典型作物Logistic模型生长参数空间分布及其地区水热相关性

为明确作物生长模型——Logistic模型参数的空间变异特征,本文以冬小麦、夏玉米、水稻和新疆棉花作为典型作物,以作物株高、叶面积指数和干物质积累量作为生长指标,研究各生长指标的全相对化Logistic模型参数的空间分布情况,进一步分析该模型参数与地区多年平均降雨量、多年平均活动积温的相关关系。结果表明,4种典型作物全相对化Logistic模型参数变异系数均大于0.20,属于强变异性,空间分布具有明显的地带性,主要表现为：冬小麦的叶面积指数模型参数表现为黄河中下游地区大于新疆地区;夏玉米的叶面积指数模型参数表现为自沿海向内陆先增大、后减小的变化特征;水稻的干物质积累量模型参数表现为自西南向东北先减小、后增加的规律;新疆棉花的株高模型参数表现为西北小、东南大,且新疆中部地区存在极大值。全相对化Logistic模型参数与地区多年平均降雨量和多年平均活动积温间均具有显著或极显著的正相关关系,其相关系数r均介于0.3和0.6之间,即各地区模型参数的大小与该地区降雨量和温度相关。     

砾石覆盖量对夏玉米作物系数及水分利用效率的影响

为评价半湿润易旱地区砾石覆盖对土壤贮水量、作物生长与产量及水分利用效率的影响,利用杨凌地区夏玉米2014年实测数据及气象数据,基于Penman-Monteith公式计算了砾石不同覆盖量下全生育期内参考作物蒸发蒸腾量,并根据FAO推荐的分段单值平均法,计算夏玉米各生育期作物系数,以及砾石不同覆盖量下作物水分利用效率。结果表明:砾石覆盖的保水效果主要体现在作物生长初期,拔节期最大砾石覆盖处理0~200 cm土壤贮水量较对照增大12.8%,后期由于冠层覆盖影响其效果减弱;夏玉米全生育期作物系数与覆盖量呈线性关系;覆盖量越大,不同生育阶段的作物系数也相应增加;叶面积和株高与作物系数有着较好的回归关系,可以对生育期内的玉米蒸散量进行预报;砾石覆盖可以缩短夏玉米生育期的天数,最大可缩短19 d;砾石覆盖能促进作物生长,提高作物产量,且在该试验覆盖量范围内,覆盖量越大,增产增效越明显,随覆盖量增加,各处理分别较对照提高4.65%~38.17%;作物水分利用效率随覆盖量的增大分别较对照提高2.94%~32.99%。     

两种轮作模式下垄沟覆膜夏玉米适播密度的研究

为确定基于垄沟集雨覆膜栽培的冬油菜-夏玉米和冬小麦-夏玉米2种轮作模式下夏玉米的最适播种密度,于2019年设置5月28日(B1,冬油菜-夏玉米轮作模式下夏玉米播期)和6月15日(B2,冬小麦-夏玉米轮作模式下夏玉米播期)2个播期,每个播期均设置平作不覆盖5万株·hm~(-2)(CK)、垄沟覆膜5万株·hm~(-2)(M1)、垄沟覆膜7.5万株·hm~(-2)(M2)和垄沟覆膜10万株·hm~(-2)(M_3)4个处理,分析比较了种植方式和密度对2种轮作模式下夏玉米田间土壤储水量、土壤温度、灌浆期根系及地上部生长特征、产量及水分利用效率等的影响。结果表明:垄沟覆膜可显著提高夏玉米全生育期内0～100 cm土层土壤储水量和0～200 cm土层水分利用效率50.2%～82.0%,提高生育前期0～25 cm土层土壤温度1.6～3.6℃,但对生育中后期(拔节后)的土壤温度影响不显著。同时,覆膜夏玉米具有更大的地上部干质量和更加发达的根系。随着种植密度的提高,B1和B2夏玉米茎粗、单株叶面积下降,群体叶面积指数和干物质量上升,其中密度每增加2.5万株·hm~(-2),单株叶面积平均下降6.7%～14.3%,群体叶面积指数平均增加20.4%～33.7%。成熟期穗长、穗粗、行粒数和百粒重均随着种植密度的增加而下降,其中密度每增加2.5万株·hm~(-2),百粒重平均下降4.5%～19.6%。B1夏玉米生育期内有效积温比B2高153.2℃,生育期延长8 d;同一密度水平下,B1覆膜处理夏玉米根系及地上部生长状况优于B2,其中产量较B2平均提高3.7%～21.3%。B1和B2夏玉米分别在垄沟覆膜10万株·hm~(-2)和垄沟覆膜7.5万株·hm~(-2)时获得最高产量,分别为12 522.5 kg·hm~(-2)和11 492 kg·hm~(-2),表明冬油菜-夏玉米轮作模式下,覆膜夏玉米的生长状况和产量均优于冬小麦-夏玉米轮作,其适宜种植密度也相应提高。     

