不同光照条件下温室黄瓜干物质生产模拟与试验研究

在参考国内外园艺作物生长发育模拟模型研究的基础上，结合温室黄瓜试验数据，确定模型参数，建立了温室黄瓜光合生产与干物质积累模拟模型，其中包括光合，呼吸和干物质生产等子模型。通过对温室黄瓜进行活体定株观测和取样测量，在不同播种期（春季和秋季）和不同处理光强（100%光照和33%光照）下验证模型的准确性，表明模型具有较高的精确性、灵敏性和实用性。     

用辐热积法模拟温室黄瓜叶面积、光合速率与干物质产量

依据温室黄瓜叶片生长与温度和辐射的关系,用辐热积构建了两种不同整枝方式下的叶面积模拟模型,并与已有的光合速率和干物质生产模型相结合,建立了适合中国种植技术的温室黄瓜光合速率与干物质生产模拟模型,并利用不同品种、基质的试验资料对模型进行了检验。结果表明,本模型比积温法和比叶面积法能更准确地预测温室黄瓜的叶面积和总干重,为温室作物生长模拟提供了新思路。     

电导率对温室黄瓜叶面积和干物质生产影响的动态模拟

电导率是温室营养液管理的重要参数.为定量研究不同电导率对温室黄瓜光合与干物质生产的影响,该文以温室黄瓜为试验材料,于2009年10月至2010年7月进行了不同电导率的营养液栽培的试验,定量分析了电导率对温室黄瓜叶面积、光合速率和干物质生产的影响,构建了以辐热积为尺度的叶面积指数、最大光合速率和干物质生产模型,并用独立的试验数据对模型进行了检验.结果表明:模型对温室黄瓜叶面积、最大光合速率和干物质产量的模拟值与实测值之间的决定系数分别为0.89、0.93和0.94,回归估计标准误差分别为0.21m2/m2、1.52 μmol/(m2.s)和36.77 kg/hm2,预测相对误差分别为4.5％、11％和9.2％.该研究建立的模型可以为温室黄瓜的营养液管理和决策提供依据.     

温室黄瓜光合生产与干物质积累模拟模型

根据“源-库”理论及黄瓜生理学和作物生态学的基本原理,建立了温室黄瓜冠层光合生产和干物质积累模拟模型,模型由叶面积动态、光合作用、呼吸作用、干物质积累等子模型组成,模型中参数由相关文献和试验资料确定。通过收集国产温室黄瓜各生育时期干物质积累量对模型进行检验。结果表明,以光合作用为基础的干物质积累量模拟值与实测值的相对误差在-3.0%～10.0%之间,说明所建立的模拟模型具有较高的精确性、机理性和实用性。     

氮素对温室黄瓜开花后干物质分配和产量影响的模拟研究

了解氮素对干物质分配和产量的定量影响是实现温室黄瓜氮肥优化管理的前提.该研究通过黄瓜雌性无限生长型品种"戴多星"(Cucumis sativas.'Deltastar')不同定植期和开花后不同氮素处理试验,定量分析了氮素施用水平对该类型黄瓜开花后干物质分配和产量的影响,并建立了开花后分配指数和采收指数与盛果期叶片氮浓度的关系方程.在此基础上,建立了氮素对黄瓜开花后干物质分配和产量影响的预测模型,并用独立的试验数据对模型进行了检验.结果表明,模型对茎干物质量、叶干物质量和果实干物质量及黄瓜产量(鲜质量)预测值与实测值之间基于1:1直线之间的决定系数R2分别为0.945、0.943、0.990、0.955;相对预测误差RE分别为13.0%、12.3%、9.2%、16.8%.本模型可预测不同氮素水平下温室黄瓜地上部各器官干物质量和产量,可以为中国温室黄瓜生产的氮肥优化管理决策提供参考.     

温室黄瓜干物质分配与产量预测模拟模型初步研究

依据温室黄瓜(Cucumis sativus)器官生长与温度和辐射的关系,建立了基于分配指数和采收指数的温室黄瓜干物质分配与产量预测模拟模型,并利用不同品种和基质的试验资料对模型进行了检验。结果表明,模型对黄瓜地上部分干重、根干重、茎干重、叶干重、果实干重的预测结果与1∶1直线之间的R²分别为0.98,0.73,0.83,0.92,0.94;RMSE分别为232,6.8,157.6,173.9,196.8 kg/hm²。模型对黄瓜产量的预测结果与1∶1直线之间的R²为0.80,RMSE为7526.4 kg/hm²。本模型对不同基质、品种的黄瓜干物质分配和产量的预测值与实测值符合度均较高,说明本模型的普适性较好。模型不仅能较好地预测中国现有生产水平下温室黄瓜的干物质分配及产量,而且可以为实现中国温室黄瓜生产环境优化调控和模式化栽培管理提供决策支持。     

