基于株型的水稻光合生产模型研究

The plant type of rice affects the distribution and interception of photosynthetically active radiation within rice (Oryza sativa L.) canopy and consequently influences canopy photosynthesis and biomass production. Quantitative analysis of the relationships between plant type and light distribution/photosynthesis within rice canopy is of significant importance for improving population light utilization efficiency and unit area grain yield.In the present study,the plant morphology and physiology,photosynthetically active radiation distrution and photosynthetic intensities of different cultivar types at different canopy heights will systemic measure at different stages base on the field experiments with different cultivar types, nitrogen rates and densities. The spatial-temporal change characteristics of plant morphology and physiology, distribution of photosynthetically active radiation and photosynthetic intensities will analyze, and the relationships between plant type, photosynthetically active radiation and photosynthetic intensities under rice canopy will elucidate. The photosynthetic production model base on plant type will develop.These results help to lay a theoretical foundation for high-yield cultivation and optimal design of ideal plant type in rice.

水稻株型影响冠层内光分布，进而影响冠层光合作用与物质生产，因此定量分析水稻株型与冠层内光分布和光合作用之间的关系，对于提高水稻群体光能利用率和单位面积产量具有重要意义。本研究以水稻为研究对象，通过实施不同株型品种、施氮水平与密度的田间试验，对不同株型结构的水稻群体进行形态生理、冠层光分布和光合强度的系统观测，解析不同株型水稻形态生理、冠层内光合有效辐射分布和光合强度的时空变化规律，阐明不同株型结构、冠层内光合有效辐射分布与光合强度之间的机理性关系，构建基于株型的水稻光合生产模型。研究结果为水稻高产栽培及理想株型的优化设计奠定理论基础。

水稻株型影响冠层内光分布，进而影响冠层光合作用和物质生产，定量分析其与光分布和光合作用间的关系，对于提高光能利用率和单产具有重要意义。本研究阐明了水稻植株形态生理、冠层内光合有效辐射（PAR）的分布特征及相互关系，构建了叶面积指数（LAI）动态模型和光合生产模型，分析了水稻株型与冠层光合生产间的关系，为水稻理想株型的优化设计及高产栽培提供了理论支撑。结果如下：. 早、晚稻株高、顶3叶叶长与叶基角、穗长和LAI随施氮量增加而增大，分层LAI的分布呈中部>上部>下部；向上累积LAI随相对高度的分布呈S型曲线。冠层内PAR透光率从上向下递减，随施氮量增加而减小，其日变化呈正午较高，早晚较低。冠层上中部水平面上光斑较多，下部光斑较少，同一冠层高度水平面上的PAR光强呈不均匀分布。PAR透光率随向下累积LAI增加呈指数递减，群体消光系数日变化呈正午较小，早晚较大。. 籽粒蛋白质含量（PC）的频数变化呈正态分布；穗上同一部位，一次枝梗上的PC高于二次枝梗，且以第2粒位籽粒较低、第1 粒位籽粒较高，二次枝梗上第1 粒位籽粒的PC较高，增施氮肥可减少穗内粒间PC差异。. 对早、晚稻LAI及累积辐热积（TEP）进行归一化和模拟分析表明，有理方程能准确地描述LAI的动态变化模式（r=0.9677**），具有明确的生物学意义。利用独立试验资料对模型进行了检验，不同相对TEP所对应的LAI观测值和模拟值间的根均方差为0.50 m2·m-2。群体最大LAI随施氮量增加呈二次多项式函数增大，相对LAI变化速率随相对TEP增加呈“N”形变化。. 综合已有作物模型优点，构建了双季稻光合生产模型。利用独立试验资料，对冠层内光分布和干物质积累量进行了检验，预测冠层内光分布的根均方差（RMSE）、相对根均方差（RRMSE）和相关系数（r）分别为12.01 J∙m-2∙s-1、8.2%和0.9929，预测干物质积累量的RMSE、RRMSE和r分别为0.83 t∙hm-2、14.6%和0.9772。利用模型分析了3种株型冠层内光分布、冠层日光合量及其随LAI的变化特征，结果表明上挺下披株型的冠层日光合量最高，取决于较大的叶面受光量、叶片光合效能和LAI。