黄瓜地上部分形态-光温响应模拟模型

为了建立基于生理的黄瓜生长可视化生长模型,该研究根据黄瓜地上部分对温度和有效光合辐射的响应,建立了以光温因子—辐热积（product of thermal effectiveness and PAR,TEP）为尺度的黄瓜地上部分模型,并用独立的试验数据进行了检验。模型对黄瓜叶片形态特性、叶柄长度和直径以及节间高度和直径的模拟值和实测值的符合度较好,对黄瓜主茎高度的模拟值与实测值之间有一定的差异,模型对黄瓜叶片形态特性的模拟值与实测值之间的决定系数分别为0.92、0.91、0.95,回归标准误差分别为8.5,6.9,2.8 mm;模型对叶柄长度和直径的决定系数分别为为0.89,0.93,回归标准误差分别为5.6,0.3 mm;模型对节间长度和节间直径以及主径高度的决定系数分别为0.87,0.91,0.75,回归标准误差分别为4.5、0.8、120 mm;模型对果长和果径的决定系数分别为0.85和0.92,回归标准误差分别为8.2和2.4 mm。该研究建立的辐热积模型能较准确地预测黄瓜地上部分的生长情况,可为黄瓜生长可视化系统的开发提供理论参考。     

新型化学打顶剂对陇棉3号生长发育的影响

以陇棉3号为材料,观察了新型化学打顶剂不同打顶时间和剂量对棉花农艺性状、新生节间长度、新生果枝长度及产量和品质的影响。结果表明,该新型化学打顶剂能够降低棉花株高,较人工打顶能够增加果枝数、降低上部果枝长,增加果节数,并能有效抑制新生节间和新生果枝长度,对单株铃数、铃重、衣分和绒长无明显影响。与人工打顶相比,同期喷施750 mL/hm2该化学打顶剂,籽棉产量无显著差异,可以起到替代人工打顶的作用。     

玉米地上主要器官形态建成的动态模拟

构建玉米茎秆、叶片和穗等器官的形态建成模型,可为玉米器官建成的定量预测和虚拟玉米生长系统的建立提供理论参考。以‘金山27’、‘先玉335’、‘伟科702’和‘郑单958’等玉米品种为试验材料,构建玉米器官形态建成的动态模拟模型。模型以生理发育时间(PDT)为时间步长,以生理发育日来衡量茎秆、叶片和穗的生长进程与生长次序,以品种遗传参数为基础确定其他模型参数,引入了最小含氮量、最大含氮量和临界含氮量订正氮素的影响。不同品种、不同试验点的检验结果表明,节间长度的模拟误差为0~2.5 cm,RMSE为0.2~0.8 cm;节间粗度的模拟误差为0.001~0.397 cm,RMSE为0.050~0.156 cm;叶片长度的模拟误差为0~2.6 cm,RMSE为0.5~1.1 cm;叶片宽度的模拟误差为0~1.5 cm,RMSE为0.1~0.5 cm;雌穗长度的模拟误差为0.1~1.4 cm,RMSE为0.4~0.7 cm;雌穗粗度的模拟误差为0~0.255 cm,RMSE为0.070~0.141 cm;雄穗长度的模拟误差为0.1~2.1 cm,RMSE为0.5~0.9 cm;雄穗粗度的模拟误差为0.001~0.158 cm,RMSE为0.050~0.066 cm。模型表现出较好的预测性和可靠性。     

大豆茎秆、叶片及豆荚生长的动态模拟

以疆莫豆1号、蒙豆30、北豆5号为试材,在系统观测的基础上,构建了大豆茎秆、叶片和豆荚等器官的形态建成模型。模型以生理发育时间为时间步长,以生理发育日来衡量茎秆、叶片和豆荚的生长进程与生长次序,以品种遗传参数为基础来确定其他的模型参数,引入了最小含氮量、最大含氮量和临界含氮量来订正氮素的影响。不同品种不同播期的检验结果表明,节间长度的模拟误差在0.08～0.59 cm,RMSE在0.25～0.28 cm;节间粗度的模拟误差在0～0.10 cm,RMSE在0.04～0.05 cm;叶片长度的模拟误差在0.28～0.58 cm,RMSE为0.47 cm;叶片宽度的模拟误差在0.31～0.39 cm,RMSE在0.35～0.36 cm;豆荚长度的模拟误差在0.14～0.39 cm,RMSE在0.24～0.39 cm;豆荚宽度的模拟误差在0.09～0.21 cm,RMSE在0.14～0.17 cm;豆荚厚度的模拟误差在0.04～0.09 cm,RMSE在0.06～0.07 cm。模型表现出较好的预测性和可靠性。该研究可为大豆器官形态的虚拟显示提供参考。     

