馬鈴薯生育期及形態(tài)建成的模擬研究.pdf

1、馬鈴薯是世界上重要的糧食作物之一，在農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)以及全球糧食安全中占據(jù)著重要地位，世界各國(guó)對(duì)馬鈴薯的生產(chǎn)種植歷來都特別重視。生育期和形態(tài)建成方面的模擬，是作物生長(zhǎng)發(fā)育模擬中最基礎(chǔ)也是最核心的部分，系統(tǒng)地構(gòu)建和完善馬鈴薯生育期及形態(tài)建成方面的模擬模型，對(duì)于開展馬鈴薯生理生態(tài)方面的研究，建立馬鈴薯生產(chǎn)管理決策支持系統(tǒng)，指導(dǎo)馬鈴薯高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)等，都具有十分重要的意義。
　　本文借鑒國(guó)內(nèi)外在馬鈴薯或其他作物關(guān)于生育期預(yù)測(cè)及形態(tài)建成方面優(yōu)秀的建模

2、理論和方法，在深入分析馬鈴薯生理生態(tài)過程的基礎(chǔ)上，綜合考慮溫度和光周期對(duì)馬鈴薯生育期及形態(tài)建成的影響，以生理發(fā)育時(shí)間作為馬鈴薯發(fā)育進(jìn)程的衡量標(biāo)準(zhǔn)，建立了基于生理發(fā)育時(shí)間的馬鈴薯發(fā)育模型，并在馬鈴薯發(fā)育模型的基礎(chǔ)上，以生理發(fā)育時(shí)間為驅(qū)動(dòng)變量，建立了馬鈴薯葉面積指數(shù)、葉齡和株高等形態(tài)建成模型。馬鈴薯不同品種、不同播期的大田試驗(yàn)分別于2010年和2014年在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)展開，其中2010年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)用于模型的構(gòu)建，2014年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)用來檢驗(yàn)

3、模型。馬鈴薯生育期的模擬。利用2010年和2014年兩年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和歷史試驗(yàn)資料，確定了馬鈴薯出苗、塊莖形成、塊莖膨大和成熟期的生理發(fā)育時(shí)間分別為0d、11.7d、20.5d、35.7d，為了方便計(jì)算機(jī)對(duì)馬鈴薯出苗的模擬，在播種至出苗這段時(shí)間內(nèi)，生理發(fā)育時(shí)間恒定為-1。本文選用正弦和余弦指數(shù)函數(shù)來量化溫度和光周期對(duì)馬鈴薯發(fā)育進(jìn)程的影響，并引入了出苗所需的有效積溫(GDD)、熱敏感因子(Ts)、光周期敏感因子(Ps)、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段基本發(fā)育

4、因子(BVF)和生殖生長(zhǎng)階段基本發(fā)育因子(BRF)等五個(gè)遺傳參數(shù)來描述馬鈴薯品種間的差異性。利用2014年不同品種、不同播期的馬鈴薯試驗(yàn)資料對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明，馬鈴薯出苗、塊莖形成、塊莖膨大和成熟期的預(yù)測(cè)誤差RMSE值分別為:1.7d、3.2d、2.0d、5.3d，全生育期RMSE值達(dá)到3.4d。模型體現(xiàn)出對(duì)馬鈴薯生育期具有較好的預(yù)測(cè)效果。葉面積指數(shù)的模擬。不同馬鈴薯品種間葉面積指數(shù)差異很大，很難用同一條曲線模擬，但是葉面積指數(shù)的

5、變化規(guī)律是一樣的，因此，本文葉面積指數(shù)的模擬分成兩步進(jìn)行。第一步采用歸一法消除品種間葉面積指數(shù)的差異，計(jì)算出相對(duì)葉面積指數(shù)，建立相對(duì)葉面積指數(shù)與生理發(fā)育時(shí)間的模型。第二步，根據(jù)葉面積指數(shù)是最大葉面積指數(shù)與相對(duì)葉面積指數(shù)的乘積，即可得出馬鈴薯葉面積指數(shù)模型。利用2014年不同品種、不同播期的馬鈴薯試驗(yàn)資料對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明，馬鈴薯葉面積指數(shù)模擬值與觀測(cè)值的RMSE為0.43;對(duì)各品種、各播期馬鈴薯葉面積指數(shù)模擬值與觀測(cè)值制作1∶1等

6、值線圖，并進(jìn)行線性回歸，得到?jīng)Q定系數(shù)R2值為0.935，達(dá)到了極顯著水平(P＜0.001)，表明該模型對(duì)葉面積指數(shù)的模擬效果較好。葉齡的模擬。馬鈴薯葉齡的模擬采用同葉面積指數(shù)相同的模擬方法。即先對(duì)葉齡進(jìn)行歸一化處理，消除品種間的差異性，計(jì)算出相對(duì)葉齡，建立相對(duì)葉齡與生理發(fā)育時(shí)間的模型，然后即可根據(jù)相對(duì)葉齡與各品種最大葉齡的乘積得到馬鈴薯葉齡模型。利用2014年不同品種、不同播期的馬鈴薯試驗(yàn)資料對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明，所有馬鈴薯品種和播

7、期的葉齡總體模擬誤差RMSE為0.70，對(duì)各品種、各播期馬鈴薯葉齡模擬值與觀測(cè)值制作1∶1等值線圖，并進(jìn)行線性回歸，得到?jīng)Q定系數(shù)R2值為0.951，說明該模型能夠有效地模擬馬鈴薯葉齡的動(dòng)態(tài)變化。株高的模擬。馬鈴薯株高模型也是采用各品種最大株高與相對(duì)株高的乘積建立起來的。經(jīng)檢驗(yàn)，所有馬鈴薯品種和播期的株高總體模擬誤差RMSE為1.35cm，對(duì)各品種、各播期馬鈴薯株高模擬值與觀測(cè)值制作1∶1等值線圖，并進(jìn)行線性回歸，得到?jīng)Q定系數(shù)R2值為0.