摘要
马铃薯是世界上重要的粮食作物之一，在农业、经济以及全球粮食安全中占据着重要地位，世界各国对马铃薯的生产种植历来都特别重视。生育期和形态建成方面的模拟，是作物生长发育模拟中最基础也是最核心的部分，系统地构建和完善马铃薯生育期及形态建成方面的模拟模型，对于开展马铃薯生理生态方面的研究，建立马铃薯生产管理决策支持系统，指导马铃薯高产稳产等，都具有十分重要的意义。 本文借鉴国内外在马铃薯或其他作物关于生育期预测及形态建成方面优秀的建模理论和方法，在深入分析马铃薯生理生态过程的基础上，综合考虑温度和光周期对马铃薯生育期及形态建成的影响，以生理发育时间作为马铃薯发育进程的衡量标准，建立了基于生理发育时间的马铃薯发育模型，并在马铃薯发育模型的基础上，以生理发育时间为驱动变量，建立了马铃薯叶面积指数、叶龄和株高等形态建成模型。马铃薯不同品种、不同播期的大田试验分别于2010年和2014年在华中农业大学展开，其中2010年的试验数据用于模型的构建，2014年的试验数据用来检验模型。马铃薯生育期的模拟。利用2010年和2014年两年的试验数据和历史试验资料，确定了马铃薯出苗、块茎形成、块茎膨大和成熟期的生理发育时间分别为0d、11.7d、20.5d、35.7d，为了方便计算机对马铃薯出苗的模拟，在播种至出苗这段时间内，生理发育时间恒定为-1。本文选用正弦和余弦指数函数来量化温度和光周期对马铃薯发育进程的影响，并引入了出苗所需的有效积温(GDD)、热敏感因子(Ts)、光周期敏感因子(Ps)、营养生长阶段基本发育因子(BVF)和生殖生长阶段基本发育因子(BRF)等五个遗传参数来描述马铃薯品种间的差异性。利用2014年不同品种、不同播期的马铃薯试验资料对模型进行检验，结果表明，马铃薯出苗、块茎形成、块茎膨大和成熟期的预测误差RMSE值分别为:1.7d、3.2d、2.0d、5.3d，全生育期RMSE值达到3.4d。模型体现出对马铃薯生育期具有较好的预测效果。叶面积指数的模拟。不同马铃薯品种间叶面积指数差异很大，很难用同一条曲线模拟，但是叶面积指数的变化规律是一样的，因此，本文叶面积指数的模拟分成两步进行。第一步采用归一法消除品种间叶面积指数的差异，计算出相对叶面积指数，建立相对叶面积指数与生理发育时间的模型。第二步，根据叶面积指数是最大叶面积指数与相对叶面积指数的乘积，即可得出马铃薯叶面积指数模型。利用2014年不同品种、不同播期的马铃薯试验资料对模型进行检验，结果表明，马铃薯叶面积指数模拟值与观测值的RMSE为0.43;对各品种、各播期马铃薯叶面积指数模拟值与观测值制作1∶1等值线图，并进行线性回归，得到决定系数R2值为0.935，达到了极显著水平(P＜0.001)，表明该模型对叶面积指数的模拟效果较好。叶龄的模拟。马铃薯叶龄的模拟采用同叶面积指数相同的模拟方法。即先对叶龄进行归一化处理，消除品种间的差异性，计算出相对叶龄，建立相对叶龄与生理发育时间的模型，然后即可根据相对叶龄与各品种最大叶龄的乘积得到马铃薯叶龄模型。利用2014年不同品种、不同播期的马铃薯试验资料对模型进行检验，结果表明，所有马铃薯品种和播期的叶龄总体模拟误差RMSE为0.70，对各品种、各播期马铃薯叶龄模拟值与观测值制作1∶1等值线图，并进行线性回归，得到决定系数R2值为0.951，说明该模型能够有效地模拟马铃薯叶龄的动态变化。株高的模拟。马铃薯株高模型也是采用各品种最大株高与相对株高的乘积建立起来的。经检验，所有马铃薯品种和播期的株高总体模拟误差RMSE为1.35cm，对各品种、各播期马铃薯株高模拟值与观测值制作1∶1等值线图，并进行线性回归，得到决定系数R2值为0.961，说明该模型对马铃薯株高的模拟效果较好。
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