番茄茎直径MDS的通径分析与数值模拟

以春夏季温室番茄为实验材料,研究充分灌溉条件下的茎直径变化指标日最大收缩量(MDS)与气象因子(水面蒸发量Ew、日最高气温Tmax、日均气温Tm、日均空气饱和差DVPDm、正午空气饱和差DVPDmd、日总辐射Rs和日辐射峰值Rmax)的相关性。结果表明,Rmax、DVPDm和Ew与MDS的直接通径系数为正,Rmax的直接通径系数最高,其次为DVPDm,二者与MDS的相关性达显著水平,但Ew与MDS的相关性未达显著水平,表明Rmax和DVPDm为决策变量,对温室番茄茎直径变化起直接作用。而Tmax、Tm、DVPDmd、Rs与MDS的直接通径系数为负,但各自总作用又都为正,表明它们主要通过Rmax和DVPDm对番茄茎直径变化起间接作用。据此建立了MDS与Rmax和DVPDm的模拟方程,经检验此方程达显著水平,预测值能够准确地反映出MDS实测数值的变化。     

辣椒植株茎直径微变化与作物体内水分状况的关系

在温室条件下，采用盆栽土培和小区试验相结合的方法，以辣椒为材料进行了植株茎直径微变化与作物体内水分状况关系的试验研究。结果表明，植株茎膨胀、收缩与作物体内的水分状况有密切的关系，茎直径变化量能灵敏、实时、准确的反映植株体内的水分状况。与其他水分诊断方法相比，茎直径微变化法具有简便、稳定、无损、连续监测和自动记录的特点。     

基于茎直径和茎流复合测量的植物根压无损观测方法

植物夜间补水依靠根压。根压是研究植物水分生理的重要指标之一,但是根压测量是一个迄今尚未解决的技术难题,尤其是对草本植物,因不允许采用开窗式测量,所以具有更大的技术挑战性。为此探讨了在茎直径与茎流速率复合测量基础上,对Steppe水分存储和流动数学模型作算法换序,实现植物根压的无损动态观测。实验样本选取3株温室茄子,得到了2个独立的、连续5 d的实验数据。结果显示夜间及次日凌晨茄子样本的茎流速率为零,茎直径缓慢增长,此时间段内根压开始出现;晴天时,白天茄子样本蒸腾作用强烈,茎流速率大,茎秆收缩明显,夜间根压增幅较快;阴天时,情况恰好相反,夜间茄子样本根压幅值较小。可见,根压动态均满足茎流速率和茎直径变化的信息解译与气象数据的影响,完全符合已知的植物水分生理调节规律。因此,算法换序对无损观测茄子样本的根压是可行的,可将该方法应用于其他植物根压的无损检测。     

温室滴灌条件下番茄植株茎流变化规律试验

为探明滴灌条件下温室番茄植株茎流速率变化规律及其影响因素,本文采用Dynamax公司开发的包裹式茎流计观测日光温室番茄植株的茎流变化,研究茎流速率的变化规律及茎流速率监测结果的标准化处理技术,探索植株茎流与气象因子的相互关系,分析水分胁迫对番茄植株茎流速率的影响。研究表明,采用单位叶面积上的茎流速率表征茎流变化规律可在一定程度上降低因探头安装位置不同对监测结果的影响;在充分供水条件下,影响番茄植株茎流速率的主要因子是太阳辐射和饱和水气压差,番茄植株的日茎流速率与太阳辐射呈线性关系,与饱和差呈对数关系（R2＞0.90,P＜0.01）;土壤水分状况会明显影响番茄植株茎流状况,茎流速率随水分胁迫加剧而骤减。研究结果证明番茄植株茎流速率经标准化处理后可以真实的反映植株蒸腾规律。     

茎直径变化诊断棉花水分亏缺程度的试验研究

在利用DD型直径生长测量仪测定筒栽棉花茎直径变化的基础上,分析了环境因素对茎直径变化的影响,以及不同土壤水分条件下茎直径变化差异,结果表明:反映茎直径变化特征的2个主要参数(日最大收缩量MDC和日增长量DI)均能诊断作物水分亏缺状况,但MDC值受环境因素(净辐射和空气饱和差)的影响较大;DI值在同一土壤水分条件下比较稳定,比较适宜作为衡量作物水分亏缺程度的指示指标。     

