论文部分内容阅读
本研究以长江流域杂交油菜代表性品种华油杂9号为主要试验材料，结合其他油菜品种，分别构建了油菜发育期、绿色面积指数、光合作用与干物质积累、干物质分配与产量动态模拟子模型，采用SQL数据库与C#高级编程语言相结合的手段，实现各子模型算法及其有效耦合，最终构建具有机理性和实用性的直播油菜生长模拟模型。主要研究内容和结论如下:
1.采用作物相对恒定的生理发育时间(PDT)来模拟油菜的生育期进程，用Logistic曲线方程模拟苗期的光周期效应，方程中的参数具有一定的生物学意义，解释性强，能更好地描述油菜对光周期的反应规律，模型中引入了温度敏感性(TS)、生理春化时间(PVT)、光周期敏感性(PSF)、角果期因子(PPF)四个品种遗传参数，充分量化了温度、春化效应、光周期效应和角果成熟速率对油菜生长发育的影响，实践表明四个参数生理意义明确，能够反映不同品种间的差异，即TS反映品种对温度敏感程度，PVT反映品种完成春化所需时间长短，PSF反映品种对光周期的敏感程度，PPF反映品种角果期角果成熟速率;各生育阶段模拟值与观测值的RMSE（根均方差）的结果是:对不同播期预测平均值为2.67天，对不同品种预测平均值为3.74天;本文提出了一种根据气象资料来确定油菜适宜播种期范围的方法，得出2011～2012年度华油杂9号的适宜播种期范围为2011年9月10日至10月27日，田间试验的结果是在该播期内油菜实际产量较其他播期高，考虑到前茬作物收获期的影响，直播油菜在适宜播种日期范围内适当晚播比较好。
2.叶面积指数的模拟采用比叶面积(SLA)法，根据油菜叶片生长规律和实测田间数据提出了全新的油菜SLA变化规律，用对数函数和余弦函数分段模拟SLA随生育进程的动态变化，模拟值与实测值的决定系数R2=0.9260，表明该方法能够准确模拟油菜比叶面积的动态变化。同时采用比角果面积(SPA)法模拟角果面积指数，共同构建了油菜绿色面积指数模型，模型简单易懂、参数少且确定较为简单，准确有效的模拟了油菜LAI和PAI随生理发育时间变化的规律。验证结果表明油菜不同播期LAI和PAI的模拟误差RRMSE（相对根均方差）平均值分别为14.16％、10.46％。
3.根据油菜独特的冠层特点，分两层（即:角果层和叶层）利用高斯积分法模拟冠层结构及其光截获规律，考虑了不同生育阶段光合作用的主要功能叶存在着叶型间的差异，提出以油菜整个生长周期内不同叶型交替过程中光合速率的差异来反映叶片光合速率随生育进程的变化规律，同时计算生长呼吸和维持呼吸消耗量，进而构建具有解释性和机理性的油菜光合作用和干物质积累模型。模型验证结果为不同播期总干物重的模拟误差RRMSE平均值为6.05％。
4.采用干物质分配指数法模拟油菜干物质分配动态变化过程，并通过油菜较为稳定的粒壳比和角果干物重来计算油菜产量，从而构建了油菜干物质分配和产量模型。模型中提出了一套具有一定生理学意义的数学函数，分别模拟油菜各器官干物质分配随生长发育进程的动态变化规律，对根、绿色叶片、花和角果、花、茎柄干物质分配指数模拟的决定系数R2依次为0.9895、0.9876、0.9935、0.8555、0.9561。验证结果为根、茎柄、绿色叶片、花、角果的干物质分配量模拟误差RRMSE平均值依次为9.37％、9.10％、11.87％、14.97％、4.77％;产量的验证结果为:不同播期模拟理论产量和实测理论产量误差RRMSE为3.40％。
结果表明，本文构建的直播油菜生长模拟模型具有较强的机理性、可靠性和预测性，为油菜数字化栽培、管理和生产奠定了基础。