整株干物质量分配指数模型模拟冬小麦各器官形态参数

作物生长机理模型可以定量描述作物生长发育及其与环境因子的动态关系,具有通用性、动态性和预测性的特点,但基于生长机理模型模拟结果的作物虚拟技术与方法尚缺乏研究。针对基于生理过程的小麦功能模型与三维结构模型之间不能很好衔接的问题,该文开展越冬期后不同小麦品种的主茎干物质量在不同器官之间的分配研究,以有效积温和干物质量为连接纽带,构建小麦叶片、叶鞘、茎秆、穗各器官的几何特征模拟模型,并用独立数据进行了验证。结果显示:穗干物质量分配指数模拟效果最好,RRMSE值和EF值分别为6.58%和0.98;叶片、叶鞘和茎秆的分配指数模拟效果较好,RRMSE值分别为13.86%、10.83%和14.87%,EF值分别为0.98、0.97和0.91。麦穗形态参数模型和叶鞘长度模型具有非常好的模拟性能;叶片长度和最大叶宽模型、茎秆长度和直径模型具有较好的模拟性能;叶鞘形态参数模型对于叶鞘展开宽度的模拟效果一般,需要在后续研究中对拟合方程和模型参数进一步修正。该系列模型以干物质量为参数输入,能够生成小麦主茎三维形态模拟所需的各器官逐日几何特征参数,参数反映了品种特性、生长环境及气象因素对作物生长的影响,是一种实现小麦功能模型与结构模型实际结合的有效方法。     

氮素对棉花果枝、果节及蕾铃发生与脱落影响的模拟

为了探明氮素对棉花形态指标与蕾铃脱落的影响,该研究通过设置施氮量试验,以累积温光效应为驱动变量,以花铃期棉株下部果枝对位叶平均氮浓度为氮营养指标,模拟氮营养水平对棉花主要形态指标与蕾铃脱落率的动态影响。结果表明,棉花下部果枝对位叶氮浓度随花后天数呈幂函数下降趋势,其平均氮浓度出现的花后天数占花铃期总天数的比值较稳定,可作为植株N营养状态指标;棉株的果枝数、果节数、成铃数随累积温光效应（cumulative thermal and solar radiative effectiveness,TSE）呈logistic曲线变化,棉蕾数和幼铃数随TSE呈二次曲线变化,且各拟合方程中的参数响应N处理而变化,与花铃期棉株下部果枝对位叶平均氮浓度呈二次函数关系。利用独立的试验资料检验,在不同施氮水平下,棉株果枝数、果节数、棉蕾数、幼铃数、成铃数和脱落率的RMSE分别平均为1.1个/株、2.7个/株、2.4个/株、1.6个/株、1.4个/株和3.5%,模拟值与观测值具有较好的吻合度;在不同种植密度条件下,模拟值与观测值也具有较好的吻合度。本研究可为棉田施肥管理提供参考。     

北方日光温室长季节番茄茎节生长模拟模型

以番茄器官生长发育的生理生态过程为基础,建立了北方日光温室长季节番茄茎节生长模拟模型,它是建立番茄叶片和果实生长模拟模型的基础。供试番茄品种为“卡鲁索”和“卡特琳娜”。确定了模型中的参数如节点最大出现速率等,并对模型进行了验证试验。结果表明：番茄茎节数模拟值与实测值的变化趋势一致,平均相对误差为0.7%～9%。用散点图法验证模拟值与实测值的相关系数达0.9964,截距为-8.8,每平方米模拟值比实测值平均偏低8.8个茎节。表明模型模拟结果较好。     

