作物模型中单叶最大光合作用速率的温度响应修订

作物的光合作用对温度变化敏感,其温度依存性随品种、生长环境的变化而改变。基于光效率模型的作物生长模型,在应用中很少对光合作用的温度影响参数值进行订正,且在全生育期使用相同的参数值,难免会增加干物质模拟的误差。为此,本文以ORYZA2000模型为例,提出了一种修订光合作用温度影响参数值的方法。为确定方法的有效性,结合2012年和2013年水稻品种两优培九的温度梯度控制实验,首先利用抽穗开花期光合作用观测曲线提取了不同温度水平的光合作用参数值,然后结合Arrhenius方程和Peaked方程建立了温度敏感性参数的温度影响方程。将这些方程代入机理性光合作用模型,模拟了单叶最大光合作用速率与温度的曲线关系。最后,以归一化后的曲线关系修订作物模型参数值,并利用两年地上部分生物量(WAGT)观测值对其验证。结果显示,两优培九单叶最大总光合作用速率随温度的变化关系不同于ORYZA2000的默认设置,修订后的最适温度为38~40°C,高于默认值。在10~20°C的低温段,修订后的温度影响系数低于默认值。从WAGT模拟值的相对误差看,修订后较修订前平均降低约3.3%。本研究为改进干物质模拟精度和分析不同品种光合作用的温度依存性提供了重要参考。     

典型高温年不同播期一季稻产量差异及其原因分析

为研究自然高温对水稻产量的影响,以南粳45为试材,于2013年在南京信息工程大学农业气象试验站进行3个播期的分期播种试验,分别为4月30日(第1播期,No.1)、5月15日(第2播期,No.2)和5月31日(第3播期,No.3),并分析水稻产量及其性状、产量贡献因子、灌浆期茎和叶向穗的干物质转运及收获指数(Harvest index,HI)对高温的响应特征。结果表明:(1)在试验播期范围内,随着播期的延后水稻表现为增产的趋势,其中No.1与其它两个播期间产量差异达到显著性水平(P0.05),相比No.2和No.3,No.1产量分别降低3495.08kg·hm-2和6319.58kg·hm~(-2);就产量性状来看,No.1的结实率与其它两个播期达到显著性差异(P0.05),而3个播期间千粒重和穗粒数的差异均达到显著性水平(P0.05),总体上来看,高温主要表现为降低结实率和穗粒数;(2)抽穗末穗干重P0、灌浆期同化的干物质量ΔW、灌浆期茎和叶向穗转移的干物质量ΔT这3个产量贡献因子的贡献量均随着播期的推迟逐渐增大;从贡献率来看,对No.1和No.3产量贡献率最大的是ΔW,而No.2是ΔT;(3)3个播期中茎的干物质输出率(Dry matter export rate,DMER)和转化率(Dry matter transformation rate,DMTR)均超过叶的两倍(除No.1的DMER),叶的DMER和DMTR均表现为No.1最大,No.3最小,分别相差4.37和7.35个百分点,但No.1茎的DMER和DMTR均最小;(4)3个播期HI大小趋势与产量一致,表现为No.1(28.84%)No.2(39.60%)No.3(46.92%)。由此可见,在2013年将播期调整至5月中下旬有助于缓解高温对水稻造成的危害,从而保证产量。     

基于WOFOST模型的苏南地区春小麦种植适应性分析

[目的]研究春小麦在苏南地区的种植适应性,为增加该地区周年粮食生产的稳定性提供理论依据.[方法]基于2016—2017年的田间分期播种试验和WOFOST作物生长模型(简称WOFOST模型),采用数值模拟方法,分析江苏南部代表地区南京地区1—4月不同播期春小麦的生长发育动态和产量表现.以1980—2010年气象数据驱动WO-FOST模型,对春小麦产量进行动态模拟,分析最佳播期,并计算最佳播期的适宜播种量.[结果]在1—4月随着播期的推迟,春小麦的生育期长度缩短,其中出苗—开花期阶段最大缩短23 d,开花—成熟期最大缩短8 d,出苗—开花阶段缩短的时间大于开花—成熟阶段,导致春小麦叶片和茎秆的干物质积累量明显减少,产量降低.在冬小麦无法播种的条件下,南京地区春小麦的适宜播种时间为1月1—20日,在该时间段内播种,合理的播种量为180 kg/ha,最高产量为4124.80 kg/ha,生育期长度为146 d,对下季水稻种植和生长无影响.[结论]在苏南地区种植春小麦具有可行性,在冬前无法正常播种冬小麦的情况下,可将种植春小麦作为备选方案.     

