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作物杂志,2024, 第1期: 97–103 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2024.01.013

所属专题： 棉麻作物

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

基于Logistic模型的南疆无膜滴灌棉花产量模型构建与评价

王洪博1,2(), 唐茂淞1,2, 李国辉1,2, 高阳3(), 王兴鹏1,2()   

  1. 1塔里木大学水利与建筑工程学院，843300，新疆阿拉尔
    2塔里木大学现代农业工程重点实验室，843300，新疆阿拉尔
    3中国农业科学院农田灌溉研究所，453002，河南新乡
  • 收稿日期:2022-06-06 修回日期:2022-07-12 出版日期:2024-02-15 发布日期:2024-02-20
  • 通讯作者: 王兴鹏, 研究方向为干旱区灌溉排水理论与节水灌溉，E-mail：13999068354@163.com; 高阳，研究方向为作物水分生理与高效用水，E-mail：gaoyang@caas.cn
  • 作者简介:王洪博，研究方向为棉花高产优质高效栽培，E-mail：18083915561@163.com
  • 基金资助:
    兵团财政科技计划(2021AA003);塔里木大学校长基金(TDZKSS202146)

Construction and Evaluation of Cotton Yield Model Based on Logistic Model for Filmless Drip Irrigation in Southern Xinjiang

Wang Hongbo1,2(), Tang Maosong1,2, Li Guohui1,2, GaoYang 3(), Wang Xingpeng1,2()   

  1. 1College of Water Resource and Architecture Engineering, Tarim University, Alaer 843300, Xinjiang, China
    2Key Laboratory of Modern Agricultural Engineering, Tarim University, Alaer 843300, Xinjiang, China
    3Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang 453002, Henan, China
  • Received:2022-06-06 Revised:2022-07-12 Online:2024-02-15 Published:2024-02-20
  • Contact: GaoYang ,Wang Xingpeng

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PDF (PC)

165

摘要：

为了阐明灌溉对无膜滴灌棉花生长动态和产量形成的影响，在2019-2020年大田试验基础上，采用Logistic模型定量分析不同灌溉处理对无膜滴灌棉花茎粗、株高和叶面积指数动态发育的影响，建立棉花生长模型，分析棉花生长动态变化过程与产量及其构成因素的回归关系，构建棉花产量模型。结果表明，无膜滴灌棉花茎粗、株高及叶面积指数实测值与模拟值标准化的均方根误差（nRMSE）均小于20%，协同指数（d）与决定系数（R2）均大于0.91，Logistic模型可用于精确描述不同灌溉处理下无膜滴灌棉花茎粗、株高及叶面积指数的动态过程；无膜滴灌棉花产量与最大茎粗、最大株高、最大叶面积指数和耗水的相关性均呈现极显著水平；棉花产量模型预测值和实测值的nRMSE、d与R2分别为5.11%、0.88和0.62，产量模型具有较高的预测精度。

关键词: 无膜滴灌, 生长特性, Logistic模型, 棉花产量

Abstract:

In order to elucidate the effects of irrigation on growth and yield formation of cotton with filmless drip irrigation, with a two-year field experiments from 2019 to 2020, the Logistic model was adopted to quantify the impactions of different irrigation treatments on dynamics of stem diameter, plant height, and leaf area index of drip-irrigated cotton without film mulching. The growth models were constructed for analyzing the regression relationship between the dynamics of cotton growth and yield and its components, and the cotton yield model also was constructed. The results indicated that the normalized root-mean-square errors (nRMSE) of the measured and simulated values of cotton stem diameter, plant height and leaf area index were all less than 20%, and synergy index (d) and coefficient of determination (R2) were higher than 0.91, suggesting that the Logistic model could accurately describe the growth dynamics of cotton stem diameter, plant height, and leaf area index under different drip irrigation treatments without film mulching. There were significant correlations between yield and maximum value of stem diameter, plant height, leaf area index and water consumption of drip-irrigated cotton without film mulching. The nRMSE, d and R2 of the predicted and measured values of the cotton yield model were 5.11%, 0.88 and 0.62, respectively, and the yield model had high prediction accuracy.

Key words: Filmless drip irrigation, Growth characteristics, Logistic model, Cotton yield

图1

2020年棉花茎粗动态变化（a）与2019年茎粗Logistic模型验证结果（b）

表1

2020年棉花茎粗Logistic模型拟合参数

处理
Treatment		 方程参数Equation parameter R2 特征参数Characteristic parameter
a1 b1 c1 V1 max T11 T21 T31
I1 8.28 100.56 0.08 1.00 0.17 57.63 41.17 74.10
I2 9.20 50.70 0.07 1.00 0.16 56.08 37.27 74.90
I3 9.63 62.54 0.07 1.00 0.17 59.08 40.27 77.90
平均Average 9.04 71.27 0.07 1.00 0.17 57.60 39.57 75.63

图2

2020年棉花株高动态变化（a）与2019年株高Logistic模型验证结果（b）

表2

2020年棉花株高Logistic模型拟合参数

处理
Treatment		 方程参数Equation parameter R2 特征参数Characteristic parameter
a2 b2 c2 V2max T12 T22 T32
I1 47.90 492.46 0.09 0.98 1.08 68.88 54.25 83.52
I2 68.25 719.17 0.09 0.97 1.54 73.09 58.46 87.72
I3 67.42 533.55 0.09 0.98 1.52 69.77 55.14 84.41
平均Average 61.19 581.73 0.09 0.98 1.38 70.58 55.95 85.22

图3

2020年棉花叶面积指数动态变化（a）与2019年叶面积指数Logistic模型验证结果（b）

表3

2020年棉花叶面积指数Logistic模型拟合参数

处理
Treatment		 方程参数Equation parameter R2 特征参数Characteristic parameter
a3 b3 c3 V3max T13 T23 T33
I1 1.87 147 150.31 0.16 0.98 0.07 74.37 66.14 82.60
I2 2.16 49 596.50 0.14 0.99 0.08 77.23 67.82 86.63
I3 2.50 135 216.15 0.16 0.98 0.10 73.84 65.61 82.07
平均Average 2.18 110 654.32 0.15 0.98 0.08 75.15 66.52 83.77

表4

不同灌溉处理对棉花产量及水分利用效率的影响

年份
Year		 处理
Treatment		 单株铃数
Boll numbers per plant		 单铃质量
Boll mass (g)		 籽棉产量
Seed cotton yield (kg/hm2)		 耗水量
Water consumption (mm)		 WUEI
(kg/m3)		 WUEET
(kg/m3)
2019 I1 6.26b 5.06a 5278.80b 412.73c 1.47a 1.28a
I2 6.39b 5.16a 5489.40b 489.19b 1.22b 1.12b
I3 6.82a 5.28a 5999.49a 561.57a 1.11c 1.07b
2020 I1 4.73c 5.00a 4787.70c 386.06c 1.33a 1.24a
I2 5.01b 5.18a 5509.35b 467.07b 1.22b 1.18b
I3 5.73a 5.01a 6086.85a 565.03a 1.11c 1.08c

表5

不同灌溉处理棉花生长与产量相关性分析

指标Index Dmax Hmax LAImax ET Y
Dmax 1.00
Hmax 0.81** 1.00
LAImax 0.79** 0.89** 1.00
ET 0.81** 0.83** 0.96** 1.00
Y 0.81** 0.88** 0.97** 0.97** 1.00

图4

棉花产量模型调参结果

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