溫室甜椒生長(zhǎng)發(fā)育模擬模型的研究.pdf

1、作物模型是輔助溫室作物生產(chǎn)環(huán)境優(yōu)化調(diào)控和栽培管理的有力工具。甜椒(Capsicum annuum L.)經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高，是重要的溫室栽培物之一，因此建立溫室甜椒生長(zhǎng)發(fā)育模擬模型對(duì)提高我國(guó)溫室甜椒種植水平，增加種植者經(jīng)濟(jì)效益，提高生態(tài)效益具有重要意義。本研究于2005年分春茬和秋茬間，分別在上海孫橋現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)園區(qū)PVC連棟溫室內(nèi)和新疆石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站加溫日光溫室內(nèi)進(jìn)行了不同品種、播期的試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，以溫室甜椒的發(fā)育生

2、理生態(tài)過(guò)程為基礎(chǔ)，以作物生理發(fā)育時(shí)間(Physiological development time，PDT)為尺度，建立了溫室甜椒生育期模擬模型。以輻熱積(Product of thermal effectiveness and PAR，TEP)為尺度，建立了溫室甜椒葉面積指數(shù)模擬模型。將葉面積模型與已有的光合作用和干物質(zhì)生產(chǎn)模型相結(jié)合，建立了光合生產(chǎn)模擬模型。利用分配指數(shù)(Partitioningindex，PI)和采收指數(shù)(Harv

3、est index，HI)建立了溫室甜椒干物質(zhì)分配和產(chǎn)量預(yù)測(cè)模擬模型。將上述四個(gè)子模型綜合集成，建立了溫室甜椒生長(zhǎng)發(fā)育模擬模型。 在發(fā)育子模型中，根據(jù)甜椒發(fā)育對(duì)光溫的反應(yīng)，建立了基于生理發(fā)育時(shí)間的甜椒生育期模擬模型，并利用不同品種和播期與建模相獨(dú)立的試驗(yàn)資料對(duì)模型進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明，從出苗到現(xiàn)蕾、開(kāi)花、成熟所需的生理發(fā)育時(shí)間分別為29、35、53個(gè)PDT天，模型對(duì)甜椒從出苗到現(xiàn)蕾、開(kāi)花、成熟不同物候期的模擬值與觀測(cè)值的回歸估計(jì)

4、標(biāo)準(zhǔn)誤差(RMSE)和相對(duì)誤差(RE)分別為0.8、1.6、4天和1.9％、3.1％、5.1％，對(duì)現(xiàn)蕾、開(kāi)花、成熟三個(gè)物候期預(yù)測(cè)的平均RMSE和RE為2.1天和3.7％。模型預(yù)測(cè)的模擬值與觀測(cè)值呈較好的1:1關(guān)系，基于1:1直線的決定系數(shù)R2為0.99，本模型能夠用生理發(fā)育時(shí)間準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)甜椒各個(gè)生育期的起止日期和成熟上市日期。 在葉面積子模型中首次利用綜合光溫指標(biāo)-輻熱積模擬了甜椒葉面積指數(shù)形成過(guò)程，建立了甜椒葉面積指數(shù)模擬模型

5、。輻熱積指的是相對(duì)熱效應(yīng)(Relative thermaleffectiveness，RTE)與光合有效輻射PAR的乘積，累積輻熱積的具體計(jì)算過(guò)程公式如下： 式中Tb為生長(zhǎng)下限溫度，Tm為生長(zhǎng)上限溫度，Tob為生長(zhǎng)的最適溫度下限，Tou為生長(zhǎng)的最適溫度上限，T為每小時(shí)的平均溫度。 DTEP(i)=(∑RTE(i,j)/24)×PAR(i)，式中DTEP(i)表示第i日輻熱積(MJ·m-2·d-1)；RTE(i，j)為第i