基于迁移学习的温室番茄叶片水分胁迫诊断方法

为实时诊断番茄叶片水分胁迫程度,提出一种叶片水分胁迫程度的诊断方法,该诊断方法包括2部分：叶片分割和水分胁迫程度分类。采用以ResNet101为特征提取卷积网络的Mask R-CNN网络对背景遮挡的番茄叶片进行实例分割,通过迁移学习将Mask R-CNN在COCO数据集上预训练得到的权重用于番茄叶片的实例分割,保留原卷积网络的训练参数,只调整全连接层。利用卷积网络提取的特征,可将番茄叶片分割视为区分叶片与背景的一个二分类问题,以此来分割受到不同水分胁迫的番茄叶片图像。利用微调后的DenseNet169图像分类模型进行叶片水分胁迫程度分类,通过迁移学习将DenseNet169在ImageNet数据集上预训练得到的权重用于番茄叶片水分胁迫程度的分类,保持DenseNet169卷积层的参数不变,只训练全连接层,并对原DenseNet169全连接层进行了修改,将分类数量从1.000修改为3。试验共采集特征明显的无水分胁迫、中度胁迫和重度胁迫3类温室番茄叶片图像,共2000幅图像,建立数据集,并进行模型训练与测试。试验结果表明,训练后的Mask R-CNN叶片实例分割模型在测试集上对于单叶片和多叶片的马修斯相关系数平均为0.798,分割准确度平均可达到94.37%。经过DenseNet169网络训练的叶片水分胁迫程度分类模型在测试集上的分类准确率为94.68%,与 VGG-19、AlexNet这2种常用的深度学习分类模型进行对比,分类准确率分别提高了5.59、14.68个百分点,表明本文方法对温室番茄叶片水分胁迫程度实时诊断有较好的效果,可为构建智能化的水胁迫分析技术提供参考。     

夏玉米茎流和茎直径变化规律及其关系分析

通过对夏玉米生育期的茎直径微变化和茎流变化过程的监测,分析了茎直径微变化、茎流随土壤含水率和气象因子的变化规律,并对茎流与茎直径微变化之间的关系进行了分析。结果表明,茎直径微变化的日变化过程呈现明显的昼夜变化规律,白天收缩,夜间复原;茎直径日最大收缩量随含水量的升高而降低,可将其作为诊断作物水分状况的一个指标。茎流同样呈现明显的昼夜变化规律,白天茎流逐渐增大,在13:30左右达到最大值,然后减小。茎直径微变化、茎流的变化均受到太阳辐射、饱和水汽压差、空气温度、风速的影响。茎直径微变化与主要气象因子均呈负相关,茎流与其均为正相关关系。茎直径微变化与茎流之间呈负相关关系,且相关性很好。     

水分胁迫条件下甘蔗茎直径变化机理和监测方法

以新台糖22号为试验材料,以盆栽的试验方法,对甘蔗植株茎直径变化的机理和不同节位的茎直径变化规律进行了研究。试验结果表明,甘蔗茎秆木质部和韧皮部都有直径方向的收缩、膨胀变化,但是木质部的直径方向的变化幅度比韧皮部分大,收缩要明显的多;甘蔗茎收缩过程是由韧皮部及木质部收缩同步构成的,而茎恢复过程可能是不同步的,韧皮部恢复在先而木质部恢复在后,木质部补水恢复到原先厚度的时间较长。在茎生长阶段,甘蔗茎秆直径的增长是由下而上的,在水分充足的条件下上下节位的茎直径增长量保持较大的差异;在茎成熟阶段,蔗茎下节位基本停止生长而上节位还保持着微弱的生长态势。     

水肥调配施用对温室滴灌番茄产量及水分利用效率的影响

通过对温室滴灌条件下的番茄进行不同的灌水、施氮组合试验，分析了不同水、氮施用水平对番茄耗水量、产量构成及水分利用效率的影响，为豫北地区温室滴灌番茄的节水、高产、高效栽培提供了适宜的灌水、施肥模式。     

