冬小麦产量形成过程模型及群体优化设计方法

为满足冬小麦生产管理这一要求,需研究冬小麦群体设计及产量形成过程模型构建的技术方法.本文根据冬小麦阶段生长发育特点,以均匀设计与栽培优化相结合的动态试验方法为基础,深入研究不同发育阶段干物质积累量对冬小麦产量及其性状的影响,利用逐步回归和经验判别相结合的方法,论述了基于干物质积累动态的冬小麦产量形成模型的构建过程;根据非线性优化理论,提出了以产量为目标的群体优化设计方法.按上述方法,用冬小麦品种"石家庄8号"在吴桥2年(2007-10-2009-06)的田间试验资料进行分析,结果表明:产量形成过程各模型(包括冬前茎数、拔节茎数、单位穗数、穗粒数和产量)的复相关系数介于0.92～0.97之间,进行群体优化设计后得出最优产量目标为9165.00 kg/h㎡的群体动态指标,所提出的群体设计方法可以满足生产决策中对群体设计的要求,试验方法可用于多因素、多水平作物生产模型的试验研究.     

滴灌冬小麦地上部干物质积累与分配模型

为构建新疆维吾尔自治区南疆滴灌冬小麦地上部干物质积累规律及其分配模型,通过分析氮素调控的小区试验数据,采用统计模型技术建立基于相对生长度日(RDDT)的冬小麦群体和个体地上部相对干物质积累(RDMA)动态和基于分配指数的各器官物质分配动态的模拟模型,运用水分调控试验数据对模型进行检验。结果表明:滴灌冬小麦返青后干物质积累(DMA)呈典型的"S"型曲线变化趋势,增加水和氮供应量明显促进群体和个体干物质积累量,且灌水效应大于施氮效应,说明在塔里木盆地西北边缘的极端干旱地区保证水分供应的基础上适当增施氮肥是促进小麦生长的关键。各处理DMA的变异系数群体为3.45%～5.19%,个体为2.03%～3.91%,表明群体效应大于个体效应。筛选并构建基于归一化的返青后以RDDT为变量的滴灌冬小麦群、个体RDMA预测模型(MMF):GRDMA_i=(0.001 2+1.003 2RDDT~(4.193 6))/(0.012 9+RDDT~(4.193 6))和SRDMA_i=(0.001 2+1.011 3RDDT~(4.691 1))/(0.018 9+RDDT~(4.691 1)),模拟准确度在0.988 4～1.027 4;以及地上部各器官干物质的分配指数模型,模拟准确度为0.977 5～1.035 4,表明基于RDDT和分配指数的冬小麦群、个体干物质积累和分配模型具有较好的预测性和实用性。     

冬小麦群体参数优化设计方法

为探讨冬小麦生产中合理群体结构的构建方法,在2009/2011和2012/2013年冬小麦生长季,利用3个田间试验建立不同冬小麦群体,分析冬小麦群体动态变化特征对产量的影响,并提出冬小麦群体参数优化设计的方法。研究结果表明:产量的形成与干物质最大积累速率、干物质快速增长的延续点及叶面积指数(LAI)动态变化特征参数相关,所建立的关系模型达到极显著水平(P0.01),对模型进一步用独立样本进行配对t检验,模拟值与实际值差异不显著(P0.05);冬小麦参数设计中,不同时期的干物质积累、LAI变化和群体生长特征参数的范围以及产量与群体的关系构成约束条件;该方法能定量描述冬小麦群体最优的生长动态过程,且灵活方便。本方法能为作物生产管理中合理群体结构的构建提供理论分析手段。     

冬小麦生长适宜动态指标的知识模型

 在分析和提炼小麦栽培理论与技术最新研究资料的基础上 ,通过定量描述冬小麦生长发育动态与品种类型、生态环境和生产技术水平之间的动态关系 ,以基于生理发育时间的动态生长度日为主线 ,建立了系统化和广适性的冬小麦生长适宜动态指标的知识模型 ,可为不同环境条件和冬小麦品种栽培过程中的苗情诊断提供定量化的动态生长指标 ,包括主茎叶龄、叶面积指数、群体茎蘖数和干物质积累量等。利用不同地点的常年每日气象资料以及不同品种类型、不同产量目标和不同播期资料对所建知识模型进行了实例分析 ,表明知识模型对冬小麦生长适宜动态指标具有     

