基于形态模型的棉花（Gossypium hirsutum L.）虚拟生长系统研究

 【目的】基于棉花形态器官形成过程的定量描述,模拟棉花三维生长过程,为虚拟棉作研究提供技术基础。【方法】基于2005－2006年棉花品种、播期、氮素、水分和DPC化控试验,将系统分析方法和数学建模技术应用于棉花植株的形态建成,通过对棉花形态数据的定量分析,构建了棉花形态建成模型,主要包括：主茎叶长宽、主茎叶柄长、主茎节间长粗、果枝叶长宽、果枝叶柄长、果节长粗以及棉铃高度和直径等模型。结合OpenGL技术,在Visual C++6.0平台上实现了棉花虚拟生长系统VGSC（virtual growth system for cotton）。【结果】棉花形态模型采用Logistic方程描述各器官尺寸随GDD（生长度日,℃?d）、氮素、水分及DPC的动态变化过程,利用2006年的试验数据对模型进行检验,棉花主茎叶长宽、主茎叶柄长、主茎节间长粗、果枝叶长宽、果枝叶柄长、果节长粗以及棉铃高度和直径的观测值与模拟值的根均方差分别为0.85、0.82、0.87、0.57、0. 086、0.65、0.74、0.8、0.73、0. 016、0.36和0.4 cm,模型预测性好。此外,以NURBS（non-uniform rational B-spline, 非均匀有理B样条）曲面模拟棉花叶片及棉铃形状,以圆柱体实现茎（节）可视化表达,构建的虚拟生长系统主要包括模型库、数据库和人机界面。【结论】用户输入系统所需的相关参数值,就可较好地模拟显示棉花器官、个体和群体的三维动态生长过程。     

基于GIS和RUSLE的南水北调东线工程江苏段沿线土壤侵蚀定量研究

在GIS技术支持下,利用遥感影像解译资料、数字高程模型(DEM)及土壤、降雨等数据,对修正通用土壤流失方程RUSLE中各因子进行了量化分析,进而实现南水北调东线工程江苏段沿线区域土壤侵蚀量估算,并根据估算结果进行土壤侵蚀强度分级,揭示沿线区域水土流失空间分布特征。结果表明:江苏段沿线区域2000年和2005年微度土壤侵蚀等级面积均占研究区总面积的95%以上,强度侵蚀及以上等级面积所占比例很小,主要分布在盱眙县、邳州市和铜山县部分地区。     

氮素对花铃期干旱再复水后棉花纤维比强度形成的影响

2005—2006在南京农业大学卫岗试验站进行盆栽试验,设置正常灌水和棉花花铃期土壤短期干旱处理,每个处理再设置3个氮素水平（N 0、240、480 kg/hm2）,研究氮素对花铃期短期干旱再复水后棉花纤维比强度形成的影响。结果表明,干旱处理结束时,干旱处理棉花的纤维可溶性蛋白含量较正常灌水处理显著降低,而内源保护酶,即:超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性升高,丙二醛（MDA）含量增加;纤维加厚发育相关酶,即:蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶、β-1,3-葡聚糖酶和IAA氧化酶的活性均显著降低。在复水后第10d,干旱处理棉花的纤维内源保护酶活性迅速恢复到正常灌水处理水平,MDA含量降低,但纤维发育相关酶的活性仍低于相应正常灌水处理,纤维比强度亦显著低于正常灌水处理。在棉花的纤维加厚发育期土壤短期干旱再复水条件下,以N 240 kg/hm2最有利于形成高强纤维。干旱期间该处理棉花的纤维内源保护酶活性高,细胞膜脂过氧化程度最低,其纤维加厚发育相关酶活性均最高;复水后该处理的纤维内源保护酶活性迅速恢复,MDA含量最低,棉花的纤维加厚发育相关酶活性仍处于最高值,有利于纤维素的合成与累积,最终纤维比强度亦最大。施氮不足（N 0 kg/hm2）或过量施氮（N 480 kg/hm2）均表现出相反的趋势。     

施氮量对棉田土壤速效养分和酶活性变化特征的影响

以美棉33B为材料,研究了施氮量对棉田土壤养分和酶活性的影响,为精确农业的精确施肥及棉花产量和品质改善提供理论依据。结果表明,合理施用氮肥能提高0～20cm关键生育期土壤速效养分和酶活性;速效养分质量分数分布特征为苗期和开花期升高、花铃期降低,吐絮期开始回升的趋势。施氮量主要影响0～20cm土壤脲酶和20～40cm剖面磷酸酶时空分布;脲酶活性高值出现比速效养分质量分数最高值早一个生育时期;就某一生育时期而言,脲酶活性与土壤碱解氮、速效磷、速效钾呈极显著的正相关;土壤磷酸酶与速效磷存在显著或极显著相关。整个生育期内土壤速效钾与酶活性呈显著或极显著正相关;脲酶活性高值出现比速效养分质量分数最高值早一个生育时期,为脲酶作为更灵敏的指标提供了有力证据。     

