小麦生长模型对拔节期和孕穗期低温胁迫响应能力的比较

【目的】作物生长模型是预测和评估气候变化对作物生产力影响的重要量化工具,明确典型作物生长模型对小麦拔节期和孕穗期低温胁迫响应能力的不足,可以为进一步改进低温胁迫对小麦生产力影响的模拟算法提供指导。【方法】本研究将来自4套国际知名小麦生长模型（美国密歇根州立大学的CERES-Wheat、美国华盛顿州立大学的CropSyst、荷兰瓦赫宁根大学的WOFOST和法国国家农业科学研究院的STICS模型）的典型低温胁迫效应算法,与本课题组研发的小麦生长模拟模型WheatGrow相耦合,利用2012—2013年南京和2013—2015如皋不同品种（扬麦16和徐麦30）、不同温度水平（最低至-6℃）和持续时间（2、4、6 d）的人工气候室低温盆栽试验资料,检验和评价了原WheatGrow模型和耦合后低温胁迫效应算法的WheatGrow模型在拔节期和孕穗期低温胁迫下对小麦叶面积指数动态、茎生物量、地上部总生物量、籽粒产量等指标的预测能力。【结果】拔节—孕穗期低温胁迫明显降低了小麦叶面积指数、地上部生物量积累和籽粒产量,且随低温水平的降低和持续时间的增加降低幅度呈明显升高趋势。比较不同处理时期和品种发现,小麦生长发育及产量对孕穗期低温处理较拔节期低温处理更加敏感,扬麦16较徐麦30对低温胁迫更为敏感。耦合了4种低温胁迫效应算法的WheatGrow模型在模拟叶面积指数动态上较原WheatGrow模型有所改善,但模拟误差仍然较大,其中对孕穗期低温处理的模拟误差大于拔节期处理。4种低温胁迫算法均低估了低温胁迫对茎生物量以及成熟期地上部生物量积累的不利影响。综合比较4种低温胁迫算法的预测能力可以看出,对于叶面积指数和地上部生物量的动态模拟,CropSyst模型中的低温胁迫效应算法表现最好;对于茎生物量的动态模拟,WOFOST模型中的低温胁迫效应算法表现最好,特别是孕穗期低温处理;对于籽粒产量的模拟,STICS模型中的低温胁迫效应算法表现最好,其次是CropSyst模型。【结论】耦合低温胁迫效应算法后的WheatGrow模型,在模拟叶面积指数、茎生物量、地上部生物量和籽粒产量上均好于原WheatGrow模型,且在弱低温条件下的模拟效果好于强低温条件,但是4套算法由于没有考虑低温胁迫对茎秆的直接伤害、低温胁迫对干物质分配的影响以及低温胁迫后的恢复和补偿效应,因此在模拟茎生物量积累,以及模拟不同低温持续时间下的地上部生物量积累存在明显不足。此外,4套低温效应算法引入参数较多,为模型的参数化带来一定的困难,有待今后进一步改进和完善。研究结果对改进小麦生长模型对低温胁迫响应,降低气候变化背景下作物生产力的预测预警的不确定性具有重要意义。     

WOFOST模型在河南省夏玉米主产区的校准与验证

为检验WOFOST模型在河南夏玉米主产区的适用性,通过大田试验数据,对WOFOST进行参数校准,并利用独立数据,对夏玉米叶面积指数、生物量、产量的模拟结果进行验证.结果表明,校准后的WOFOST对叶面积指数、生物量和产量的模拟效果较好.在整个生育期内,叶面积指数模拟值与观测值的归一化均方根误差(NRMSE)为20.7％,茎、叶、籽粒各器官干物质量及地上部生物量模拟值与观测值的NRMSE分别为10.6％、18.3％、21.3％、17.7％,夏玉米收获产量模拟值与观测值的NRMSE为6.1％.校准后的WOFOST可较准确地模拟夏玉米生长动态及生物量积累动态,适用于河南夏玉米主产区夏玉米生长模拟和产量预测.     

