格网化小麦生长模拟预测系统设计与实现

利用作物生长模型模拟小麦区域生产力,分析气候变化对农业生产的影响是研究粮食安全的热点问题之一。拥有操作方便、计算快速特点的小麦区域生产力模拟系统,可有效提高作物生长模型区域应用能力。该研究在分解小麦生长模型WheatGrow算法基础上,利用Python语言构建了格网化小麦生长模型,实现了基于空间格网数据的小麦区域生产力模拟。验证试验结果表明:模拟产量的均方根误差为1 070 kg/hm~2,标准均方根误差小于20%,系统所集成的WheatGrow模型具有较好的预测性;同时,结合格网数据分块构建区域模拟的并行计算策略,优化了区域模拟的性能。在此基础上,采用GIS组件式开发模式,在.NET平台下开发格网化小麦生长模拟预测系统,实现作物生长模型与GIS耦合,为研究区域小麦产量潜力,评估气候变化对小麦生长影响,制定农业决策提供软件工具。     

小麦叶片氮含量与冠层反射光谱指数的定量关系

本文以3种蛋白质类型的小麦品种在不同施氮水平下的3年田间试验为基础，研究了小麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系。结果显示，不同试验中拔节后叶片氮含量均随施氮水平呈上升趋势，同时冠层光谱反射率在不同施氮水平下存在明显差异。对于低、中、高籽粒蛋白质含量的品种，叶片氮含量与冠层反射光谱的归一化植被指数NDVI (1 220, 710)和红边位置均有密切的定量关系，决定系数在0.80左右。对于不同品质类型小麦品种，均可利用统一的回归方程描述其叶片氮含量随反射光谱参数的变化，对于低蛋白类型品种，采用单独的回归系数即可提高叶片氮含量估测的准确性。本研究确立的小麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系可用于不同的小麦品种、生育时期和施氮水平，为小麦氮素营养的监测诊断与精确施肥等提供理论依据和技术途径。     

基于知识模型的棉花管理决策支持系统

通过对棉花栽培研究资料和专家知识的总结归纳,运用系统学方法和结构化途径,建立了基于知识模型的棉花管理决策支持系统(KMDSSCM)。它由数据库、知识模型库、专家咨询库和人机界面等部分组成;可以实现栽培方案设计、适宜生育指标确定、适时苗情调控、专家知识咨询和系统维护等功能,具有普适性强,独立性好等特点。实例分析结果表明,系统可以根据决策点的基础农情条件,设计出适宜的综合性栽培管理方案和生育指标动态。     

基于生理发育时间的棉花生育期模拟模型

棉花生育期模拟是研究棉花生长与环境因子关系的重要内容。通过分析春播中(中早)熟常规棉、中(中早)熟转基因抗虫棉和夏播早熟短季棉三种类型16个品种(系)的生育期与环境因素的动态关系,建立了以棉花生理发育时间(PDT)为基础的棉花生育期模拟模型。模型考虑了热效应、光周期效应、品种早熟性及地膜覆盖地积温对气积温的补偿效应。利用不同年份、生态区、基因型品种、栽培措施的试验资料对模型进行了检验,结果表明不同品种生育期模拟值与观测值的符合度较好,各生育进程的RMSE在1.4～4.9d。模型既有较强的机理性,又有较好的适用性。     

棉花光合生产与干物质积累过程的模拟

在综合已有作物模拟模型优点的基础上,构建了基于生态生理过程的棉花光合生产与干物质积累动态模拟模型。模型中引用了高斯积分法计算冠层每日的PAR总截获量和光合同化量,考虑了PAR的日变化规律和太阳高度角变化对直射PAR消光系数的影响,在量化直射辐射对光合作用贡献的同时,分别计算了天空散射辐射、冠层和土壤散射辐射的强度。模型充分考虑了温度、生理年龄、氮素、水分等因子对光合作用和呼吸作用的影响。利用不同遗传类型品种、不同管理方式下的棉花干物质积累动态对模型进行了检验,结果表明模拟值与观测值吻合度较好,模型不仅具有较强的机理性而且具有较高的预测性和实用性。     

小麦茎顶端原基发育模拟模型的研究

本文系统地模拟了小麦植株茎顶端不同类型原基的发育过程，建立了叶原基分化、小穗原基分化和小花原基分化、退化、败育、受精结实及籽粒生长的子模型。模型引入每小穗分化的最大小花原基数、退化的最大小花原基数和籽粒潜在重量3个遗传参数，分别反映了不同小麦品种小花分化、退化和籽粒生长等方面的遗传差异。利用南京地区     

