基于植株拓扑结构的生物量分配的玉米虚拟模型

依据植物结构—功能相互作用机理,建立了能模拟玉米生长发育与形态结构建成的虚拟模型。该模型的重要部分为基于植株拓扑结构的生物量分配模块。叙述了该模块的构建原理,以2000年田间试验数据提取了玉米的发育、生物量生产和生物量分配参数。模型模拟了2001年的玉米生长发育与生物量分配过程,模拟结果与田间试验结果比较吻合。应用该模型模拟了2001年玉米不同生育阶段植株的生物量分配和各器官生物量积累动态。     

WOFOST模型在内蒙古河套灌区模拟玉米生长全程的适应性

在河套灌区引入成熟的作物模型并进行适应性验证,可为进一步开展玉米生长监测及估产提供依据和基础。本文利用河套灌区巴彦淖尔农业气象试验站2012年玉米观测数据,结合当地气象、土壤资料对荷兰瓦赫宁根大学开发的WOFOST模型进行参数校准,并利用2013年玉米观测数据和2001—2011年农业气象观测资料对模型的区域适用性进行验证,获得了玉米的基本作物参数,包括各发育阶段比叶面积、最大CO2同化率、单叶光能利用率等。结果表明:通过校准作物参数,WOFOST模型可以较好地模拟LAI扩展、生物量的动态积累过程,LAI、各器官生物量及最终产量的模拟值与实测值吻合较好;独立样本检验中,模型模拟LAI的绝对偏差平均值为0.75,叶生物量、茎生物量、贮存器官生物量、地上部总生物量、产量的归一化均方根误差分别为33%、26%、17%、18%和13%;模拟2001—2011年玉米产量的归一化均方根误差为7.5%。参数校准后的模型对LAI、各器官生物量、产量的模拟结果较为符合实际,WOFOST模型能够适用于河套地区玉米生产过程生理、生态因子诊断、评估等。     

基于光合产物动态分配的玉米生物量模拟

光合产物分配是作物生长发育及生物量形成的关键环节,也是作物生长模拟的重要内容.本研究依据光合产物分配机理,结合玉米不同生长阶段的光合产物分配特点,构建了玉米光合产物分配模型.与WOFOST模型的CO₂同化模块相结合,实现了对玉米各器官生物量动态的逐日模拟.利用锦州农田生态系统野外观测站5年的春玉米大田试验资料对模拟效果进行了验证.结果表明: 模型能解释总生物量变化的95.4%;对营养器官生物量变化的解释率达87.0%;对叶、根、茎生物量变化的解释率分别达85.3%,67.9%和76.5%;对穗生物量变化的解释率达87.5%.模型可实现玉米各器官的生物量动态的准确模拟.     

基于GreenLab原理构建油松成年树的结构-功能模型

 林木的结构-功能模型(functional-structural tree modeling, FSTMs)是基于器官级组件构建的将植物结构和功能结合起来的一类模型, 在应用于成年树时需要解决拓扑结构复杂性和年轮分配模式普适性的问题。该文以18年生和41年生的油松 (Pinus tabulaeformis)成年树为研究对象, 将GreenLab模型应用到成年树的模拟中。采用破坏性取样, 实测了2株油松成年树的形态结构, 利用子结构模型解决成年树拓扑结构复杂性的问题, 引入年轮影响系数λ, 将全局分配模式和Pressler模式结合起 来, 解决年轮分配模式在不同年龄和环境条件下不同的问题。模型的直接参数通过实测数据获得, 隐含参数利用非线性最小二乘法拟合反求获得。通过实测数据与模拟数据的对比、模拟数据与经验模型模拟数据的对比, 对模型的模拟效果进行了评估, 发现节间总重、针叶总重、树高、树干节间重观测值和模型模拟值建立的回归方程的决定系数为0.84–0.98, 结构-功能模型与经验模型对总生物量模拟的决定系数为0.95, 表明该模型能较真实地反映油松的结构和生长过程。     

黄淮海平原林网保护区夏玉米生长过程的数值模拟

利用改进了产量生态学模型ＳＵＣＲＯＳ,对黄淮海平原林网保护区夏玉米的生长过程进行了数值模拟,并与田间监测资料做了比较,分析了影响夏玉米生长的各种生理、生态学因子,结果表明,改进后的模型能成功模拟夏玉米的生长过程,考虑病虫害、杂草影响后,模型输出的叶面积指数、器官生物量与生长监测资料十分一致。与单作农田比较,由于林网地区小气候条件的改善,夏玉米单产提高６．８％左右。播种密度、播种日期与籽粒产量关系的     

