检索
E-mail
RSS
高级检索 图表检索

当期目录 我要投稿 过刊浏览
高级检索 图表检索

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

RichHTML

1

PDF (PC)

49

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

[1] 喻树迅. 无膜棉对中国棉花产业转型升级的意. 农学学报, 2019, 9(3):1-5.
[2] 王洪博, 曹辉, 高阳, 等. 南疆无膜滴灌棉花灌溉制度对土壤水分和产量品质的影响. 灌溉排水学报, 2020, 39(5):26-34.
[3] 陈杨, 王磊, 白由路, 等. 有效积温与不同氮磷钾处理夏玉米株高和叶面积指数定量化关系. 中国农业科学, 2021, 54(22):4761-4777.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.22.005
[4] 王乐, 吴杨焕, 李杰, 等. 棉花株高变化动态分析及模型研究. 新疆农业科学, 2017, 54(3):393-399,402.
[5] 孙仕军, 张琳琳, 陈志君, 等. AquaCrop作物模型应用研究进展. 中国农业科学, 2017, 50(17):3286-3299.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.004
[6] 赵引, 毛晓敏, 薄丽媛. 覆膜和灌水处理下土壤水分动态与玉米生长模拟研究. 农业机械学报, 2018, 49(9):195-204.
[7] 杨轩, 王自奎, 曹铨, 等. 陇东地区几种旱作作物产量对降水与气温变化的响应. 农业工程学报, 2016, 32(9):106-114.
[8] 李正鹏, 宋明丹, 冯浩. 水氮耦合下冬小麦LAI与株高的动态特征及其与产量的关系. 农业工程学报, 2017, 33(4):195-202.
[9] Young M W, Mullins E, Squire G R. Environmental risk assessment of blight-resistant potato: use of a crop model to quantify nitrogen cycling at scales of the field and cropping system. Environmental Science and Pollution Research, 2017, 24:21434-21444.
doi: 10.1007/s11356-017-9769-8
[10] 吴立峰, 张富仓, 王海东, 等. 新疆棉花亏缺灌溉叶面积指数模拟研究. 农业机械学报, 2015, 46(1):249-258.
[11] Setiyono T D, Weiss A, Specht J E, et al. Leaf area index simulation in soybean grown under near-optimal conditions. Field Crops Research, 2008, 108(1):82-92.
doi: 10.1016/j.fcr.2008.03.005
[12] Mahbod M, Sepaskhah A R, Zand-Parsa S. Estimation of yield and dry matter of winter wheat using logistic model under different irrigation water regimes and nitrogen application ratess. Archives of Agronomy and Soil Science, 2014, 60(12):1661-1676.
doi: 10.1080/03650340.2014.917169
[13] 赵姣, 郑志芳, 方艳茹, 等. 基于动态模拟模型分析冬小麦干物质积累特征对产量的影响. 作物学报, 2013, 39(2):300-308.
[14] 张继红, 刘云鹤, 王全九, 等. 典型作物Logistic模型生长参数空间分布及其地区水热相关性. 干旱地区农业研究, 2021, 39(5):199-209.
[15] 潘俊杰, 付秋萍, 阿布都卡依木·阿布力米提, 等. 蕾期和花铃期不同灌水下限对滴灌棉花产量的影响. 干旱地区农业研究, 2019, 37(5):27-32.
[16] 王洪博, 赵栗, 高阳, 等. 南疆无膜滴灌棉田灌溉模式及耗水规律研究. 中国农业科技导报, 2021, 23(10):153-160.
[17] 樊凯, 高阳, 王兴鹏, 等. 根据气象信息指导南疆棉花膜下滴灌的试验研究. 干旱地区农业研究, 2019, 37(3):83-90.
