水稻模拟模型在高温敏感性研究中的应用

以调试校正较高精度的ORYZA2000模型参数及高温敏感性模拟验证为目的, 为模型适应性和本地化提供依据, 利用江苏省9个试验点5个水稻(Oryza sativa)品种的田间观测数据及当地逐日气象数据, 采用ORYZA2000最新版本(V2.13)水稻生长模型, 首先挑选出5个试验点3个品种的观测数据进行模型参数适应性调试校正, 确定了水稻发育生长阶段的各项参数, 然后用该参数对独立样本的4个试验点2个水稻品种地上部分各器官生物量、叶面积指数动态变化过程及最终产量进行了动态模拟。通过t检验和质量评价指标对模拟结果进行了显著性检验。利用通过检验的模型及其参数在假设环境温度不同时间段的持续升高条件下, 开展了高温对水稻生物量及产量影响的模拟研究, 模拟结果的影响幅度与实际高温处理结果的影响幅度进行了比较。结果表明: 1)经过调试校正获得较高精度的水稻发育阶段各参数, 较准确地模拟了水稻生物量和叶面积指数的动态累积过程, 模拟值与观测值基本一致, 说明校正后参数的合理性和有效性; 2)调整参数后高温敏感性模拟结果表明, 孕穗期到开花期温度连续3天、5天、7天升高到35 ℃时, 总生物量、穗生物量和总产量与对照(CK)相比分别下降了12%-25%; 不同时间段连续升高到38 ℃时下降18%-31%; 不同时间段升高到41 ℃时, 各生物量与对照相比分别下降了20%-38%。模型模拟值与控制试验室的观测数据的下降幅度基本一致, 表明经过参数校正的ORYZA2000可以应用于水稻对气温升高响应的预测。     

Application of a rice simulation model in high temperature sensitivity study

以调试校正较高精度的ORYZA2000模型参数及高温敏感性模拟验证为目的, 为模型适应性和本地化提供依据, 利用江苏省9个试验点5个水稻(Oryza sativa)品种的田间观测数据及当地逐日气象数据, 采用ORYZA2000最新版本(V2.13)水稻生长模型, 首先挑选出5个试验点3个品种的观测数据进行模型参数适应性调试校正, 确定了水稻发育生长阶段的各项参数, 然后用该参数对独立样本的4个试验点2个水稻品种地上部分各器官生物量、叶面积指数动态变化过程及最终产量进行了动态模拟。通过t检验和质量评价指标对模拟结果进行了显著性检验。利用通过检验的模型及其参数在假设环境温度不同时间段的持续升高条件下, 开展了高温对水稻生物量及产量影响的模拟研究, 模拟结果的影响幅度与实际高温处理结果的影响幅度进行了比较。结果表明: 1)经过调试校正获得较高精度的水稻发育阶段各参数, 较准确地模拟了水稻生物量和叶面积指数的动态累积过程, 模拟值与观测值基本一致, 说明校正后参数的合理性和有效性; 2)调整参数后高温敏感性模拟结果表明, 孕穗期到开花期温度连续3天、5天、7天升高到35 ℃时, 总生物量、穗生物量和总产量与对照(CK)相比分别下降了12%-25%; 不同时间段连续升高到38 ℃时下降18%-31%; 不同时间段升高到41 ℃时, 各生物量与对照相比分别下降了20%-38%。模型模拟值与控制试验室的观测数据的下降幅度基本一致, 表明经过参数校正的ORYZA2000可以应用于水稻对气温升高响应的预测。     

基于器官生物量构建植株形态的玉米虚拟模型

探讨了基于玉米器官生物量模拟其形态的方法,并应用2000年田间试验数据提取了玉米节间、叶鞘和叶片的形态构建参数。基于玉米虚拟模型生物量分配模块模拟的器官生物量积累和建立的形态构建方法与提取的参数,模拟了2001年玉米不同生长阶段的器官形态,模拟结果与田间试验数据吻合较好。应用本模型实现了玉米生长过程中植株各个器官形态变化以及植株高度、叶面积动态的模拟,并实现了植株形态的可视化。     