基于GreenLab的油松结构-功能模型

 植物结构-功能模型(Functional-structural models, FSMs)将结构模型与过程模型结合起来, 用以描述环境机制驱动的植物生长, 输出植物的三维结构。GreenLab是一个近年来不断发展着的基于源-汇关系的通用植物结构-功能模型, 它多应用于农作物, 在树木方面的应用还很少。该文以幼龄油松(Pinus tabulaeformis)为研究对象, 首次将GreenLab模型应用到虚拟树木生长的研究中。采用破坏性取样, 实测了9株油松幼树的形态结构、拓扑结构和器官生物量信息, 根据拓扑编码体系组织数据。模型的直接参数是通过实测数据获得的, 隐含参数是利用非线性最小二乘法拟合反求获得的。对模型的假设进行了验证, 并对模型的模拟效果进行了评估, 结果表明: 节间总鲜质量、树木叶总鲜质量、节间鲜质量、节间长度观测值和模型模拟值建立的回归方程的决定系数在0.78~0.91之间, 因此该模型较真实地反映了油松的结构和生长过程。提出的树木结构和生物量测量及编码方法, 可作为针叶树建立结构-功能模型的参照。     

湿地翅碱蓬生物量遥感估算模型

以黄河三角洲HJ-1A CCD遥感数据和滨海湿地翅碱蓬生物量实测数据为数据源,通过对比分析参数回归模型（单变量线性和非线性回归模型,多元线性逐步回归模型）和人工神经网络模型（BP网络、RBF网络、GRNN网络）,构建黄河三角洲湿地翅碱蓬生长初期的生物量湿重遥感估算最优模型。研究表明：基于遥感信息变量能够建立生长初期翅碱蓬生物量湿重估算模型。尽管基于RDVI、MSAVI和PC2的3个变量的多元线性回归模型的拟合效果较优,但是以SAVI、MSAVI、RVI、DVI、RDVI和PC2等7个遥感信息变量构建的BP神经网络模型的精度更高,平均相对误差为12.73%,估算效果最优,能够满足较高精度的生物量湿重估算需求。翅碱蓬生长初期生物量湿重最优估算模型的建立,为滨海地区植被生物量监测、区域翅碱蓬生物量季节动态模拟以及黄河三角洲生态系统功能评价提供技术支持与基础。     

河套灌区不同强度低温冷害对玉米生物量累积和产量的影响

深入揭示不同发育期、不同强度和持续日数的低温冷害对玉米生物量累积和产量的影响,对农业防灾减灾具有重要意义。本文以河套灌区玉米低温冷害为研究对象,在对WOFOST模型进行参数校准的基础上,通过数值模拟试验方法,对模型在研究区域上的适应性进行了分析、检验,同时探讨了不同发育阶段出现不同强度和持续日数低温对玉米贮存器官生物量累积和产量的影响。结果表明:在玉米出苗-灌浆期中的每个发育期发生低温时,玉米贮存器官生物量累积和产量对低温强度和持续日数的响应程度基本一致;当降温强度不同、持续日数相同时,灌浆期低温对玉米产量和贮存器官生物量累积的影响最大;当降温强度相同,持续日数不同时,低温持续日数1 d,玉米拔节至抽雄期发生的低温对贮存器官生物量和产量的影响最大,低温持续日数大于3 d时,玉米灌浆期发生的低温对贮存器官生物量和产量的影响最大;发生时段不同时,出苗至拔节期发生的低温,玉米产量和贮存器官生物量随低温持续日数增加而减少,但持续日数相同,不同低温强度对其影响差别不大;其他发育阶段随着低温强度加大,持续日数增加,玉米产量和贮存器官生物量减少。本文结果较好地反映了研究区低温冷害对玉米生长影响的实际情况,可为当地农业生产决策提供科学依据。     

玉米产量和营养元素吸收的广义生长模型的应用

本文通过介绍广义生长模型的概念及详细的计算过程(基于黄淮海地区夏玉米的生物累积量与氮、磷和钾元素吸收的数据),我们应用广义生长模型来评估在总有效时间内夏玉米(Zea mays L)生物量的积累和生长量以及氮、磷、钾营养元素吸收之间存在如下关系:无论施肥与否,夏玉米生物量与生长量之间均呈线性关系;夏玉米生物量与磷元素和钾元素吸收都呈线性关系,与氮元素吸收呈对数关系;在夏播条件下,黄淮海地区玉米氮的潜在吸收量是2.53,高于春播玉米氮的潜在吸收量.本研究的意义在于明晰生物量与营养元素吸收之间的关系对确定最佳的施肥策略至关重要.     

