温室番茄茎秆直径微变化与土壤含水量的关系

在日光温室内以番茄品种辽园多丽为试验材料,对温室番茄植株在一个干旱周期中茎直径变化动态、不同天气条件下茎直径变化规律及茎直径变化与土壤水分状况的关系进行试验研究。结果表明:一个干旱周期中,随着土壤含水量的降低番茄茎直径日变化幅度逐渐增大,茎直径变化量能灵敏、适时、准确地反映植株体内的水分状况;晴天番茄茎直径变化幅度明显大于阴天;直径日最大收缩量与土壤相对含水量具有极显著线性负相关关系(r2=0.986 3)     

基于LiDAR的温室番茄冠层几何参数提取

【目的】准确获取温室番茄作物行中单株冠层数据,为分析作物生长状态和为对靶喷药提供冠层数据支持。【方法】采用三维激光雷达(LiDAR)搭建番茄植株冠层检测平台,使用导轨以0.05 m/s的速度移动三维激光雷达,利用雷达上位机软件Ctrlview保存双侧扫描的A、B 2组共40株番茄植株点云。双侧点云使用ICP(迭代最近点)算法进行配准,利用基于特征值的平面拟合法去除地面,使用均值漂移算法(Meanshift)分割番茄行中的单株点云,获取冠层参数,与人工测量值比较验证精度,将单株点云在MATLAB中使用alpha shape算法进行重建并进行体积的获取,使用凸包算法作物参考值对比。【结果】该检测平台在激光雷达前进方向与垂直前进方向的测量误差分别为-2.65%、-3.95%;获取到的单株番茄植株高度与人工测量值相比,平均绝对误差分别为0.025和0.031 m;重建后求取的体积与凸包算法相比平均误差下降了约15.3%,与人工获取相比相差不大,各指标良好。【结论】番茄行点云分割结果与人工测量相比A、B 2组的均方根误差RMSE分别为0.039和0.043,冠层体积获取与参考值对比V_RMSE为0.011 3,激光雷达在获取作物外形轮廓信息中具有一定的准确性和可靠性,该方法用于温室环境下单株作物冠层数据的获取。     

基于彩色点云图像的不同成熟阶段番茄果实数量的测定方法

【目的】为测定温室中番茄不同成熟阶段的果实数量,提出一种基于彩色点云图像的测定方法。【方法】在移动平台上搭载KinectV2.0采集温室中行栽番茄的图像信息合成番茄植株点云,再将二视角的番茄植株点云合成1个点云,并通过深度信息截取得到近处番茄植株点云,将标注的点云数据输入到PointRCNN目标检测网络训练预测模型,并识别番茄植株点云中的番茄果实,最后利用基于特征矩阵训练的支持向量机(Support vector machine, SVM)分类器对已经识别出来的果实进行成熟阶段分类,获得不同成熟阶段番茄果实的数量。【结果】基于PointRCNN目标检测网络的方法识别番茄果实数量的精确率为86.19%,召回率为83.39%;基于特征矩阵训练的SVM分类器,针对番茄果实成熟阶段的预测结果在训练集上准确率为94.27%,测试集上准确率为96.09%。【结论】基于彩色点云图像的测定方法能够较为准确地识别不同成熟阶段的番茄果实,可以为评估温室番茄产量提供数据支撑。     

