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基于水稻产量要素模拟的产量估算方法研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 水稻产量估算方法研究现状

1.2.2 水稻作物模型研究现状

1.3 研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第二章 实验设计和数据

2.1 田间试验

2.1.1 实验设计

2.1.2 观测内容与观测方法

2.2 研究数据

2.2.1 田间观测数据

2.2.2 气象数据

2.2.3 辅助数据

第三章 水稻群体茎蘖动态模拟

3.1 水稻群体茎蘖动态模拟模型简介

3.1.1 茎蘖增长阶段

3.1.2 茎蘖消亡阶段

3.2 ORYZA2000模型简介

3.3 研究方法

3.3.1 光温组合影响方程

3.3.2 模型耦合方法

3.3.3 参数标定和验证方法

3.4 结果与分析

3.4.1 参数定标结果

3.4.2 DVS和WAGT模拟结果

3.4.3 光温组合影响方程及群体茎蘖动态模拟

3.4.4 耦合后群体茎蘖动态模拟结果

3.5 本章小结

第四章 籽粒灌浆结实进程模拟

4.1 籽粒灌浆结实进程模拟模型创建

4.2 模型参数优化与验证方法

4.3 结果分析

4.3.1 参数定标结果

4.3.2 灌浆特性及其与光温要素的关系

4.3.3 光温特性参数和影响曲线

4.3.4 千粒重模拟结果

4.4 本章小结

第五章 基于产量要素模拟的产量估算方法

5.1 研究方案

5.2 结实率模拟

5.3 穗粒数模拟

5.4 结果分析

5.4.1 模拟结果

5.4.2 分析与讨论

5.5 本章小结

第六章 结论与讨论

6.1 主要结论

6.2 讨论

6.2.1 光温对群体茎蘖动态的影响

6.2.2 光温对籽粒灌浆动态的影响

6.2.3 统计模型的适用性

6.2.4 模型耦合

6.2.5 基于产量要素模拟的产量估算方法

6.3 创新点

参考文献

作者简介

致谢

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摘要

水稻是我国重要的粮食作物,准确的产量估算对于保证我国粮食安全具有重要意义。水稻产量由有效穗、千粒重、穗粒数和结实率这四个产量要素构成,恰当分析水稻各产量构成要素的光温响应机制,进而分析各要素对产量的贡献情况,对于制定水稻高产栽培措施具有重要的参考价值。为此,以籼型两系杂交稻陵两优268和两优培九为供试品种,于2012年和2013年在南京信息工程大学农业气象试验站进行了为期两年的大田分期播种试验,每年分7期播种,旨在研究光温条件对水稻群体茎蘖动态、灌浆结实进程、穗粒数和结实率的影响机制,并分别建立相应的光温影响方程,实现了对四个产量要素的模拟,进而估算水稻产量。
  首先,根据试验中获取的两品种水稻的群体茎蘖数据,分析茎蘖增长阶段光温要素与茎蘖动态的关系,确立光温影响方程,并替换黄耀建立的群体茎蘖动态模型中的有关方程,完成茎蘖增长阶段的模拟,之后采用单向耦合方案将ORYZA2000模型与该模型耦合,将ORYZA2000模型的输出变量作为茎蘖动态模型的输入变量,驱动群体茎蘖模型运转,完成茎蘖消亡阶段的模拟,最终建立完整的群体茎蘖动态模型,模拟得到有效穗数。其次,通过扩展Richards方程建立水稻灌浆结实期光温影响特征方程,并结合参数优化算法,获取两品种水稻灌浆结实期的光温特征参数和响应曲线,定量分析光温要素对籽粒灌浆的影响特征,进而建立数学模型对籽粒灌浆结实动态进行模拟,最终模拟得到千粒重。然后,分析穗粒数和空秕率与幼穗分化到灌浆期之间不同生长阶段的主要气象要素的关系,提取主要影响因子,通过主成分回归分析分别建立两者与主要影响因子的回归方程,建立穗粒数模拟模型和空秕率模拟模型,进而估算穗粒数和结实率。最后,将模拟得到的有效穗数、千粒重、穗粒数和结实率相乘,估算水稻产量,同时分析各产量要素与产量的相互关系。得到的研究结论如下:
  (1)群体茎蘖动态受光温要素共同作用。在茎蘖增长阶段,光温要素不仅影响群体茎蘖增长速率,也会影响群体最大分蘖能力,两者与光温要素均表现为显著的正相关性,这在构建的光温组合影响方程中得到了较好的反映。在茎蘖消亡阶段,耦合后的模型能够实现逐日群体茎蘖密度的计算,并与发育速率和生物量联系起来,使得模拟结果更接近于实际,同时光温要素除了通过作用于生物量间接影响茎蘖消亡速率,也可能对其有直接影响。总体来说,改进后的水稻群体茎蘖动态模型,有效提高了群体茎蘖动态的模拟精度。
  (2)陵两优268灌浆结实期的光照阈值(R0)、最高(Tmax)、最低(Tmin)和最适温度(Top)分别为18.94 MJ·m-2·d-1、33.29℃、6.81℃和30.28℃,两优培九的上述参数分别为21.71 MJ·m-2·d-1、33.74℃、6.10℃和24.16℃。形成的光温响应曲线,较好的反映了两品种平均灌浆速率对光温条件的响应差异,在有效灌浆期内,陵两优268的平均灌浆速率对温度变化的响应较为显著,而两优培九对光照变化的响应较为显著。建立的模型能较好的模拟两品种水稻的灌浆结实进程,对于千粒重的模拟精度较高。
  (3)针对穗粒数和空秕率建立的统计模型模拟性能良好,陵两优268穗粒数和空秕率模拟值与实测值的相关系数分别为0.64、0.82,两优培九分别为0.85、0.77,均通过了0.05水平显著性检验。
  (4)最终估算的产量与实测值相差较小,陵两优268产量模拟值与实测值的相关系数为0.83,两优培九为0.96,均通过了0.01水平显著性检验。陵两优268产量模拟值与实测值的RMES为106.2 g·m-2,两优培九为40.3 g·m-2。
  总体来看,本次研究提出的产量估算方法具有一定的可行性,可为今后的产量估算研究提供一定的科学参考,也可在制定栽培计划以及完善田间管理方面提供科学指导。

著录项

  • 作者

    王萌萌;

  • 作者单位

    南京信息工程大学;

  • 授予单位 南京信息工程大学;
  • 学科 应用气象学
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 杨沈斌;
  • 年度 2016
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 稻;
  • 关键词

    水稻; 产量估算; 产量要素; 光温条件;

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