[18] 王健, 蔡焕杰, 陈凤, 等. 夏玉米田蒸发蒸腾量与棵间蒸发的试验研究. 水利学报, 2004(11):108-113.
[19] 王峰, 孙景生, 刘祖贵, 等. 不同灌溉制度对棉田盐分分布与脱盐效果的影响. 农业机械学报, 2013, 44(12):120-127.
[20] 蔡焕杰, 邵光成, 张振华. 不同水分处理对膜下滴灌棉花生理指标及产量的影响. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2002, 30(4):29-32.
[21] 常毅博, 李建明, 尚晓梅, 等. 水肥耦合驱动下的番茄植株形态模拟模型. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2015, 43(2):126-133,141.
[22] 张寄阳, 段爱旺, 孟兆江, 等. 不同水分状况下棉花茎直径变化规律研究. 农业工程学报, 2005(5):7-11.
[23] 崔永生, 王峰, 孙景生, 等. 南疆机采棉田灌溉制度对土壤水盐变化和棉花产量的影响. 应用生态学报, 2018, 29(11):3634-3642.
[24] 王军, 李久生, 关红杰. 北疆膜下滴灌棉花产量及水分生产率对灌水量响应的模拟. 农业工程学报, 2016, 32(3):62-68.
[25] 余美, 杨劲松, 刘梅先, 等. 膜下滴灌条件对棉花蒸散量影响的室内试验. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2011, 39(6):75-81.
[26] 陈先冠, 冯利平, 马雪晴, 等. 不同播期和灌水条件下冬小麦生物量变化与产量模拟. 农业机械学报, 2021, 52(10):349-357.
[27] 乔嘉, 朱金城, 赵姣, 等. 基于Logistic模型的玉米干物质积累过程对产量影响研究. 中国农业大学学报, 2011, 16(5):32-38.
[28] 王全九, 王康, 苏李君, 等. 灌溉施氮和种植密度对棉花叶面积指数与产量的影响. 农业机械学报, 2021, 52(12):300-312.
[1] 杨密, 王美娟, 许海涛. 不同生态区玉米自交系苞叶动态发育差异性研究[J]. 作物杂志, 2023, (5): 81–90
[2] 董伟欣, 张月辰. 水氮互作对不同小麦品种生理参数及产量形成的影响[J]. 作物杂志, 2022, (3): 125–133
[3] 陈成立, 王静, 付全善, 侯振武, 蒋伟峰, 李立平, 郭书洋, 饶超奇, 符云鹏. 蛟河晒红烟移栽期和覆盖方式对烟株干物质积累和烟叶经济性状的影响[J]. 作物杂志, 2021, (3): 126–132
[4] 张翔宇,李海,梁海燕,张知,宋晓强,郑敏娜. 不同种植行距与种植密度对黍子生长特性及子实产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (5): 91–96
[5] 滕春红, 刘永双, 陶波, 等. 2,4-滴丁酯抗性细菌球形赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus sphaericus)的分离鉴定及生长特性研究[J]. 作物杂志, 2013, (2): 143–146
[6] 战徊旭, 任洪雷, 蒋凌雪, 等. 氟磺胺草醚降解菌的分离鉴定及生长特性研究[J]. 作物杂志, 2011, (2): 40–44
[7] 张新永, 郭华春. 马铃薯淀粉含量与生长特性相关性的研究进展[J]. 作物杂志, 2004, (1): 48–50
[8] 吴智泉, 孙国龙. 天鹰椒高产优质栽培技术研究[J]. 作物杂志, 2002, (5): 34–35
[9] 崔淑芳, 崔瑞敏. 氮素对棉花成铃效应的研究[J]. 作物杂志, 1996, (4): 38–39
[10] 高喜, 逄焕成, 陈阜, 等. 小麦套种早熟棉与晚熟棉的技术[J]. 作物杂志, 1996, (2): 26–27
[11] 张明亮, 李增嘉, 李凤超, 等. 对山东省发展麦棉两熟规模的建议[J]. 作物杂志, 1994, (4): 8–9
[12] 毛正轩. 去除早果枝对棉花产量的不利影响[J]. 作物杂志, 1994, (2): 31–32
[13] 刘道槐, 陆海, 朱文标. 射阳盐垦棉区棉花高产优质的栽培途径浅析[J]. 作物杂志, 1990, (1): 32–34
[14] 张秉金. 地膜棉优质丰产规律及措施[J]. 作物杂志, 1986, (4): 16–17
[15] 蔣克明, 校百才. 浅谈我国棉花品种的品质改良[J]. 作物杂志, 1985, (4): 1–4
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!