基于无人机影像阴影去除的苹果树冠层氮素含量遥感反演

【目的】去除无人机多光谱遥感影像中的阴影,以提高苹果树冠层氮素含量反演模型精度。【方法】以山东省栖霞市苹果园为试验区,利用2019年6月采集的无人机多光谱影像,分别基于归一化阴影指数（normalized shaded vegetation index,NSVI）和归一化冠层阴影指数（normalized difference canopy shadow index,NDCSI）去除果树冠层多光谱影像中的阴影,提取非阴影区域果树冠层光谱信息;通过相关性分析方法,将基于原始光谱影像和基于NSVI、NDCSI去除阴影后提取的光谱数据与实测叶片氮素含量进行相关性分析,分别筛选氮素含量的敏感波段并构建光谱参量;采用偏最小二乘（partial least square,PLS）及支持向量机（support vector machine,SVM）方法构建果树冠层氮素含量反演模型并进行精度检验。【结果】绿光波段和红光波段为果树冠层氮素含量反演的敏感波段;阴影削弱了果树冠层的光谱信息,去除阴影前后,冠层多光谱各波段光谱差异较大,在红边波段及近红外波段尤为明显;基于2个阴影指数去除阴影后构建的氮素反演模型精度均有提升,最优模型为基于NDCSI去除阴影后构建的支持向量机氮素含量反演模型,该模型建模集R²和RPD分别为0.774、1.828;验证集R²和RPD分别为0.723、1.819。【结论】基于NDCSI可有效去除无人机多光谱果树冠层影像中的阴影,提高氮素含量反演精度,为果园氮素精准管理提供了有效参考。     

日光温室主动蓄放热冠层增温系统性能研究

【目的】设计日光温室主动蓄放热冠层增温系统(Active heat storage-release system for canopy warming,AHSCW)并进行实地试验,分析该系统对番茄冠层的增温效果,为进一步探讨主动蓄放热热能的高效应用方式和作物局部增温系统的设计提供参考。【方法】在第六代主动蓄放热系统基础上设计AHSCW,以太阳能为热源,白天通过水循环将太阳能以热能的形式收集于蓄热水池内,夜间通过冠层增温管道释放热量,对番茄冠层进行局部增温。以使用AHSCW的日光温室为试验温室,未加温的日光温室为对照温室,通过测定太阳辐射强度、番茄冠层空气温度、水温及水泵耗电量参数及不同时期番茄的株高、茎粗和产量,对系统的增温效果进行测试与分析。【结果】白天AHSCW的蓄热量为166～194 MJ,夜间放热量为129～142 MJ,能量利用效率为67%～86%;该系统能够提高番茄冠层区域气温1.4～3.0℃;AHSCW温室果实产量为1.14 kg/m~2,是对照温室(0.64 kg/m~2)的1.77倍。【结论】AHSCW可以明显提高番茄冠层气温,保证番茄的越冬生产,促进番茄生长,增加其产量并可使果实提前成熟上市。     

日光温室主要环境参数对番茄本体长势的影响

针对日光温室环境调控缺乏理论支撑,环境信息监测利用难,作物长势难量化的问题,以北京市春夏季日光温室番茄为试验材料,采用农业物联网设备实时监测温室主要环境参数(空气温度、空气相对湿度、CO_2浓度、光照强度、土壤温度和土壤水分)和番茄本体长势参数(番茄茎直径微变化、果实直径微变化和叶面温度),借助Matlab 2014a平台建立模型,对温室中主要环境参数对番茄本体长势的影响进行研究。结果表明:1)建立的幼苗期各环境参数对番茄茎直径微变化的影响回归模型和结果期各环境参数对茎直径微变化、果实直径微变化、叶面温度的影响回归模型可以反映出不同环境参数对番茄茎直径微变化、果实直径微变化和叶面温度的影响程度;2)建立的番茄果实直径预测模型,训练集相关系数达到0.92,测试集相关系数达到0.88,满足预测需求;3)试验分析得到的幼苗期和结果期各主要环境参数的合理控制范围符合番茄实际生长环境要求。该研究可为春夏季日光温室番茄的生产环境调控提供参考,也为环境数据监测与环境调控机构的智能化关联提供了一种解决方案。     

基于PCA-BPNN的温室番茄果实直径预测模型

[目的]研究温室番茄果实直径变化量的动态预测模型,为番茄所需水肥规律提供数据支持.[方法]选择番茄果实横径为研究对象,以5株番茄果实膨大期的数据建立模型,采用主成分分析法对植物生理生态信息和环境信息进行分析,提取主要成分,以主成分为自变量,输出变量为因变量,建立一个包含空气温度、空气湿度、土壤含水率、叶片温度及果实横径...     