基于主成分回归的茎直径动态变化预测方法

影响植物茎直径变化的因素有很多,除了植物的自然生长外,气象因子和土壤含水率也是十分重要的因素。以空气温度、相对湿度、气压和光合有效辐射4个温室内的主要气象因子和土壤含水率为观测对象,对处于生长末期的4株温室向日葵样本和2株西红柿样本进行监测试验。以其中一株向日葵样本为对象,对其茎直径变化的影响因素作主成分分析并建立回归模型。将试验样本上的监测数据输入模型,对向日葵样本和西红柿样本的茎直径变化量进行预测,并分别与其各自实测值比较。结果显示,该回归模型对处于生长末期的温室向日葵和西红柿茎直径动态变化有较好的预测,预测值与实测值相关分析的决定系数为0.649~0.782,均方根误差为0.029~0.143。     

生物炭和灌水量对土壤保水性及温室番茄生理特性的影响

为了探究生物炭用量和灌水量对土壤物理性质及作物生长生理特性的影响,采用田间对比试验,以温室番茄为试验对象,设置了3个生物炭施用量处理B0,B1,B2(施用量分别为0,2.5,5.0 kg/m²);在每个生物炭处理下设置3个不同灌水量水平T1,T2,T3(分别为1.4Ep,1.2Ep,1.0Ep;Ep为累计水面蒸发量);观测并分析土壤物理性质、番茄生长及光合作用对生物炭施用量和灌水量的响应关系.结果表明,土壤中适当添加生物炭可以有效地增加土壤的保水性,处理B1和B2相对B0增大土壤最大体积含水率为21.9%和32.1%,处理B1有益于土壤的长期持水能力;降低了土壤容重2.5%~16.6%,增加了土壤孔隙度1.9%~10.5%.生物炭施用量在充分灌溉和中度亏缺的处理下均可以有效提高番茄的气孔导度和光合速率,处理B1和B2分别提高番茄叶片的光合速率为11.4%和54.8%;而在重度亏缺的条件下,处理B1和B2抑制了番茄叶片的光合速率16.7%和50.6%.     

温室番茄节水调质灌水方案评价

为寻求日光温室番茄优质高效的灌溉制度,采用设置于温室番茄冠层齐平位置的水面蒸发测定装置,设计3种基于水面蒸发量的灌水间隔水平和4种灌水量水平组合处理,依据小区试验观测结果,分析确定了以番茄产量、水分利用率、单果重、可溶性固形物质量分数及果实硬度等5项指标为主的节水调质灌溉制度评价体系;在采用变异系数法确定出各指标权重的基础上,借鉴TOPSIS综合评价方法,建立了温室番茄节水、优质、高产相统一的综合评价模型,应用该模型确定基于水面蒸发量的温室番茄节水调质灌溉制度,即当累积水面蒸发量Epan达到10mm±2mm时进行灌溉,灌水量为0.9Epan,在产量不降低的情况下,提高了水分利用率,并在一定程度上提高了果实的营养品质和储运品质.     

灌排方案对避雨番茄需水特性与产量的影响

为了实现南方地区番茄节水、优质、高效生产,在避雨栽培条件下,研究了不同灌排方式对番茄需水特性与产量的影响.研究结果表明:各亏缺灌溉处理土壤含水率随时间总体呈下降趋势,暗管埋深08 m的处理较埋深06 m处理,土壤含水量下降更快但不明显.番茄不同生育阶段的蒸发蒸腾量差别较大,表现为始花坐果期>果实成熟与采收期>苗期.随着番茄的生长,其日蒸发蒸腾量大体呈逐渐上升的趋势.在不同灌排模式和避雨措施条件下,苗期的日蒸发蒸腾量变化范围为107～271 mm／d,始花坐果期日蒸发蒸腾量变化范围为160～309 mm／d,果实成熟与采收期日蒸发蒸腾量变化范围为178～335 mm／d.在相同的排水措施,不同灌溉条件下,番茄果实产量随着灌水量的减少而减少,水分利用率和灌溉水利用率却随着灌水量的减少而增大.研究可为南方避雨栽培下番茄灌排方式的选择及其节水、优质、高产提供参考.     