6、日第j小時(shí)的相對(duì)熱效應(yīng)，PAR(i)分別為第i日總光合有效輻射(MJ·m-2·d-1)。 TEP(i+1)=TEP(i)+DTEP(i+1)，TEP(i+1)為從出苗到第i+1天的累積輻熱積(MJ·m-2)，TEP(i)為從出苗到第i天的累積輻熱積(MJ·m-2)，DTEP(i+1)為第i+1天的日總輻熱積(MJ·m-2·d-1)。式中N為植株上已展開(kāi)的葉片數(shù)，i為葉序，Li為第i葉的實(shí)際葉長(zhǎng)(cm)，Lmax1是第i片葉的最大

7、葉長(zhǎng)(cm)，TEP為出苗后的累積幅熱積，TEP1為第i片葉展開(kāi)后的累積幅熱積，ki是無(wú)量綱參數(shù)，No為已摘除的老葉數(shù)，ALo為摘除老葉的總面積(cm2)，ALi表示第i葉的面積(cm2)。 LAI=LA×d/10000，式中LAI為葉面積指數(shù)；d為種植密度(株·m-2)；10000為將cm2換算成m2的單位換算系數(shù)。 模型對(duì)甜椒出葉數(shù)、葉片長(zhǎng)度和葉面積指數(shù)的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值之間基于1:1直線的決定系數(shù)R2和回歸估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

8、誤差RMSE分別為0.94、0.89、0.93和3.4、2.15cm、0.15。該模型能夠利用氣溫、輻射、種植密度和出苗日期準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)溫室甜椒葉面積指數(shù)動(dòng)態(tài)，模型參數(shù)少實(shí)用性強(qiáng)，可以為溫室甜椒生長(zhǎng)模型和蒸騰模型提供所必需的葉面積指數(shù)動(dòng)態(tài)信息。 在甜椒生長(zhǎng)與產(chǎn)量預(yù)測(cè)子模型中，首先將本研究建立的葉面積模型與已有的光合作用和干物質(zhì)生產(chǎn)模型相結(jié)合，建立溫室甜椒生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型。然后定量分析輻射和溫度對(duì)甜椒干物質(zhì)分配和果實(shí)采收指數(shù)的影響，

9、以及果實(shí)干物重增長(zhǎng)和鮮重增長(zhǎng)的關(guān)系，建立以輻熱積為預(yù)測(cè)指標(biāo)的甜椒干物質(zhì)分配模型和產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型，溫室甜椒干物質(zhì)分配指數(shù)和采收指數(shù)與輻熱積的函數(shù)關(guān)系為： 地上部分分配指數(shù)：PISH＝0.91-0.33×0.99TEP 地下部分分配指數(shù)：PIR=1-PISH 果分配指數(shù)：PIF＝1-PIS-PIL 采收指數(shù)：HI=0.94×(1-EXP×(-(TEP-245.16)/58.18) 式中PISH、PIR、

10、PIS、PIL、PIF分別為地上部分、地下部分、莖、葉和果分配指數(shù)，HI為采收指數(shù)。 基于溫室甜椒干物質(zhì)分配指數(shù)和采收指數(shù)與輻熱積的函數(shù)關(guān)系構(gòu)建了溫室甜椒產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型： WF=BIOMASS×PISH×PIF Y=(WF×HI)/0.05 式中WF表示預(yù)測(cè)的果實(shí)總干重(kg·ha-1)，BIOMASS為甜椒的總干重(kg·ha-1)Y表示甜椒的產(chǎn)量(kg·ha-1)，0.05為甜椒果實(shí)的干物質(zhì)含量(g·g

11、-1)。 利用與建模相獨(dú)立的試驗(yàn)資料對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明，模型對(duì)Venlo型連棟溫室和日光溫室中種植的不同品種甜椒的干物質(zhì)生產(chǎn)與分配和產(chǎn)量的預(yù)測(cè)結(jié)果較好。模型對(duì)甜椒總干物質(zhì)量和各個(gè)器官干重的模擬預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間基于1:1直線的決定系數(shù)R2和相對(duì)預(yù)測(cè)誤差RE，總干物質(zhì)量分別為0.93和8.4％，地上部分干重、地下部分干重分別為0.92和8.4％、0.91和9.0％，地上部分莖、葉、果干重分別為0.85和11.5％，0.80和