番茄SlN-like的克隆、表达与抗病毒功能

【目的】番茄（Solanum lycopersicum）作为重要的蔬菜作物,其生长受到包括害虫、真菌、细菌和病毒等各种生物因素的危害。明确番茄抗性基因SlN-like的抗病毒功能与机制,为番茄的抗病毒育种与抗病毒药剂的靶向开发提供理论依据。【方法】从茄科植物基因组数据库Solanaceae Genomics Network中获得SlN-like的全长,并将其分为4段,利用融合聚合酶链式反应（fusion PCR）扩增获得SlN-like的序列全长;通过生物信息学分析SlN-like的进化关系、蛋白特征、保守结构域、亚细胞定位以及互作关系;通过实时荧光定量PCR分析SlN-like在番茄根、茎、叶、花和果实中的表达情况及其在烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus,TMV）侵染后的叶片表达量;借助烟草脆裂病毒（tobacco rattle virus,TRV）介导的基因沉默技术（virus induced gene silencing,VIGS）沉默番茄内源SlN-like,摩擦接种TMV-GFP于沉默植株,明确SlN-like对病毒侵染的影响。实时荧光定量PCR分析沉默植株中脱落酸（abscisic acid）、茉莉酸（jasmonic acid）和乙烯（ethylene）激素相关基因的表达量及SlN-like在外施乙烯利（ethephon,ETH）3、6、12、24 h后的表达情况,最终明确SlN-like调控激素途径响应病毒侵染的机制。【结果】通过分子克隆与融合PCR技术,从番茄品种Micro-Tom中克隆获得全长3 444 bp 的SlN-like,上传至NCBI获得序列号MW792493。通过生物信息学分析发现SlN-like含有TIR、NB-ARC和NACHT结构域,并与马铃薯（Solanum tuberosum）N-like（AAP44394.1）亲缘关系最近。SlN-like在番茄各组织中均有表达,在茎中的表达量最高,其次是根、花,叶和果实中的表达量最低。TMV-GFP侵染番茄后第5、7天SlN-like的表达显著高于PBS处理,分别是PBS处理的1.6和2.2倍,并且TMV-GFP侵染会使SlN-like的表达持续升高。TRV载体介导沉默番茄的SlN-like,发现沉默78.3%的SlN-like不会影响番茄生长表型,但可促进TMV-GFP侵染;实时荧光定量PCR分析发现沉默植株中ERF1的表达显著降低,仅为对照组的12.5%;外施乙烯利处理番茄3 h后SlN-like表达量升高,并在12 h达到最高峰,是对照组的2.71倍,24 h后恢复正常。【结论】番茄SlN-like属NBS-LRR类抗病蛋白,其表达受TMV侵染诱导,沉默SlN-like促进TMV-GFP侵染,降低乙烯相关基因ERF1的表达,而外施乙烯利导致SlN-like的差异表达,揭示了SlN-like作为正调控因子可能影响乙烯途径介导的番茄抗病毒防御。     

番茄花芽分化期茎尖内源激素水平与果实心室数目的相关性研究

 【目的】研究番茄茎尖内源激素的变化动态,探讨番茄花芽分化期相关内源激素的作用。【方法】应用番茄多心室自交系（MLK1）和少心室自交系（FL1）进行杂交,研究亲本及F1、RF1花芽分化初期、花芽分化期、萼片花瓣形成期、心皮形成初期、子房心室完全形成期5个时期茎尖内源激素GA3、IAA、ABA含量的变化及其与心室数目的关系。【结果】番茄亲本及F1、RF1在关键作用时期的GA3含量高低与各材料的子房心室数变化趋势相同,IAA、ABA含量高低与各材料的子房心室数变化趋势相反。相关分析表明,番茄子房心室数与萼片花瓣形成期GA3含量及GA3/IAA、GA3/ABA呈极显著正相关,而IAA、ABA含量呈极显著负相关。【结论】增加番茄茎尖的GA3含量或降低IAA、ABA的含量,都可以增加番茄子房心室数目;反之则减少子房心室数目;萼片花瓣形成期是调控番茄相关内源激素关键时期。     