长江中下游地区水稻生长季节内农业气候资源变化

基于长江中下游地区1960-2016年153个气象台站的地面观测资料,分析了长江中下游地区水稻生长季节内热量、光照和水分资源的时空变化特征。结果表明:1960-2016年长江中下游地区水稻生长期内≥10℃积温平均为4 944.53℃·d,10年倾向率为47.76℃;积温有效率平均为86.920%,10年倾向率为-0.279%;高温日数平均为21.93 d,10年倾向率为0.84 d;低温日数平均为5.81 d,10年倾向率为-1.26 d;日照时数平均为1 228.94 h,10年倾向率为-41.04 h;降水量平均为1 048.91 mm,10年倾向率为7.52 mm;降水日数平均为61.04 d,10年倾向率为-1.38 d;降水强度平均为11.24 mm/d,10年倾向率为0.25 mm/d。长江中下游地区水稻生长期在1960-2016年热量资源增加明显,但积温有效率呈下降趋势,光照资源呈减少趋势,降水量及降水强度呈现增加趋势,这将对该地区水稻生产产生负面影响。     

源库改变对冬小麦籽粒灌浆特性的影响

为了研究不同的源库变化对小麦灌浆特性的影响,在开花期对扬麦13进行剪旗叶(L1)、剪倒2叶(L2)、剪顶部1/2穗(L3)3种不同的源库处理,以不做任何处理(CK)作对照,分析了不同处理的产量构成因素,并用Logistic 模型推导不同处理下的籽粒灌浆参数.结果表明,粒重变化是引起产量的差异的主要原因.在籽粒灌浆过程中,L1和L2处理灌浆持续时间分别较CK缩短了2.75 d和2.13 d,其他灌浆参数变化不显著,千粒重下降了 11.79%和7.22%,灌浆持续时间的缩短是导致粒重下降的主要原因,且剪旗叶对粒重的影响大于剪倒2叶.L3处理平均灌浆速率、最大灌浆速率与CK相比分别增加了11.52%、10.89%,千粒重增加了8.76%,灌浆速率的增大是千粒重增加的主要原因,但穗粒数与对照相比显著减少,导致产量显著降低.     

玉米花生间作复合体系光合特性的研究

以单作玉米和单作花生为对照，研究了间作玉米花生功能叶片的光合速率、PSⅡ最大光化学效率（F_v/F_m）和PSⅡ实际光化学效率（Φ_PSⅡ）的日变化以及叶绿素含量。结果表明，间作提高了玉米、花生叶绿素含量，其光合速率日变化呈单峰曲线，中午达到最大值；玉米东西行向种植东侧功能叶片的光合速率，上午间作明显大于单作，下午相反；间作明显提高了玉米阴天和晴天的光合速率，却明显降低了花生光合速率；在晴天，间作玉米花生的F_v/F_m、Φ_PSⅡ日变化均呈倒抛物线，上午间作玉米明显大于单作的，下午相反，间作明显提高了花生的F_v/F_m，中午花生的Φ_PSⅡ间作低于单作，上午和下午反之；阴天的F_v/F_m、Φ_PSⅡ，间作玉米除中午小于外，上午和下午均大于单作玉米，间作花生全天均高于单作花生，说明玉米花生间作提高了花生对弱光的吸收利用效率。     

转基因水稻B2花粉活力的温度模型

 以含bar基因的抗Basta转基因粳稻B2为材料，分别在5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃下进行处理，用2,3,5-氯化三苯基四氮唑（TTC）染色法测定了不同温度处理下转基因水稻B2花粉离体0、1、2、3、4、5、6、8、12、14 min后的活力。B2花粉离体后活力呈现“S”型下降，用Logistic模型可精确模拟两者的关系; 其次, B2花粉离体后活力随着温度先升后降，花粉活力的最适温度范围是20℃~30℃，25℃时活力最强，高温对花粉活力的胁迫作用更大。采用指数方程和Logistic方程分段函数，建立B2花粉活力的温度模型，可精确预测花粉存活时间和寿命，为进一步准确估算转基因水稻基因飘移距离提供依据。     