马铃薯生育期进程的动态模拟研究

本研究系统解析和改进了前人关于作物生长温度效应的非线性模型,并对修改后的模型进行了解释,结合4年的田间试验数据和本研究提出的基于高斯方程的作物生长温度效应模型,建立了不同生态条件下马铃薯生育期进程的模拟模型．模型解析了地膜覆盖条件下土壤温度增加对马铃薯生育期进程的数值贡献,模拟了不同生态条件下马铃薯的生育期进展,结果表明模拟值与实测值具有良好的一致性。     

Morphological fractions, chemical composition and in vitro fermentation characteristics of maize stover of five genotypes

Five morphological fractions (leaf blade, leaf sheath, stem, husk and cob) of stover of five maize genotypes, namely waxy, conventional, fodder, sweet and high-oil maize, respectively, were used to test the effects of genotype and morphological fractions on chemical composition and in vitro fermentation characteristics. The waxy maize had a higher (P < 0.05) stem but lower (P < 0.05) leaf blade proportion and fodder maize had a higher (P < 0.05) leaf blade but lower (P < 0.05) leaf sheath proportion than other genotypes, respectively. Maize genotype had a significant effect (P < 0.001) on the chemical composition of stover parts except for organic matter (OM) concentration. Chemical composition of stover parts was affected (P < 0.001) by morphological fractions. The interaction effects between genotype and morphological fraction on the fiber content of stover parts were significant. Over 0.40 and 0.50 of phosphorus (P) and crude protein (CP) of whole-plant maize stover were averagely contributed by leaf blade. Leaf blade, stem and cob contributed over 0.75 of OM, CP, P and fiber in the whole plant. There were significant effects of genotype and morphological fraction on both in vitro gas production parameters and in vitro organic matter disappearance of maize stovers. The genotype and morphological fraction of maize stover and their interaction had significant effects on NH3-N and total volatile fatty acid concentration and the molar proportion of volatile fatty acid in the supernatant after 72 h of incubation except for valeric acid. The present data indicated that the genotype and morphological fraction of maize resulted in variation in the nutritive value of maize stover.     

Towards modelling the flexible timing of shoot development: simulation of maize organogenesis based on coordination within and between phytomers

Background and Aims

Experimental evidence challenges the approximation, central in crop models, that developmental events follow a fixed thermal time schedule, and indicates that leaf emergence events play a role in the timing of development. The objective of this study was to build a structural development model of maize (Zea mays) based on a set of coordination rules at organ level that regulate duration of elongation, and to show how the distribution of leaf sizes emerges from this.

Methods

A model of maize development was constructed based on three coordination rules between leaf emergence events and the dynamics of organ extension. The model was parameterized with data from maize grown at a low plant population density and tested using data from maize grown at high population density.

Key Results

The model gave a good account of the timing and duration of organ extension. By using initial conditions associated with high population density, the model reproduced well the increase in blade elongation duration and the delay in sheath extension in high-density populations compared with low-density populations. Predictions of the sizes of sheaths at high density were accurate, whereas predictions of the dynamics of blade length were accurate up to rank 9; moderate overestimation of blade length occurred at higher ranks.

Conclusions

A set of simple rules for coordinated growth of organs is sufficient to simulate the development of maize plant structure without taking into account any regulation by assimilates. In this model, whole-plant architecture is shaped through initial conditions that feed a cascade of coordination events.     

烯效唑浸种对玉米幼苗生长和内源激素含量的影响

烯效唑浸种对玉米苗期叶片和叶鞘伸长生长有抑制作用,且抑制效应随烯效唑浓度的增大而增强,但植株粗壮,叶宽和茎基宽增加,根系增多,根长增加.烯效唑浸种的玉米幼苗中LAA和GA3含量下降,叶鞘中尤为明显;ZT含量则是地上部提高,根中下降,ABA含量提高,植株各器官中(IAA GA3)/ABA比值均下降,IAA/GA3比值均升高,IAA/ZT和GA3/ZT比值则是地上部降低,根中升高.     

Leaf shape and anatomy as indicators of phase change in the grasses: comparison of maize, rice, and bluegrass

Leaf morphology and anatomy during vegetative phase change was compared in bluegrass, rice, and maize. Maize juvenile leaves are coated with epicuticular wax, lack specialized cells, such as trichomes and bulliform cells, and epidermal cell walls stain a uniform purple color. Adult maize leaves are pubescent, lack epicuticular waxes, and have crenulated epidermal cell walls that stain purple and blue. All bluegrass and rice blades are pubescent, coated with epicuticular waxes, and show purple and blue wall staining. In all three grasses, blade width steadily increases at each node until a threshold size is achieved several nodes before reproductive competence is acquired. Blade-to-sheath length showed a similar trend of continuous change followed by discontinuous change prior to reproduction. Analysis of leaf development demonstrated that maize primordia initiate more rapidly relative to blade and sheath growth than do either bluegrass or rice. We conclude that leaf shape, as defined by blade width and blade-to-sheath ratio, is a reliable indicator of phase, whereas anatomy is not a universal indicator of phase change in the grasses. We speculate that different growth patterns among these grasses may be attributed to changes in the timing of embryonic and postembryonic development.     

