基于高斯函数的春玉米叶片功能期模型构建与应用

叶片功能期是影响光合生产能力的关键因素,冠层叶片功能期的量化评估对玉米植株生长和产量形成具有重要意义。本研究于2015—2017年在中国农业科学院作物科学研究所吉林公主岭试验站进行,定株观测先玉335和郑单958两个品种各个叶位叶片展开时间和衰老时间,基于2015年和2016年试验数据,以高斯函数(■)模拟玉米各叶位叶片功能期的动态变化,并用2017年数据验证,在此基础上进一步明确了模型特征参数的生理学意义,简化了叶片功能期模型构建的方法。研究条件下利用高斯函数构建的玉米叶片功能期模型年际间稳定性好、品种间区分度大。进一步解析利用一阶导(功能期最大值)、二阶导(功能期变化速率最大的点)、三阶导(功能期开始快速增大的点)等于零取整后的叶位并配合最顶部叶位(n)和基部第1叶这5个转折叶位叶片功能期构建的模型拟合度良好,极大地简化了该模型参数拟合的数据需求,并探讨了利用该模型函数对玉米叶片功能分组的可能性。本研究为玉米生产能力的量化分析提供了思路和方法,对各类玉米生长模型的完善和其他相关研究也有借鉴意义。     

基于根冠协调发展的东北春玉米高产种植密度分析

植株地上部与地下部的协调是生长发育的内在需求,分析种植密度对冠根协调的影响能够为玉米增密高产理论和技术提供新的视角。本研究于2020—2021年在吉林省中国农业科学院作物科学研究所公主岭试验站进行,以郑单958和先玉335两个耐密品种为试验材料,调查了玉米关键生育时期内根系和冠层的相关指标在产量稳定区间的2个种植密度(D1:6.75万株hm^-2; D2:9.75万株hm^-2)下的差异。试验条件下,种植密度从D1增加到D2,玉米的单株干物质积累量、根干重等均出现显著降低,群体指标表现不同。其中, 2个品种的群体籽粒产量未出现显著提升,在根系各指标达到最大值的吐丝后15 d(R2期),群体根干重、根长密度等也未出现显著提升。随着生育进程推进,玉米的冠根比呈指数函数增长(y=ae^bx),增加种植密度显著提高了玉米冠根比,粒根比、叶根比也增加,根系压力增大。研究结果表明,玉米根系对种植密度的响应程度与地上部存在差异,在产量水平基本相当的前提下,根系压力较小的种植密度更有利于冠根协调和合理群体的构建。     

基于无人机多光谱遥感的春玉米叶面积指数和地上部生物量估算模型比较研究

明确基于无人机多光谱遥感的玉米叶面积指数（LAI）和地上部生物量的最优估算模型对获取即时、无损、可靠的长势关键参量具有重要意义。2018—2019年,以郑单958（ZD958）和先玉335（XY335）为研究对象,设置4个施氮处理,通过无人机搭载多光谱相机获取多光谱影像,分析两品种LAI和地上部生物量与植被指数相关性,分别构建了基于植被指数的LAI和地上部生物量预测模型。结果表明：同一植被指数在两品种中对施氮量的变化响应规律不同;在吐丝期,幂函数对ZD958的LAI和地上部生物量估算效果最好,指数函数对XY335的LAI估算效果好,幂函数对地上部生物量估算效果好;在灌浆期,幂函数对两品种的LAI估算效果最佳,而指数函数对两品种的地上部生物量估算效果最好。研究结果为进一步提高春玉米长势监测的精度提供了重要依据。     

基于不同叶位受光条件的玉米冠层光合生产能力分析

以先玉335为试验材料,在37 500株/hm~2和67 500株/hm~2密度下测定不同叶位叶片的叶面积和光合有效辐射。从玉米冠层顶部到基部,叶片的光合生产能力呈单峰不对称曲线分布,最大值出现在顶4~6叶,两个密度下表现一致。不同叶位叶片的光合生产能力存在较大差别,在37 500株/hm~2和67 500株/hm~2的条件下,棒三叶(顶7~9)叶面积分别占群体的28.74%和29.11%,其光合生产能力分别占群体的29.60%和29.04%;棒三叶上部的3个叶片(顶4~6)的叶面积分别占群体的25.74%和25.12%,光合生产能力分别占群体的36.27%和40.57%;棒三叶下部的基部叶片分别占群体叶面积32.74%和35.23%,光合生产能力仅占群体的13.90%和9.79%。研究证实,由于冠层结构的不同造成冠层中光分布的差别,影响不同叶位叶片光合效率,导致其光合生产能力的差异。构建合理的群体冠层结构,不仅需要关注叶片的空间分布,更应该重视对冠层光合生产能力的分析。