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。     

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。     

不同品种水稻开花量估算模型

以粳稻、籼稻和不育系3个类型10个水稻品种为试验材料,观测其逐日开花率和逐时开花率、每日始花穗数和开花总颖花数。利用正态分布函数模拟单穗理论开花率,并考虑温度、湿度、降水量、日照时数对开花率的影响,建立了开花率差值的逐步回归方程,进一步估算群体开花量的动态变化。结果表明,水稻的花期、花时性状主要由品种的遗传特性决定。粳稻的开花率峰值最明显,出现时间为11:48-12:22,开花历期较长,平均为7.7d;籼稻的峰值出现时间为9:36-10:53,开花历期平均为6.0d;不育系的开花率峰值不明显,开花历期平均为7.0d。研究同时表明,气象条件会改变水稻的开花习性,使逐日和逐时开花率相对差值分别在-16.85%~28.78%和-66.88%~95.03%的范围内波动,其中籼稻和不育系对气象条件的变化敏感程度较高,多数品种的开花率差值与温度、湿度的相关系数通过了0.05或0.01水平的显著性检验。因此,考虑气象条件对开花率的影响,可明显提高单穗开花量的拟合效果,有助于完善群体开花量模型。研究结果对掌握水稻开花生物学特性、了解气象条件对水稻开花习性的影响以及为水稻杂交育种和雄性不育系研究提供依据具有积极意义。     

不同水源灌溉对水稻高温热害影响的微气象学分析

高温热害是长江中下游地区水稻常见的农业气象灾害,井水和池塘水灌溉是水稻高温热害过程中常用的农业措施。为研究高温热害下不同灌溉水源对稻田微气象的影响,以两优培九为研究对象,在高温热害期间（2016年8月12-18日）开展田间试验。试验分3个处理,T1：用池塘水每日8：00灌溉,田间水层达10cm后停止,18：00排干,灌溉水温平均30.5℃;T2：用井水每日8：00灌溉,田间水层达10cm后停止,18：00排干,灌溉水温平均18.2℃;CK：试验开始当天用池塘水灌溉至田间水深达10cm后停止,夜晚不排放,当田间水深低于5cm时补充灌溉至10cm,试验期间每日8：00田间平均水温27.2℃。对稻田不同层次的土温和水温、水稻冠层不同层次温湿度、冠层顶部（120cm）叶温、冠层上方太阳辐射等指标进行测定,用Penman-Monteith分层模式计算稻田能量平衡各分量的日变化。结果表明：白天（8：00-18：00）,所有处理各层次冠层内气温和地温均为T1>CK>T2,随着冠层高度增加,处理间气温差异逐渐减小;随着土壤深度增加各处理间地温差异逐渐减小。夜间（18：00-次日8：00）,各处理间5cm地温差异最大,其次为冠层40cm处。不同灌溉水温改变了各处理的能量平衡分量,水体含热量的变化（Q）表现为T2>CK>T1,土壤热通量（G）、显热通量（H）和潜热通量（LE）均表现为T1>CK>T2。说明较高温度的池塘水灌溉加重了水稻的高温热害,而较低温度的井水灌溉对抵御高温热害有良好效果。     

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。     

喷施钾钙硅制剂改善高温胁迫水稻叶片光合性能提高产量

为探明喷施钾、钙和硅制剂对高温热害下水稻光合作用及产量的调控效应,以水稻品种陵两优268为研究对象,持续3 d对叶片分别喷施22.04 mmol/L KH2PO4溶液(T1)、20.0 mmol/L CaCl2溶液(T2)和2.5 mmol/L Na2Si O3·9H 2O溶液(T3),以喷施蒸馏水为对照(CK),测定了3种制剂预处理后对高温胁迫(日均气温35℃)下水稻剑叶光合、荧光参数和产量的影响,并用隶属函数法综合评价了钾、钙和硅制剂处理的水稻剑叶光合作用抗高温能力。结果表明:喷施钾、钙、硅制剂均能提高高温胁迫下水稻的产量,T1、T2和T3分别比CK增产42.67%、29.70%和20.01%(P0.05)。与CK相比,在高温胁迫处理第5 d和高温结束后的第5 d,喷施钾、钙、硅制剂皆可提高水稻剑叶光饱和点、最大净光合速率(Pmax)(P0.05)、光适应下光系统Ⅱ最大光化学效率(Fv?/Fm?)(P0.05)、光系统Ⅱ实际光化学效率(ΦPSⅡ)和光化学猝灭系数(qP),降低非光化学猝灭系数(non-photochemical quenching coefficient, NPQ)(P0.05),叶片光合活性高;钾、钙、硅制剂对提高水稻剑叶光合性能抗高温的能力大小依次为T1T2T3,以喷施22.04mmol/LKH2PO4溶液效果最好,喷施20.0 mmol/L CaCl2溶液次之。     

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。     

玉米开花规律及其花粉生物学特性研究

[目的]比较研究2个不同玉米(Zea mys L.)品种开花规律及其花粉生物学特性。[方法]供试玉米品种为紫糯18和吉单35。观察和测定指标分别为每日每时雄穗小花开花数量、单株花粉量、花粉活力、花粉直径及密度。[结果]玉米开花主要集中在始花日第2～6天,大部分在07:00～09:00开放。玉米花粉直径为74.6～88.7μm,密度为1.12～1.13 g/cm3。不同玉米品种散粉量差异较大,花粉活力也有不同。花粉活力的持续时间与空气湿度和温度有关,湿度高,气温低,花粉易存活。在20～25℃、相对湿度80%时,多数花粉活力能够保持3 h。[结论]该研究可为玉米育种及转基因玉米扩散模型研究提供科学依据。     

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MTD_1%平均值为（110±31）m,最短为53 m,最长为195 m。向不育系的MTD_0.1%平均值为（169±44）m,最短为75 m,最长为271 m。向栽培稻的MTD_1%均小于1 m;MTD_0.1%平均值为（3.4±1.1）m,最短为0.6 m,最长为5.8 m。向不育系和栽培稻的MTD_0.1%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。