水稻生产力的基因型与播期效应模拟研究

论文摘要

水稻（Oryza sativa L.）是我国最重要的粮食作物之一,提高水稻产量,对于保障我国粮食安全,促进农业可持续发展具有重要的现实意义。本研究以实验室已有水稻生长模型RiceGrow为研究工具,研究分析了不同水稻基因型和播期对水稻生产的影响效应,进而提高水稻产量。首先,利用收集到的不同生态点的水稻田间试验资料（1981-2005年）以及2009-2010年的水稻播期试验,对水稻生长模型RiceGrow进行检验；然后,在5个典型单季稻种植区（五常市、徐州市、兴化市、信阳市和合肥市）,通过设置不同的品种参数,分析不同生育期参数对水稻生育期和产量的影响；同时,利用杭州市、仪征市和徐州市1981-2010年的气象资料,通过对不同播期的模拟,研究分析了不同播期对水稻生育期与产量的影响效应。利用五常市、徐州市、兴化市、信阳市和合肥市5个生态点的不同品种、不同年份的田间试验资料,对RiceGrow模型进行了检验和评价,结果显示抽穗期、成熟期和产量的观测值与模拟值RMSE（根均方差）分别为2.6d、3.1d和869.7kg hm"2,NRMSE（标准根均方差）分别为2.3%、2.1%和11.5%；利用杭州、仪征两年的田间试验资料,通过与ORYZA2000模型对播期模拟的比较结果显示,RiceGrow模型的生育期、地上部生物量和产量的RMSE分别为4.6d、1539.2kg hm-2和792.2 kg hm-2, NRMSE分别为3.7%、17.4%和10.2%；而ORYZA2000模型的生育期、地上部生物量和产量的RMSE分别为6.4d、1559.9 kg hm-2和989.1kg hm-2,NRMSE分别为5.2%、17.6%和12.0%。综上所述,RiceGrow和ORYZA2000模型均能较好的模拟不同生态点、不同年份、不同品种、不同播期条件下的水稻生产。通过设置RiceGrow模型中与水稻生育期相关的不同生育期参数,研究分析不同生育期参数对水稻生育期和产量的变化特征。即在基本早熟性（IE）、光周期敏感性（PS）、温度敏感性（TS）、和基本灌浆因子（BFF）4个生育期参数的取值范围内,按一定步长进行变化,来分别量化分析单一生育期参数及多个生育期参数组合在五常、徐州、兴化、信阳和合肥5个不同生态点对水稻生育期和产量的影响。结果表明,增加IE和BFF可显著缩短水稻生育期,而增加TS和PS则可延长水稻的生育期；在产量表现上,IE值变化对产量的影响不显著,而TS和PS增加,产量也有所增加,增加BFF值则显著降低了产量。IE、PS和TS三个参数组合的模拟结果显示,不同参数组合的生育期和产量在不同年型下存在一定的差异,而在不同生态点均表现出随生育期的延长,产量逐渐升高,延长至一定生育期后产量相对变化稳定或有所下降后又升高的趋势变化；同一生育期下由于生育期参数不同使得产量也在一定范围内波动变化；通过与对照品种的比较,最终确定生育期参数IE值在0.5-0.8,PS在0.020-0.036和TS在6.6-9.0范围内,不同生育期参数组合表现出生育期较短而产量较高的趋势。而对照品种产量增加5%以上,不同生育期参数变化在不同生态点不同年型下也表现出一定的差异性。通过与各研究点历史年份水稻实际生育期和产量比较,高产品种组合成熟期平均缩短6.0 d,而产量在6701-10262kg hm-2之间,平均增产17.5%。综合结果表明,提高水稻产量,需根据不同环境进行不同生育期参数的优化组合,以达到最终实现产量增加的目的。利用杭州、仪征和徐州1981-2010年30年间的气象资料,模拟分析不同播期对水稻生产的影响,结果显示,模型模拟结果显示,所研究品种（两优培九、武香粳14和汕优63）在各地区的播期范围均较广,且受温度升高的影响,最早播期有提前的趋势,而最晚播种期有延后的趋势。