玉米葉片生長模擬研究3

1、玉米葉片生長模擬研究默書霞，祝海燕(濰坊科技職業(yè)學院，山東壽光 262700)摘要：用不同的生長模型擬合玉米的生長發(fā)育數(shù)據(jù)，結果表明：gompertz模型能較好地描述玉米總葉 片數(shù)隨有效積溫變化的動態(tài)；logistic模型能較好地描述玉米總面積數(shù)和玉米株高的發(fā)展變化動態(tài)。根 據(jù)上述模型得到玉米葉片面積相對日增量隨有效積溫發(fā)展變化的三參數(shù)高斯模型：y=3. 5054exp -0. 5 (x-1111. 4854)/256. 09522 (r2 = 0. 9944)關鍵詞：玉米；葉片生長；模型中圖分類號：s 162.5文獻標識碼：a植物病害流行是病害在寄主植物群體內(nèi)的增 長過程。在一個生長季節(jié)內(nèi)，

2、隨著吋間的推移，寄 主群體也在增長。這對病害流行冇很大影響，一方 ifll,它為病原接種體提供新的侵染位點，另一方面, 它乂會引起病害的表觀數(shù)值下降，即稀釋作用。因 此，在植物病害流行研究屮，寄主牛長一直是一個 不可忽視的方面。寄主生長對病害流行參數(shù)如表觀 侵染速率等方面有較大影響。事實上，在植物病害 流行電算模擬模型中，寄主生長往往作為一個重要 的子模型處理。寄主植物有其h身的牛命周期，而這種周期顯 著影響寄主的抗病性及病害的流行。在植物病害流 行模擬模型研究屮，寄主植物住長模型是必不可少 的組成部分。h前，眾多植物病害流行模擬模型中 的寄主生長模型都是極為簡單的作物模型，其功能 僅能滿足病

3、害模擬模型輔助變量的需要，如能結合 栽培學屮的作物牛長模型，便可提高病害模擬模型 的精確度和準確度，但有吐作物模型不能滿足病害 模擬的需耍，還需加以改造。大多作物生長模型均 以有效積溫作為模型的驅動變量，因為一般作物 完成整個生育期所盂積溫值相對穩(wěn)定，若作物生氏 階段環(huán)境和溫度均最適宜，則積溫值可表征作物生 育期長度。玉米葉片是玉米各種葉斑病害的載體，其面積的 動態(tài)變化為病害發(fā)生流行密切相關。因此，本研究建 立以有效積溫為變量的玉米葉片生長模擬模型，以期 為玉米葉部病害流行的模擬模型提供必備組件。 1材料與方法 1.1供試品種供試玉米品種為屯玉41號，該品種為生產(chǎn)上 的栽品種，屬于感病品種。1

4、. 2氣象資料氣象資料由溫濕度自動記錄儀(浙江大學產(chǎn)) 毎隔0.5h記錄一次，根據(jù)記錄資料計算出每日的 平均氣溫，最后得出不同時間的有效積溫，玉米牛 長發(fā)育的有效積溫起點記為10°c,溫度低于10°c 的為無效溫度。1.3數(shù)據(jù)調(diào)查玉米播種面積為0.3畝，分為三個小區(qū)，圭米 出苗后進行調(diào)查，每小區(qū)定點調(diào)查20株玉米，前 期每7天調(diào)杳一次，后期每15天調(diào)杳一次。每次 調(diào)查記錄所有玉米上的葉片數(shù)、各個葉片的面積及 株高等，并按照由下向上的順序記錄。玉米葉片面 積的計算公式為:la = lxwx0. 75式屮la為玉米葉片的面積，l為葉片長度，w 為葉片最大寬度，0.75為校正系數(shù)

5、。1.4數(shù)據(jù)處理以冇效積溫為因變量，所對應的變雖(玉米葉 片總數(shù)、總面積、株高及玉米不同葉序葉片的面積) 為白變量。利用較常見的兒個's'型模型 exponential> logistic、gomperts > weibull> s-curve growth擬合實測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)擬合釆用sas 統(tǒng)計軟件(release 8.01, sas institute inc.) 的nline過程，以各模型的決定系數(shù)剩余平方 和sse、f值(f value)和檢驗概率(pr>f)作為 模型取設的標準32結果與分析2.1玉米葉片總數(shù)、總面積及植株高度隨有效積溫 的變化表