小麦根系长度的估算方法与参数分析

构建小麦根系伸长过程的动态模型,并对模型参数进行定量分析,可为植株形态建成模拟和可视化显示提供关键技术。根据根系生长发育的基本结构单元,利用根系与地上部叶片生长之间的同伸关系,以生长度日为时间尺度,建立了小麦初生根、节根与分枝根发生过程的模型;通过计算不同类型根系的生理年龄,建立了不同类型根系发育阶段预测模型;以线性方程为基础,建立了不同类型根的伸长过程模型,并实现了对总根长变化过程的动态模拟。利用独立的试验资料对所建模型进行了检验,结果显示模型对小麦总根长和主轴数量的模拟值与观测值的均方根差分别为370.68 cm和1.27个,相对误差分别为0.27和0.16;对模型参数的灵敏性分析表明,模拟结果对参数变化的响应比较适中,可以较好地反映小麦根系长度和拓扑结构的动态变化过程。     

不同品种菠菜叶柄和叶片的硝态氮含量及其与植株生长的关系

温室盆栽试验研究了我国北方不同菠菜品种叶柄和叶片的硝态氮含量及其与植株生长的关系。结果表明,30个菠菜品种地上部分的生长量和硝态氮含量存在显著差异。叶柄和叶片在反映品种间生长量和硝态氮含量变异方面的作用并不相同。叶片占植株地上部鲜重的比例高于叶柄,品种间叶片生长量的差异亦大于叶柄,叶片与植株生长量的正相关关系更为显著。但与生长量的情况不同,叶柄的硝态氮含量、累积总量均显著高于叶片,是菠菜累积硝态氮的主要器官。叶柄硝态氮含量的品种间差异远大于叶片,与植株地上部硝态氮含量的正相关性更为显著。菠菜不同品种之间,叶柄硝态氮含量与地上部鲜重、干重及水分均表现出显著的正相关关系,而叶片硝态氮含量与植株生物量及其各组分之间却无这种关系。     

海岛棉资源自然复合盐胁迫综合评价

为筛选适合盐碱地种植的海岛棉品种,本试验以203份海岛棉进行自然复合盐胁迫筛选及评价。结果表明,株高、始节高、果枝数、蕾铃脱落数、蕾铃脱落率及单铃籽棉产量耐盐系数呈现下降,衣分、铃数、始节数、有效铃数、有效果枝数、单铃皮棉产量、单株籽棉产量及单株皮棉产量耐盐系数略有上升。变异系数表现为单株皮棉、籽棉产量最高。相关分析表明,果枝数与铃数存在显著性正相关,蕾铃脱落率与铃数、始节高、始节数、果枝数、有效铃数、有效果枝数、蕾铃脱落数存在显著相关性,单株皮棉产量与衣分、铃数、果枝数、有效铃数、有效果枝数、蕾铃脱落数、蕾铃脱落率、单铃籽棉产量、单铃皮棉产量、单株籽棉产量存在显著相关性。相关性分析表明,皮棉产量鉴定值、主成分综合得分、隶属函数值、综合得分D值之间均呈显著正相关(P<0.01),说明可以通过这4个指标结合进行海岛棉综合评价及分类。海岛棉资源以耐盐、中耐盐为主,极端材料相对较少,通过对比发现果枝松散型较紧凑型耐盐性更强;此外,筛选到1份耐复合盐极强品种Pima 4,并通过逐步回归筛选到6个海岛棉耐盐指标。本研究为海岛棉花铃期耐复合盐品种的筛选提供了一定的理论依据、鉴定指标及方法。     

微根管法监测膜下滴灌棉花根系生长动态

为了精细监测膜下滴灌条件下棉花(Gossypium hirsutum L.)细根生长形态,于2014年在巴州灌溉试验站开展大田试验,采用微根管法原位监测棉花根系生长,并与传统网格法作对比。分析棉花根系生长动态,构建微根管法测定的形态参数与网格法所测定形态参数的回归模型。结果表明:花期到吐絮期,利用微根管监测10~20 cm处根系生长得到的棉花根长更新速率为1.844 mm/d,期间棉花老根不断死亡和分解。微根管法与网格法测得的根系深度为50 cm,根长密度随着深度增加先增大后减少,根长密度在20~30 cm处最大。两种方法监测得的根长密度具有较好的线性相关,由微根管法测得的剖面根长密度,可通过线性回归方程换算得到实际的体积根长密度。利用微根管法能可靠地监测棉花根系的生长动态变化,今后的研究可进一步加大微根管监测范围和频率,精细监测细根生长全过程,通过构建根系生长模型分析膜下滴灌条件下棉花根系生长时空动态。     