杭州、仪征和徐州水稻的最适播期（最高产量）分别集中在4月19日至5月3日,4月10日至5月10日和4月24日至5月14日之间；相应的各生态点最高产量变化范围分别为：8173-11656,8912-11379和8283-10816kghm-2。各生态点适宜播期（最高产量的85%-100%）的播期范围分别为：杭州在4月24日至5月7日；仪征在4月17日至5月2日；徐州在4月18日至5月21日之间。与当地常规播期产量进行比较的结果显示,调整播期至最适播期可获得较高的增产潜力,在三个研究点平均增产13.7%。研究结果将对各品种的推广应用和其他品种适宜播期的确定具有一定的指导和借鉴意义。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1 水稻生长模型研究进展
• 1.1 作物生长模型概念及特征
• 1.2 作物生长模型研究进展及其应用
• 1.3 国内外水稻生长模型研究进展
• 2 基于生长模型的水稻生产力效应的研究
• 2.1 水稻生产力的基因型效应研究
• 2.2 水稻生产力的播期效应研究
• 3 研究目的与意义
• 参考文献
• 第二章 研究思路与方法
• 1 研究思路与技术路线
• 1.1 研究思路
• 1.2 技术路线
• 2 田间试验资料获取与收集
• 2.1 间试验
• 2.2 田间试验数据获取
• 3 水稻生长模型RiceGrow
• 3.1 水稻生育进程模型
• 3.2 光合生产模型
• 3.3 物质分配与产量形成模型
• 4 模型的检验与评价
• 参考文献
• 第三章 水稻生长模型RiceGrow的检验与评价
• 1 材料与方法
• 1.1 水稻生长模型RiceGrow和ORYZA2000简介
• 1.2 水稻生长模型RiceGrow的改进
• 1.3 RiceGrow和ORYZA2000模型参数
• 1.4 水稻生长模型的校正
• 1.5 水稻生长模型的验证
• 1.6 水稻生长模型检验的研究地点
• 2 结果与分析
• 2.1 RiceGrow模型在不同生态点的检验
• 2.2 RiceGrow和ORYZA2000模型对播期模拟效果的检验
• 3 讨论与结论
• 参考文献
• 第四章 水稻产量的生育期参数效应模拟
• 1 材料与方法
• 1.1 研究点概况
• 1.2 水稻生长模拟模型RiceGrow
• 1.3 水稻模拟试验情景设置
• 2 结果与分析
• 2.1 单一生育期参数变化对水稻生育期和产量的影响
• 2.2 不同年型下不同生育期参数组合的综合效应
• 2.3 不同生态点不同年型下生育期参数优化设计
• 2.4 不同生态点平均年型生育期参数组合分析
• 2.5 高产生育期参数组合生育期与产量变现
• 3 讨论与结论
• 参考文献
• 第五章 水稻生产的播期效应模拟研究
• 1 材料与方法
• 1.1 研究点及水稻品种
• 1.2 RiceGrow模型简介及其检验与评价
• 1.3 播期研究方法
• 2 结果与分析
• 2.1 不同生态点气象要素分析
• 2.2 不同水稻品种播期范围的确定
• 2.3 最早和最晚播期在生育期和产量上的差异
• 2.4 不同生态点水稻适宜播期的确定
• 2.5 最适播期与常规播期的产量比较
• 3 讨论与结论
• 参考文献
• 第六章 讨论与结论
• 1 讨论
• 1.1 水稻生长模型的检验和评价
• 1.2 生育期参数对水稻产量的效应模拟
• 1.3 播期对水稻生产的效应模拟
• 1.4 本研究的特色与创新
• 1.5 今后的研究设想
• 2 结论
• 参考文献
• 在学期间发表或拟投稿论文
• 在学期间参加的研究课题
• 致谢