溫室甜椒生長發(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)濟價值較高，是重要的溫室栽培物之一，因此建立溫室甜椒生長發(fā)育模擬模型對提高我國溫室甜椒種植水平，增加種植者經(jīng)濟效益，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)和新疆石河子大學農(nóng)學院試驗站加溫日光溫室內(nèi)進行了不同品種、播期的試驗，通過對試驗數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，以溫室甜椒的發(fā)育生

2、理生態(tài)過程為基礎，以作物生理發(fā)育時間(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)量預測模擬模型。將上述四個子模型綜合集成，建立了溫室甜椒生長發(fā)育模擬模型。 在發(fā)育子模型中，根據(jù)甜椒發(fā)育對光溫的反應，建立了基于生理發(fā)育時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立的試驗資料對模型進行了檢驗。結果表明，從出苗到現(xiàn)蕾、開花、成熟所需的生理發(fā)育時間分別為29、35、53個PDT天，模型對甜椒從出苗到現(xiàn)蕾、開花、成熟不同物候期的模擬值與觀測值的回歸估計

4、標準誤差(RMSE)和相對誤差(RE)分別為0.8、1.6、4天和1.9％、3.1％、5.1％，對現(xiàn)蕾、開花、成熟三個物候期預測的平均RMSE和RE為2.1天和3.7％。模型預測的模擬值與觀測值呈較好的1:1關系，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)育時間準確地預測甜椒各個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-輻熱積模擬了甜椒葉面積指數(shù)形成過程，建立了甜椒葉面積指數(shù)模擬模型

5、。輻熱積指的是相對熱效應(Relative thermaleffectiveness，RTE)與光合有效輻射PAR的乘積，累積輻熱積的具體計算過程公式如下： 式中Tb為生長下限溫度，Tm為生長上限溫度，Tob為生長的最適溫度下限，Tou為生長的最適溫度上限，T為每小時的平均溫度。 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小時的相對熱效應，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為植株上已展開的葉片數(shù)，i為葉序，Li為第i葉的實際葉長(cm)，Lmax1是第i片葉的最大

7、葉長(cm)，TEP為出苗后的累積幅熱積，TEP1為第i片葉展開后的累積幅熱積，ki是無量綱參數(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)。 模型對甜椒出葉數(shù)、葉片長度和葉面積指數(shù)的模擬結果與實測值之間基于1:1直線的決定系數(shù)R2和回歸估計標準

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確地預測溫室甜椒葉面積指數(shù)動態(tài)，模型參數(shù)少實用性強，可以為溫室甜椒生長模型和蒸騰模型提供所必需的葉面積指數(shù)動態(tài)信息。 在甜椒生長與產(chǎn)量預測子模型中，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)模型相結合，建立溫室甜椒生長動態(tài)預測模型。然后定量分析輻射和溫度對甜椒干物質(zhì)分配和果實采收指數(shù)的影響，

9、以及果實干物重增長和鮮重增長的關系，建立以輻熱積為預測指標的甜椒干物質(zhì)分配模型和產(chǎn)量預測模型，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)關系構建了溫室甜椒產(chǎn)量預測模型： WF=BIOMASS×PISH×PIF Y=(WF×HI)/0.05 式中WF表示預測的果實總干重(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為甜椒果實的干物質(zhì)含量(g·g

11、-1)。 利用與建模相獨立的試驗資料對模型進行檢驗，結果表明，模型對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)量的預測結果較好。模型對甜椒總干物質(zhì)量和各個器官干重的模擬預測值與實測值之間基于1:1直線的決定系數(shù)R2和相對預測誤差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