experiment was conducted at the Agricultural Research Farm of the Agricultural University, Peshawar, Pakistan, during winter 2009–2010 in a randomized complete block design with split-plot arrangement. The experiment consisted of three cultivars, three N application timings, and cutting treatments. Plant height and leaf area were greater at two and three split N applications. Likewise, leaf area was greater for N when applied in two split applications. Brassica cultivar Abasin-95 quickly emerged and attained more leaf area and leaf area index when compared to NIFA Raya and Dure-e-NIFA. Abasin-95 and Dure-e-NIFA took fewer days to mature when compared to NIFA Raya. NIFA Raya produced taller plants. Cutting significantly affected all parameters except days to maturity. Early flowering, taller plants, and greater leaf number, area, and leaf area index were noted for no-cut plots when compared to cut plots.     

冬季采暖保育猪舍送排风管道组合换气系统设计与评价

为实现保育猪舍内局部环境通风调控,该研究设计一种垂直送排风管道组合换气系统。采用CFD(Computational Fluid Dynamics)技术对垂直管道通风模式下舍内的空气流场进行模拟,并以相对湿度和CO_2浓度作为输入变量建立通风模糊控制系统。模拟结果显示保育猪所在水泥地板区域风速保持在0.1～0.2 m/s。参照模拟结果,以猪栏为通风单元对保育猪舍通风系统进行改造,舍内气流不均匀性系数在0.1以下,表明采用该换气系统的保育猪舍通风均匀性较好;猪舍温度在21～25℃,相对湿度小于70%,NH_3浓度小于5mg/m~3,CO_2浓度小于1200mg/m~3,舍内各项环境参数适宜保育猪健康生长。系统运行功耗为270～1 150 W。现场测试与分析结果表明,该垂直送排风管道组合换气系统,可以精确控制猪舍环境,兼顾冬季猪舍通风与保温问题。     

Simulating leaf area of corn plants at contrasting water status

An exponential decay function was fitted with literature data to describe the decrease in corn leaf expansion rate as predawn leaf water potential decreases. The fitted function was then applied to modify an existing leaf area simulation module in a soil–plant–atmosphere continuum corn simulation model (MaizSim) in order to simulate leaf area of corn plants at different water status. Data were collected from field for two years as well as from sunlit growth chambers located at USDA-ARS facilities in Beltsville, MD with different irrigation frequencies. Comparison among simulations and measurements indicated that the modified leaf area module improved leaf area simulation for corn plant under different drought stress. For plants under more severe drought stress, the improvement in leaf area simulation was more significant. These results suggested that the modified leaf area model presented an approach to mechanistically link corn leaf area with corn plant water status, and was suitable for integration with existing corn models that simulate corn leaf area.     

基于动态规划理论的棉花根长生长模拟方法

作物根系生长不仅取决于生理因素,还取决于生态环境因素,而土壤水分环境与作物根系生长之间的关系则是局部灌溉技术设计的理论依据之一。为了进一步探索影响棉花根系生长的主要因素,本文在根?冠水量平衡的基础上,结合作物系数与叶面积的关系模型、根长密度分布函数以及根系吸水效率函数,应用动态规划理论,建立了棉花根系生长模型,并以桶栽棉花试验结果进行验证。结果表明,该模型纳入了土壤水分环境、大气蒸腾力和叶面积等影响根系生长的因子,具有揭示根系生长耗水机理的作用。该模型模拟出的棉花总根长变化趋势与实测结果基本一致,当以多年月平均参考蒸散量(ET0)作为输入条件时,模拟结果总体误差为15.41%,可以用于工程设计。对模型敏感性分析结果表明,所建模型能够反映棉花根?叶生长的同步性,以及进入生殖生长期以后根—叶之间的水量平衡关系。棉花根系生长对土壤水分环境变化的敏感性高于对叶面积变化的敏感性,体现了棉花根系生长的机理,建模方法可行。本文研究成果对完善局部灌溉技术中灌溉制度的设计理论具有重要意义。     

基于EPIC模型的冬小麦生长模拟参数全局敏感性分析

模型参数的敏感性分析是模型本地化、区域化过程中不可或缺的重要环节。局部敏感性分析忽略了参数间的相互耦合作用对模型结果的间接影响,从而导致敏感参数选取具有一定的片面性。该研究以河北衡水冬小麦试验区为研究区,使用全局敏感性分析方法分析EPIC模型在冬小麦产量模拟中的敏感参数。研究表明：收获指数（HI）、生长季峰值点（DLAI）、潜在热量单位（PHU）、最大作物高度（HMX）是影响模型本地化最为关键的参数（总敏感指数＞0.1）;作物的播种日期、收获日期及种植密度是影响区域尺度的作物产量估计最为敏感参数（总敏感指数＞0.1）。研究同时表明全局敏感性分析方法可用于作物生长模型本地化、区域化研究,且优于传统局部敏感性分析方法。