基于趋化-改进粒子群算法的SVR光合速率预测模型

针对回归型支持向量机(SVR)参数选取影响模型性能的问题,提出融合细菌觅食算法趋化操作的改进粒子群混合算法(C-IPSO),以优化SVR的惩罚参数和核参数。同时,为了实现对温室环境的精细控制,结合温室作物生长环境因子,建立一种基于趋化-改进粒子群算法优化的回归型支持向量机温室光合速率预测模型。以温室番茄幼苗期、开花期、结果期为例,与支持向量机和基本粒子群算法优化的支持向量机分别建立的模型进行实验对比。结果发现：建立的三个生长期光合速率预测模型的光合速率实测值和预测值的决定系数分别为0.954 8、0.985 4和0.951 5,均比另外两个预测模型更接近于1,表明该模型预测效果均更佳,并证明了所提算法的有效性,为指导温室环境根据作物光合需求进行精准调控提供了理论基础。     

外置式秸秆反应堆对日光温室内部环境及番茄光合特性的影响

【目的】研究外置式秸秆反应堆在日光温室越冬茬番茄的生产过程中,对日光温室环境因子及番茄光合特性的影响。【方法】以无CO₂发生装置的日光温室为对照温室,以利用外置式秸秆反应堆补充CO₂的日光温室为处理温室,观测在番茄不同生育阶段（苗期、结果期、转色期）温室内CO₂含量、气温、空气相对湿度等环境因子的日变化以及对番茄净光合速率、蒸腾速率、水分利用率和产量的影响。【结果】日光温室内CO₂含量的日变化曲线呈不规则的“N”形,空气湿度昼夜变化曲线呈“V”形。与对照温室相比,在番茄不同生育期,处理温室10:00-11:30 CO₂含量提高了230 μL/L,13:30-16:00提高了84～150 μL/L;夜间平均气温提高了1.5～2.0 ℃,空气相对湿度平均提高了4%～5%;并可显著提高不同生育阶段番茄的净光合速率和水分利用率;极显著降低苗期蒸腾速率,显著提高结果期和转色期番茄的蒸腾速率,产量和经济效益分别提高13 707 kg/hm²和59 310元/hm²。【结论】外置式秸秆反应堆能有效改善越冬茬番茄栽培过程中日光温室内的环境条件,缓解晴天日光温室内CO₂的亏缺,增加番茄的净光合速率和水分利用率,最终提高产量和经济效益。     

跨度对日光温室气温和番茄生长的影响及模拟分析

【目的】研究跨度对日光温室保温性能及番茄生长的影响。【方法】对陕西杨凌地区越冬种植番茄的8,10和12 m 3种跨度西北型日光温室的气温、光照、热流等参数进行监测,以日光温室夜间传热模型为基础,通过夜间气温的变化来分析跨度对日光温室保温性能的影响,同时监测了不同跨度日光温室中番茄幼苗的生长情况。【结果】10 m跨度日光温室1月份平均气温分别较8和12 m跨度日光温室高1.9和2.6 ℃;种植番茄的平均株高分别高0.4和2.2 cm,平均茎粗分别高0.3和0.5 mm;夜间气温的模拟值与预测值吻合度均较高,其中8 m跨度日光温室夜间气温预测模型的平均相对误差为4.40%,10和12 m跨度日光温室分别为2.43%和2.38%。【结论】供试3种跨度日光温室中,以10 m跨度日光温室的保温性能最好,较适宜在杨凌地区推广应用。     