水肥耦合驱动下的番茄植株形态模拟模型

【目的】建立土壤水肥影响下的番茄株高、单株展开叶数及单叶面积随辐热积的变化模型,为番茄施肥和灌溉提供依据。【方法】以灌水上限和施肥量为因素,采用二元二次正交旋转组合设计,建立基于辐热积的番茄株高及单叶面积的logistic模型和单株展开叶数的指数函数模型,并根据建立的单株展开叶数模型和单叶面积模型,模拟番茄叶面积指数。【结果】所建模型对不同水肥处理下的番茄株高、单株展开叶数、单叶面积和叶面积指数的预测效果较好,其预测值与实测值之间基于1∶1直线的决定系数R2分别为0.962 7,0.947 1,0.854 8和0.926 3,相对误差(RE)分别为9.41%,7.50%,17.80%和18.20%。【结论】所建模型对番茄株高、单株展开叶数、单叶面积、叶面积指数4个指标的预测精度均达80%以上,能较好地预测灌水上限和施肥量对番茄形态的动态影响。     

转光膜对番茄幼苗生长的影响

试验在塑料大棚条件下,以普通塑料薄膜覆盖为对照(CK),研究了白色转光膜(T1)和粉红色转光膜(T2)覆盖对番茄幼苗生长的影响。结果表明:与对照相比,白色转光膜处理显著提高了番茄幼苗的株高、茎粗、地上部和地下部的生物量及壮苗指数,促进了番茄幼苗的生长;粉红色转光膜对番茄幼苗的生长没有显著影响。     

基于过程的小麦株型指标动态模拟

【目的】揭示小麦株型指标变化规律及播种密度对株型指标的影响。【方法】基于不同播种密度和不同株型品种的小麦田间试验,通过连续观测主要生育时期小麦主茎叶型和茎型指标,分析并模拟分层叶面积、叶向值、株高构成指数等株型指标的动态变化规律及播种密度对其的影响。【结果】不同株型品种分层叶面积指数（LAI）均表现为中部>上部>下部的分布特征,并随生育期的推进逐渐向中上部集中,且冠层中上部总是高密度群体LAI较大。所有品种高低密度间株高构成指数（穗下节与倒二节间长度之和与株高的比值,IL）均表现出显著差异,不同株型品种株高构成指数（n节间长与n节间加n-1节间长度之和的比值,In）表现为从下至上先减小后增大的趋势,且上部节间受密度影响较大。较为紧凑的矮抗58叶向值在不同密度下表现平稳,随生育进程略微表现为增大-减小-趋缓的趋势;较为披散的扬麦12号中高密度下随生育进程均表现为平缓-减小-平缓的趋势;扬麦16号则表现为平缓-减小-略微增大的趋势。在分析株型指标变化趋势和课题组已有形态模型的基础上,通过冠层切割和叶面积积分的方法模拟了叶面积指数的分层动态变化,利用组合的形态参数模拟了株高构成指数和叶向值的动态变化,并通过对形态指标的归类分析,构建了综合性株型构成指数,综合体现了叶型和茎型的动态变化。利用独立试验资料对分层叶面积指数、株高构成指数和叶向值的动态变化模型进行了检验,其平均RRMSE分别为17.44%、7.64%和10.66%。【结论】经检验,该模型对上述小麦株型指标具有较好的预测性。     

2种水稻生长模型比较

[目的]比较ORYZA2000和WOFOST 2种模型对江西省水稻生长的模拟效果。[方法]利用江西省当地田间试验观测数据,收集水稻的关键参数,同时结合同期逐日气象数据等资料分别对ORYZA2000和WOFOST 2种模型进行比较。采用适应性评价对水稻多个生理指标进行评价与验证。[结果]以统一化均方根误差(NRMSE)来衡量作物模型的模拟结果,ORYZA2000模型模拟结果显示水稻各生物量的NRMSE值小于25%,而WOFOST模型对叶面积指数及穗生物量模拟偏差较大,分别为46%和55%。[结论]ORYZA200在穗生物量和叶面积指数的模拟中比WOFOST模型模拟效果较好。     

基于有效积温的谷子生长模型构建

在谷子(Setaria italica Beauv.)生长的各个时期拔取3株与挂牌植株长势一致的谷子进行各器官形态和生物量参数测量,基于有效积温,结合Logistic模型,构建谷子株高、地上部干物质量、叶面积随有效积温变化的生长模型。结果显示,当有效积温在700～900℃时,谷子处于拔节至孕穗期,株高的增长速率最快;当有效积温在1 100～1 200℃时,谷子处于拔节至灌浆期,地上部干物质量的增长速率最快;当有效积温在600～800℃时,谷子处于拔节至抽穗期,叶面积增长的速率最快,当有效积温在1 000～1 100℃时,谷子的叶面积达到最大;3个模型的R2分别为0.989 1、0.963 6、0.964 9,经检验表明模型精度较高,显著性较好。基于有效积温的谷子生长模型构建可较好地预测谷子的株高、地上部干物质量、叶面积的生长变化。     