不同生态环境下水稻基因型产量形成与源库特性的比较研究

以日本和IRRI的9个水稻品种为材料,分别以武香粳9号和两优培九为对照,在江苏南京和云南丽江研究了不同水稻基因型干物质积累与源库形成特征及其在不同生态环境下的差异.结果表明,生态环境对水稻产量和干物质积累量影响显著.高产水稻品种积累了高额干物质量,且干物质生产优势在中后期.高产品种的总颖花量、LAI及群体生长速率(CGR)都较高.稻谷产量随干物质积累总量的增加而提高,与齐穗后干物质积累量、总颖花量和LAI呈极显著正相关,与粒叶比呈显著正相关.与云南丽江点相比,群体LAI、单位面积颖花量和抽穗后干物质积累量少及生长速率(CGR)低是南京点稻谷产量低的关键因素.     

大麦叶面积指数模拟模型

准确模拟叶面积指数是作物生长模拟模型预测作物生长和产量的关键.本文通过系统分析扬州和武汉地区不同大麦品种高产群体叶面积指数变化动态,建立了大麦群体的叶面积指数模拟模型.大麦叶面积指数是品种叶面积指数扩展的遗传参数和气温日较差、日照时数、辐射量等气候因子及水肥丰缺因子的函数.孕穗抽穗期最大叶面积指数与该期最适叶面积指数是不同的概念,二者之间存在着极显著差异.利用扬州、南京和昆明地区不同品种的播期试验及氮肥试验资料对模型进行了检验,结果表明,模型对大麦叶面积指数的模拟效果较好,模拟值与观测值吻合度高,根均方差RMSE介于0.742～2.865,平均值为1.348.对模拟值与观测值进行y=x的线性回归分析,相关系数R²介于0.511～0.954,均呈极显著正相关.     

机插秧水稻物质生产与养分积累特性研究

为明确机插水稻的物质生产与养分积累特性,该研究以早季和晚季水稻常规品种(珍桂矮和新香粘)为材料进行大田试验,设置机插秧(行距30 cm×株距12 cm)、手插秧(行距30 cm×株距12 cm)、手抛秧(27.75万蔸·hm~(-2))三种栽培方式。在水稻抽穗期测定各处理叶面积指数,在分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期分别测定各处理干物质积累量,氮、磷、钾养分积累量及成熟期稻谷产量。结果表明:在同一单位面积栽植密度条件下,早晚两季、机插秧水稻在抽穗期的叶面积指数与手插秧水稻、手抛秧水稻间并无显著差异,机插秧水稻成熟期干物质,氮、磷、钾养分积累量等方面与手插秧、手抛秧水稻无显著差异,但其前期积累的干物质及养分积累量较少,后期积累量较大。早晚两季机插秧水稻、手插秧水稻和手抛秧水稻的产量分别是7.73、7.62、6.70 t·hm~(-2)和5.91、5.97、5.90 t·hm~(-2),都未表现出显著差异。这表明机插秧水稻的产量潜力、干物质和养分积累潜力与手插秧、手抛秧水稻的差异较小,但其物质积累过程与手插秧、手抛秧水稻存在明显差异。     

水稻地上部干物质积累动态的定量模拟

选用4个不同株型水稻品种进行不同施氮水平的田间试验,于主要生育期测定植株地上部干物质积累量（DMA）,并对DMA及出苗至成熟期累积辐热积（TEP）进行归一化处理,建立了基于相对DMA（RDMA）和相对TEP（RTEP）的水稻相对干物质积累（RDMA）动态模型,进而定量分析了水稻干物质积累过程的动态特征.结果表明：Richards方程能够准确描述水稻地上部干物质积累的动态模式,具有明确的生物学意义,具体方程式为RDMA=1.0157/(1+e^{3,6329-7.5907×RTEP})^1/0.5574,r=0.9938;利用独立的水稻田间试验资料对所建模型进行了检验,水稻不同RTEP所对应的DMA观测值与模拟值之间的根均方差为0.86 t·hm^-2.根据水稻地上部干物质积累速率方程的2个拐点,可将整个干物质积累过程划分为前、中和后期3个阶段,发现水稻干物质最大积累速率及其出现时的相对辐热积和相对干物质积累量分别为2.24、0.56和0.46.     