氮素对日光温室独本菊‘神马’外观品质影响的模拟

 【目的】定量研究氮素对日光温室独本菊外观品质的影响,为温室切花菊氮肥管理提供决策依据。【方法】以温室独本菊品种‘神马’(Dendranthema morifolium‘Shenma’)为材料,根据不同定植期、不同氮素处理的试验资料,以生理辐热积为发育尺度,以现蕾期叶片累积氮含量为植株氮素特征指标,定量分析氮素对独本菊品质指标（株高、茎粗、叶片数、花头直径、花颈长）动态的影响。在此基础上,建立氮素对日光温室独本菊外观品质影响的模拟模型,并用独立的试验资料对模型进行检验。【结果】在试验的土壤当季供氮量范围内,叶片累积氮含量对株高和叶片数的影响不显著。模型对株高、茎粗、叶片数、花头直径和花颈长的预测精度较高,模拟值与实测值基于1﹕1线的决定系数（R2）分别为0.99、0.96、0.96、0.97和0.98,相对预测误差（RSE）分别为5.25%、3.04%、8.9%、10.92%和9.22%。【结论】本研究建立的模型可以为日光温室中秋菊品种‘神马’生产中的氮素管理提供理论依据和决策支持。     

温室网纹甜瓜干物质分配、产量形成与采收期模拟研究

 【目的】建立一个可以预测温室网纹甜瓜产量与采收期的模拟模型，为温室网纹甜瓜生产管理和环境调控的优化提供决策支持。【方法】本研究据温室网纹甜瓜器官生长与温度和辐射的关系，建立了基于分配指数的温室网纹甜瓜干物质分配、产量形成与采收期模拟模型，并利用不同基质的试验资料对模型进行了检验。【结果】模型对地上部分干重、根干重、茎干重、叶干重、果实干重的模拟结果与1∶1直线之间的R2分别为0.99、0.65、0.97、0.98和0.98；预测相对误差分别为0.88%、70.21%、7.44%、9.33%和5.28%。模型对网纹甜瓜果实鲜重的模拟结果与1∶1直线之间的R2为0.94，预测相对误差为8.13%，对网纹甜瓜直径的模拟结果与1∶1直线之间的R2为0.95，预测相对误差为9.23%，对网纹甜瓜采收期的预测误差在 1 d内。【结论】与已有的温室作物生长模型相比，本研究建立的模型不仅预测精度较高和功能全面，而且模型参数易获取，具有较强实用性。     

亚低温下水分对番茄幼苗干物质积累与养分吸收的影响

【目的】揭示亚低温条件下水分对番茄幼苗氮钾营养元素吸收与分配的影响,为冬季温室番茄水肥科学管理提供依据。【方法】以番茄为材料,在温室内采用盆栽的方式,以适温( 18—30℃ )环境为对照,研究亚低温(4—20℃ )条件下,灌溉补充蒸腾蒸发量(ET) 分别为 60%、80%、100%和 120% 的水分对温室番茄幼苗干物质积累分配及养分吸收分配的影响。【结果】与适温相比,亚低温下番茄幼苗根、茎、叶干物质的积累量随着补充水分的减少逐渐降低,且处理时间越长降低得越多;干物质向叶片分配的比例减少,向根茎中的分配比例增大;亚低温下番茄幼苗植株中N、K的总含量降低,N总量随着补充水分的减少而减少,K总量在补充100% ET时最大;亚低温使番茄幼苗根茎叶中N的含量增加,K的含量降低;根茎中N的含量随着补充水分的减少而降低,叶片中N的含量在补充100% ET 时最高,根茎叶片中K的含量在补充60% ET时最高。亚低温下补充的水分小于80% ET时,根茎叶中N的积累量显著下降;随着处理时间的延长,N向叶片中的分配率降低,根茎中的分配率升高。随着生长时间的延长,番茄幼苗K向叶片中的分配率先降低后升高,根中的分配率大于适温下生长的番茄,且随补充的水分减少而逐渐升高。亚低温下补充100% ET水分叶片水势最大。【结论】在亚低温条件下补充100% ET水分有利于番茄幼苗干物质的积累以及对氮、钾元素的吸收。亚低温下番茄幼苗植株N的总量受水分影响较大,K总量受温度的影响较大。     