DSSAT模型对长期保护性耕作与土壤改良措施下玉米生长过程的模拟及验证

在豫西褐土区,应用DSSAT模型研究长期不同保护性耕作与土壤改良措施下夏玉米的生长过程,验证和评估DSSAT模型在豫西褐土区的适用性,为此模型在该区夏玉米上的应用提供依据。采用DSSAT 4.6内嵌的Glue软件,利用河南省农业科学院节水农业禹州试验基地2013年不同措施(常规耕作、深松、秸秆还田、有机肥)处理夏玉米田间试验观测的土壤体积含水率以及夏玉米的叶面积指数、生物量、产量等观测结果,对玉米的遗传特性参数进行率定,并利用2015年不同处理条件下土壤体积含水率以及夏玉米的叶面积指数、生物量、产量等进行验证。结果表明,在模型率定过程中,2013年夏玉米的叶面积、生物量及产量模拟的归一化的相对均方根误差(RRMSE)和绝对相对误差(ARE)均小于16%。在验证过程中,2015年产量实测值与模拟值之间的RRMSE和ARE分别在1.3%~12.6%和0.8%~12.4%;生物量实测值与模拟值的RRMSE和ARE分别为3.0%~7.3%和2.6%~5.3%;叶面积指数实测值与模拟值之间的RRMSE和ARE分别为2.5%~3.3%和3.6%~7.6%。此外,模拟产量与实测产量具有较佳的相关性,模拟值和实测值较一致。综上,DSSAT模型中的CERES-Maize模型能较好地模拟豫西褐土区夏玉米的生长过程、生物量以及产量。     

利用多元统计方法筛选确定番茄幼苗质量评价指标

幼苗质量对于蔬菜作物的植株生长发育以及产品的产量和品质有重要影响,培育壮苗是获得优质高产的关键,而培育壮苗必须建立准确、快速、简便的幼苗质量评价体系。本试验以番茄品种‘合作906’(有限生长型)和‘合作908’(无限生长型)为试材,以不同育苗条件下不同生长状态的番茄幼苗为材料,对反映幼苗质量的18个数量性状指标进行相关分析、聚类分析、通径分析等,筛选出能准确反映番茄幼苗生长状态,并且测定简便的番茄幼苗质量评价指标。结果表明,株高、茎粗、叶面积、全株鲜质量、全株干质量、叶干质量、茎干质量、地下部干质量、地上部干质量/株高、叶面积/株高、(茎粗/株高)×全株干质量、(茎粗/株高+地下部干质量/地上部干质量)×全株干质量、(茎粗/株高)×全株干质量×叶片数以及(茎粗/株高)×全株鲜质量等指标在不同生长条件下变异较大,而且指标间相关性极显著,可被聚为一类。其中,(茎粗/株高)×全株干质量的模拟模型包含了多个单项幼苗数量性状指标信息,而且与他们多元线性回归模型的决定系数达0.996 4。因此,可将(茎粗/株高)×全株干质量作为番茄幼苗质量评价的可靠指标。     

株行距对架式促成栽培番茄生长和产量的影响

分别以番茄品种‘欧迪斯’和‘圣罗兰’为试材,利用架式栽培系统,研究了三穗果打顶条件下,不同株行距配置对番茄生长和产量的影响。结果表明:随株距增加,番茄株高、叶面积指数逐渐降低,茎粗、生物量、叶片色素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、单果质量、单株产量和单位面积产量以及Vc、有机酸和可溶性蛋白含量呈先升高后降低趋势,均于15 cm或20 cm达到最大值,综合产量和品质,以株距15 cm效果最好,其产量可达111.7 t·hm-2;随行距加大,番茄株高、叶面积指数逐渐降低,单果质量和单株产量逐渐增大,茎粗、生物量、净光合速率、蒸腾速率、单位面积产量以及Vc、可溶性固形物、可溶性糖和可溶性蛋白含量先升高后降低,综合产量和品质,以行距110 cm效果最好,其产量可达98.1 t·hm-2。综合产量和品质等指标,行距110 cm、株距15 cm为本试验条件下的适宜栽植密度。     