6、1為玉米葉片總數(shù)、總面積及株高的數(shù)據(jù)擬 合結果。sas系統(tǒng)計算了判斷模型擬合效果的4個 指標：f value、pr>f和sse。其中前三個指 標越人表明模型的擬合效果越好，sse越小表明模 型的擬合效果越好。根據(jù)以上標準，由表1可知玉米葉片總數(shù)、總表1玉米葉片總數(shù)、總面積及株高不同模型及其檢驗contentmode 1mode 1 expressionr?ssef valuepr>fexponentialx】 = & 3475 x exp (0. 000442t)0. 7367201. 7114. 23<0. 0001logisticxi =24. 0703/ 1+e

7、xp-0. 00282 x (t-832. 4) 0. 99503. 84123854. 24<0. 0001葉片總數(shù)gompertsx)=24. 8033 x exp -exp(1. 1973-0. 00190t)0. 99702.31166407. 03<0. 0001totalxi=24. 6765 xleavesweibul1l-exp-(t/1033. 4)*1. 51110. 99672. 55005807. 69<0. 0001s-curvex)=exp3. 4918+(-753. 5/t)0. 986110. 67992264. 53<0. 0001gr

8、owthxi=exp 2. 1220+(0. 000442t)0. 7367201. 7114. 23<0. 0001exponontialx，=2216. 6 x exp (0. 000625t)0. 65368756440338. 10<0. 0001logi sticx2=10068. 6/ 1+exp -0. 00599 x (t-1087. 9)0. 999611185021093.5<0. 0001葉片 總面積gompertsx2= 10243. 6xexp-exp(3. 8436-0. 00393t)x2 二9997.2x0. 99697828203010.71

9、<0. 0001total areaweibul1l-exp -(t/1184. 1)*4.41830. 999414725716020.8<0. 0001s-curvex2=exp9. 8954+(-1469. 4/t)0. 924319142013195. 72<0. 0001growthxz=exp 7. 7037+(0. 000085t)0. 6536875644033& 10<0. 0001exp()n()n tialx3=48. 0756 x exp (0. 000692t)0. 809926757. 777. 69<0. 0001logist

10、icx：?=0. 999490. 183815170.2<0. 0001玉米株高281.4/(1 +exp -0.00310x(1281.3)maizegompertsx：尸299. 5xexp-exp(1. 9878-0. 00181t)0. 9968448.4304& 28<0. 0001heightweibullx3=281.4x 1-exp-(t/1461. 3)*2. 59700. 9989160.48527. 42<0. 0001s"curvex3=exp6. 3217+(-1730. 3/t)0. 98542057. 71082.26<0

11、. 0001growthx：1=exp 3. 8728+(0. 000196t)0. 809926757. 777. 69<0. 0001注：t為玉米播種后的有效積溫(°c) ； xi、x2和x3分別為玉米葉片的總葉數(shù)(個)、玉米葉片的總面積(cm2)和玉米的株高(cm)面積及株高的最佳模型分別為： 玉米總葉片數(shù)模型：xi=24. 8033 x exp -exp (1. 1973-0. 00190t) (1)玉米總面積數(shù)模型：x2 =10068. 6/1+exp-0. 00599x(t-1087. 9)(2)玉米株高模型：xa=281. 4/1+exp-0. 00310x(t-

12、1281.3) ) (3)上述模型屮的t為玉米播種后的有效積溫(°c)；x、x2和滄分別為玉米葉片的總葉數(shù)(個)、玉米葉片的總面積(cm2)和玉米的株高(cm)由模型(1) - (3)可以看出，模型(1)為高 姆比茨模型(gompertz model):模型和為 邏輯斯蒂模型(logistic model) o這就說明在玉米 的牛:長發(fā)育過程中，玉米總葉片數(shù)隨有效積溫變化 的動態(tài)可用高姆比茨模型來描述，而玉米總面積數(shù) 和玉米株高的發(fā)展動態(tài)則可用邏輯斯蒂模型來描 述。它們的實測值及模型擬合illi線見圖1。5020(ozpru jo s0ae0 二5ojl )(j)軟膜丈古001200

13、010000 -8000 -6000 -4000 -2000 -050010001500200025003000冇效積溫（°c）圖1玉米葉片總數(shù)、總面積及植株離度隨冇效積溫的變化情況oz-slu jo ssuuqmh) (§)趙梔卷«2.2玉米葉片總面積相對日增長量隨有效積溫的 變化利川本節(jié)所得的玉米葉片總面積模型（2）和 spss軟件推導出玉米葉片血積相對口增最，再利用 三參數(shù)高斯模型擬合得到模型：y二3.5054exp-0. 5（x-1111. 4854）/256. 0952 2 （r2=0. 9944）（4）模型（4）中：y為玉米葉片面積相對日產(chǎn)量（假 設整

