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小麦生产力的基因型与气候效应模拟

作　者: 段艳娟
导　师: 曹卫星
学　校: 南京农业大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 小麦生长模型 WheatGrow 基因型气候变化遗传参数生育期产量模拟
分类号: S512.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

利用小麦生长模型分析不同基因型、气候对小麦粮食生产的影响,为保障国家粮食安全,促进农业现代化具有重要现实意义。本研究以小麦生长模型为工具,首先,通过不同生态点的小麦田间试验,对小麦生长模型WheatGrow进行检验；其次,设置不同品种参数组合,分析不同遗传参数对小麦生育期与生产力的影响；然后,利用WheatGrow模型分析5个生态点1951-2009年小麦不同生育阶段气候要素变化规律；最后,分析了5个生态点1951-2009年以及未来气候变化情景下小麦生育期与生产力的变化趋势。研究成果将为小麦生产管理与调控、品种设计与选育以及保障国家粮食安全等具有重要意义。利用南京、徐州、淮安及郑州4个生态点的不同品种、氮素的试验资料,对小麦生长模型WheatGrow进行了校正与验证。不同基因型和不同试验处理下生育期、产量观测值与模拟值RMSE (根均方差)分别为5d、247kg·ha-1, NRMSE(标准根均方差)分别为2.84%、3.45%,结果表明模型对各生态点均具有较好的模拟效果。通过设计与生育期预测相关的不同品种遗传参数组合,研究生育期参数对小麦生产力的定量影响。以WheatGrow模型为工具,通过设置光周期敏感性(PS)、基本早熟性(IE)、温度敏感性(TS)、生理春化时间(PVT)以及灌浆期因子(FDF)5个品种参数的取值范围及变化步长,来量化分析单一品种参数及PS-IE、PS-TS、IE-TS及PS-IE-TS-PVT等参数组合在南京、徐州、郑州、泰安、保定5个不同生态点对小麦生产力的影响。结果表明,PS、IE、TS以及PVT对各生态点小麦产量和生育期的影响均达到极显著水平；增加IE显著缩短小麦生育期,而增加TS和PS则可以延长小麦生育期；将参数PS、TS和IE在各自的有效范围内进行两两组合,结果显示各组合的生育期模拟结果较对照的变化幅度在-17%-35%之间,产量变化范围为3444 kg ha-1-13324kgha-1。PS-IE-TS-PVT四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存在显著的差异；在小麦主产区各生态点对照品种遗传参数的基础上,分别将上述4个参数增加或减小10%、20%、30%,其生育期和产量变化在各生态点趋于一致,但参数之间差异较大。在各生态点进行优化品种设计发现参数组合是不一致的。研究结果对小麦种质资源创新和优良品种的设计与评价等具有一定的指导意义。基于南京、徐州、郑州、泰安及保定5个生态点1951-2009年的气象资料,分析小麦整个生育期及分阶段生育期(播种-开花、开花-成熟)内的气象要素(日平均温度、日最高温度、日最低温度、日照时数、降雨量)变化趋势；然后,利用小麦生长模型WheatGrow,模拟小麦不同品种的生育期和产量59年的变化趋势；最后,分析了未来2020年、2030年、2050年气候情景条件下小麦生育期和产量的变化趋势。结果表明,南京、徐州、郑州、泰安、保定五个生态点全生育期内平均温度均增加且达极显著水平；而最高温变化平缓,仅泰安极显著,南京显著,徐州、保定有下降趋势；最低温仅南京达显著水平,其他各生态点达极显著增加；小麦生育期内的日照时数均减小,且南京、保定的变化趋势达极显著水平；小麦生育期内的降雨量均有增加的趋势但未达显著水平。播种-开花期的气候要素变化明显大于开花-成熟阶段的气候要素。小麦播种-开花的生育期和全生育期在南京、徐州、郑州、泰安及保定都有显著缩短的趋势,且均达到了显著水平；气候变化对产量的影响因为各生态点的生育期缩短,南京、徐州、郑州、泰安及保定的产量都是减小的趋势,但均未达显著水平。2020年、2030年、2050年小麦生育期变化分别缩短了5-14天、10-20天以及13-25天,产量变化率分别为-5.7%-3.8%,-11.5%-5.5%,-14%-9.5%。研究结果将为小麦生产管理和粮食安全预报预警提供依据。

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摘要 7-9ABSTRACT 9-12第一章文献综述与研究目的 12-32 1 基因型、气候对小麦生产力效应的研究进展 12-14 1.1 基因型对小麦生产力效应的研究进展 12-13 1.2 气候对小麦生产力效应的研究进展 13-14 2 作物生长模型概述 14-18 2.1 作物生长模拟模型的概念及特点 14-15 2.2 作物生长模拟模型的作用 15-16 2.3 作物生长模拟模型的研究进展 16-18 3 基于模型的小麦生产力效应研究进展 18-22 3.1 小麦生产力的基因型效应研究 19-20 3.2 小麦生产力的环境效应研究进展 20-21 3.3 未来气候变化对小麦生产力的效应研究进展 21-22 4 研究目的与意义 22-23 参考文献 23-32第二章研究思路与方法 32-40 1 研究思路与技术路线 32-33 1.1 研究思路 32 1.2 技术路线 32-33 2 资料收集与处理 33-34 2.1 间试验 33-34 2.2 数据获取 34 3 小麦生长模型WheatGrow 34-37 4 模型的校正与检验 37 5 模拟试验设置 37-38 参考文献 38-40第三章小麦生长模拟模型的验证与评价 40-48 1 材料与方法 40-43 1.1 WheatGrow生长模型介绍 40-42 1.2 检验资料来源 42-43 2 结果与分析 43-45 2.1 小麦品种参数的校正 43 2.2 小麦生长模型的验证 43-45 3 小结 45 参考文献 45-48第四章小麦生育期遗传参数对产量的效应模拟 48-60 1 材料与方法 49-50 1.1 小麦生长模拟模型(WheatGrow) 49 1.2 小麦模拟试验设置 49-50 2 结果与分析 50-57 2.1 敏感性分析 50-51 2.2 基因型效应模拟 51-55 2.3 不同生态点生育期相关品种参数的优化设计 55-57 3 小结 57-58 参考文献 58-60第五章小麦生产力的气候效应模拟 60-78 1 材料与方法 61-63 1.1 研究区域概况 61 1.2 小麦生长模拟模型(WheatGrow) 61-62 1.3 模拟试验设置 62-63 2 结果与分析 63-74 2.1 1951-2009年小麦全生育期内气象要素变化 63-64 2.2 1951-2009年小麦分阶段生育期气象要素变化 64-65 2.3 1951-2009年历史气候变化对小麦生育期和产量的影响 65-70 2.4 气候要素和生育期参数对产量的互作效应模拟 70-71 2.5 不同气候变化情景(A)对小麦生产力的影响 71-72 2.6 不同统计气候情景(B)对小麦生产力的影响 72-74 3 小结 74-75 参考文献 75-78第六章讨论与结论 78-84 1 讨论 78-81 1.1 小麦生长模型的检验和校正 78-79 1.2 生育期参数对小麦产量的效应模拟 79-80 1.3 气候要素对小麦产量效应的模拟 80 1.4 本研究的特色与创新 80-81 1.5 今后的研究设想 81 2 结论 81-82 参考文献 82-84在学期间发表论文 84在学期间参加的研究课题 84-86致谢 86

小麦生产力的基因型与气候效应模拟

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