种植密度对棉籽生物量和脂肪与蛋白质含量的影响

以科棉1号和美棉33B为材料,2008年在江苏南京(118o50′E,32o02′N,长江流域下游棉区)和河南安阳(114°13′E,36°04′N,黄河流域黄淮棉区)设置密度试验,研究种植密度对棉籽生物量和脂肪与蛋白质含量的影响。结果表明,不同种植密度条件下,棉籽生物量和脂肪含量的变化过程均符合Logistic生长曲线。随种植密度的增大,籽指和脂肪含量降低,且存在显著的线性负相关关系。而各密度处理棉籽蛋白质含量的变化过程均近似于V字型,随种植密度的增大,棉籽蛋白质含量呈开口向下的抛物线变化趋势,南京、安阳试点分别以每公顷3.3和5.1万株密度处理的棉籽蛋白质含量最高。品种、生态点和开花期对棉籽生物量和脂肪与蛋白质含量的形成动态及其对种植密度的响应趋势没有明显影响。不同种植密度对棉籽生物量和脂肪与蛋白质含量的影响与群体冠层光照条件变化密切相关。稀植强光有利于提高棉籽生物量和脂肪含量,而过高和过低密度均不利于棉籽蛋白质的合成与累积。     

棉麦两熟种植方式对中熟直播棉棉铃发育的影响

研究结果表明：种植方式对铃重、纤维伸长和纤维素累积影响作用大,表现为３∶２式优于３∶１式。种植方式对棉籽（仁）脂肪和蛋白质累积、棉仁棕榈酸、硬酯酸和油酸含量影响作用较小,对棉仁亚油酸含量作用表现为３∶２式优于３∶１式;棉仁多数氨基酸含量及氨基酸总量差异明显表现为３∶２式大于３∶１式。种植方式对中熟直播棉棉铃发育的影响作用小于播期作用。     

栽培方法对麦套中早熟春棉棉铃发育的影响

研究栽培方法对３∶１式麦套中早熟春棉棉铃发育的影响表明：移栽棉铃重大于直播棉,差异随播期延后而减小;育苗移栽利于纤维伸长和纤维素累积;移栽棉棉籽（仁）脂肪累积优于直播棉。棉仁棕榈酸、油酸、硬脂酸含量稳定,栽培方法和播期对其影响较小;移栽棉、直播棉棉仁亚油酸含量随播期延后均递增,适时播种利于棉籽（仁）蛋白质累积,栽培方法间差异较小;晚播时移栽棉优于直播棉,但不利于蛋白质累积。３∶１式中麦套早熟春棉应选择育苗移栽方法。     

不同棉花品种种子活力对低温和人工老化胁迫的反应差异

为探讨棉花种子活力的品种差异及不同种子活力测定方法对棉子活力结果的影响,以17个棉花主栽品种(系)为材料,用简化的标准发芽、低温发芽和人工老化发芽3种方法测定棉花种子活力,并分析种子物理性状与种子活力的相关性。结果表明:3种活力测定方法下不同品种间种子活力均存在较大差异,各活力指标表现趋势也不一致,低温条件主要抑制种子幼苗的生长势,老化条件则主要抑制种子的发芽率。简化的标准发芽的活力指数与2种逆境发芽下的活力指数间的相关性较低。对3种测定方法的种子活力指标进行聚类分析,筛选出中棉所102、新陆中42、湘杂7号、XG39K5、屯杂6号及皖杂9号等高活力品种。低温和人工老化发芽条件显著降低了种子活力与种子各物理性状间的相关性。种子密度和健子率在不同发芽条件下均与种子活力关系最密切,可作为判断棉花种子活力大小的物理指标。     

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。     

区域农田生态系统碳足迹时空差异分析——以江苏省为案例

以江苏省为案例,应用江苏省1995—2009年化肥用量、农药消耗量、灌溉面积、农机燃料用量、农膜用量、耕地面积、农作物产量等数据,测算了区域农田生态系统碳吸收、碳排放及碳足迹的变化动态,以及在各地市的空间分布特征。结果表明：近15a来,江苏省农作物碳吸收总量和碳吸收强度呈＂V＂字形变化,变化范围分别为2933.6×104～3896.9×104t·a-1和6.04～7.71t·hm-2·a-1。农业投入碳排放呈逐渐上升趋势,由727.2×104t·a-1增长至882.7×104t·a-1,同时碳排放强度从1.43t·hm-2·a-1上升到1.88t·hm-2·a-1,增长了31.5%,化肥排放始终占据主导地位。农田生态系统碳足迹呈现波动增长,变化在13.68×105～17.56×105hm·2a-1之间,占同期耕地面积的比重达到27.0%～36.1%,碳生态盈余呈明显减少趋势,变化在36.99×105～32.22×105hm2·a-1之间。各地市之间碳足迹存在明显差异,空间分布格局为由北向南递减。