基于单参数Logistic的典型作物相对叶面积指数模型研究

为系统分析叶面积指数变化特征,构建便于实际应用的作物生长模型,在对现有叶面积指数模型参数变化特征分析的基础上,以相对有效积温为自变量,利用修正Logistic模型分析了冬小麦、夏玉米、水稻3种作物相对叶面积指数的增长特征,并确立了模型参数之间的关系。研究结果表明,参数a、b和c与相对有效积温特征值有关,随着c的增大,a逐渐增大、b逐渐减小,且其增大或减小速率均与相对有效积温有关;参数a、c与b之间也存在一定函数关系。基于参数之间的关系,对相对化修正Logistic模型进行了简化,建立了描述冬小麦、夏玉米和水稻3种作物的叶面积指数增长过程的单参数Logistic模型。利用实测资料对模型进行了评估,结果表明,该模型能够很好地模拟相对叶面积指数的增长变化过程。该简化模型参数少、形式简单、便于分析,因此易于应用,对建立其他作物的单参数相对叶面积指数模型具有一定的参考价值。

灌溉施氮和种植密度对棉花叶面积指数与产量的影响

为构建便于实际应用的棉花叶面积指数和产量模型,综合考虑灌溉、施肥、种植密度及覆膜的影响,建立了基于相对有效积温的普适棉花相对叶面积指数的Logistic模型,并研究了棉花最大叶面积指数与全生育期灌水量、施氮量、种植密度及产量之间的关系。结果表明:覆膜棉花叶面积指数最大时的有效积温为1400℃左右,不覆膜棉花的叶面积指数最大时的有效积温为1600℃左右。棉花最大叶面积指数随耗水量、施氮量呈现出先增后减的变化趋势,而种植密度与最大叶面积指数之间表现出明显的正相关性。综合考虑灌水量、施氮量和种植密度的作用可以较为准确描述最大叶面积指数变化特征。棉花产量随着最大叶面积指数的变化呈现出明显的先增后减的变化趋势,当最大叶面积指数为4.93时籽棉产量最大达6066.2 kg/hm^(2)。相对化分析结果表明,覆膜与不覆膜棉花相对叶面积指数的变化趋势基本一致,相应的模型参数也基本相同,从而建立了全国范围内覆膜与不覆膜棉花统一的相对叶面积指数的Logistic模型。该研究为棉花科学种植和精细化管理提供了方法,也为其他作物在不同管理措施和地域时进行建模提供了参考。

滴灌玉米叶面积指数归一化建模与特征分析

为探讨宁夏引黄灌区不同施氮量条件下滴灌玉米叶面积指数的动态变化特征,反映温度等气象因子对宁夏玉米形态结构和生长发育的影响,预测玉米生长过程与相对叶面积指数动态变化规律,本研究于2017~2018年在宁夏平吉堡和宁夏大学试验农场进行,以玉米天赐19为试验材料,采用水肥一体化管理技术,设6个氮肥水平,对玉米全生育期叶面积指数(LAI)和有效积温(GDD)进行累积并归一化处理,以相对有效积温为自变量和相对叶面积指数(RLAI)为因变量进行动态模拟,得出了5个准确度较高的模型,其中有理函数模型更符合宁夏滴灌玉米相对叶面积指数动态变化规律,模型检验结果表明,准确度均大于0.933**,精确度R2均大于0.915**;因此,此模型能较准确地对玉米群体RLAI进行动态预测;施氮量可调控玉米的LAI、平均叶面积指数(MLAI)及MLAI/LAImax,为滴灌玉米叶面积指数动态模拟精度提供技术途径。