地下滴灌灌水下限与灌水器流量对冬小麦生长发育的影响

为探明地下滴灌条件下灌水下限与灌水器流量对冬小麦生长的影响,采用3种灌水器流量(0.1、0.9和1.5 L/h)与2种灌水下限(试验地土壤田间持水量的80%和60%)的全因素试验,分析不同试验处理对土壤水分分布及冬小麦生长的影响。结果表明:试验处理下较高流量的地下滴灌灌溉水分下渗量较大,使得40～80 cm土层土壤含水率提高,较小流量的地下滴灌水分主要保存在上层土壤;灌水下限为80%田间持水量较60%田间持水量能够促进冬小麦株高、叶面积指数、干物质积累量和产量的增加,同时能够减缓灌浆期旗叶叶绿素含量的降低;不同灌水器流量处理以0.9 L/h处理冬小麦叶面积指数最高,提高灌水器流量能够减缓灌水下限为60%田间持水量处理下灌浆期旗叶叶绿素含量的降低。综合作物生长、产量及水分利用效率,本试验条件下最优灌溉制度为,灌水下限80%田间持水量,灌水器流量0.9 L/h。     

不同水氮处理对冬小麦生长及产量的影响

[目的]研究不同的水氮处理对冬小麦生长和产量构成的影响。[方法]以"周麦18"为材料,采用裂区试验设计,主因素为3种水分处理,副因素设置为3种氮肥水平,开展大田试验。[结果]拔节期作为冬小麦对水肥效应的关键期,适量追施氮肥可以提高冬小麦的株高、单株分蘖数和叶面积指数,并可显著提高冬小麦地上部干物质量,从而改善冬小麦的群体结构。冬小麦在水氮互作下,其株高和地上部干物质量均随着生育进程的推进逐渐增加;叶面积指数呈现先增加后减少的抛物线状变化。以灌溉3水(返青水、拔节水和开花水)同时施用氮肥270 kg/hm~2(拔节期追肥)的处理产量最高。[结论]该研究可为豫北地区冬小麦生产提供科学的理论指导。     

基于高光谱的冬小麦叶面积指数估算方法

【目的】冬小麦叶面积指数是评价其长势和预测产量的重要农学参数,高光谱技术监测叶面积指数的方法能够实现快速无损的监测管理。本文旨在将田间监测和高光谱遥感相结合,探索研究中国南方江汉平原地区冬小麦的最佳波段、光谱参数及监测模型。【方法】研究选取江汉平原的湖北省潜江市后湖管理区,利用ASD地物光谱仪和SunScan冠层分析系统在田间对冬小麦的冠层光谱及叶面积指数的变化进行监测,并探讨高光谱植被指数与冬小麦叶面积指数之间的定量关系。通过相关性分析、回归分析等方法构建6种植被指数与冬小麦叶面积指数的反演模型。【结果】冬小麦冠层光谱反射率中近红外波段870 nm,红光波谷670 nm,绿光波峰550 nm,蓝光450 nm波段对叶面积指数变化最为敏感,通过构建植被指数与叶面积指数模型,相关性均较好,决定系数（R2）为0.675-0.757,其中NDVI反演模型的R2最高为0.757。【结论】经模型精度检验,NDVI植被指数反演模型的精度较其它模型好,较适合对研究样区的冬小麦进行叶面积指数反演。     

不同控释肥对冬小麦产量及氮素利用的影响

为了探求适宜鲁西北地区的冬小麦缓控释肥品种,通过两年的定位试验,研究了5种控释肥对冬小麦群体结构、产量和氮肥利用率等方面的影响,并进行了综合评价。结果表明,与当地优化施肥(OPT)相比,三种控释肥处理(CRFA、CRFB、CRFD)能有效调控冬小麦群体,在产量、收获指数和氮素转运比例方面无显著差异,能达到预期目标。与OPT相比,CRFA、CRFB处理的氮肥利用率分别提高5.09个百分点和4.33个百分点。综合分析得出,与当地优化施肥相比,CRFA和CRFB的养分释放特性更符合当地冬小麦生长规律,其次是CRFD处理施用的控释肥。     

