引用格式
李双伟, 朱俊奇, EVERS Jochem B., VAN DER WERF Wopke, 郭焱, 李保国, 马韫韬. 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[J]. 智慧农业(中英文), 2022, 4(1): 97-109.
LI Shuangwei, ZHU Junqi, EVERS Jochem B., VAN DER WERF Wopke, GUO Yan, LI Baoguo, MA Yuntao. Estimating the differences of light capture between rows based on functional-structural plant model in simultaneous maize-soybean strip intercropping[J]. Smart Agriculture, 2022, 4(1): 97-109.
点击直达知网
点击直达官网阅读（全文，免费）
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，以达到最佳系统光截获优势。
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
文章图片
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
通信作者简介
马韫韬 教授马韫韬，中国农业大学土地科学与技术学院教授，博士生导师。中国农业大学计算机应用数学学士，资源与环境学院农学博士，中科院自动化研究所和荷兰瓦赫宁根大学信息/农业交叉学科博后。现代农业产业技术体系北京市创新团队“植物体征数字化获取技术熟化与应用”岗位科学家。法国国家计算机科学与控制研究所(INRIA)、法国巴黎中央大学(ECP)和加州大学戴维斯分校访问学者。中国农业生物技术学会植物表型组学专业委员，国际植物生长建模、仿真与数字孪生（PMA/FSPM）委员会常务理事，农业建模与仿真专业委员会委员，中国计算机学会会员，农业人工智能与作物表型内蒙古工程研究中心副主任、首席科学家。主持和参与了国家重点研发计划、973、863、行业科技专项、国家自然基金和内蒙古科技重大专项等项目。发表SCI/EI等论文50余篇。当前主要研究领域：（1）植物功能-结构-环境互作的系统仿真研究；（2）植物（三维）表型研究；（3）人工智能及其农业算法研发与应用；（4）多源传感器的融合及数字农业应用。（5）大规模三维场景的快速获取与渲染。
来源：《智慧农业（中英文）》2022年第1期
转载请联系编辑部授权
本期支持单位
京蓝云智物联网技术有限公司
浙江臻善科技股份有限公司
潍柴雷沃重工股份有限公司
小
店
欢迎光临选购
微信交流服务群
为方便农业科学领域读者、作者和审稿专家学术交流，促进智慧农业发展，为更好地服务广大读者、作者和审稿人，编辑部建立了微信交流服务群，有关专业领域内的问题讨论、投稿相关的问题均可在群里咨询。入群方法：加小编微信331760296，备注：姓名、单位、研究方向，小编拉您进群，机构营销广告人员勿扰。
信息发布
科研团队介绍及招聘信息、学术会议及相关活动的宣传推广