放线菌剂对连作番茄苗期生长和PPO活性的影响

【目的】研究番茄不同连作年限的土壤在增施放线菌剂后,对苗期植株生长和多酚氧化酶（PPO）活性的影响,为探索放线菌剂在改良土壤连作中的作用提供参考。【方法】以“金鹏一号”番茄为试材,棚外未种植过番茄的土壤和棚内连作4、8年番茄的土壤为介质,分别设施放线菌剂和不施放线菌剂处理（浇灌放线菌剂和清水,灌根量均为0.8 g/株）,槽式栽培,测定番茄植株生长指标、光合性能、PPO活性及PPO与光合指标的相关性。【结果】施菌处理均可促进番茄苗期叶长、叶宽、茎粗和株高的生长,且对连作4年土壤的促生作用最为明显;番茄叶片和根系的PPO活性随连作年限延长逐渐升高;在连作4年土壤中施用放线菌剂后,番茄苗期叶片叶绿素含量的菌剂效应最高,达10.78%,胞间CO₂浓度在非连作土壤中提高3.48%;在连作土壤中,苗期番茄根系PPO活性与叶片PPO活性和叶绿素含量（P<0.05）呈正相关,与叶片胞间CO₂浓度、蒸腾速率（P<0.01）和净光合速率呈负相关。【结论】放线菌剂对连作具有一定的改良作用：可以促进连作番茄苗期植株根系和地上部库源的生长,提高番茄PPO活性和叶片净光合速率,且以连作4年处理的促生效果最为显著,而对CO₂的固定和利用过程没有作用。     

木本能源植物黄连木苗期生物量分配规律与构成因素分析

黄连木是我国重要的木本能源植物,通过对黄连木苗期各器官生物量以及各生长性状的调查,探讨黄连木苗期生物量的分配规律和主要影响因素。结果表明,黄连木各器官生物量由小到大依次为根>枝>叶,地上和地下部分生物量差异不大,地上部分生物量略大于地下部分的生物量。各器官生物量与所调查的8个性状都存在着正向相关。通径分析、逐步回归综合分析表明,黄连木苗期生物量的主要构成因素是地径、苗高、冠幅、叶面积等因素。根幅、主根长等其他因子也表现明显正向效应,是黄连木苗期生物量的构成因素。因此,培育黄连木壮苗,只有通过综合各个性状,促进地上和地下部分协调生长来实现。本研究建立了黄连木各器官生物量与生长性状之间的数学模型,可用于南方立地条件下的黄连木苗期生物量的估测。     

水分胁迫下白杨双交杂种无性系苗木生长研究

以白杨双交杂种无性系为材料，在水分胁迫条件下，对无性系幼苗的生长进行了研究，结果表明：水分胁迫对叶片、苗高和生物量生长均产生显著影响。轻度水分胁迫既可使苗木叶面积生长受到抑制，随着水分胁迫的加剧，叶片速生期有提前的趋势，速生期持续时间有延长趋势，但受胁迫的苗木绝对生长速率较低，没有明显的生长高峰期出现，造成单叶面积随水分胁迫的发展而显著减小，水分胁迫对叶面积的影响大于对苗高生长的影响，在洪水量为60％时，苗高生长才受到明显抑制，茎和叶生物量受抑制最明显，根生物量受影响相对较小，因此随着水分胁迫的发展，茎／根比值表明为明显的下降趋势。不同无性系在各生长旨标上和各指标随水分胁迫下降幅度上均存在着显著差异。大部分指标间表现为正相关关系，表明生长指标对水分胁迫的适应表现出一致的趋势。     

不同种源蒙古栎在3种生长条件下的综合评价

试验选用蒙古栎的5个种源,分3种处理,通过形态指标和生理指标的采集,对不同种源的生长和生理特征进行研究。结果表明:5个种源间生物量、地径、叶片数、单叶面积、气孔密度、气孔大小等形态性状差异显著或极显著,Pn、Yield和qN等生理特征差异也达显著水平。各种源中J种源生物量最大,达16.37 g;B种源最小,为11.46 g。处理2最有利于幼苗生长和干物质积累,其生物量比最小值处理3的大22%;但处理3苗高最大,说明光照对蒙古栎生物量的增加影响较大,但弱光可能诱导了幼苗叶片数和苗高的增加。处理间差异表明,蒙古栎生长除了受遗传物质控制之外,与环境条件存在明显的互作。5个种源的综合评价结果为:J>P>S>B>H,总的来说蒙古栎遗传资源丰富,J种源具备较大的推广利用价值。     