黄淮海地区夏玉米对干旱和涝渍的生理生态反应

利用黄淮海地区多站点的夏玉米水分控制试验,探讨旱涝对夏玉米发育进程、光合能力、干物质分配、叶面积扩展、产量结构及最终产量的影响,进而分析旱涝对夏玉米生长过程的影响机制。结果表明:干旱减缓了夏玉米营养生长阶段的发育速率,但加快了生殖生长阶段的发育进程,而涝渍对夏玉米发育进程的影响较小;夏玉米全生育期土壤湿度距适宜湿度减小1%,其叶片最大光合速率将下降0.3 mol·m~(-2)·s~(-1),比叶面积上升8×10-6hm~2·kg~(-1);夏玉米全生育期土壤相对湿度下降1%,其地上总干重和穗干重均下降0.55%,而产量将减少155kg·hm~(-2);干旱不仅使玉米灌浆时间变短,而且使叶片光合能力下降;营养生长阶段干旱使干物质更多地分配向茎秆,导致叶面积扩展乏力,生殖生长阶段干旱减少干物质向贮存器官的分配而影响产量构成;尽管干旱使叶片变薄而促进其扩展,但仍不足以减缓干旱的整体负面影响,最终导致玉米减产;而涝渍主要使玉米叶片光合能力下降,并导致干物质向穗的分配减少而减产。     

夏玉米叶面积指数模型适用性及误差分析

为了研究叶面积指数模型的适用性，利用郑州农业气象试验站2009—2013年夏玉米观测资料和气象资料，建立修正的Logistic叶面积指数模型，并通过2014—2017年的数据对模型进行了检验。为了进一步研究模型在不同地区的适用性，分别于2014年、2015年在鹤壁、黄泛区、驻马店、郑州4个站点进行4个品种的分期播种试验，利用4个站点2 a的分期播种数据进行模型验证。结果表明：叶面积指数实测值与模拟值变化趋势基本一致，三叶期、七叶期平均绝对误差为0.01～0.23，平均相对误差为0%～12%，拔节期、抽雄期、抽雄后10d绝对误差为0～1.11，相对误差为0%～62%。模拟值与实测值之间平均绝对误差为0.06～0.32，平均相对误差为4%～18%。总体上，修正的Logistic叶面积指数模型在不同地区不同年份，均表现出一定的适用性，可用于夏玉米正常生长条件下叶面积指数的模拟，为修正的Logistic叶面积指数模型的推广应用提供数据支持。     

不同地下水埋深夏玉米产量及产量构成关系研究

依据天长市二峰灌溉试验站2009年夏玉米地下水位埋深试验资料,通过6种地下水位控制处理和对照夏玉米试验,探讨了不同地下水埋深对夏玉米产量及产量构成关系的影响。结果表明:夏玉米的地下水补水量、夏玉米生长期的土壤含水量、夏玉米叶面积指数均随着水位埋深加大而降低;夏玉米植株高度在抽雄前期受地下水埋深影响较大,到开花期则基本无影响;同时试验表明地下水位埋深对产量的影响较大,在拔节前期地下水位埋深大于60 cm或在拔节后期地下水位埋深小于40 cm将影响玉米总穗粒数和百粒重,导致严重减产。     

