不同果实负载下温室黄瓜干物质分配的模拟

黄瓜是中国温室栽培的最主要作物之一,果实负载决定着果实发育和产量,构建不同果实负载下温室黄瓜干物质分配模型对温室黄瓜栽培管理具有重要的理论意义和实践价值。根据温室黄瓜生长对光温需求,以辐热积（TEP）为尺度建立温室黄瓜干物质分配模型,并用与建模试验不同的试验数据进行模型检验。模型对温室黄瓜茎、叶和果实干质量的预测结果与实测值1∶1线回归估计标准误（RMSE）和决定系数（R2）分别为223.08、119.23、316.34 kg/hm2和0.76、0.73、0.75,模型的预测结果与实测值之间的吻合度较好。     

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。     

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。     

基于叶片SPAD估算不同水氮处理下温室番茄氮营养指数

为了探讨临界氮稀释曲线模型在西北地区温室番茄不同水分处理下的适用性以及采用SPAD仪快速准确诊断氮营养状况,该研究以"丽娜"番茄为材料,2013-2015年在陕西省杨凌区温室内进行水分和氮素处理试验,水分处理设置4个水平,分别为全生育期充分灌水处理、仅苗期亏水50%、苗期开花期连续亏水50%和全生育期亏水50%;氮素处理设置3个水平,施氮量分别为0、150和300 kg/hm2,通过2013-2015年试验数据对临界氮浓度稀释曲线模型进行率定和验证,并将该模型参数与番茄全生育期平均日耗水量建立相关关系,提高了临界氮浓度稀释模型在不同水分条件下的适用性。结果表明通过番茄全生育期平均日耗水量和临界氮浓度稀释曲线模型估算得到的临界氮浓度估算值和实际计算值有较好的一致性,其绝对误差为0.13~0.34 g/(100 g),标准误差为0.14~0.39 g/(100 g),决定系数为0.94~0.99,因此采用该方法可以对西北地区温室番茄不同水分处理下临界氮浓度稀释进行准确估算。通过2013-2015年试验数据分析番茄不同叶位叶片SPAD值和氮营养指数(nitrogen nutrition index,NNI)之间相关性,结果表明番茄中位叶片SPAD值与氮营养指数(NNI)有良好的线性相关性(决定系数为0.77~0.98),且该相关系数值与番茄日耗水量呈极显著相关关系,因此通过番茄日耗水量可以估算出NNI与中位叶片SPAD值之间的线性关系,估算出NNI=1时的中位叶片SPAD值,并以此SPAD值进行氮营养诊断。该研究可为西北地区温室番茄实时氮营养诊断和优化氮素管理提供了较好的理论参考。     

加工番茄地上部干物质分配与产量预测模拟模型

为了探究加工番茄在滴灌栽培条件下地上部干物质分配动态和产量形成过程,该文通过定量分析加工番茄的生长发育特征,设置不同品种的播期试验,构建了基于分配指数(partitioning index,PI)和收获指数(harvest index,HI)的加工番茄地上部干物质分配与产量预测的模拟模型。利用与建模数据相独立的试验资料对模型进行了初步检验,结果表明,模型对不同播期、品种的加工番茄各生育期（出苗至开花、开花至坐果、坐果至红熟、红熟至拉秧期）干物质量,全生育期总干物质量、地上部茎、叶、果干质量的预测结果与1:1直线间的R2分别为0.9754、0.9936、0.9840、0.9713;0.9856;0.9595、0.9798、0.9671;RMSE和RE分别为0.029 t/hm2、11.43%;0.074 t/hm2、5.09%;0.250 t/hm2、6.83%;0.102 t/hm2、5.71%;0.504 t/hm2,8.06%;0.332 t/hm2,14.62%;0.200 t/hm2,10.84%;0.549 t/hm2,18.30%。模型对加工番茄产量的预测结果与1:1直线间的R2为0.9658,RMSE和RE分别为5.806 t/hm2、8.07%。该模型对于不同播期、品种的加工番茄干物质分配与产量的预测值与模拟值之间符合度较高,表明模型具有较好的预测性和适用性。该研究可为滴灌加工番茄精准栽培提供理论参考。     

