基于光温模型的吉林省马铃薯物候期预测效果比较

马铃薯是我国继小麦、玉米、水稻后的第四大主粮作物,准确模拟马铃薯生育期是预测产量的关键步骤。使用被广泛应用于预测作物生育期的3种温度响应函数(正弦指数函数、WE温度响应函数、Beta函数)和2种日长响应函数(负指数函数、DSSAT-SUBSTOR日长响应函数)组合形成6种光温模型(SN、WN、BN、SD、WD、BD)。模型引入各生育期最大日发育速率、临界日长、感光系数和感温系数来描述马铃薯发育过程,使用最大似然法(GLUE)来估计各个光温模型的参数,模型经参数调节后用于预测吉林省马铃薯生育期,旨在对比不同光温模型对吉林省不同马铃薯品种的预测效果,并找到研究区域表现最优的光温模型。结果表明,6种光温模型均能很好地预测马铃薯生育期,且马铃薯不同生育阶段表现最好的光温模型不同,在研究区域,BN模型对马铃薯早熟品种费乌瑞它生育期的综合预测效果最好;SN模型对马铃薯中晚熟品种延薯4号生育期的综合预测效果最好。

棉花地上部形态建成的光温模型

以不同株型棉花品种为研究对象,基于"同类相似性"原理,借助数学建模和统计分析方法,系统分析光温生态因子对棉花叶片长、宽,叶柄长、粗,主茎节间长、粗,果节长、粗,蕾铃高、直径等形态指标的影响,量化温、光因子与棉花各器官形态建成的关系,构建了基于GDD(growing degree day)和Logistic方程的棉花形态建成光温模型。利用独立的试验数据对模型进行了检验,结果表明,棉花主茎叶片的长度和宽度、叶柄长度、主茎节间的长度和粗度、果枝叶片的长度和宽度、叶柄长度、果节的长度和粗度、蕾铃高度和直径的RMSE值分别为0.48、0.65、0.53、0.09、0.02、0.55、0.28、0.23、0.14、0.17、0.20和0.11cm。显示棉花器官形态指标的模拟值与检验值具有较好的吻合度,说明模型具有良好的预测性和描述性。

马铃薯发育期模型精度及其对升温的敏感性比较

马铃薯是世界第四大主粮作物,马铃薯发育期的准确模拟是评估气候变化对马铃薯生长发育影响的基础。通过研究筛选在全国马铃薯种植区发育期模拟效果最优的模型,并基于模型探究历史气候变化对马铃薯生育期的影响差异以及模型对升温(1~5℃)的敏感性,可为模型改进提供方向。针对当前对覆盖不同气候和品种类型的发育期模型综合对比研究较少,本研究选取3种温度响应函数与2种日长响应函数,组合形成3种温度模型和6种光温模型,运用模拟退火算法对模型进行调参,对比其在全国8个站点模拟马铃薯全生育期的精度,结果表明:1)线性温度函数+负指数日长函数光温模型(M3)、Logistic温度函数+负指数日长函数光温模型(M6)和Beta温度函数+负指数日长函数光温模型(M9)的模拟效果最优, 3个模型模拟和观测的全生育期长度RMSE分别为7.7 d、6.8 d和7.1 d, R^(2)均大于0.90。2)基于最优模型在4个代表性站点的模拟结果显示,历史气候变化导致马铃薯生育期总体呈缩短趋势,但在不同站点模型间存在差异。3)升温1~5℃,模型M3和M6模拟的马铃薯全生育期日数呈线性缩短,每升温1℃, 4个站点的生育期缩短3.0~8.2 d;而模型M9模拟的全生育期日数呈非线性变化,随温度升高生育期缩短趋势先增加后减小。筛选出的3种光温模型均可有效模拟马铃薯发育期;基于3种模型模拟的历史气候变化总体均使马铃薯生育期缩短,但变化率不同;温度响应函数的不同,使得3种模型对升温的敏感性不同,且模型间差异随着升温而增加。研究结果为马铃薯发育期模型选择和改进提供了重要参考。

光温驱动下中国1979~2018年春季物候时空分异规律

生态和物候学研究领域积累的大数据迫切需要分析其中有用的规律和信息.基于双向聚类方法,文章使用光温驱动物候模型对长时间序列全国春季物候的时空分异规律开展研究.首先,基于中国区城高时空分辨率气象要素驱动数据集,利用拓展春季指数物候模型获取1979~2018年全国开花始期数据集.之后,使用双向聚类和k均值算法分析开花始期数据集,获得双向聚类结果.本研究实现了全国范围内空间连续的开花始期物候区划.研究结果显示出三种遍布全国的开花始期空间格局及其在40年间(1979~2018年)的动态演化.具体来说,1979~1996年开花始期较晚,江西、新疆北部和内蒙古中部开花始期变化最为频繁.1997~2012年,全国开花始期呈现持续提前趋势,福建、湖南和黑龙江东部开花始期变化最为频繁.2012年后,全国开花始期呈现稳定较早状态.此外,研究结果同时显示出15种延续40年的开花始期时间格局及其在全国范围内的空间区划.全国大部分区域处于持续40年开花始期不变状态,而贵州北部、湖南和湖北南部1979~1997年持续不变而后出现波动.文章的研究结果对中国物候观测网现有站点布设具有一定的指导意义.