盆栽番茄根系三维生长模型构建与实现

为探明负压地下灌溉条件下的盆栽番茄根系分布规律,通过试验测定不同生长时期的盆栽番茄根系三维空间坐标和生长参数.统计分析所测试验数据,明确了番茄各级根长生长函数、分根点分布及其侧生概率和侧生方向.基于番茄根系拓扑结构和实际生长规律,提出利用微分L系统构建番茄根系三维生长模型以描述盆栽番茄根系生长规律及其边界条件.文中以所构建的盆栽番茄根系三维生长模型为算法基础,利用OpenGL技术实现盆栽番茄根系三维生长可视化模拟系统,直观地再现了负压地下灌溉条件下盆栽番茄根系在不同生长时期的空间分布和生长情况.通过与试验数据对比分析,对于幼苗期的盆栽番茄根系分布平均模拟拟合度约为83%,而对于结果期的根系分布平均模拟拟合度约为91%.因此所建模型能够有效模拟盆栽番茄的根系生长情况.基于微分L系统的盆栽番茄根系三维生长模型可以表达不同生长时期番茄根系的形态特征和生长规律,为进一步研究土壤水分与根系生长的互作用奠定基础.     

循环曝气地下滴灌的温室番茄生长与品质

循环曝气滴灌可以大幅度提高灌溉水掺气比例,有效改善普通地下滴灌引起的黏质型土壤根区间歇性缺氧环境,提高作物生产力.以河南省中牟县黄河淤积黄黏土为供试土壤,以温室番茄为供试对象,研究循环曝气地下滴灌对番茄生理及品质的影响.结果表明,与普通地下滴灌(对照处理)相比,相同灌溉定额条件下曝气处理番茄果实前5次产量提高了29.15%;番茄的水分利用效率提高了20.72%.曝气处理气孔导度提高了30.51%,植物的生长活力得到增强.番茄果实维生素C含量提高了13.25%,可溶性固形物含量提高了8.62%,糖酸比提高了22.05%,而总酸含量和硬度分别下降了15.50%和11.19%.曝气处理最大根长增加了16.75%,根冠质量之比提高了25.81%.综合分析表明,曝气滴灌可显著促进黄黏土中番茄的生长,促进番茄果实成熟,有效提高作物产量,改善番茄品质.     

水肥耦合对温室番茄产量、水分利用效率和品质的影响

为指导日光温室番茄高产节水优质的灌溉施肥,以番茄为研究对象,设置3种施肥方式(总施肥量相同,施肥时间不同,其中F₁:不施底肥,番茄移栽后随水追施总肥量的30%,剩余70%平分6次追肥,F₂:底肥施1/2,剩余平分6次追肥,F₃:全施底肥不追肥)和3种土壤水势的灌水下限(W₁:-30 kPa,W₂:-50 kPa,W₃:-70 kPa),研究滴灌条件下水肥耦合对番茄耗水量、产量、水分利用效率和品质的影响.结果表明:施肥方式对番茄的耗水量差异不具有统计学意义,而灌水下限对耗水量有极显著性影响,且耗水量与灌水量呈极显著的正相关关系(P<0.01);与产量最大处理F₂W₁相比,F₂W₂处理产量降低6.91%,但节水14.83%,水分利用效率提高8.51%;TTS质量分数与平均单果重呈极显著负相关,而与除糖酸比外其他影响品质指标呈显著性正相关关系;综合考虑产量、WUE及TTS质量分数,利用TOPSIS综合评价方法,确定了温室滴灌条件下番茄节水调质的最优灌溉施肥模式为:移栽前施入底肥为总肥量的50%,移栽后灌水20 mm,进入开花坐果期以后,20 cm土层的土壤水势控制在-50 kPa以上,每次灌水定额为10 mm,剩余肥料每隔1次灌水追肥1次,将剩余50%的肥料分6次追肥.研究成果为制定日光温室番茄节水高产优质的灌溉模式提供了理论依据.     