基于Jensen模型与SSA-BP模型的宽垄沟灌冬小麦水氮生产函数研究

为了明确宽垄沟灌下不同水氮处理冬小麦的产量、耗水特性和水氮生产函数，本研究设计灌水下限为田间持水率的60%(W1)、70%(W2)和80%(W3)3种灌溉处理，120 kg/hm²(N1)、220 kg/hm²(N2)和320 kg/hm²(N3)3种施氮处理，共9组试验处理，运用耗水量-施氮量-产量构建水氮生产函数的Jensen模型与SSA-BP模型。结果表明，宽垄沟灌下冬小麦产量在N2W2处理最大，为8 121.75 kg/hm²;耗水量在N3W3处理最大，为444.61 mm;水分利用效率在N2W2处理最大，为2.07 kg/m³;氮肥偏生产力在N1W2处理最大，为64.03 kg/kg; Jensen模型下的水分敏感指数累积曲线表明，在整个生育阶段拔节-抽穗期的水分敏感指数最大；针对BP神经网络收敛速度慢等问题，引入麻雀搜索算法进行优化，构建SSA-BP模型下的水氮生产函数，通过多次训练对比发现，SSA-BP模型比原始BP模型迭代次数更少，误差更小；对水氮生产函数进行产...     

基于动态试验设计思想的冬小麦产量形成过程研究

[目的]研究冬小麦产量形成模型的构建。[方法]以冬小麦品种石家庄8号为例,以动态设计思想为指导,采用均匀设计方法,研究了冬小麦生育期间产量性状的形成过程;应用多重比较方法,分别分析了不同生长阶段的植株干物重和群体指标的差异;利用多元回归分析方法,构建冬小麦产量形成模型。[结果]干物质积累与群体指标的关系复杂;产量形成模型均达到极显著水平,其复相关系数介于0.91～0.97。[结论]为小麦高产高效栽培提供理论参考。     

基于CBERS遥感的冬小麦长势分级监测

应用遥感信息技术,可实时对冬小麦长势进行分级监测预报,便于农业部门及时制定和实施相应的管理措施,达到目标化生产的目的。以江苏省姜堰市为例,进行了基于中巴资源卫星(CBERS-02)遥感的冬小麦拔节期长势分级监测研究。经过计算机分类和人机交互式判读解译,结合GPS样点信息校验,冬小麦面积解译精度在90%以上。利用遥感植被指数反演叶面积指数(LAI)等长势信息,对整个区域的冬小麦长势状况进行分级监测。叠加样点的实测数据校验,监测精度达到85%以上,最终制作区域的冬小麦长势分级专题图,并对各长势状况进行了分析。结果说明,中巴资源卫星影像数据可以满足区域冬小麦长势监测要求,并可在实际生产中进行推广应用。     

滴灌条件下种植密度对新冬20生长及产量性状的影响

[目的]明确不同种植密度对南疆滴灌冬小麦生长特性与产量构成的影响。[方法]以新冬20为供试材料,设置3种种植密度,对其群体、个体生长性状及产量构成进行调查。[结果]随生育进程的发展,总茎数与叶面积指数呈现先增加后减少的趋势,而干物质积累量则持续增加;最大总茎数在拔节期出现,单株叶面积和群体LAI最大值在抽穗-扬花期。随密度增加,最高总茎数、株高、单株最大叶面积、群体最大LAI、单株和群体最大干物质积累量均呈增加趋势,其中350万株/hm2密度处理下的总茎数和单株干物质积累量变化较大,而650万株/hm2密度处理的单株叶面积和群体LAI变化较大,500万株/hm2密度处理的群体干物质积累量变化较大,且产量构成因素均达到最大,产量最高达8 472.49 kg/hm2。[结论]在南疆地区,为了获得高产高效,冬小麦密度应控制在500万株/hm2时较好。     