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。     

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。     

基于温室环境和作物生长的番茄基质栽培灌溉模型

为解决涵盖土壤蒸发和作物冠层蒸腾的土培作物蒸散模型不能直接应用于稻壳炭基质栽培番茄灌溉的问题,该研究首先通过修改Penman-Monteith模型的原始表达式来去除土壤蒸发部分,并引入TOMGRO模型来模拟番茄冠层生长,给出了阻抗参数的修正计算,得到了新的番茄基质栽培蒸腾模型。考虑到蒸腾模型中净辐射项削弱了室外太阳辐射对冠层及以下部整株植株的耗水影响,进而将新的蒸腾模型与太阳辐射线性比例供水模型结合建立蒸腾－辐射综合灌溉模型。结果表明,蒸腾－辐射综合灌溉模型对上海崇明A8温室番茄灌溉量的模拟结果与实际结果之间的相关系数高于0.95,平均相对误差小于20%。这说明蒸腾－辐射综合灌溉模型能够较好地估算温室稻壳炭基质栽培番茄的灌溉需水量,对深入研究温室灌溉实施具有参考价值。     

亏缺灌溉对温室番茄产量与水分利用效率的影响

为了探讨西北旱区日光温室番茄节水高效灌溉模式,2008年进行了不同生育阶段水分亏缺对膜下沟灌番茄产量与水分利用效率的影响研究。结果表明,在番茄果实成熟与采收期亏水虽然可使果实早熟,增加收获期和市场高价位时期的重合度,但由于产量降低幅度较大,总体经济效益低,为不合理灌溉方案。相反,在对照处理灌水定额21 mm的基础上,苗期减少2/3灌水量、开花和果实膨大期减少1/3灌水量、果实成熟与采收期正常灌溉,是西北旱区日光温室番茄较适用的灌溉模式。即在番茄全生育期内灌水11～12次,灌溉定额为200～210 mm时,可实现市场产量170～180 t/hm2,毛效益31～34万元/hm2,水分利用效率和单方耗水毛效益分别为64～69 kg/m3和120～125元/m3,同时节约灌水量40～50 mm。     

地表臭氧胁迫对大豆干物质生产和分配的影响

利用结构、性能完全相同的9个开顶式气室（OTC）,开展了大田试验条件下地表臭氧浓度增加对大豆干物质（DM）生产和产量的影响研究。实验设置三个处理：CK为未经处理的空气,T1处理的O3浓度为100nL.L^-1,T2处理的O3浓度为150nL.L-1。结果表明：不同浓度臭氧熏气下,不同生育期大豆干物质重、根瘤数、根瘤干重,鼓粒期根茎的转运率和移动率均显著下降（P〈0.05）。100nL.L^-1臭氧处理对叶片转运率和鼓粒期-成熟期干物质生产速率影响不显著;150nL.L^-1臭氧熏气下,大豆结荚出现时间推迟,叶片转运率和鼓粒期-成熟期干物质生产速率均显著下降。臭氧浓度升高显著降低大豆的单株粒数、粒重及产量,但对百粒重没有显著影响。以上结果表明,100nL.L^-1臭氧熏气下大豆产量显著下降的主要原因是干物质生产速率下降;而150nL.L^-1臭氧熏气下大豆产量显著下降,是由于干物质转移受抑制和干物质生产速率下降共同导致的。     

加气灌溉改善大棚番茄光合特性及干物质积累

为揭示不同加气灌溉参数对作物光合特性及干物质积累的影响规律,以番茄为研究对象,研究了不同土壤加气量与加气深度组合对番茄光合作用、叶绿素含量、干物质积累及产量的影响。结果表明,对番茄根区土壤加气可显著提高叶片叶绿素含量和气孔导度,增强光合作用,增加干物质积累及产量。随加气量的升高,大棚番茄净光合速率总体上呈先升高后降低的趋势。15和40 cm滴管带埋深下,标准加气量（49.4 L/m2）下2次测定净光合速率平均较不加气处理升高21.4%和65.0%。滴灌带埋深为15 cm时,叶绿素含量、干物质积累量及产量随加气量的升高呈先升高后降低趋势,标准加气量下较不加气处理分别提升38.0%、55.4%和59.0%,滴灌带埋深为40 cm时随加气量的升高呈持续升高趋势,1.5倍标准加气量（74.2 L/m2）处理较不加气处理分别提升33.7%、36.2%和105.4%。综合考虑,当滴灌带埋深为15 cm时,宜采用标准加气量作为加气标准,而埋深为40 cm时,最佳加气量为1.5倍标准加气量。     