大型温室黄瓜生长发育特性研究

研究了大型温室栽培条件下,黄瓜生长发育的规律,包括叶片光合作用,器官发育,干物质累积与分配,以及产量形成等.试验结果表明现代化温室为黄瓜的生长发育提供了良好的环境条件.随着光合有效辐射的增加,叶片光合速率迅速增加;随着叶片的生长,叶片光合速率先增加后逐渐下降,前期生长的叶片在相当长的时间保持较高光合速率,后期叶片光合速率下降较快.黄瓜各器官的生长发育速度很快,茎平均生长速度8 cm/d,叶片长成仅需10 d,果实从开花到采收仅需12 d左右.整个生育期干物质累积呈S形曲线,在各器官干物质的分配中,根系占整个干物质总量的比例很小,而且随着生育期的延长而减小,从前期的5%左右减少到后期的1%左右;茎占整个干物质总量的比例整个生育期变化较小,基本维持在10%～15%之间;在营养生长阶段,叶片占干物量的70%～80%,但随着果实的生长,叶片占干物质的比例迅速下降,到后期仅占20%左右;进入生殖生长阶段,果实占干物质的比例迅速增加,后期占整个干物质的70%左右.现代大型温室栽培条件下,黄瓜的产量比较稳定,随采收周次的变化呈二次多项式,8周总产量达到12 kg/m2.     

大型温室黄瓜生长发育特性研究

研究了大型温室栽培条件下，黄瓜生长发育的规律，包括叶片光合作用，器官发育，干物质累积与分配，以及产量形成等。试验结果表明：现代化温室为黄瓜的生长发育提供了良好的环境条件。随着光合有效辐射的增加，叶片光合速率迅速增加；随着叶片的生长，叶片光合速率先增加后逐渐下降，前期生长的叶片在相当长的时间保持较高光合速率，后期叶片光合速率下降较快。黄瓜各器官的生长发育速度很快，茎平均生长速度8 cm/d，叶片长成仅需10 d，果实从开花到采收仅需12 d左右。整个生育期干物质累积呈S形曲线，在各器官干物质的分配中，根系占整个干物质总量的比例很小，而且随着生育期的延长而减小，从前期的5%左右减少到后期的1%左右；茎占整个干物质总量的比例整个生育期变化较小，基本维持在10%～15%之间；在营养生长阶段，叶片占干物量的70%～80%，但随着果实的生长，叶片占干物质的比例迅速下降，到后期仅占20%左右；进入生殖生长阶段，果实占干物质的比例迅速增加，后期占整个干物质的70%左右。现代大型温室栽培条件下，黄瓜的产量比较稳定，随采收周次的变化呈二次多项式，8周总产量达到12 kg/m²。     

基于模型的温室加温控制目标优化系统研究

温室加温控制目标的设定合理与否,直接影响温室作物生长及温室环境调控的能耗。本研究以温室作物生长模拟模型和温室加温能耗预测模型为基础,建立了基于模型的温室加温控制目标计算机优化系统。系统包括一个数据库(温室、作物以及气象资料)和三个模型(作物生长模拟模型、温室加温能耗预测模型以及加温控制目标优化模型)。系统的输入主要为温室类型、温室结构、覆盖材料、作物信息以及室外气象资料,系统输出主要为作物干物质生产量、温室加温能耗量以及干物质生产能耗量利用效率最高和生物量最高的温室白天和夜间的加温控制目标(温度设置点)。以2003年1月20日～2月20日上海孙桥现代农业开发区Venlo型自控玻璃温室水果型黄瓜生产为实例进行分析,结果表明,在上海地区冬季进行温室水果型黄瓜生产时,在开花至果实采收初期将白天和夜间加温控制目标分别设为23℃和17℃时可以获得最高的干物质生产量;将白天和夜间的温室加温的温度分别设为20℃和15℃能够使黄瓜干物质生产的能耗量利用效率达最大,并能够使黄瓜干物质产量也处于较高的水平。本研究建立的基于模型的温室加温控制目标优化系统为中国温室气候控制中温度的优化调控提供了理论依据和决策支持。     