水稻模型ORYZA2000在湖南双季稻区的验证与适应性评价

校准与验证水稻生长模型ORYZA2000,为模型本地化、区域化研究应用提供依据。本文采用湖南双季稻区作物田间观测数据,结合栽培管理措施、土壤以及同期逐日气象数据等资料对ORYZA2000进行参数校正,调试确定了早稻、晚稻有代表性品种的作物参数;利用独立的数据资料,对双季稻生育期、叶面积指数、生物量、产量等指标的模拟结果进行了详细地验证与适应性评价。结果表明：模型对双季稻品种的生育期模拟较好,开花期和成熟期的相对模拟误差为1—2d;早稻和晚稻叶面积指数的归一化均方根误差（NRMSE）均为24%,地上部总生物量、绿叶生物量、茎生物量和穗生物量的NRMSE值分别为18%、22%、22%、24%和19%、24%、28%、28%,产量的NRMSE值分别为11%和16%。校验的作物参数反映了湖南早稻和晚稻品种的生物学特性,参数值合理、有效。通过校准作物参数,ORYZA2000可较为准确地模拟双季稻生长发育及其生物量的动态累积过程,适应性较强,能够应用于双季稻生产。     

不同生育期遮光对水稻生长发育和产量形成的影响

研究了不同生育期遮光４５％（水稻生长的前期、中１期、中２期、后期）对水稻形态发育、光合产物积累、稻株养分含量、产量构成等的影响,并重点研究了植株对Ｎ、Ｐ、Ｋ养分的吸收规律．结果表明,各期遮光后均使干物质积累速率降低,植株Ｎ、Ｐ、Ｋ养分吸收量减少,对产量有不同程度的影响,但植株体内Ｎ、Ｐ、Ｋ养分含量上升．前期遮光主要使分蘖数急剧下降,有效穗数减少,叶面积系数下降,产量下降１１．５６％,但株高增加;中１期遮光后对水稻生长影响不大,产量仅降低５．４６％;中２期遮光主要使每穗粒数和千粒重下降,对产量影响较大,降低幅度达３０．８０％;后期遮光主要影响结实粒和千粒重,其产量最低,降低５５．４０％．文中还对弱光照条件下的生育期安排和施肥决策提出了建议     

水稻生长动态模拟研究进展

在查阅了国内外水稻生长动态模拟研究领域大量献的基础上,主要就气候变化对水稻生长的影响的模拟,水稻生产潜力的估算,生育期预测,氮肥的优化管理,水稻群体质量指标的模拟与优化以及水稻干物质生产模拟等6个方面的研究动态进行了综述。提出了水稻生长动态模拟模型研究和应用中存在的建模方法,参数确定和生产应用等3个方面的问题,最后对该领域今后的攻关内容进行了探讨,认为进一步研制和完善包括营养元素,病虫害在内的,以作物生理生态为基础的水稻生产系统综合性模拟模型,充分利用以信息技术为主体的现代科学技术,组织全国范围的协作试验以建立水稻品种参数数据库和研制估算水稻品种参数的数学方法,将水稻生长动态模拟模型和专家系统结合,组建水稻生产优化管理决策支持系统,是提高水稻生长动态模拟模型实用性的关键。     