Relationships between the blade and sheath growth in the same leaf and in successive leaves of winter barley

Winter barley (Hordeum vulgare L. cv. Efra) plants were grown till the stage of the fourth leaf under controlled conditions at constant temperatures 26.0 °C, 21.8 °C, 19.6 °C and 15.3 °C. The relationships between the sheath and blade growth was studied. The leaf sheath began to be discernible when it was 0.1 mm long and the blade length was 20 mm. In this stage a correlation (r = 0.812) was found between the length of blade and that of shearth. The sheath length in 20 mm long leaf increased in dependence on leaf insertion. At the time of the beginning of sheath discernibility the elongation growth of the subsequent leaf was initiated. In this stage the sheath length and the length of the subsequent leaf were correlated (r = 0.911). At the beginning of the growth of the subsequent leaf the length of the preceding sheath increased in dependence on insertion. Other relations were derived graphically and a hypothetical model of relationships between the cereal leaf growth and development was formulated.     

凤尾竹硅酸体形态及其发生初探

利用光学显微镜、扫描电子显微镜对自然生长凤尾竹(Bambusa multiplex vat．nana(Roxb．)Keng f．)营养体各部分及生长发育各时期叶片的硅酸体进行观察研究。凤尾竹营养体各部分硅酸体形态分别为：叶片竹节形;叶鞘鞍形、钝方形;箨叶哑铃形;箨叶鞘鞍形;杆的表皮部位有少量椭圃形硅酸体,而内部来见成形的硅酸体;地下茎及根皆来见成形硅酸体。成熟硅酸体均沿脉横向排列。硅酸体在叶片、叶鞘、箨叶和箨叶鞘中基本上是按生长发育顺序从不成形到成形,由小到大变化的,分布由不规则到沿脉横列。同一叶从叶鞘到叶片呈现出由鞍形→钝方形(椭圆形)→竹节形渐变的趋势。光镜下,硅酸体内一般有折光率不同于其它部位的l到多个细小颗粒聚在一起形成的核状结构。凤尾竹不同生长发育期各部分硅酸体的晶核存在状况、硅酸体的形态和大小的演变趋势体现了硅质在植物器官表皮细胞上的连续沉积过程。     

施硒对两种类型玉米硒元素分配及产量、品质的影响

通过盆栽试验,以普通玉米品种郑单958(ZD958)和糯玉米品种京紫糯218(JN218)为试验材料,研究了不同硒水平(0、10、25、50 mg·kg-1)下,玉米植株各器官对硒的分配和转运差异以及硒对玉米产量和籽粒品质的影响.结果表明： 低含量(≤10 mg·kg-1)硒促进了玉米生长,植株生物量和籽粒产量均显著增加;高含量(≥25 mg·kg-1)硒抑制了玉米生长,植株干物质积累量减少,籽粒产量和品质下降.施硒显著提高了玉米植株各器官的硒含量,硒在各器官的分配为根系>叶片>茎秆>叶鞘,两种类型玉米各器官硒含量均与土壤硒含量呈显著正相关.JN218在自然低硒土壤环境中具有较强的硒富集能力,而ZD958在10 mg·kg-1 硒水平下硒积累量高于JN218.如果以籽粒和地上部营养器官的硒积累量为评价标准,自然低硒(025 mg·kg-1)或高硒(25 mg·kg-1)土壤适宜种植JN218,而富硒(10 mg·kg-1)或硒污染(50 mg·kg-1)土壤适宜种植ZD958.     

中国传统大菊叶片形态的数量化定义与分类

中国传统大菊品种叶片形态变异丰富, 然而至今仍未对其进行科学的定义和分类, 无法有效利用这些形态性状进行品种鉴定和叶形遗传解析。利用数量化分析方法对植物形态进行定义和分类, 是植物性状遗传解析的前提。对436个中国传统大菊品种的24个叶形性状进行重新定义及观测, 通过相关性分析确定了8个相对独立的性状, 用变异系数及主成分分析等数量化分析方法筛选出叶长/叶宽、叶片最宽处所在位置/叶长、右下裂片长/右下叶脉长、右下裂片长/右下裂片宽及叶柄长/全叶长5个相对独立且关键的叶部性状。利用这5个性状, 通过Q聚类分析, 最终将菊花(Chrysanthemum × morifolium)叶片分为16种叶型。研究结果为菊花品种鉴定提供了有效的叶部评价标准, 并建立了中国传统菊花品种叶片数量化定义和分类体系, 也为观赏植物复杂性状的解析提供了新方法。