温室滴灌黄瓜产量和水分利用效率对水分胁迫的响应

为确定滴灌条件下温室黄瓜的适宜灌水方案,该文基于20 cm标准蒸发皿的累计水面蒸发量设计不同灌水处理,研究了滴灌条件下不同灌水处理(充分灌水T1,轻度水分亏缺T2,中度水分亏缺T3)对不同种植季节温室黄瓜生理特性、耗水量(Evapotranspiration,ET_c)、产量及水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)的影响,且于2017年8—12月(秋冬季)和2018年3—7月(春夏季)分别对不同灌水处理下土壤水分状况、作物生理指标、耗水量、产量和WUE等指标进行了系统的田间试验观测及分析。研究结果表明,随着灌水量的减小,温室黄瓜产量和WUE均呈降低趋势,不同程度的水分亏缺对黄瓜不同生育期ET_c有一定的抑制作用,在黄瓜生长任一阶段发生水分亏缺均会降低黄瓜植株的茎流速率、光合速率及气孔导度,进而可能影响黄瓜干物质的运转与积累,其中在作物生长中期,温室黄瓜茎流速率及产量对水分亏缺响应最为显著。黄瓜平均单果质量、果茎、果长和单株坐果数均随灌水量的降低而减小,黄瓜果实畸形比例随不同生长阶段水分亏缺的增大而增大。不同种植季节温室黄瓜T1处理的产量分别高出T2和T3处理的22.0%和51.2%(春夏季)、54.2%和73.9%(秋冬季);温室黄瓜T1处理的ET_c分别高出T2和T3处理的17.4%和34.9%(春夏季)、24.0%和48.0%(秋冬季);T1处理的WUE分别高出T2和T3处理的5.5%和25%(春夏季)、39.7%和50.0%(秋冬季)。综合研究结果,黄瓜发育期适宜灌溉水量为累计水面蒸发量的0.8倍,生长中、后期为累计水面蒸发量的1.2倍。研究结果对实现农业水分高效利用及促进设施作物优质、高产具有重要参考价值。     

日光温室芹菜外观形态及干物质积累分配模拟模型

为实现日光温室芹菜外观形态与干物质积累分配预测。该研究依据芹菜(Apium graveolens L.)生长发育的光温反应特性,以‘尤文图斯’为试验品种,利用2年2茬分期播种试验观测数据,依据温室芹菜外观形态生长与关键气象因子(温度和辐射)的关系,以单株辐热积(Photo-ThermalIndex,PTI)为自变量构建了外观形态模拟模型;并建立了基于PTI的干物质分配模拟模型;结合叶面积指数模拟模块、光合作用和呼吸作用模拟模块,构建了干物质积累模拟模型;结合各器官各个发育阶段内的相对含水量,可计算鲜物质积累模拟模型。基于各子模块共同组成了日光温室芹菜外观形态及干物质积累分配模拟模型,确定了模型品种参数,利用独立试验数据对模型进行验证。结果表明,1)在外观形态模拟模型中,对根长、主茎茎粗、主茎茎长、株高、整枝和自然管理方式下叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)形态指标均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为2.46 cm、1.49 mm、6.72 cm、11.08 cm、0.74 m~2/m~2和0.77 m~2/m~2,归一化均方根误差(Normalized Root Mean Square Error,NRMSE)分别在16.63%～20.63%之间。2)在干物质分配模拟模型中,各器官的干物质分配指数NRMSE在8.24%～27.19%之间,RMSE在0.60%～7.01%之间。3)在干物质积累模拟模型中,不同器官(根、茎、叶、总茎、总叶、主茎、叶柄、整枝和自然管理方式下地上部)的干物质质量RMSE在3.85～85.80 g/m~2之间,NRMSE分别为14.21%～23.13%之间,说明干物质积累模拟模型对不同器官的干物质模拟均有较高的模拟效果。表明模型能够较准确模拟芹菜外观形态与干物质积累分配,系统化定量地表现出日光温室芹菜的生长动态过程。     

油菜光合生产模拟模型

Photosynthetic production is a major determinant of final yield in crop plants. A simulation model was developed for canopy photosynthesis and dry matter accumulation in oilseed rape (Brassica napus L.) based on the ecophysiological processes and using a three-layer radiation balance scheme for calculating the radiation interception and absorption by the layers of flowers, pods, and leaves within the canopy. Gaussian integration method was used to calculate photosynthesis of the pod and leaf layers, and the daily total canopy photosynthesis was determined by the sum of photosynthesis from the two layers of green organs. The effects of physiological age, temperature, nitrogen, and water deficit on maximum photosynthetic rate were quantified. Maintenance and growth respiration were estimated to determine net photosynthetic production. Partition index of the shoot in relation to physiological development time was used to calculate shoot dry matter from plant biomass and shoot biomass loss because of freezing was quantified by temperature effectiveness. Testing of the model for dynamic dry matter accumulation through field experiments of different genotypes, sowing dates, and nitrogen levels showed good fit between the observed and simulated data, with an average root mean square error of 10.9% for shoot dry matter. Thus, the present model appears to be reliable for the prediction of photosynthetic production in oilseed rape.     