Impact of tillage and intra-row spacing on cotton yield and quality in wheat–cotton system

Farmers normally practice conventional tillage ((CT), disk plowing, cultivator, rotavator, and leveling) in cotton (Gossypium hirsutum L.) with 15 cm intra-row spacing to avoid risks of poor plant stand and obtain higher yield. However, CT is costly besides it has adverse effects on soil and crop when sown after wheat. Conservation tillage [zero tillage (ZT) or reduced tillage (RT)] with suitable spacing can reduce production cost, increase cotton yield and quality, and it has favorable effects on soil properties. Field experiments were conducted to evaluate cotton response to tillage (ZT, RT, and CT) and intra-row spacing (15.0, 22.5, 30.0, 37.5 cm). Results revealed that RT produced higher bolls plant^?1, boll weight, seed cotton yield, ginning out turn, fiber length and strength than ZT and CT. Mean boll weight, seed cotton yield, earliness, and fiber qualities were optimum at 22.5 cm spacing. Tillage × spacing interaction showed optimum boll weight, earliness, and fiber strength with 15.0–22.5 cm spacing under RT. CT with 22.5 cm spacing also performed better in terms of boll weight and fiber strength; however, 15.0 cm spacing resulted in earlier maturity. RT with 22.5 cm spacing is an alternative to CT for higher yield, earliness, and quality of cotton besides environmental safety.     

Performance and behaviour of Bt cotton hybrids under sub-optimal rainfall situation

Growth behaviour and yield performance of Bt cotton hybrids under sub-optimal rainfall situation is of practical significance, because more than 60% of the cotton area is under rainfed condition in India. A field trial conducted in a sandy clay loam soil during the seasons 2006–2007, 2007–2008, and 2008–2009 to study the growth behaviour and yield performance under scanty rainfall situation revealed that growth in both Bt and non-Bt cotton hybrids significantly differed under these parameters. The crop experienced moisture stress at the early stages of growth and again during boll development phase in 2006–2007 and 2008–2009. However, Bt hybrids (1691 kg ha^?1) produced higher seed cotton yield than non-Bt hybrids (1092 kg ha^?1), while the controlled variety (LRA 5166) performed the average of these two (1399 kg ha^?1). Similar trend was evident in respect of bolls per plant (at 90 DAP) and the final harvested bolls in both Bt and non-Bt cotton. Because of Bt gene, the early formed bolls were protected from the boll worms which led to less damage and higher yield with Bt hybrids. Amongst the hybrids, RCHB 708 Bt (1917 kg ha^?1) performed better over the others.     

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。     

作物相对耐盐性的研究──Ⅱ．不同栽培作物的耐盐性差异

本文通过盆栽生物试验,对小麦、大豆、棉花、玉米等栽培作物的苗期耐盐性进行了研究.结果表明:棉花较为耐盐,玉米、小麦次之,大豆耐盐性最差.不同作物各组织中钠的浓度和累积量随盐度增加而剧增.小麦、大豆、棉花根系吸收钠后,不同程度地向地上部分转移;玉米根系吸收钠后,多累积在根系中.不同作物各组织中钾的浓度随盐度增加变化不大.但累积量剧减;钙的浓度和累积量随盐度增加都有不同程度的减少.作物根系吸收钾、钙后,向地上部分运输,因而地上部分组织中钾、钙累积量多于根系中钾、钙累积量.作物体内K/Na比随盐度增加而降低.本文还对不同栽培作物耐盐性差异的机理进行了探讨.     