乌兰布和沙区紫花苜蓿生长发育模拟研究

借鉴积温学的原理,结合紫花苜蓿（Meicago sativa)生理生态学特性,建立了水分限制条件下干旱沙区紫花苜蓿生长发育模拟模型,该模型主要由生长发育阶段子模型,叶面积动态子模型,干物质积累子模型和干物质分配子模型组成。模拟计算结果表明,该模型能较好地预测沙地紫花苜蓿生长发育进程,叶面积变化动态及牧草产量变化动态,具有一定的实际应用价值。     

基于辐热积法模拟烤烟叶面积与烟叶干物质产量

烟叶叶面积增长与干物质累积是烤烟产量形成的主要部分,对品质的形成也有影响。本研究根据气温和光照对烤烟叶片生长和干物质累积的影响,基于辐热积理论建立了适用于不同烟区的烤烟叶面积模型和干物质累积模型,分别使用独立的试验数据建模及对模型进行检验,再通过多年次烟叶干重试验数据对模型进行检验。结果表明,与传统的预测方法相比,用辐热积模型获得的叶面积模拟值与实测值间1:1线的决定系数（R2）和RMSE值为0.9634和0.1653 m2/株,预测精度比SLA法和GDD法分别提高了93%和82%。模型对叶干重模拟的RMSE值为27.1 g/m2,用历年玉溪试验数据检验的RE值为24.5%,说明模型的拟合度和可靠性较好。本研究所建立的模型能够利用气温、日照等常规气象观测数据,动态预测烤烟叶面积增长和干物质累积,且模型参数少,符合度好,实用性强,可以为烤烟生产中的产量预测提供理论依据和决策支持。     

双季稻光合生产模型的建立与应用

综合已有作物模型(包括冠层结构、冠层光分布和冠层光合作用与干物质生产模型)的优点,构建了双季稻光合生产模型.利用独立的田间试验资料,对冠层内的光分布和干物质积累量进行了初步检验;利用模型定量分析了直接辐射在上挺下挺、上挺下披和上披下披3种典型株型水稻冠层内水平面上和叶面上的分布、冠层日光合量及其随叶面积指数的变化特征.结果表明: 模拟值与观测值之间具有较好的一致性,预测双季稻冠层内光分布的根均方差、相对根均方差和相关系数分别为12.01 J·m^-2·s^-1、8.2%和0.9929;预测双季稻干物质积累量的根均方差、相对根均方差和相关系数分别为0.83 t·hm^-2、14.6%和0.9772,表明模型预测性较好;上挺下披株型水稻的冠层日光合量最高,取决于较大的叶面受光量、叶片光合效能和叶面积指数.     

不同育秧方式和插植密度下早籼稻群体动态结构的研究

于1996年早季研究了湿润与旱育秧方式在稀植(2苗/科)和多植(4苗/科)情况下超高产早籼品种特三矮2号在本田生长期的群体动态结构与产量表现。与多植比较,稀植的比叶重较大,中期叶面积系数较小,每穗颖花数较多;但有效分蘖数较少。与湿润育秧比较,旱育秧每科穗数较多,抽穗后群体保持较高的叶面积系数和干物质生产力;但生育期较长。旱育稀植的谷草比较高。     

Effects of Delaying Transplanting on Agronomic Traits and Grain Yield of Rice under Mechanical Transplantation Pattern

