棉花地上部形态指标与蕾铃脱落的模拟研究

【摘要】本文综合国内外关于棉花地上部形态发与蕾铃脱落的生理生态研究成果,基于2010-2011年在江苏南京进行的不同低温敏感性品种分期播种试验、棉花花铃期短期渍水试验和2009-2011年在江苏大丰和东台进行的氮肥试验、密度试验与渍水试验。运用作物模型学原理和系统分析法,在统计分析基础上,综合量化棉花地上部形态指标与蕾铃脱落过程和环境因子间的动态关系。基于累积温光效应(TSE)确定了氮素和渍水对棉花地上部形态指标与蕾铃脱落影响模拟,在此基础上,引入品种遗传效应,以累积生理效应(TVE)为发育尺度构建棉花模拟模型,对棉花地上部形态指标、蕾铃脱落及叶面积指数进行预测,并利用独立的试验资料对模型的预测精度和广适性进行了检验。主要研究结果如下：1.温光因子对棉花地上部形态指标与蕾铃脱落的影响通过设置播种期试验,以综合了热效应、光合有效辐射效应及温光互作效应的累积温光效应(Cumulativethermalandsolarradiativeeffectiveness,TSE)为驱动变量,定量研究温光因子对棉花地上部形态指标与蕾铃脱落的影响。结果表明,棉株的株高、果枝数、果节数、成铃数随累积温光效应呈logistic曲线变化,棉蕾数和幼铃数随累积温光效应呈二次曲线变化；株高、果枝数、果节数和成铃数的最快生长或发生的终止时段的累积温光效应大致分别为73、80、80、104,最大相对生长或发生速率出现的累积温光效应大致分别为46、57、65、89,理论最大值大致分别为132cm/株、22个/株、83个/株、25个/株,最大相对发生或生长速率与最快发生或生长时段的起始累积温光效应呈正相关；棉蕾和幼铃的理论最大值大致分别为27和9,出现的累积温光效应大致分别为68和85。2.氮素对棉花地上部形态指标与蕾铃脱落影响的模拟通过设置施氮量试验,以累积温光效应为驱动变量,以花铃期棉株下部果枝对位叶平均氮浓度为氮营养指标,模拟氮营养水平对棉花地上部形态指标与蕾铃脱落的动态影响。结果表明,棉花下部果枝对位叶氮浓度随花后天数呈幂函数下降趋势,其平均氮浓度出现的花后天数占花铃期总天数的比值较稳定,可作为植株N营养状态指标；棉株的株高、果枝数、果节数、成铃数随累积温光效应呈logistic曲线变化,棉蕾数和幼铃数随TSE呈二次曲线变化,且各拟合方程中的参数响应N处理而变化,与花铃期棉株下部果枝对位叶平均氮浓度呈二次函数关系。利用独立的试验资料检验,在不同施氮水平下,棉株株高、果枝数、果节数、棉蕾数、幼铃数、成铃数和脱落率的RMSE分别平均为3.4cm/株、1.1个/株、2.7个/株、2.4个/株、1.6个/株、1.4个/株和3.5%;在不同种植密度条件下,株高、果枝数、果节数、棉蕾数、幼铃数、成铃数和脱落率的RMSE分别平均为7.3cm/株、1.2个/株、3.1个/株、2.4/株、1.7个/株、1.6个/株和4.0%,除株高外,其余指标的模拟值与观测值也具有较好的吻合度。3.花铃期短期渍水对棉花地上部形态指标与蕾铃脱落影响的模拟棉花花铃期渍水胁迫是影响棉花生长发育、地上部形态发生与蕾铃脱落的重要因子。通过设置花铃期不同渍水天数试验(渍水3天、6天、9天、12天),以累积温光效应为驱动变量,以棉花功能叶凌晨叶水势为棉株水分状态指标,定量花铃期渍水胁迫对棉花株高、果枝数、果节数、棉蕾数、幼铃数、成铃数和蕾铃脱落率的动态影响。结果表明：随渍水天数的增加,渍水结束当天棉花功能叶凌晨叶水势呈线性降低,且此时的功能叶凌晨叶水势与棉花各形态指标的模型参数存在定量关系。不同处理的棉花株高、果枝数、果节数、棉蕾数、幼铃数、成铃数和脱落率的RMSE分别平均为2.6cm/株、1.3个/株、2.3个/株、1.9个/株、1.7个/株、2.0个/株和0.05。棉株株高、果枝数、果节数棉蕾数、幼铃数、成铃数和脱落率的模拟值与观测值具有较好的吻合度,说明模型对渍水导致棉花株高、果枝数、果节数、棉蕾数、幼铃数、成铃数和脱落率的动态变化具有较好的预测性。4.棉花地上部形态指标、蕾铃脱落和叶面积指数的模拟模型研究基于前三章温光、氮素、渍水对棉花地上部形态指标与蕾铃脱落影响的研究结果,引入品种遗传效应,以累积生理效应(Cumulativephysiological、thermalandsolarradiativeeffectiveness,TVE)为驱动变量,并用于叶面积指数的模拟,构建棉花综合模拟模型,来模拟不同品种、不同环境下的棉花株高、果枝数、果节数、棉蕾数、幼铃数、成铃数、蕾铃脱落率和叶面积指数的动态变化。通过设置独立的试验对模型进行检验。结果表明,棉株株高、果枝数、果节数、棉蕾数、幼铃数、成铃数、脱落率和叶面积指数的RMSE分别平均分别为2.7cm/株、1.1个/株、2.6个琳、2.3个/株、1.7个/株、1.7个琳、5.1%和0.29,其模拟值与观测值均具有较好的吻合度。
【作者】李雨；
【导师】孟亚利；
【作者基本信息】南京农业大学，作物栽培学与耕作学，2013，硕士
【关键词】棉花；温光因子；氮素；渍水；形态指标；蕾铃脱落；叶面积指数；模拟模型；

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