基于SIMDualKc模型估算非充分灌水条件下温室番茄蒸发蒸腾量

为了探讨SIMDual Kc模型在西北地区温室环境不同水分处理的适用性,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、仅发育期亏水50%处理、发育期中期连续亏水50%和全部亏水50%共4种水分处理,通过2013-2014年试验数据对SIMDual Kc模型进行率定,采用2014-2015年试验数据对模型进行验证,并通过模型将土壤蒸发量和番茄蒸腾量分开,利用模拟结果分析不同水分处理对土壤蒸发量和番茄蒸腾量的影响。结果表明:模型模拟不同水分处理蒸发蒸腾量与实测值有较好的一致性,其绝对误差为0.22~0.33 mm/d,均方根误差为0.26~0.48 mm/d、决定系数为0.51~0.81。该模型可以准确的将不同水分处理土壤蒸发量和作物蒸腾量分开,且土壤蒸发量模拟值与实测值有较好的一致性,其绝对误差为0.016~0.024 mm/d,均方根误差为0.013~0.034 mm/d和决定系数为0.63~0.84;通过模拟得到的番茄蒸腾量计算不同水分处理的水分亏缺系数,研究表明水分亏缺系数随亏水时间的增加而降低,复水后水分亏缺系数有不同程度的增加,且发育期、中期和后期连续亏水50%时,后期时水分亏缺系数降到最低,为0.63。因此该模型在西北地区温室环境下非充分灌溉条件下有一定的适用性。除此之外,研究通过模拟结果分析非充分灌水下番茄的响应及复水后的补偿机制,为非充分灌水条件下番茄栽培提供理论依据。     

用辐热积法模拟温室黄瓜果实生长

为了提高预测温室黄瓜产量的能力,该研究根据温室黄瓜（品种为：戴多星Cucumis sativus cv Deltestar）果实对温度和辐射的响应,建立了以辐热积（Product of thermal effectiveness and PAR,TEP）为尺度的温室黄瓜果实模型,并用独立的试验数据进行了检验。模型对温室黄瓜各节位果实果长、果径和鲜质量的模拟值与实测值的符合度较好,模型对温室黄瓜果长和果径的模拟值与实测值之间的决定系数（R2）分别为0.7325和0.5885;回归标准误差（RMSE）分别为1.64 cm和0.35 cm,而以有效积温（Growing degree days,GDD）为尺度构建的果实生长模型对果长和果径的预测结果与实测值之间的决定系数（R2）分别为0.5768和0.4893;回归标准误差（RMSE）分别为1.83 cm和0.40 cm;本模型对果实鲜质量的模拟结果与实测值之间的回归标准误差（RMSE）和决定系数（R2）分别为25.04 g 和0.6782。而基于有效积温的果实生长模型对果实鲜质量的模拟结果与实测值之间的回归标准误差（RMSE）和决定系数（R2）分别为28.52 g和0.6068。模拟精度提高了12.21%。本研究建立的辐热积模型能较准确地预测温室黄瓜各节位的果实生长,模型的实用性较强,可以为温室黄瓜生产提供理论依据和决策支持。     