以HJ-CCD影像为基础的冬小麦孕穗期关键苗情参数遥感定量反演

【目的】应用卫星遥感数据可以及时获取大田种植作物“面状”苗情信息,准确反映作物群体苗情状况及其趋势,服务于产量预报和实际生产。进一步深化冬小麦关键期苗情遥感反演机理与方法,为大田种植管理提供及时信息。【方法】结合2011-2013年定点观测试验,以环境减灾卫星HJ-CCD数据为遥感影像源,着重研究样本实验区孕穗期冬小麦关键苗情参数与籽粒品质参数和产量间及其与卫星遥感变量间的定量关系,进一步增强遥感反演的机理性和重演性,与地面实测结果一起建立模型共同分析,提高遥感反演的定量化水平和可信度;以相关性最高为原则,筛选反演孕穗期冬小麦叶面积指数、生物量、SPAD以及叶片含氮量的敏感卫星遥感变量,并以2013年数据为建模样本、2011年和2012年数据为验证样本,分别构建及评价基于HJ-CCD影像遥感变量孕穗期叶面积指数、生物量、SPAD和叶片含氮量监测模型。【结果】冬小麦处于孕穗期,植被衰减指数（PSRI）可作为反演冬小麦叶面积指数、SPAD和叶片含氮量的敏感遥感变量,比值植被指数（RVI）可作为反演冬小麦生物量的敏感遥感变量,所构建的遥感反演模型是可靠的,且精度较高,尤其利用PSRI反演叶片含氮量最可靠。模型的决定系数（R²）分别为0.651、0.585、0.630和0.675,均方根误差（RMSE）分别为1.344、4.62、0.618%和2 804.3 kg·hm^-2。以此为依据,为表征该研究的实际农学意义,对冬小麦不同等级的关键苗情参数进行遥感反演并制图分析,从而量化表达了冬小麦关键苗情参数区域空间分布,不仅有助于制定冬小麦田间补救措施和水肥资源调配方案,而且为农业政策的制订和粮食贸易提供决策依据。【结论】构建的冬小麦孕穗期关键苗情参数遥感反演模型是可行的,为大田生产提供了一种快速、便捷、费用低廉的大面积作物苗情参数提取方法,可支持农业研究者、涉农部门领导和种植管理者获取及时有效的农情信息。     

施磷与休闲期耕作对旱地小麦幼苗生长的影响

采用大田试验,探讨了休闲期不同耕作措施结合施磷调控对旱地冬小麦播前与越冬期0～100cm土壤蓄水量、农艺性状、根冠比、倒二叶丙二醛(MDA)和脯氨酸含量的影响。结果表明:休闲期深耕、深松可明显提高播前与越冬期0～100cm土壤的蓄水量,且以深耕与中磷处理效果最好;同时,休闲期不同耕作措施结合施磷可调控旱地小麦幼苗生长,影响越冬前小麦的株高、叶面积、分蘖数、单株干重与根冠比;深耕中磷处理明显降低叶片MDA和脯氨酸的含量;休闲期深耕处理效果优于深松与免耕处理,中磷优于高磷与低磷;总之,休闲期不同耕作措施结合磷调控均有利于提高旱地小麦冬前土壤蓄水量、促进旱地小麦地上部与地下部的合理均衡生长,可确保旱地小麦安全越冬与来年增产。     