冬春季节日光温室内栽培番茄植株群体总辐射分布规律

对冬春日光温室内的光照时间、番茄植株群体冠层上方及不同密度番茄植株群体内部太阳辐射分布进行了较为系统的研究。结果表明,冬季日光温室内番茄植株见光时数较少。番茄植株群体冠层上方太阳总辐射值季节间差异明显。番茄群体内部太阳辐射值同时受季节、密度、株高影响。春季太阳辐射值明显高于冬季;同一季节植株上部太阳辐射值明显高于下部;密度越大内部光照环境越差。日照时数、冠层上方总辐射、植株群体结构(株高和密度等)等是影响番茄植株群体光环境的主要因素。     

节水型有机基质栽培对樱桃番茄生长的影响

[目的]探讨北方寒冷地区早春温室滴灌条件下樱桃番茄生产中有机基质栽培的应用效果。[方法]设置不同的栽培基质,栽培樱桃番茄,对比研究不同基质及普通园田土栽培对樱桃番茄植株茎粗、株高、地上部分和地下根系生物量以及产量的影响。[结果]基质栽培对滴灌措施下的樱桃番茄植株的生长和地上地下生物量的积累均产生有利的促进作用,并促进了樱桃番茄产量的提高,从而说明基质栽培对滴灌措施下的樱桃番茄生产具有明显的促进作用。其中以草炭土∶炉渣=6∶4的基质栽培效果最佳。[结论]综合生产中的除草、防病、节水、节肥等因素,在樱桃番茄生产中采用基质栽培具有一定的优势。     

光伏电板下沙打旺叶片性状及其养分差异研究

为揭示光伏电板布设对植物生长的影响，选取2016年人工种植的位于光伏电板板前沿、板后沿、板下三种典型部位的沙打旺(Astragalus adsurgens)为研究对象，对其株高、叶片性状及茎叶养分进行了测定。结果表明：①沙打旺株高均呈板下>板前沿>板后沿>对照，最大值板下分别比对照增加了3070%、8750%、9997%；②板下的比叶面积由18845 cm2·g-1增加至22024 cm2·g-1，而对照的比叶面积由13886 cm2·g-1减少至10214 cm2·g-1，光伏电板的布设使得沙打旺叶片表现出逐渐变长变薄变大的适应趋势；③光伏电板周边位置沙打旺的N含量与粗蛋白含量均大于对照，而P含量则在板下有明显增加，由008%增加至019%，说明光伏电板可以促进N、粗蛋白及P含量积累；④各位置地上生物量鲜重显著高于对照。因此，光伏电板的布设可以显著促进沙打旺更好地生长发育。     

不同补充灌溉量对番茄幼苗生长的影响

采用营养钵称质量的方法,研究补充80%、100%、120%蒸发量的不同灌溉量对番茄幼苗形态、干物质积累、水分生理等的影响。结果表明,按植株蒸腾蒸发量的100%补充灌溉,番茄幼苗的株高、茎粗、叶片数达最大值,且植株干物质积累增大,壮苗指数显著提高。因此认为番茄苗期最佳补充灌溉量为植株蒸腾蒸发量的100%。     

Pb胁迫对百喜草生长和Pb积累的影响

以水土保持先锋植物百喜草为试验材料,设置不同Pb浓度的室内模拟胁迫试验,定量测定不同浓度Pb处理下百喜草生长及体内重金属含量,分析百喜草对Pb胁迫的耐性及其富集效果。结果表明:百喜草在土壤Pb浓度2500 mg·kg-1条件下仍可生长;Pb胁迫对百喜草各生长指标均有一定抑制作用,地上部分表现为分蘖能力叶最大伸展苗高,根系表现为根体积根平均直径总根长根表面积;轻度Pb胁迫条件下百喜草根系生物量分配较多,随Pb浓度的增大,生物量分配倾向于地上部分;百喜草对Pb具有一定富集能力,根系和地上部分最高分别为3384.56 mg·kg-1和200.70 mg·kg-1,根系对Pb的富集能力远大于地上部分,表现出较弱的转移能力。