辽宁地区玉米耗水量与产量的关系

为探讨生长季自然降水条件下水分状况对玉米产量的影响,利用锦州2011、2012年和2014年玉米分期播种试验数据和1981—2010年辽宁农业气象历史资料,研究干旱年份水分与玉米产量的定量关系。结果表明:玉米产量和总耗水量间呈二次抛物线的关系(R~2=0.793,F=105,P=0.0001,n=57),当耗水量达到400~600 mm时,玉米能够获得高产;玉米不同生育阶段需水量呈现抽雄~乳熟期拔节~抽雄期出苗~拔节期乳熟~成熟期播种~出苗期的变化规律,各阶段日耗水强度分别为5.75、4.78、2.36、1.84 mm·d~(-1)和1.35 mm·d~(-1)。在分析相对叶面积指数和相对作物系数关系的基础上,提出了作物水分胁迫系数的相对叶面积订正方法,建立了以Jenson模型为基础的玉米水分生产函数模型。     

1981—2009年新疆小麦和玉米物候期与气候条件变化研究

选取新疆地区1981—2009年17个农业气象观测站的作物(包括春小麦、冬小麦、春玉米和夏玉米)物候资料,利用统计方法分析了作物物候和各生长阶段气候条件的变化趋势。结果表明,春小麦播种、抽穗和成熟期分别提前2.0、3.2和3.3 d·10a~(-1);冬小麦播种期平均推迟1.2 d·10a~(-1),而抽穗和成熟期分别提前4.7 d·10a~(-1)和2.8 d·10a~(-1);春玉米和夏玉米物候期主要呈提前趋势,其中夏玉米播种期平均提前达11.0 d·10a~(-1)。物候的提前或推迟一定程度上导致作物各生长阶段历时发生改变。分析发现新疆地区春小麦营养生长阶段(播种—抽穗)平均缩短1.2 d·10a~(-1),而生殖生长阶段(抽穗—成熟)平均仅缩短0.1 d·10a~(-1)。冬小麦营养生长阶段与生殖生长阶段呈相反的变化趋势,营养生长阶段平均缩短达5.9 d·10a~(-1),而生殖生长阶段却平均延长了1.9 d·10a~(-1),导致整个生育期平均缩短4.0 d·10a~(-1)。春玉米和夏玉米各生长阶段主要呈延长趋势,春玉米营养生长阶段、生殖生长阶段和整个生长阶段分别平均延长0.8 d·10a~(-1)、1.5 d·10a~(-1)和2.3 d·10a~(-1);夏玉米3个生长阶段分别平均延长7.2d·10a~(-1)、1.2 d·10a~(-1)和8.3 d·10a~(-1)。分析研究区1981—2009年不同作物类型各生长阶段气候因子的变化趋势结果表明,大部分研究站点,作物各生长阶段最高温度和最低温度均呈增加趋势,同时其生殖生长阶段的日温差主要呈降低趋势。分析降水变化趋势表明,除春小麦和春玉米生殖生长阶段降水呈增加趋势外,大部分研究站点降水变化趋势不明显。     

潜江市夏玉米氮磷钾肥料施用量效应试验结果分析

为摸清我市夏玉米作物三要素(氮、磷、钾)肥料养分与作物产量效应关系,参考"3414"肥效试验设计,我们在有代表性的玉米种植区进行了夏玉米氮、磷、钾各因子不同施用量效应试验。初步摸清了我市夏玉米作物产量与氮、磷、钾三要素肥料养分的效应关系,得出了所试区域夏玉米作物的氮肥、磷肥和钾肥养分推荐施用量,为进一步优化我市玉米测土配方施肥肥料养分施肥推荐指标体系,促进肥料养分合理平衡施用和减肥增效提供了理论依据。     

基于APSIM的旱地小麦叶面积指数模拟模型构建

为了解旱地小麦叶片生长规律,建立基于APSIM的小麦叶面积潜在生长率模型和叶面积水、氮协同生长率模型,并在田间试验修订参数的基础上,连接到APSIM平台,模拟小麦叶面积指数动态变化过程,采用相关性分析方法定量分析小麦叶面积指数的变化规律。结果表明：基于APSIM的小麦叶面积潜在生长率模型和叶面积水、氮协同生长率模型对旱地小麦生长指标LAI的模拟有较高精度。小麦全生育期内叶面积指数模拟值与实测值呈显著正相关,相关系数(R)为0.996,归一化均方根误差(NRMSE)范围在3.08%～9.38%,模型有效性指数(M_E)为0.594～0.956,均大于0.5。     