农田水盐运移与作物生长模型耦合及验证

合理定量描述土壤水盐动态及作物生长过程对于干旱灌区制定适宜的农业用水措施具有重要意义。该文以SWAP(soil water atmosphere plant)模型为基础,采用变活动节点法实现了对土壤融化期的水盐运移模拟,并在根系吸水计算中引入了基于S形函数的水盐胁迫计算方法,以修正原SWAP模型对根系吸水的模拟。进一步嵌入了参数与输入数据较少且可以模拟作物生长过程及实际产量的EPIC(environmental policy integrated calculator)作物生长模型,构建了改进的农田尺度土壤水盐动态与作物生长耦合模拟模型-SWAP-EPIC。分别采用宁夏惠农灌区春小麦和春玉米田间试验数据,对SWAP-EPIC模型田间适用性进行了检验。对比分析各层土壤水分与盐分浓度、作物生长指标(叶面积指数、地上部生物量)的模拟值与实测值,结果表明:春小麦和春玉米试验中土壤水分的平均相对误差MRE和均方根误差RMSE均接近于0且模型Nash效率系数NSE值趋近于1,水分模块模拟精度较高,盐分浓度模拟存在略微差异但总体上一致性较好,并且作物生长指标匹配良好;同时,模拟的产量和蒸散发均较为接近实际值,春小麦和春玉米产量模拟相对误差分别为4.9%和3.3%。综上,该文改进的SWAP-EPIC模型可良好地应用于寒旱区农田尺度土壤水盐运移与作物生长耦合模拟。     

陆地型长绒棉新种质主要经济性状基因效应分析

陆地型长绒棉亲本98301与高产亲本石远321杂交,P1、P2、F1、F2、B1和B26个世代的纤维长度(2.5%跨距)、纤维强度(束纤维拉力)、麦克隆值、单株籽棉产量、单株皮棉产量、衣分率、单株铃数、单铃重、籽指和青铃率10个性状平均数按MATHER和JINKS(1982)法进行联合尺度检测,随后根据6参数模型估算M、[D][、H][、I][、J]、[L]6种基因效应值,并删除显著性最小一值进行5参数估算,作符合性测验。结果表明,除纤维长度无自由度进行检验外,其余9个性状均符合“加性-显性-互作效应模式”,其中麦克隆值和籽指用较简单的“加性-显性模式”已能充分地描述其遗传性。3个纤维品质性状中,[D]和[H]均达极显著或显著水平。纤维长度的3种交互作用均极显著或显著,纤维强度的交互作用中只有[I]极显著,麦克隆值的[J]显著。在杂种优势理论值估算结果中,只有单铃重和籽指存在正向超高亲优势。据[L]与[H]值作用方向推断重复作用类型在交互作用方式中占主导。     

膜下滴灌水氮耦合对棉花干物质积累和氮素吸收及水氮利用效率的影响

在膜下滴灌条件下,设3个氮素水平和2个水分水平,研究了水氮耦合对棉花干物质积累、氮素吸收及产量、水氮利用效率的影响。结果表明,增加水分或氮素供应,花铃期根冠生物量和氮素吸收增加; 增加灌水量,吐絮期地上部干物质和氮素积累量增加,根干物质积累量在低氮或高氮下增加,中氮降低; 产量和氮素利用效率增加,水分利用效率下降。水分胁迫条件下,增加氮素的供应吐絮期地上部干物质、氮素积累量、产量差异不大,根干物质积累量以N276处理最高,氮素利用率下降,水分利用率增加。水分充分条件下,增加氮素的供应吐絮期根干物质下降,地上部干物质、氮素积累、产量和水氮利用效率以N276处理最高。水分不足或高氮限制了干物质在花铃期至吐絮期的积累、导致棉花提早衰退,引起产量下降。     

基于无人机影像的SEGT棉花估产模型构建

及时、准确的产量估算对农业经营管理和宏观决策具有重要意义。该研究利用无人机高分辨率遥感影像,提出了一种基于苗铃生长趋势的SEGT(Seedling Emergence and Growth Trend)模型用于棉花产量估算。首先借助无人机可见光影像数据,通过植被指数与大津法、形态学滤波相结合的方法,获取研究区内棉花出苗信息;然后利用无人机多光谱时间序列影像数据,分析各时期归一化差异植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)与实际产量的相关特征,对棉花生长状态进行等级划分,反演每株棉花的预测成铃数;最后结合棉花单铃质量构建SEGT模型进行产量估算,并根据实测产量数据进行精度验证。试验结果表明:ExG-ExR(Excess Green-Excess Red)植被指数对棉花苗识别和提取效果较好,精确率、召回率、F1值分别达到93%、92.33%和92.66%,VDVI(Visible-band Difference Vegetation Index)植被指数精度次之;将预测产量与实测产量进行对比验证,估产模型的决定系数达到0.92,表明利用SEGT模型进行棉花产量估算是一种切实可行的方法。研究结果可为无人机遥感在作物估产中的应用提供参考。