A delay in the mechanical transplantation (MT) of rice seedlings frequently occurs in Huanghuai wheat-rice rotation cropping districts of China, due to the late harvest of wheat, the poor weather conditions and the insufficiency of transplanters, missing the optimum transplanting time and causing seedlings to age. To identify how delaying transplanting rice affects the agronomic characteristics including the growth duration, photosynthetic productivity and dry matter remobilization efficiency and the grain yield under mechanical transplanting pattern, an experiment with a split-plot design was conducted over two consecutive years. The main plot includes two types of cultivation: mechanical transplanting and artificial transplanting (AT). The subplot comprises four japonica rice cultivars. The results indicate that the rice jointing, booting, heading and maturity stages were postponed under MT when using AT as a control. The tiller occurrence number, dry matter weight per tiller, accumulative dry matter for the population, leaf area index, crop growth rate, photosynthetic potential, and dry matter remobilization efficiency of the leaf under MT significantly decreased compared to those under AT. In contrast, the reduction rate of the leaf area during the heading-maturity stage was markedly enhanced under MT. The numbers of effective panicles and filled grains per panicle and the grain yield significantly decreased under MT. A significant correlation was observed between the dry matter production, remobilization and distribution characteristics and the grain yield. We infer that, as with rice from old seedlings, the decrease in the tiller occurrence, the photosynthetic productivity and the assimilate remobilization efficiency may be important agronomic traits that are responsible for the reduced grain yield under MT.     

The Role of Different Daily Irradiations on Shoot Growth and Root/Shoot Ratio in Lucerne (Medicago sativa L.)

The effect of two levels of daily irradiation on shoot growthand root/shoot partitioning was investigated on two lucernevarieties (Medicago sativa L.). Individual plants were studiedunder constant temperature and optimal water and mineral nutritionconditions. For both lucerne varieties, daily irradiation did not changebiomass partitioning between shoots and roots. It can be shownthat leaf area expansion occurs independently of daily irradiationand that the process of shoot dry matter production is strictlyproportional to daily irradiation, since the ratio leaf area/shootdry matter is inversely proportional to it. From a model of shoot production of the isolated plant, we showthat the relative shoot specific activity is not affected bydaily irradiation. A simple model of partitioning leads us todetermine why partitioning remains the same for the two at thelevels of daily irradiation. Finally, the allocation between shoot and root turns out tobe independent of the main stem extension rate, which is fasterat the higher daily irradiation. Medicago sativa L., lucerne, daily irradiation, shoot production, root/shoot ratio, leaf area expansion, partitioning model     

Vegetative crop growth model incorporating leaf area expansion and senescence, and applied to grass

Abstract. A crop growth model incorporating leaf area expansion and senescence is constructed. Leaf area is treated as an independent state variable with the incremental specific leaf area a function of the storage/structure ratio. The vegetative grass crop, which usually has three green leaves per tiller, is particularly considered; the above-ground dry matter is assumed to occupy four compartments: growing leaves, first fully expanded leaves, second fully expanded leaves, and senescing leaves. Each compartment is described by two state variables—structural weight and leaf area index. Newly synthesized structural material comprises leaf, sheath and stem in fixed proportions, although defoliation can alter these proportions in the standing crop. Photosynthesis and respiration are calculated in the usual way. Root growth, root: shoot partitioning, soil water and nutrients are assumed to be relatively unimportant for an established vegetative grass crop grown under favourable conditions. The model is used to simulate the time course of dry matter and leaf area development for crops that are exposed to a constant environment, a seasonally varying environment, and are defoliated.     

基于GIS的浙江省水稻遥感估产最佳时相选择

水稻遥感估产最佳时相选择应包括水稻种植面积估算最佳时相和水稻产量预报最佳时相两部分。在水稻遥感估产最佳时相选择中,由于首次引入GIS技术提取水稻可能种植区域,缩小了研究范围,植被种类也较简单一,因此仅用农作物物候历即可确定水稻种植面积估算最佳时相,而不需要考虑所有的植被类型。利用盆栽试验和小区试验研究水稻产量与不同时期的农学参数、农学参数与植被指数及水稻产量与植被指数的关系,结果表明,水稻产量与农业参数、农学参数与光谱变量的关系均以孕穗以抽穗期最好,水稻产量与光谱变量的关系则从分蘖盛期到抽穗期的极显著。因此,以孕穗期到抽穗期作为建立水稻遥感估产模型的最佳时期。再利用1998年各地的水稻发育期观测资料,确定各区水稻产量遥感最佳时相。