基于有效积温的冬小麦返青后植株三维形态模拟

【目的】基于有效积温,利用三维建模技术,实现小麦生长模型与形态模型的有机结合,真实表达环境因素对小麦生长发育和形态结构的影响,最终实现小麦生长过程的三维可视化,为小麦作物生长动态预测、栽培管理调控、作物株型设计等提供重要参考。【方法】以天津地区主要推广小麦品种衡观35、济麦22和衡4399为材料,于2015—2016年冬小麦生长季内开展不同小麦品种和施氮水平的田间试验,采集各品种冬小麦在不同施氮水平下的叶长和最大叶宽等形态数据,通过分析各品种冬小麦返青后形态数据和有效积温的定量关系,用Logistic方程构建了冬小麦返青后叶片叶长、最大叶宽模拟模型,并对该模型进行检验;基于该模拟模型,计算各品种冬小麦返青后每个生长日的形态数据,借助OpenGL和NURBS曲面造型技术,构建冬小麦几何形态模型,最终实现冬小麦生长模型与形态模型的结合,实现了冬小麦返青后生长过程可视化。【结果】在不同品种、不同施氮水平下,小麦叶长回归方程R2值在0.772—0.983之间,F值在10.153—340.191之间,且Sig小于显著水平0.05,最大叶宽回归方程R~2值在0.853—0.999之间,F值在17.371—4 359.236之间,且Sig小于显著水平0.05,表明上述模型拟合度和显著性均较好。经数据检验,叶长模型绝对误差在0—3.88 cm之间,根均方差(RMSE)值在0.24—1.95 cm之间,最大叶宽模型绝对误差在0—0.28 cm之间,RMSE值在0.02—0.15 cm之间,表明所建模拟模型精度较高,该模型对不同品种冬小麦返青后的叶片生长具有较好的预测性;基于所建模拟模型计算冬小麦返青后逐日形态数据,可构造不同品种、不同施氮水平下的冬小麦植株形态,可逼真模拟冬小麦返青后植株动态生长过程。【结论】基于有效积温构建的冬小麦返青后叶长和最大叶宽模拟模型,可较好预测冬小麦返青后叶片生长状态,可实现小麦生长模型和形态模型的有机结合,实现不同品种冬小麦在不同施氮水平下的叶片生长可视化。     

太阳辐射减弱对冬小麦生长发育及产量的影响

[目的]研究太阳辐射减弱对冬小麦生长发育及产量的影响。[方法]通过盆栽模拟试验,设置不同的太阳辐射减弱梯度(自然光、70%太阳辐射、50%太阳辐射),研究太阳辐射减弱对冬小麦干物质积累及产量的影响。[结果]太阳辐射减弱使冬小麦生育期延长,穗、叶和茎等干物质积累减少。太阳辐射减弱下,有效穗数、穗粒数、穗重、千粒重等产量构成指标下降。[结论]太阳辐射减弱对冬小麦的生长发育和产量存在明显的抑制效应。     

行距配置对晋中晚熟冬麦区群体冠层结构的影响

为了研究晋中晚熟冬麦区不同行距配置对不同穗型冬小麦群体冠层结构的影响,选用2种不同穗型品种,在播量一致的前提下,分别采用10 cm和20 cm两种行距配置,研究群体叶面积指数(LAI)、群体平均叶倾角(MLIA)、群体直接辐射透过系数(TCRP)、消光系数(K)和产量的差异。结果表明：与20 cm (B6)行距配置相比,采用10 cm (B3)行距配置提高了2个小麦品种全生育期总LAI值、灌浆中期K和产量;降低了2个小麦品种开花期和灌浆期的MLIA。多穗型品种全生育期总LAI值高于大穗型品种。B3处理的2个生育时期MLIA表现为A1>A2。随着天顶角增加,各处理TCRP均呈现逐渐减小的趋势。大穗型品种‘山农9-1’(A1)B3处理的TCRP均值和极差均较B6减小,且均值差异显著。多穗型品种‘山农9801’(A2)B3处理TCRP均值和极差均较B6增加,均值差异不显著。B3处理对多穗型小麦的增产作用更明显。B3行距配置改善了晋中晚熟冬麦区群体冠层结构,适用于北方晚熟冬麦区。     

冬、春小麦冬前播种对干物质积累与产量的影响

【目的】研究冬、春小麦冬前播种对干物质积累与产量的影响,为北疆晚熟作物倒茬高产栽培技术提供指导。【方法】以冬小麦新冬41号、春小麦新春29号为材料,采用裂区设计,研究冬、春小麦冬前播种(10月25日和11月5日较适宜播期晚25~30 d左右)对干物质积累及产量的影响。【结果】冬前播种的冬小麦与春小麦生育期相差2~5 d,10月25日播种的冬小麦叶面积指数高于春小麦,而11月5日播种的冬小麦叶面积指数小于春小麦。冬小麦越晚播越不利于干物质的积累,而冬前播种的春小麦(10月25日以后播种)对干物质积累的影响不大。【结论】11月5日后播种的春小麦(5 483.6 kg/hm²)的产量高于冬小麦(4 562.7 kg/hm²),临冬前(11月5日)播种的春小麦比冬小麦更利于高产。