黑河流域叶面积指数的遥感反演

以黑河流域为研究区 ,探寻基于TM影像提取的植被指数 (VIs)与野外实测数据间叶面积指数 (LAI)的反演研究。结果表明 ,各植被指数与LAI均具有较高的相关性 ,整个研究区土壤调整植被指数 (SAVI)具有最高的LAI反演精度 ;把研究区分成绿洲区和山区 ,各种植被指数与LAI的相关系数和反演精度均有很大程度提高 ,同时得到绿洲区SAVI最适于反演LAI ,山区SR最适于反演LAI ,通过这种方式估算出黑河流域叶面积指数图。     

基于高光谱的渭北旱塬区棉花冠层叶面积指数估算

以棉花冠层高光谱反射率与冠层叶片叶面积指数(LAI)为数据源,在分析LAI与原始高光谱反射率、一阶微分光谱反射率、光谱提取变量和植被指数相关性的基础上,采用一元线性与多元回归的方法构建了棉花LAI高光谱估算模型,并进行精度估算。结果显示,在可见光范围内随着生育期的推进及施氮量的增加冠层光谱反射率逐渐降低,在近红外范围内从苗期到花铃期随着施氮量增加反射率逐渐增加,花铃期到吐絮期反射率明显降低;各生育期冠层光谱的提取变量与LAI的相关性不强,全生育期各种光谱提取量及植被指数与LAI的相关性高于不同生育期;棉花冠层叶片LAI在反射光谱1 461 nm处相关系数达到最大值(r=-0.726);对于一阶微分光谱,LAI的敏感波段发生在742 nm处,r=0.744;以敏感波段742 nm一阶微分光谱反射率建立的逐步回归估算模型精度最高,RMSE=0.94,RE=26.27%,r=0.78。说明以全生育期为基础,采用一阶微分光谱敏感波段,并根据实际条件选择有效的估测模型,可以进行棉花LAI的预测。     

基于同化叶面积指数和条件植被温度指数的冬小麦单产估测

应用数据同化方法将遥感信息与作物生长模型融合,是估测区域作物产量的重要方法之一。以2008—2014年越冬后的冬小麦为研究对象,选择与作物长势、产量及水分胁迫信息密切相关的叶面积指数(LAI)和条件植被温度指数(VTCI),采用粒子滤波算法对CERES-Wheat模型模拟和遥感数据观测的LAI和VTCI实施同化,分别基于观测LAI和VTCI、同化LAI和VTCI构建冬小麦单产估测模型。结果表明,同化LAI变化趋势更加符合关中平原冬小麦的实际生长状况,同化VTCI能更好地反映冬小麦的水分胁迫程度。应用观测LAI和VTCI构建的估产模型决定系数为0.402,而单独应用LAI或VTCI单变量构建的估产模型决定系数分别为0.279和0.339,说明应用LAI和VTCI双变量构建的估产模型的精度优于单独应用LAI或VTCI单变量的精度。相比于观测LAI和VTCI构建的估产模型,基于同化LAI和VTCI构建的估产模型的决定系数从0.402提高到0.547。表明基于同化LAI和VTCI构建的估产模型的精度明显提高。     

光照和温度对旱地小麦叶面积指数的影响

为研究旱地小麦叶片生长规律,了解气候变化对小麦叶面积指数的效应,设计回归正交组合试验,并运用APSIM模型模拟光照和温度变化对小麦叶面积指数的影响。结果表明：APSIM模型对小麦叶面积指数的模拟有较高精度。小麦叶面积指数与光照和温度分别呈开口向下和向上二次抛物型变化。在本试验范围内,叶面积指数与光照呈二次抛物线下降型变化,但当光照未越过临界点时,光照成正效应,表明在最适宜条件下光照的合理增加可促进小麦生长;当日均气温高于7.73 ℃,温度成正效应,说明温度合理的升高,有助于小麦叶面积指数在一定生长阶段平稳在较大值;光照和温度同时升高时,光照下降效应显著于温度正效应。     

杏棉间作对棉花产量及其构成因素的影响

在新疆南疆自然生态条件下,研究了杏棉间作对棉花产量及其构成因素的影响.结果表明:间作棉花的LAI在整个生育期低于单作,且峰值出现早,后期下降缓慢,比单作低15.9%;叶片的净光合速率Pn与SPAD值联系密切,盛花期前叶片的Pn、SPAD值增长快,间作的叶片Pn和SPAD值均低于单作;间作棉花地上部干物质快速积累持续期比...     

