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光照强度是影响作物生长和产量的重要环境因子之一。全球气候变化导致弱光天气事件发生频率增加。定量预测弱光对作物生长和产量的影响,是准确评估气候变化导致弱光天气事件对作物产量影响的基础。长江流域是我国弱筋小麦主产区,阴雨天气是该地区小麦灌浆期经常发生的不利天气事件。为定量研究弱光对小麦生长和产量的影响,本研究以优质弱筋小麦扬麦15号,宁麦9号和扬麦13号为试验材料,于2008年11月~2010年6月在南京市(江苏省农科院农场)进行了不同程度(50%,66%,84%)和不同持续时间(2d,4d,6d,8d)的遮阴试验。通过试验数据的方差分析,确定了灌浆期遮阴对小麦产生显著影响的临界遮阴水平。综合光温指标的影响,以冠层累积吸收辐热积为尺度,建立了灌浆期弱光对小麦叶面积指数影响的预测模型和干物质生产和分配模型。
本研究主要内容如下:
(1)灌浆期小麦临界遮阴水平的确定。当遮阴程度大于50%和66%,持续时间多于4天,即对小麦的叶面积指数、地上部总干重和各器官干重、产量、穗粒数和千粒重产生显著影响,当遮阴程度大于84%,持续时间多于2天,即对小麦的叶面积指数、地上部总干重和各器官干重、产量、穗粒数和千粒重产生显著影响。
(2)灌浆期弱光对小麦叶面积指数影响的模拟。本研究通过对试验数据的系统分析,以花后冠层累积吸辐热积为尺度,建立了灌浆期弱光对弱筋小麦叶面积指数影响预测模型。并用与建模相独立的数据对模型进行了检验。结果表明,本模型基本可以预测灌浆期小麦叶面积指数的变化。对扬麦15号叶面积指数的预测值与实测值基于1:1直线之间的r2和rRMSE分别为0.68和0.36。
(3)灌浆期弱光对小麦干物质生产和分配影响的预测模型。本研究以花后冠层累积吸收辐热积为尺度,建立了灌浆期弱光对小麦干物质分配指数影响的预测模型。将前面建立的叶面积指数动态模型和分配指数动态预测模型,与基于光合作用的SUCROS模型相结合,可以较准确的预测地上总干物质生产和器官干重。用与建模相独立的试验数据对模型进行了检验,结果表明,本模型基本可以预测灌浆期弱光对弱筋小麦干物质生产和分配的影响。对扬麦15号干物质生产的预测值与实测值基于1:1直线之间的r2和rRMSE分别为0.72和0.41。对扬麦15号灌浆期遮阴条件下叶、茎、籽粒和芒的预测值与实测值基于1:1直线之间的r2分别为0.65、0.67、0.70、0.72,rRMSE分别为0.39、0.34、0.36、0.31。本模型将籽粒分配指数模型和SUCROS模型相结合,在实现对籽粒干重模拟的同时完成了对产量的预测。
本研究建立的模型可以模拟灌浆期自然条件的光照状况,根据开花日期、太阳辐射、温度、弱光胁迫程度和持续时间等信息动态预测弱筋小麦灌浆期弱光胁迫的影响。模型综合考虑了温度、辐射及弱光胁迫因子的影响,可以预测灌浆期叶面积指数、总干物质、各器官干重及产量的动态变化。模型参数少,易获取,为定量评估弱光天气事件对小麦产量的影响奠定了模型基础。