施肥方式对滴灌加工番茄干物质积累、养分吸收和产量的影响

通过加工番茄大田试验,研究了不同施肥方式下,膜下滴灌加工番茄的干物质积累与养分吸收规律及产量构成。结果表明,在滴灌追施100%氮肥和初果期之后滴灌追施70%钾肥的基础上,基施65%磷肥和初果期之前滴灌追施35%磷肥(优化处理)比100%磷肥基施的加工番茄干物质增加11.51%,产量提高3.59%,氮、磷、钾肥的利用率分别增加了6.06、4.15和5.26个百分点。氮肥和磷肥在初果期之前滴灌追施,氮肥和钾肥在初果期之后滴灌追施的滴灌配方肥处理的产量显著低于优化处理,且优化处理的肥料效益也好于滴灌配方肥处理。加工番茄在初果期之前滴灌追施氮与磷,在初果期之后滴灌追施氮与钾可以提高加工番茄产量,增加肥料利用效率。     

基于蒸腾模型决策的灌溉量对甜瓜产量及品质的影响

为研究蒸腾模型决策下不同灌溉量对甜瓜干物质、产量及品质的影响,以甜瓜品种‘绿翠宝’为试材,利用2015年温室环境数据和叶面积指数,建立甜瓜日蒸腾量模型。2016年依据蒸腾模型以不同灌溉量(80%ET、100%ET、120%ET、140%ET,ET为日蒸腾量)对模型进行验证,并对甜瓜的干物质、产量和品质做综合评价。结果表明,各因子对甜瓜蒸腾作用大小表现为叶面积指数日平均气温日平均空气相对湿度日太阳辐射强度,所建立的甜瓜日蒸腾量模型拟合较好,回归标准误差41.83 g,相对误差11.4%。蒸腾模型决策的不同灌溉量对甜瓜干物质影响显著,从伸蔓期到结果期,各处理植株的干物质总量以140%ET和120%ET最大,80%ET最小。结果期各处理果实的干物质积累表现为120%ET最大,80%ET最小。植株各器官干物质分配在伸蔓期呈现出叶茎根,开花坐果期呈现出叶果茎根,结果期呈现出果叶茎根。蒸腾模型决策的灌溉量过高或过低均使产量下降,120%ET处理产量最高为1.23 kg/株。水分利用效率随单株灌溉量的升高而降低。果实综合品质的隶属函数值排序为120%ET(4.69)100%ET(3.45)80%ET(3.34)140%ET(2.27)。综合考虑甜瓜干物质积累与分配、产量及品质因素,蒸腾模型决策的灌溉量120%ET处理效果最好,可作为最优的灌溉水平。研究可为温室甜瓜高效生产和智能化灌溉提供科学依据和决策参考。     

基于负压灌溉系统的温室番茄蒸发蒸腾量自动检测

针对目前关于作物蒸发蒸腾量测量方法中存在测定成本高、工作强度大及精确度差等问题,设计了一种测量作物蒸发蒸腾量的负压灌溉系统(negative pressure irrigation,NI)。为验证测量结果的精确性,以水量平衡法为对照(CK),采用田间小区定位试验,研究了NI条件下日光温室番茄周年土壤水分动态变化,并对比分析了温室番茄蒸发蒸腾量及水分利用效率。结果表明:NI条件下的温室番茄0~20 cm土壤含水率及0~100 cm土体贮水量变化稳定,周年变化幅度分别为21.4%~23.8%和322.2~333.3 mm。负压灌溉系统测量的春茬番茄蒸发蒸腾量呈单峰曲线变化,季节变化幅度为0.46~5.68 mm,最高值出现在5月20日;秋茬番茄的蒸发蒸腾量季节变化幅度小于春茬番茄,仅为0.56~3.43 mm,最高值出现在10月12日。NI测定的番茄周年蒸发蒸腾量为533.4 mm,低于CK计算结果(541.6 mm),但并无显著性差异(P0.05)。2种方法测定的周年蒸发蒸腾量呈极显著线性正相关关系(P0.01),相对误差绝对值的平均仅为3.83%~7.71%,绝对误差绝对值的平均也只有2.14~5.08 mm。2种方法得到的温室番茄水分利用效率也无显著性差异。综合分析,负压灌溉系统能够实现温室番茄蒸发蒸腾量的计算,其结果不仅与水量平衡法无显著差异,而且简便快捷、使用成本低、测定结果可靠,为温室作物的蒸发蒸腾量测量提供了新的技术手段。