不同生育时期根际加气对温室番茄生长及产量的影响

【目的】针对地下滴灌中作物根系集中在滴头周围出现的缺氧问题,在不同生育时期对其进行加气处理,对其效果进行评价。【方法】设置苗期、开花期、坐果期、成熟期以及全生育时期加气5种处理,以不加气为对照,研究不同生育时期根际加气对番茄生长及产量的影响。【结果】不同生育时期加气处理均对番茄生长有促进作用,但加气效果不具有叠加性,即单独生育时期加气效果较全生育时期加气处理明显;相对于对照,苗期加气处理可提前首层开花时间;全生育时期加气处理可以提高叶绿素含量11.1%;开花后加气处理也可提前二、三层开花时间,并增高14.8%;坐果期加气处理可以促进干物质累积,提高根冠比,增粗5.6%,获得最大产量。【结论】地下滴灌条件下番茄在不同生育时期对根际加气的响应不同,在 土条件下最佳加气时期为坐果期。     

化肥减施对设施番茄生长生理、产量和品质的影响

【目的】研究化肥减施对设施番茄生长、生理及产质量的影响。【方法】以番茄为试验材料,试验设置4个处理:常规施肥(CK),化肥减施15%(OPT-15),化肥减施30%(OPT-30),化肥减施45%,分别测定番茄生长、生理、产量和品质相关指标。【结果】与常规施肥相比,化肥减施15%能够促进植株的株高和茎粗的生长,提高番茄单果重和产量,增加果实的糖酸比,但降低了叶片厚度、果实中总糖和VC的含量。化肥减施30%促进了植株的茎粗生长、增强了番茄叶片的光合速率,增加了叶片厚度,提高了番茄单果重和产量,增加了果实中总糖、VC含量和糖酸比,增产提质效果较好。化肥减施45%降低了植株株高和茎粗的生长,减小了叶片厚度,糖酸比降低,但增加了叶片的光合速率、单果重和产量,果实中总糖和VC的含量也有所增加。【结论】化肥减施30%不仅减少了化肥的投入,而且可以适当提高番茄产量和果实品质。     

日光温室主动采光对不同种植密度番茄光合特性的影响

【目的】研究日光温室在主动采光与普通采光条件下,对其环境以及番茄叶片光合特性的影响。【方法】在主动采光与普通采光的2种日光温室内,设计4、6、8 株/m² 3种不同的番茄种植密度处理,连续3 d(晴天的条件)测得日光温室环境与番茄叶片光合作用的相关数据。【结果】主动采光日光温室环境温湿度、光照辐射方面优于非主动采光日光温室,主动采光日光温室的光照辐射均值较普通采光日光温室在3 d内分别高出了4.39%、5.85%、5.67%;两栋日光温室番茄的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率呈现随着密度的增加而减弱的现象,胞间CO₂浓度则相反;就不同采光日光温室而言,主动采光日光温室番茄的光合特性较普通采光日光温室高。【结论】日光温室主动采光在环境以及番茄光合特性方面均优越于普通采光日光温室。     

温室膜下滴灌灌水控制下限与番茄产量、水分利用效率的关系

 【目的】在探讨温室膜下滴灌不同生育时期灌水控制下限与番茄产量、水分利用效率的关系的基础上，找出适宜的番茄生育前、后两时期灌水控制下限组合。【方法】采用了日光温室小区作物栽培试验的方法，对试验数据做多元回归分析。【结果】番茄的耗水量多少、产量的高低是番茄生育前期和后期灌水控制水平综合作用的结果；后期灌水控制下限的高低对于全生育期灌水量的影响要高于前期，而前期灌水控制下限对产量的影响比后期更加明显；水分利用效率随番茄产量增加呈抛物线型变化，当产量为9.69 104 kg·ha-1时，水分利用效率有最小值62.28 kg·m-3。【结论】温室覆膜滴灌栽培番茄，应将各个生育时期的灌水控制下限控制在适宜范围内，综合考虑节水、增产和提高劳动生产率等多种因素，番茄生育前期和后期灌溉控制下限土壤水吸力值分别控制在20和60 kPa左右为宜；与番茄生育后期相比更应加强对番茄生育前期的水分调控管理。研究结果可为温室覆膜滴灌蔬菜栽培的水分合理调控提供理论依据。