基于水稻產(chǎn)量要素模擬的產(chǎn)量估算方法研究.pdf

1、水稻是我國重要的糧食作物，準(zhǔn)確的產(chǎn)量估算對于保證我國糧食安全具有重要意義。水稻產(chǎn)量由有效穗、千粒重、穗粒數(shù)和結(jié)實率這四個產(chǎn)量要素構(gòu)成，恰當(dāng)分析水稻各產(chǎn)量構(gòu)成要素的光溫響應(yīng)機制，進而分析各要素對產(chǎn)量的貢獻情況，對于制定水稻高產(chǎn)栽培措施具有重要的參考價值。為此，以秈型兩系雜交稻陵兩優(yōu)268和兩優(yōu)培九為供試品種，于2012年和2013年在南京信息工程大學(xué)農(nóng)業(yè)氣象試驗站進行了為期兩年的大田分期播種試驗，每年分7期播種，旨在研究光溫條件對水稻群體

2、莖蘗動態(tài)、灌漿結(jié)實進程、穗粒數(shù)和結(jié)實率的影響機制，并分別建立相應(yīng)的光溫影響方程，實現(xiàn)了對四個產(chǎn)量要素的模擬，進而估算水稻產(chǎn)量。
　　首先，根據(jù)試驗中獲取的兩品種水稻的群體莖蘗數(shù)據(jù)，分析莖蘗增長階段光溫要素與莖蘗動態(tài)的關(guān)系，確立光溫影響方程，并替換黃耀建立的群體莖蘗動態(tài)模型中的有關(guān)方程，完成莖蘗增長階段的模擬，之后采用單向耦合方案將ORYZA2000模型與該模型耦合，將ORYZA2000模型的輸出變量作為莖蘗動態(tài)模型的輸入變量，驅(qū)動

3、群體莖蘗模型運轉(zhuǎn)，完成莖蘗消亡階段的模擬，最終建立完整的群體莖蘗動態(tài)模型，模擬得到有效穗數(shù)。其次，通過擴展Richards方程建立水稻灌漿結(jié)實期光溫影響特征方程，并結(jié)合參數(shù)優(yōu)化算法，獲取兩品種水稻灌漿結(jié)實期的光溫特征參數(shù)和響應(yīng)曲線，定量分析光溫要素對籽粒灌漿的影響特征，進而建立數(shù)學(xué)模型對籽粒灌漿結(jié)實動態(tài)進行模擬，最終模擬得到千粒重。然后，分析穗粒數(shù)和空秕率與幼穗分化到灌漿期之間不同生長階段的主要氣象要素的關(guān)系，提取主要影響因子，通過主成

4、分回歸分析分別建立兩者與主要影響因子的回歸方程，建立穗粒數(shù)模擬模型和空秕率模擬模型，進而估算穗粒數(shù)和結(jié)實率。最后，將模擬得到的有效穗數(shù)、千粒重、穗粒數(shù)和結(jié)實率相乘，估算水稻產(chǎn)量，同時分析各產(chǎn)量要素與產(chǎn)量的相互關(guān)系。得到的研究結(jié)論如下:
　　(1)群體莖蘗動態(tài)受光溫要素共同作用。在莖蘗增長階段，光溫要素不僅影響群體莖蘗增長速率，也會影響群體最大分蘗能力，兩者與光溫要素均表現(xiàn)為顯著的正相關(guān)性，這在構(gòu)建的光溫組合影響方程中得到了較好的反

5、映。在莖蘗消亡階段，耦合后的模型能夠?qū)崿F(xiàn)逐日群體莖蘗密度的計算，并與發(fā)育速率和生物量聯(lián)系起來，使得模擬結(jié)果更接近于實際，同時光溫要素除了通過作用于生物量間接影響莖蘗消亡速率，也可能對其有直接影響?？傮w來說，改進后的水稻群體莖蘗動態(tài)模型，有效提高了群體莖蘗動態(tài)的模擬精度。
　　(2)陵兩優(yōu)268灌漿結(jié)實期的光照閾值（R0）、最高（Tmax）、最低(Tmin)和最適溫度(Top)分別為18.94 MJ·m-2·d-1、33.29℃、6

6、.81℃和30.28℃，兩優(yōu)培九的上述參數(shù)分別為21.71 MJ·m-2·d-1、33.74℃、6.10℃和24.16℃。形成的光溫響應(yīng)曲線，較好的反映了兩品種平均灌漿速率對光溫條件的響應(yīng)差異，在有效灌漿期內(nèi)，陵兩優(yōu)268的平均灌漿速率對溫度變化的響應(yīng)較為顯著，而兩優(yōu)培九對光照變化的響應(yīng)較為顯著。建立的模型能較好的模擬兩品種水稻的灌漿結(jié)實進程，對于千粒重的模擬精度較高。
　　(3)針對穗粒數(shù)和空秕率建立的統(tǒng)計模型模擬性能良好，陵兩

7、優(yōu)268穗粒數(shù)和空秕率模擬值與實測值的相關(guān)系數(shù)分別為0.64、0.82，兩優(yōu)培九分別為0.85、0.77，均通過了0.05水平顯著性檢驗。
　　(4)最終估算的產(chǎn)量與實測值相差較小，陵兩優(yōu)268產(chǎn)量模擬值與實測值的相關(guān)系數(shù)為0.83，兩優(yōu)培九為0.96，均通過了0.01水平顯著性檢驗。陵兩優(yōu)268產(chǎn)量模擬值與實測值的RMES為106.2 g·m-2，兩優(yōu)培九為40.3 g·m-2。
　　總體來看，本次研究提出的產(chǎn)量估算方法具