利用植株动力学参数评价玉米抗倒折性的方法研究

倒伏是限制玉米增产和机械收获的关键因素,悠关粮食安全和现代农业生产,倒折则是倒伏的重要形式,对产量影响最大。虽然已提出了众多抗折指标,但是品种抗折性选育中仍缺乏有效的方法。尤其是现有指标基本为静态特性参数,而倒折则为动力学过程。.本项目拟研究单株玉米的动力特性,以及动力学参数与抗倒折能力的关系(动力学等效刚度和阻尼分别与植株韧性和株形密切相关),从而为开发有效的抗折性能检测设备奠定理论基础和测量方法。.将搭建适合玉米植株动力学研究的实验系统,利用实验室模型、理论分析和大田考核等手段优化实验系统和实验方案。利用锤击法研究植株动力学特性,模态理论提取动力学参数。.拟种植具有不同抗折能力的品种,从大喇叭口期至成熟期,每周测量动力学参数,测量之后用人工风场得到吹折临界风速。建立动力学参数和临界风速之间关系。.所得成果不仅对抗折选育具有重要意义,同时对环境-植物模拟和作物生长监护等也具有潜在的价值。

倒伏是限制玉米增产的关键因素，然而品种培育实践中一直缺少抗折性评估和选育的敏感方法。倒折是一个动力学过程，其机制和准则与倒折瞬间动力学行为密切相关，但目前灾后调查方式对倒折动力学研究既不可控也不可观。为了能够对品种抗折性进行有效评估，以及便于倒折动力学研究，本项目探索了以人工风场模拟自然风胁迫的方法。经过移动风场、强力风力灭火器、车载试验等系列试验发现: 能使茎杆发生交替折的风胁迫容易将茎杆折断。据此确定模拟风场的试验方案：将正在生长的植株移位于固定支座，通过旋转支座制造交替风胁迫。研制了相应模拟风场和测量系统。为了研究植株的动力学，搭建了简便的振动测试和数据采集系统。该系统经过了试验室模型、大田使用、移位使用等系列检验。.利用研制的系统，历经三年对500余株玉米(包括15个品种×3个播期×2个密度)进行动力学、人工吹折试验，并测量相应植株的茎节直径、节间长度、穗位高、株高、硬皮穿刺强度等简易指标。分析这些数据得到如下结果：.1.玉米植株动力学可用单自由度刻画。玉米植株的自振频率主要集中于6～20Hz的低频率段内；同一植株三个互相垂直的方向上的振动频率一致，幅频特性图也相似，且三个方向的幅频特性图上都只有一个主峰，表明在一定条件下可以用单自由度模型描述玉米植株的动力学行为。.2.叶片对植株系统的自振频率影响不大，无叶鞘植株的自振频率明显比完整植株的大；叶片和叶鞘的存在可以有效的增大植株的阻尼比；玉米根系起到的作用类似于固定端。.3.移位和原位的植株动力学参数差异不显著，这表明就动力学研究而言可以用移位结果解释原位的行为。4.自振频率只与穗位高负相关，阻尼比也与自振频率负相关。.5.穿刺强度随种植密度的增加而减小，随茎杆节位的上升而减小，不同品种间的穿刺强度差异主要集中在2~5节间。.6.穿刺强度与茎节直径和株高呈明显正相关，株高与节间长度、茎节直径及穗位高之间也有一定的正相关性。茎杆的硬皮穿刺强度会随着节位的增高以二次函数的方式逐渐降低。穿刺强度与阻尼比没有明显的相关性。.7.倒折前受风时间与植株2~4茎节的直径和2、3茎节的穿刺强度呈明显正相关，但与茎节长、平均茎节直径、平均穿刺强度无明显相关性。茎节直径和硬皮穿刺强度是对玉米植株抗倒折性影响最为重要的两个参数。