智慧農(nóng)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)提出考慮作物非葉片綠色器官估產(chǎn)新方法

　　近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所智慧農(nóng)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)開展了針對(duì)油料作物大豆、油菜的通用作物模型估產(chǎn)新方法研究，相關(guān)研究成果發(fā)表在農(nóng)林一區(qū)期刊《Computers and Electronics in Agriculture》和《Plant Phenomics》上。

 

　　作物產(chǎn)量準(zhǔn)確估算對(duì)于確保國(guó)家糧食安全和可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。作物生長(zhǎng)模型是估算產(chǎn)量的主要方法之一，已被廣泛應(yīng)用于作物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成模擬、環(huán)境因素影響分析中。但當(dāng)前許多相關(guān)研究都集中在禾本科作物上，如小麥、水稻和玉米，缺乏對(duì)油菜和大豆估產(chǎn)研究。禾本科作物冠層主要由葉片組成，但葉片并不是作物唯一可進(jìn)行光合作用的器官。作物的莖、角果、莢果甚至未成熟的果實(shí)均可進(jìn)行光合作用。對(duì)于非葉綠色器官活躍的油菜和大豆，忽視非葉綠色器官基于葉面積指數(shù)（Leaf Area Index, LAI）的參數(shù)校準(zhǔn)方法不能滿足上述作物的高精度估產(chǎn)需求。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新的通用作物模型參數(shù)校準(zhǔn)方法進(jìn)行油菜和大豆產(chǎn)量估算。該方法考慮非葉片綠色器官和作物光合器官演替過(guò)程，構(gòu)建了總光合面積指數(shù)（Total Photosynthetic Area Index, PAI）。并以油菜和大豆為研究對(duì)象，利用所提模型校準(zhǔn)方法進(jìn)行產(chǎn)量模擬。研究結(jié)果表明，與基于LAI的作物模型校準(zhǔn)方法相比，基于TPAI的WOFOST模型參數(shù)校準(zhǔn)方法提高了作物產(chǎn)量模擬精度。大豆校準(zhǔn)點(diǎn)和驗(yàn)證點(diǎn)TWSO（穗重）模擬R2分別為0.741和0.926；油菜TWSO模擬精度R2從0.73（使用LAI）提高到0.90以上（使用TPAI），校準(zhǔn)點(diǎn)和驗(yàn)證點(diǎn)TWSO模擬R2分別為0.910和0.922，上述結(jié)果驗(yàn)證了所提參數(shù)校準(zhǔn)方法的可行性和有效性。因此，本研究所提通用作物模型校準(zhǔn)方法對(duì)于準(zhǔn)確估算具有活躍非葉片綠色器官的大豆油菜產(chǎn)量，促進(jìn)通用作物模型在不同類型作物上的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)高精度作物產(chǎn)量估算具有重要意義。

 

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所2024級(jí)博士生曹紅和中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院2022級(jí)碩士生阮世偉為共同第一作者，吳尚蓉副研究員為論文通訊作者。研究得到北方干旱半干旱耕地高效利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目以及中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年創(chuàng)新專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。

 

　　原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168169924007531

 

　　https://doi.org/10.34133/plantphenomics.0253