株型对冬小麦冠层叶面积指数与植被指数关系的影响研究

利用PROSAIL模型和地面实测数据分别探讨了冠层株型特征对建立VIs-LAI拟合模型的影响,并基于Beer定律分析了消光系数KVI随株型的变化特征,其中共考虑了3种株型品种(披散型、中间型、紧凑型),VIs则选用了增强型植被指数(EVI)、归一化植被指数(NDVI)以及比值植被指数(RVI)。结果表明,不同VIs与LAI间的相关性程度会受到株型特征的影响,而同一株型内部VIs与LAI的相关性较混合株型好。不同植被指数比较,EVI-LAI相关关系受株型的影响较大,划分株型后其复相关系数R2可提高30%以上;而NDVI-LAI相关关系受株型的影响较小,并且这种影响仅在LAI<3时略有表现,可能与NDVI在较高LAI时的饱和有关;RVI-LAI相关关系对株型变化的反映则稍强于NDVI,且当株型趋于紧凑型时,其拟合模型有从指数型向直线型转化的趋势。此外消光系数KVI会随株型趋于紧凑而降低,3种植被指数的消光系数符合:KNDVI>KEVI>KRVI。     

几种沙生植物叶面积的估算与经验公式

沙生灌木具有不规则或狭小的叶子,一些叶面积仪难以直接求出其实际面积。其叶面积的估算又在水分平衡研究中至关重要。本文通过合理估算与蒸腾作用有关的叶片面积,在此基础上提出了蒸腾有效表面积的概念(TESAI),以确切表达控制蒸腾流的实际叶表面,对于阔叶植物及针叶植物TESAI与LAI的关系分别是:TESAI=2LAI和TESAI=πLAI。通过大量抽样调查建立了估算几种灌木叶面积的经验公式。     

城市人工林LAI季节变化对地表水热通量的影响

为定量评价北京城区绿化人工林叶面积指数LAI变化对改善生态环境效果的影响。2006年4月～2007年3月在北京海淀公园人工林架设涡度相关系统连续观测地表潜热和显热通量,提出LAI-2000实验观测LAI与遥感测量林地面积的加权平均法以估算整个林地LAI,研究LAI季节变化对通量的影响。结果表明:随LAI的增长,潜热占净辐射的比例增加而显热占净辐射的比例减少,具有明显的月变化特征;6～8月LAI>2.0,潜热占净辐射的比例最高,晴天在60%以上,阴天在45%以上,而显热占净辐射的比例最低,晴天低于10%,阴天约5%。12～2月LAI<0.5,潜热占净辐射的比例最低,晴天低于10%,阴晴天的差异很小;显热占净辐射的比例最高,晴天高于40%,而阴天略低于晴天。     

小麦/玉米带田不同玉米群体结构对光合特性的影响

对小麦/玉米复合群体中不同玉米群体的叶面积指数、光合速率及产量要素间的关系进行研究,结果表明:不同玉米群体的叶面积指数和光合速率的变化趋势均呈抛物线型,二者呈显著正相关;光合速率与经济产量相关极显著;两种带型中,6行小麦2行玉米,玉米密度为6.75万株/hm2的玉米群体平均光合速率最大,经济产量最高,6行小麦3行玉米,...     

冬小麦冠层截留及其消散过程

采用擦拭法测定冬小麦不同生育时期的冠层截留。研究发现冬小麦最大冠层截留量为1mm,发生在抽穗开花期,也是叶面积指数最大值时期。在冬小麦生长前期,冠层截留随着叶面积指数的增大而增大,后期冠层截留随着叶面积指数的减少而减少。冠层截留消散过程主要受空气温度和湿度等气象要素的影响,温度越高、相对湿度越低,冠层截留消散的越快;温度越低、相对湿度越高,冠层截留消散的越慢。冠层截留消散过程还受小麦水量的影响,在喷灌刚结束时,小麦植株上的水分多,冠层截留消散的较快,随着水分的蒸发,冠层截留消散的速度减慢。