氮肥运筹对弱筋小麦群体指标与产量和品质形成的影响

以弱筋小麦品种扬麦9号和宁麦9号为材，研究了不同施氮水平及基追比对群体指标、产量和品质的影响。结果表明，孕穗期叶面积指数（LAI）随施氮量的增加而提高；小麦籽粒产量及成熟期生物产量、花后干物质积累量与施氮量均呈二次曲线关系；籽粒蛋白质含量、湿面筋含量与施氮量呈极显著正相关。增加后期追氮比例及同比例2次追氮均提高了成熟期生物产量、花后干物质积累量、茎蘖成穗率、孕穗期LAI、籽粒产量、蛋白质含量和湿面筋含量。花后干物质积累量、成熟期生物产量、成穗数、茎蘖成穗率与产量呈显著或极显著正相关，拔节期、孕穗期、开花期和灌浆期LAI与产量呈显著或极显著二次曲线关系。弱筋小麦实现优质和产量7 000 kg hm^-2的氮肥运筹技术以施氮量200 kg hm^-2和基肥∶拔节肥∶孕穗肥为7∶2∶1，其高产优质协调的关键群体调控指标，最适LAI为6.9，花后干物质积累量和成熟期生物产量分别为5 300和16 500 kg hm^-2，成穗数为466×104 hm^-2，茎蘖成穗率为50%。     

区域棉花生产系统变化趋势分析与预测

利用棉花生产系统时间序列数据,分析江苏省区域棉花单产、种植面积和总产等生产指标的变化特征及趋势,结果表明除苏南外,棉花单产呈增加趋势,苏中棉花单产减少的可能性大于苏北;种植面积呈明显减少趋势;总产变化区域间差异较大,全省棉花总产呈现减少趋势,苏南、苏中为明显减少趋势,苏北表现为增长趋势。利用综合增长率或减少率法,分别建立悲观、一般、乐观条件下的棉花生产系统预测方案,并以实际生产指标值为基数,预测未来棉花的单产、种植面积和总产。     

应用叶绿素计诊断烤烟氮素营养状况

为探讨叶绿素计在估测烤烟叶绿素和氮浓度上的应用价值,进行了3个田间试验。即:郑州点2003年设施N.51.0.kg/hm2与4个品种NC89、RG17、85048、541;2004年设5个氮肥用量:N.30.04、0.5、51.0、61.5、75.0.kg/hm2与2个品种中烟101、云烟85;玉溪点于2005年设5个氮肥用量:N.02、7.0、54.5、81.8、109.0.kg/hm2与K326品种的试验。测定了不同试验条件下烤烟叶片的叶绿素计(SPAD-502和CCM-200)值和实际叶绿素浓度、全氮浓度,并进行了三者关系分析。结果表明,应用叶绿素计监测烤烟叶片最佳测定部位为完全展开叶的中部。叶绿素计测定值因年份、地点、氮肥水平、叶位、同一叶片不同的部位而异。叶绿素计值与叶绿素浓度、叶片全氮浓度之间有稳定的极显著相关性。叶绿素计SPAD-502的SPAD值和CCM-200的CCI值与叶绿素浓度之间的决定系数分别为0.8755(P0.001)和0.9499(P0.001)。SPAD计值(SPAD)与全氮浓度(N)之间回归方程为N=0.0265SPAD+0.9601(R2=0.7649,P0.001),经检验该模型具有较好的精确性和普适性,利用叶绿素计进行烤烟氮素营养监测是可行的。     

作物管理知识模型系统设计与开发框架研究

在提炼小麦栽培管理知识模型框架的基础上，通过综合不同作物管理知识模型系统的共性及软件设计与开发的特点，初步确立了作物管理知识模型系统的通用设计与开发框架，包括系统总体结构框架、软构件的基本标准、开发平台框架及系统应用框架等。其中，开发平台框架包括系统开发平台的结构和功能、模型库管理系统的功能设置和模型库管理系统的框架及构件；系统应用框架包括系统应用框架结构、应用系统开发框架、应用系统功能框架及构件、应用系统功能构件的输入输出接口框架及应用系统自定义构件中的通用算法函数框架等。研究结果对于提高作物管理知识模