作物高产群体LAI动态模拟模型的建立与检验

针对目前已有群体叶面积指数(LAI)模拟模型形式多样、参数较多以及应用性不强等问题,对春玉米、水稻和冬小麦的LAI及出苗至成熟天数进行归一化处理,分别将最大LAI和出苗至成熟天数定为1,以相对LAI(0～1)和相对时间(0～1)为参数进行LAI动态模拟,筛选、建立了一个适用于这3种作物的相对化LAI动态模拟模型y=(a+bx)/(1+cx+dx2)。其中,春玉米y=(0.0134+0.3234x)/(1-2.774x+2.4178x2),r=0.9859**;水稻y=(0.0777+0.0205x)/(1-2.73744x+2.0484x2),r=0.9865**;冬小麦y=(0.0131+0.0035x)/(1-2.4515x+1.5273x2),r=0.9719**。利用该模型,自拔节期起就能够较准确地进行LAI的动态预测,其在春玉米、水稻和冬小麦上的准确度(以k表示)分别为1.050、1.0357和1.1168,精确度(以R2表示)分别为0.8728、0.9270和0.9254。3种作物整个生育期内模型的模拟值与测量值的精确度均在0.98以上,准确度达0.86以上,表明相对化LAI动态模型能够准确地反映作物群体动态变化。模型不仅可以计算出作物生育期间的平均LAI、总光合势,还能计算任一时刻的LAI以及任一时段的光合势;结合田间调查,还可得到作物生长期间的平均净同化率和平均作物生长率等产量相关的重要生理参数。根据作物群体中各光合生理参数与产量的关系,提出了3种作物进一步增产的可能途径。

辽宁地区玉米耗水量与产量的关系

为探讨生长季自然降水条件下水分状况对玉米产量的影响,利用锦州2011、2012年和2014年玉米分期播种试验数据和1981—2010年辽宁农业气象历史资料,研究干旱年份水分与玉米产量的定量关系。结果表明:玉米产量和总耗水量间呈二次抛物线的关系(R^2=0.793,F=105,P=0.0001,n=57),当耗水量达到400~600 mm时,玉米能够获得高产;玉米不同生育阶段需水量呈现抽雄~乳熟期>拔节~抽雄期>出苗~拔节期>乳熟~成熟期>播种~出苗期的变化规律,各阶段日耗水强度分别为5.75、4.78、2.36、1.84 mm·d^(-1)和1.35 mm·d^(-1)。在分析相对叶面积指数和相对作物系数关系的基础上,提出了作物水分胁迫系数的相对叶面积订正方法,建立了以Jenson模型为基础的玉米水分生产函数模型。

西葫芦LAI动态模拟模型的初步建立与检验

对春提早、秋延后和越冬茬西葫芦的叶面积指数(LAI)及生育期的有效积温进行归一化处理,分别将最大的LAI和出苗至开花的有效积温定为1,以相对LA(I0～1)和相对有效积温(0～1)为参数,进行LAI动态模拟,筛选、建立了一个适用于这3个茬口西葫芦的相对LAI动态模拟模型:y=(a+bx)(/1+cx+dx2)。其中,春提早为y=(-0.040 0+0.087 5x)/(1-1.473 8x+0.588 2x2)(r=0.992 2**,n=50);秋延后为y=(0.035 5+0.060 0x)(/1-1.390 5x+0.543 1x2)(r=0.991 9**,n=22);越冬茬为y=(-0.046 4+0.146 4x)(/1-1.377 9x+0.559 0x2)(r=0.988 7**,n=70)。准确度(以k表示)分别为0.999 6,1.000 7和1.000 5,精确度(以R2表示)分别为0.983 9,0.982 3和0.976 9。西葫芦LAI动态模型从三叶一心期就能够比较准确地进行西葫芦LAI动态预测。

基于作物系数与水分生产函数的向日葵产量预测

利用河套灌区向日葵2012年田间水分、分期播种试验数据和两个站点的农业气象历史资料,研究基于向日葵作物系数和水分生产函数的产量预测方法。结果表明:向日葵标准作物系数在生育期内的变化规律是前期小、中期大、后期小,最高值为1.21,出现在开花期。标准作物系数与出苗后日数和大于0℃积温有很好的二次和三次多项式关系,拟合优度在0.93以上。在分析相对叶面积指数和作物系数关系的基础上,提出标准作物系数的相对叶面积指数订正方法,得出河套灌区向日葵作物系数的动态计算式,为水分生产函数中实际蒸散量的计算提供支撑。建立以Jensen模型为基础的向日葵水分生产函数,得到对水分亏缺的敏感顺序从高到低是开花期、花序形成期、成熟期、苗期。综合应用向日葵作物系数方程和水分生产函数模型计算分期播种产量,与实际产量分别相差4.4%和4.1%,初步证明该文提出的方法对产量预测较为理想,在该地区具有很好的适用性。