温室番茄循环曝气地下滴灌土壤水分动态及耗水特性

为探求循环曝气地下滴灌对温室番茄土壤水分及耗水特性的影响规律,采用正交试验,研究了不同滴灌带埋深、曝气水平及灌水量对温室番茄土壤含水率、耗水量、产量及水分利用效率的影响.整个生育期内番茄耗水量呈先增大后减小的趋势,曝气处理番茄耗水量显著高于不曝气处理.相比于不曝气处理,曝气滴灌处理番茄产量提高10%.15 cm滴灌带埋深、溶氧值30 mg/L以及K_P为0.75灌水量处理的番茄产量和水分利用效率达到最大值,分别为64 951.3 kg/hm²和23.26 kg/(hm²·mm).结果表明,曝气处理对番茄产量、水分利用效率的影响具有统计学意义(P<0.05).曝气对于土壤含水率有一定影响,且曝气处理有助于番茄对水分的吸收.滴灌带埋深和灌水量交互作用对番茄产量的影响具有统计学意义(P<0.05),滴灌带埋深和曝气量交互作用对番茄产量的影响具有统计学意义(P<0.01),灌水量与滴灌带埋深、灌水量与曝气水平交互作用分别对番茄水分利用效率的影响具有统计学意义(P<0.01).     

土壤基质势调控对温室滴灌番茄土壤水分分布和产量的影响

【目的】指导设施蔬菜生产中科学合理地利用滴灌技术进行灌溉。【方法】采用小区试验的方法,以冬春茬番茄为研究对象,布置了7个不同土壤基质势阈值的试验,在番茄开花坐果期和结果期分别控制滴头正下方20 cm深度土壤基质势在-15和-15 kPa(S1)、-15和-30 kPa(S2)、-15和-45 kPa(S3)、-25和-25 kPa(S4)、-30和-15 kPa(S5)、-30和-30 kPa(S6)以及-30和-45 kPa(S7),研究了日光温室滴灌土壤基质势调控下土壤水分随时间变化及空间分布的规律,以及番茄产量、畸形果率和灌溉水利用效率等。【结果】①控制滴头正下方20 cm深度土壤基质势可以明显影响0～100 cm深度土壤水分状况。②在番茄开花坐果期,当土壤基质势阈值控制在-30 kPa或更高时,番茄根系主要吸收利用0～60 cm深度以上范围的土壤水分,70 cm深度以下土壤水分基本不变,0～60 cm深度土壤体积含水率平均为28.6%,为田间持水率的84%,60～100 cm土壤体积含水率平均为36.2%,为田间持水率的90%。③番茄进入结果期后,当土壤基质势阈值控制在-25～-15 kPa时,整个土体土壤含水率基本保持在田间持水率的77%～91%,根系主要吸收利用0～60 cm深度以上范围的土壤水分,70 cm深度以下土壤水分消耗缓慢;当土壤基质势阈值降低到-45～-30 kPa时,根系吸收利用到80～100 cm深度的土壤水分,整个土体土壤含水率不断降低,降低到田间持水率的60%～66%。④不同处理番茄产量、畸形果率和灌溉水利用效率有明显差异,其中S3和S7处理番茄产量高,S5处理产量低;S1、S3和S4处理的畸形果率大,S6和S7处理的畸形果率低;S1处理的灌溉水利用效率最低,S7处理的灌溉水利用效率最高。【结论】日光温室少量高频滴灌条件下,当滴头正下方20 cm深度土壤基质势阈值开花坐果期控制在-30 kPa、结果期控制在-45 kPa时,整个土体土壤水分状况基本良好,番茄的产量高,畸形果率低,灌溉水利用效率高。     

渗灌灌溉湿润比对日光温室番茄生长发育和需水规律的影响

采用节点式渗灌番茄栽培小区试验的方法,通过比较番茄株高、茎粗、果实品质和产量以及水分生产效率,探讨了用节点式渗灌方法灌溉温室栽培番茄灌溉湿润比的适宜取值范围。研究结果表明:在砂质粘壤土试验地上,当节点式渗灌管埋深为30 cm、计划湿润层深15~45 cm(厚度30 cm)、灌水控制上限和下限分别设定为土壤水吸力6 kPa(田间持水量)和30 kPa时,将湿润比(计划湿润层湿润土壤体积点总土壤体积比例)设定为0.20、0.35和0.50,并依此计算灌水定额进行灌溉,湿润比0.20处理的番茄株高、茎粗及番茄生物量均明显高于湿润比0.35和0.50处理。但从节水、增产和省工几方面综合考察,湿润比选在0.20~0.35有利于番茄植株生长发育,进而可以达到高产、优质、节水的目的。