不同水分条件下常规尿素和控释尿素对玉米根冠生长及产量的影响

为了进一步探讨控释尿素在玉米上的应用效果, 于2006—2007年在防雨棚中, 应用郑单958进行了池栽试验。在不同水分条件下, 比较了施用常规尿素和控释尿素后, 玉米各生育阶段的根系活力、植株生长及籽粒产量。与常规尿素(全部基施和基施+小喇叭口期追施)相比, 地上部干重、叶面积指数开花前较低, 开花后较高；成熟期籽粒产量显著高于不施氮对照和两个常规尿素处理, 生物产量显著高于不施氮对照和常规尿素全部基施处理。从籽粒产量看, 维持土壤田间最大持水量的50%时, 控释尿素处理分别比常规尿素全部基施处理和分次施处理高27.3%和12.1%；维持土壤田间最大持水量的75%时, 分别比常规尿素全部基施处理和分次施处理高17.4%和8.1%。相同氮肥处理, 土壤田间最大持水量维持75%处理比维持50%处理籽粒产量和生物产量平均分别高20.6%和17.0%, 差异均达极显著水平。与常规尿素处理相比, 控释尿素处理花前根系数量、活性和根冠比均较低, 但花后三者能维持较高水平。可见, 控释尿素对玉米生长具有明显的“前控后保”效果；控释尿素与水分对玉米产量的耦合效应高于常规尿素, 其原因是生育后期能维持较高的根系数量及活性, 促进地上部干物质积累和转移。     

气象因子对麦田土壤呼吸速率影响的通径分析

[目的]研究不同天气条件下气象因子对土壤呼吸速率的影响。[方法]对拔节期麦田不同天气条件下影响土壤呼吸速率的气象因子进行通径分析。[结果]在晴天，5cm地温、太阳辐射、空气相对温度和空气温度与土壤呼吸速率的相关性均达到极显著水平，太阳辐射和5cm地温是影响土壤呼吸速率的主要气象因子；在阴天，太阳辐射是影响土壤呼吸速率的主要气象因子。[结论]晴天的土壤呼吸速率及剩余通径系数均高于阴天，说明土壤呼吸速率除了受地温、气温、太阳辐射和空气相对湿度影响外，还受其他因素尤其是生物因素的影响。     

海南南繁区水稻基因飘流的最大阈值距离及其时空分布特征

【目的】陵水、三亚、乐东三县(市)是各类水稻(包括转基因水稻)冬季南繁的主要基地或中心。计算并绘制海南南繁区乡镇尺度水稻基因飘流的最大阈值距离图,为南繁水稻育种设置合理的隔离距离提供参考。【方法】采用已建立的水稻基因飘流模型和阈值分析方法,依托南繁区自动气象站资料,计算了该区域乡、镇尺度向不育系和栽培稻基因飘流的最大阈值距离(the maximum threshold distances of gene flow,MTDs),分析其时、空分布特征和影响因子。参照中国农业部有关水稻种子生产的质量标准,阈值分别设为1%和0.1%。【结果】南繁区向不育系的MTD1%平均值为(110±31)m,最短为53 m,最长为195 m。向不育系的MTD0.1%平均值为(169±44)m,最短为75 m,最长为271 m。向栽培稻的MTD1%均小于1 m;MTD0.1%平均值为(3.4±1.1)m,最短为0.6m,最长为5.8 m。向不育系和栽培稻的MTD0.1%两者相差近50倍。南繁区MTDs有2个高值区和4个高值点,3个低值区和5个低值点。以陵水、三亚、乐东为主体的南繁区,地处热带,三面临海,北面有五指山为屏障。冬季盛行东北季风,春季和初夏盛行南太平洋的东南季风和印度洋的西南季风。因此,南繁区的沿海陆地平原大都风速较大;沿海陆地与五指山区之间为中、低山丘陵地带,丘陵的走向和高度决定了该区的风向和风速;五指山南坡附近的丘陵地区,风速会因屏障效应而明显减小。【结论】地形特征和大气环流影响风向和风速,决定了南繁区MTDs空间分布的基本格局:高值区主要分布在该地区的东翼、西翼和南部沿海平原;低值区主要分布在五指山南麓的屏障区域。