设施番茄外观形态及物质累积分配模型构建与验证

为构建适用于日光温室与塑料大棚的设施番茄生长模型,该研究利用保温塑料大棚春茬试验数据,建立以辐热积为尺度的番茄外观形态及物质累积分配模型,并利用保温塑料大棚秋茬和日光温室越冬茬的试验数据验证模型的准确性。结果表明：1）番茄株高模拟值的决定系数R2和均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）分别为0.907 4和13.66 cm;2）番茄整株及各器官的干物质质量模拟值的决定系数R2范围为0.854 1～0.975 1,RMSE为2.87～6.98 g/株;3）番茄整株、地上部以及果实鲜质量累积的模拟值的决定系数R2范围为0.887 2～0.905 0,RMSE为109.83～171.16 g/株。综上可知,该研究建立的模型可较准确地预测番茄株高与干鲜质量物质累积值,模型的实用性较强,可为设施番茄生产提供理论依据和决策支持。     

不同水分处理下基于辐热积的温室番茄干物质生产及分配模型

为了探讨干物质生产及分配模型在西北地区温室环境不同水分处理的使用性,以番茄为材料,于2013-2015年在陕西省杨凌区温室内进行亏水处理试验,设置全生育期充分灌水处理、仅苗期亏水50%处理、苗期开花期连续亏水50%和全部亏水50%共4种水分处理,通过2013-2014年温室试验分析不同水分处理条件下番茄茎、叶、果实和根系的动态变化,建立了基于番茄耗水量、地上部和根系分配指数、地上部各器官分配指数的番茄干物质生产及分配模型;利用2014-2015年试验数据对干物质生产及分配模型进行验证。结果表明,利用累积辐热积与干物质总量进行拟合得到的关系式,可以利用累积辐热积较为准确地模拟不同水分处理下番茄干物质总量。番茄干物质总量受累积辐热积和水分影响较大,而干物质总量在地上部、根系及地上部各器官的分配指数只随辐热积变化,不随灌水量发生显著的变化。运用番茄耗水量、累积辐热积、经验公式和经验系数得到的干物质生产及分配模型,通过该模型估算不同水分处理番茄茎、叶、果实和根系干物质的预测值和实测值拟合度较高,其绝对误差为0.24~9.46 g/株,均方根误差为0.35~10.01 g/株和决定系数为0.78~0.89,可以用该模型预测肥料充分条件下各水分处理温室番茄各器官的干物质生产及分配,为温室番茄不同水分条件下番茄生产提供理论依据。     

冬季采暖保育猪舍送排风管道组合换气系统设计与评价

为实现保育猪舍内局部环境通风调控,该研究设计一种垂直送排风管道组合换气系统。采用CFD(Computational Fluid Dynamics)技术对垂直管道通风模式下舍内的空气流场进行模拟,并以相对湿度和CO_2浓度作为输入变量建立通风模糊控制系统。模拟结果显示保育猪所在水泥地板区域风速保持在0.1～0.2 m/s。参照模拟结果,以猪栏为通风单元对保育猪舍通风系统进行改造,舍内气流不均匀性系数在0.1以下,表明采用该换气系统的保育猪舍通风均匀性较好;猪舍温度在21～25℃,相对湿度小于70%,NH_3浓度小于5mg/m~3,CO_2浓度小于1200mg/m~3,舍内各项环境参数适宜保育猪健康生长。系统运行功耗为270～1 150 W。现场测试与分析结果表明,该垂直送排风管道组合换气系统,可以精确控制猪舍环境,兼顾冬季猪舍通风与保温问题。     

不同品种郁金香鲜切花物质积累及分配的模拟

利用4类不同花期品种多播期水培方式的郁金香（Tulipa gesneriana L）试验观测数据,以标准化有效积温（StanGDD）为环境驱动变量,定量分析郁金香各器官干鲜物质积累及分配指数随标准化有效积温的变化规律,统计分析拟合得出回归方程,并利用相互独立的试验数据进行模型验证,以探究郁金香物质积累及分配与日光温室内气象环境要素之间的定量化关系。结果表明：（1）郁金香根、茎和叶的干鲜物质积累随StanGDD均表现出Logistic曲线的变化过程;种球的鲜物质积累不随StanGDD的变化而变化,而干物质积累随StanGDD呈先下降后增加的二次函数变化过程;花蕾的干鲜物质积累随StanGDD均表现出先增加后下降的二次函数变化过程。干鲜物质积累模型模拟的精度大小顺序依次为茎/花<根<叶片<种球。（2）茎和叶的干鲜物质分配指数随StanGDD均表现出Logistic曲线的变化过程;种球的干鲜物质分配指数随StanGDD呈先下降后增加的变化过程,而花蕾的干鲜物质分配指数呈现与其相反的变化过程;根的干鲜物质分配指数随StanGDD均表现出线性下降的变化过程。干鲜物质分配指数模型模拟的精度大小顺序依次为茎<根和花蕾<叶片<种球。（3）不同器官的干物质积累和分配模型的模拟精度比鲜物质的模拟精度高。总体而言,构建的日光温室郁金香鲜切花物质积累及分配的模拟模型具有较高的模拟精度。