14、株的玉米葉片面積為100）, x為有效積溫（°c ）。模型（4）對應圖2屮的曲線，由圖屮可以看 出，玉米葉片面積相對口增量的最大值出現(xiàn)在積溫 為1111. 5°c吋，大約為玉米播種后的60d左右，當 有效積溫低于或高于這個溫度時，面積相對h增量 均降低，此規(guī)律符合玉米的栽培學特性。3 2 10 (罷)0100020003000冇效積溫(°c)圖2玉米葉片總而積日增量隨有效積溫的變化情況3結論與討論3. 1通過sas統(tǒng)計軟件擬合不同模型(exponontial、 logistic、 gomperts> weibul1> s-curve、 growth)

15、的研究結果表明：在玉米的生氏發(fā)育過程中，玉米 總葉片數(shù)隨有效積溫變化的動態(tài)對用gomperts模 型來描述，而玉米總面積數(shù)和玉米株高的發(fā)展動態(tài) 則可用logistic模型來描述。3. 2玉米葉片面積相對口增量隨冇效枳溫的發(fā)展動 態(tài)符合三參數(shù)的高斯模型：y二3. 5054exp-0. 5 (x-l 111. 4854)/256. 09522 (r2=0. 9944)y為玉米葉片面積相對日產(chǎn)量(假設整株的玉 米葉片面積為100), x為有效積溫(°c)。由上述模型可以看出，玉米葉片面積相對u增 量的最大值出現(xiàn)在積溫為hu.5°c時，大約為玉米 播種后的60d左右，當有效積溫低于

16、或高于這個溫 度吋，而積相對'日增量均降低，此規(guī)律符合玉米的 栽培學特性。exponontial、logistic> gomperts> weibul1、 s-curve、growth是卅i物病害流行學中較為常用的 兒個模型，可用于對植物的牛長和病害的流行進行 擬合，以便得到最優(yōu)模型。van der plank首次把植物病害分為單利型和 復利型兩類，并把logistic模型應用于對復利型 病害流行過程的描述。logistic模型是一條關于 拐點對稱的s形曲線，它的密度分布呈鐘狀。然 而，病害流行的速率分布是不對稱的，其峰值較 logistic密度曲線之峰值出現(xiàn)的早。berg

17、er認 為：當病情低于0. 05和高于0. 6時，logistic模 型不能很好地擬合病害增長過程，而gompertz模 型則無此限制,berger利用9個病害系統(tǒng)共113組 流行曲線，對logistic和gompertz模型進行擬合, 并用線性化參數(shù)作為鑒定擬和好壞的判別標準，結 果表明后者優(yōu)于前者。不同植物牛長的時間動態(tài)可用不同的模型進 行描述，在實際應用中應進行模型的比較后選取最 合適的模型，并可利用選取后的模型估算在植物牛: 長過程中，牛長參數(shù)達到某些點的期望天數(shù)和植物 在這些點時的期望發(fā)展速度(面積相對h增量等), 為組建病害流行模擬模型提供重要基礎。該研究得出了玉米葉片數(shù)、玉米葉片

18、總而積、 不同葉序葉丿*1血積及口 ij t血積r增量等隨有效積溫 的變化情況，反應了玉米葉片牛長的牛物學過程。 這些模型可根據(jù)不同n的冇選擇性地增加到玉米葉 部病害流行模擬模型中，為其提供寄主生長模型和 參數(shù)，提髙病害模擬模型的準確度。鑒于試驗條件 的限制，木模型屮暫時丿i考慮了屯玉41品種在常規(guī) 栽培管理條件下，冇效積溫對其葉片生t的影響， 其他諸如品種、地域、灌溉、吧力等因子訶能會使 模型小有關參數(shù)的數(shù)值不同，這尚待進一步研究。 影響土米葉片生長動態(tài)的還有一些其他因素，隨著 研究的深入，町將這些因素增加到玉米葉片生長模 擬模型中，以進一步提高模型的準確度。參考文獻：1 張立楨，曹衛(wèi)星，張

19、思平等棉花形態(tài)發(fā)生和葉面積指數(shù) 的模擬模型j 棉花學報,2004, 16(2):77-832 王忠孝山東玉米m北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,19993 李金堂，李保華，默書喪等梨黑星病流行時間動態(tài)分析jl.沈陽農(nóng)業(yè)大學學報,2005, 36(5):558-5614 van dcr plank, j. e plant discasc:epidcmics and controlm new and london: academic press, 19635 berger, rd. caiparison of gaiipcrtz and logistic equations to describe planl disease progress j phytopath, 1981,71: 716-719research on growth models of maize leavesmo shu-xia, zhu hai-yan, liu yan-mci, song ji-mci, cui xin(weifan science and technology vocational college shouguang 262700, shandong province)abstract: