基于生理生態(tài)過(guò)程的棉籽品質(zhì)模擬模型研究.pdf

1、本文綜合國(guó)內(nèi)外棉鈴發(fā)育和棉籽品質(zhì)形成的生理生態(tài)研究成果，基于2006-2007年在江蘇南京進(jìn)行的不同熟性棉花品種與施氮量試驗(yàn)和2005年在長(zhǎng)江流域下游棉區(qū)和黃河流域黃淮棉區(qū)多個(gè)試點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行的異地分期播種試驗(yàn)，在統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上，確定影響棉籽品質(zhì)的主要生態(tài)因子，并建立棉籽品質(zhì)的生態(tài)預(yù)測(cè)模型。運(yùn)用作物模型學(xué)原理和系統(tǒng)分析法，綜合量化棉鈴發(fā)育和棉籽品質(zhì)形成過(guò)程及其與環(huán)境因子間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建基于生理發(fā)育時(shí)間(PDT)的棉花鈴期模擬模

2、型和基于生理生態(tài)過(guò)程的棉籽干物質(zhì)積累與品質(zhì)形成模擬模型。利用不同熟性棉花品種多試點(diǎn)分播期的試驗(yàn)資料對(duì)模型的預(yù)測(cè)精度和廣適性進(jìn)行了檢驗(yàn)。
　　 1.棉花鈴期模擬模型
　　 基于不同熟性棉花品種和施氮量試驗(yàn)，綜合量化品種特性、主要?dú)庀髼l件（溫度、太陽(yáng)輻射）和栽培措施（施氮量）對(duì)棉花鈴期的影響，在作物生育期模擬研究基礎(chǔ)上，改進(jìn)溫度效應(yīng)的計(jì)算方法，增加太陽(yáng)輻射和氮素效應(yīng)函數(shù)，以生理發(fā)育時(shí)間(PDT)作為尺度，建立棉花鈴期模擬模型

3、。利用田間試驗(yàn)資料對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)的結(jié)果表明：鈴期模擬模型對(duì)德夏棉1號(hào)、科棉1號(hào)和美棉33B鈴期預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的根均方差（RMSE）分別為2.25d、2.61d和2.75d，說(shuō)明鈴期模擬模型預(yù)測(cè)精度高，機(jī)理性強(qiáng)，模型實(shí)現(xiàn)了棉鈴發(fā)育進(jìn)程的逐日模擬和棉花鈴期的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，可為棉籽生長(zhǎng)和品質(zhì)形成的模擬模型提供時(shí)間變量。
　　 2.棉籽干物質(zhì)積累模擬模型
　　 基于不同熟性棉花品種的異地分期播種試驗(yàn)，綜合量化棉籽干物質(zhì)積累過(guò)程及其對(duì)

4、品種特性、主要?dú)庀髼l件（溫度、太陽(yáng)輻射）和栽培措施（施氮量）的響應(yīng)，基于棉籽干物質(zhì)積累的“庫(kù)限制”假設(shè)，結(jié)合棉花鈴期模擬模型，建立基于生理生態(tài)過(guò)程的棉籽干物質(zhì)積累與籽指形成的模擬模型。通過(guò)量化鈴期棉鈴對(duì)位葉氮濃度的變化，為模型構(gòu)建氮素效應(yīng)函數(shù)。利用不同生態(tài)點(diǎn)分品種、播期和施氮量的田間試驗(yàn)資料對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)的結(jié)果表明：科棉1號(hào)和美棉33B的棉籽干重模擬值與實(shí)測(cè)值的根均方差(RMSE)分別為9.5mg·seed-1和8.2mg·seed-1

5、。模型預(yù)測(cè)精度高，機(jī)理性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了棉籽干物質(zhì)重、棉鈴對(duì)位葉氮濃度的逐日模擬，為進(jìn)一步模擬棉籽品質(zhì)的形成過(guò)程奠定了基礎(chǔ)。
　　 3.棉籽蛋白質(zhì)和油分含量的生態(tài)因子效應(yīng)研究
　　 基于不同熟性棉花品種的異地分期播種和施氮量試驗(yàn)，綜合分析品種特性、主要?dú)庀髼l件和栽培措施對(duì)棉籽蛋白質(zhì)和油分含量的影響，確定了影響棉籽品質(zhì)的主要因子：基因型、日均溫、太陽(yáng)輻射量和施氮量。除品種因素外，鈴期溫度對(duì)棉籽品質(zhì)影響最大，棉籽蛋白質(zhì)和油分形成的

6、最適宜鈴期日均溫分別為26.1℃和25.7℃;較高的太陽(yáng)輻射降低了棉籽蛋白質(zhì)和油分含量；增加施氮量提高棉籽蛋白質(zhì)含量，降低油分含量。在統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上，綜合棉籽品質(zhì)的主要影響因子，建立了棉籽蛋白質(zhì)和油分含量的生態(tài)預(yù)測(cè)模型。利用不同生態(tài)點(diǎn)分品種、播期和施氮量的田間試驗(yàn)資料對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)的結(jié)果表明：棉籽蛋白質(zhì)含量和油分含量預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的根均方差(RMSE)分別為2.03％和2.54％，模型具有綜合性強(qiáng)、預(yù)測(cè)精度高、簡(jiǎn)便易行等特點(diǎn)，較好地描述

7、了品種因素、主要?dú)庀髼l件和栽培措施與棉籽蛋白質(zhì)和油分含量的關(guān)系。
　　 4.棉籽蛋白質(zhì)形成的模擬模型
　　 基于不同熟性棉花品種的異地分期播種和施氮量試驗(yàn)，綜合量化棉籽蛋白質(zhì)形成過(guò)程及其對(duì)品種特性、主要?dú)庀髼l件（溫度、太陽(yáng)輻射）和栽培措施（施氮量）的響應(yīng)，在棉花鈴期模型、棉籽干物質(zhì)積累的模擬模型和棉籽品質(zhì)生態(tài)模型基礎(chǔ)上，運(yùn)用農(nóng)業(yè)模型學(xué)原理，通過(guò)模擬棉籽氮素吸收、結(jié)構(gòu)蛋白和儲(chǔ)藏蛋白的合成，建立基于過(guò)程的棉籽蛋白質(zhì)形成模擬模

8、型，實(shí)現(xiàn)了不同生態(tài)條件下棉籽蛋白質(zhì)積累及含量變化的模擬預(yù)測(cè)。利用不同生態(tài)點(diǎn)分品種、播期和施氮量的田間試驗(yàn)資料對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)的結(jié)果表明：供試品種科棉1號(hào)和美棉33B棉籽蛋白質(zhì)積累的模擬值與實(shí)測(cè)值的根均方差（RMSE）分別為2.5mg·seed-1和1.8mg·seed-1，蛋白質(zhì)含量預(yù)測(cè)的RMSE分別為2.05％和2.33％.
　　 5.棉籽油分形成的模擬模型
　　 基于不同熟性棉花品種的異地分期播種試驗(yàn)，綜合量化品種特性

9、、主要?dú)庀髼l件（溫度、太陽(yáng)輻射）和栽培措施（施氮量）對(duì)棉籽油分形成的影響，在棉籽油分形成的生理生態(tài)研究基礎(chǔ)上，建立基于生理生態(tài)過(guò)程的棉籽油分形成模擬模型。模型與棉花鈴期模型和棉籽干物質(zhì)積累模型結(jié)合，通過(guò)模擬棉籽油分合成過(guò)程及其對(duì)品種和環(huán)境因子的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了棉籽生長(zhǎng)過(guò)程中棉籽油分積累和油分含量的逐日模擬。利用不同生態(tài)點(diǎn)分品種、播期和施氮量的田間試驗(yàn)資料對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)的結(jié)果表明：供試品種科棉1號(hào)和美棉33B棉籽的油分積累量模擬值與實(shí)測(cè)值的根

10、均方差(RMSE)分別為1.9mg·seed-1和2.0mg·seed-1，棉籽油分含量模擬值與實(shí)測(cè)值的RMSE分別為2.45％和2.95％。
　　 本研究系統(tǒng)模擬了棉鈴和棉籽的發(fā)育、棉鈴對(duì)位葉氮濃度變化、棉籽干物質(zhì)積累、氮素吸收、蛋白質(zhì)和油分合成等生理過(guò)程以及棉籽品質(zhì)的溫度效應(yīng)、太陽(yáng)輻射效應(yīng)、氮素效應(yīng)等生態(tài)過(guò)程。模型通過(guò)棉鈴發(fā)育進(jìn)程（生理發(fā)育時(shí)間PDT）將各子模塊緊密結(jié)合，應(yīng)用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)與軟構(gòu)建技術(shù)在Visual Ba