基于植物功能-结构模型的玉米-大豆条带间作光截获行间差异研究

李双伟^1，2，3， 朱俊奇⁴， Jochem B. EVERS³， Wopke VAN DER WERF³， 郭焱¹， 李保国¹， 马韫韬^1*

（1.中国农业大学 土地科学与技术学院，北京 100193；2.浙江省农业科学院 农业装备研究所，浙江杭州 310021；3.瓦赫宁根大学 作物系统分析中心，海尔德兰瓦赫宁根 430-6700 AK，荷兰；4.新西兰植物和食品研究所 马尔堡研究中心，马尔堡布莱尼姆 7240，新西兰）

摘要： 间作种植形成了异质冠层空间结构，但因此导致的作物生长、表型和光截获的行间差异目前还少有定量化。为解析条带间作生产力的行间差异，本研究基于田间观测数据构建植物功能-结构模型（Functional-Structural Plant Model，FSPM），量化间作系统中光截获的行间差异。于2017—2018年开展了玉米和大豆单作、2行玉米和2行大豆的2:2 MS间作以及3行玉米和6行大豆的3:6 MS间作田间试验。基于植物生长平台GroIMP开发了玉米-大豆间作的FSPM，模型较好地模拟了叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）、株高和光截获系数动态三个指标，均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE）分别为0.24～0.70 m2/m2、0.06～0.17 m和0.06～0.10。田间试验结果表明，间作种植显著增加了玉米节间直径。受玉米遮阴影响，大豆节间变长、变细，且随大豆条带变窄差异越明显。模型模拟的2:2 MS间作玉米光截获比单作玉米高35.6%，3:6 MS边行玉米和内行玉米的光截获分别比单作玉米高27.8%和20.3%。2:2 MS与3:6 MS边行大豆的光截获比单作大豆分别少36.0%和28.8%；3:6 MS大豆内I行和内II行比单作大豆的光截获分别少4.1%和1.8%。基于三维FSPM，未来可进行不同生长环境下间作种植模式等的布局优化，以达到**系统光截获优势。

关键词：玉米-大豆间作；植物功能-结构模型；光截获；三维结构；表型可塑性；行间差异

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图1 2017—2018年梨树实验站玉米-大豆不同种植模式的示意图

Fig. 1 Schematic diagram of different planting patterns for maize and soybean in Lishu experimental station during 2017—2018 growing season

图2 梨树实验站2017—2018年生育期内气象数据

Fig. 2 Meteorological data in Lishu experimental station during 2017－2018 growing season

图3 出苗65 d后各处理群体三维可视化及光分布

Fig. 3 Visual outputs of simulated plot for each planting pattern in 65 days after emergence

图4 2017—2018年玉米和大豆2:2 MS间作系统不同行位置光截获系数实测值和模拟值的比较

Fig. 4 Comparison between observed and simulated fraction of light interception for different row positions in 2:2 MS intercropping of maize and soybean in 2017—2018

图5 生育期内2:2 MS和3:6 MS处理中玉米和大豆行间单位土地面积日光截获量

Fig. 5 Daily light capture for maize and soybean in different rows in 2:2 MS and 3:6 MS intercropping during the growing season

图6 生育期内2:2 MS和3:6 MS间作中行间单位土地面积光截获的减少量

Fig. 6 Attenuated light capture for different rows in 2:2 MS and 3:6 MS intercropping during the growing season

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来源：《智慧农业（中英文）》2022年第1期

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