基于PLSR和BPNN方法的番茄光合速率预测比较（英文）

CO2作为温室作物光合作用的重要原料,不同环境因子交互作用的植株叶片对CO2浓度需求具有较大差异。为寻求CO2浓度合理增施量,该文基于偏最小二乘法和BP神经网络方法对不同生长阶段番茄作物进行光合速率预测,进而探讨作物生长过程中可通用的光合速率预测方法。试验以无线传感器网络系统实时监测环境信息(CO2浓度,光照强度,空气温度及相对湿度),以LI-6400XT光合速率仪获取作物单叶净光合速率。剔除样本奇异点后,对样本值进行统一归一化。以CO2浓度、光照强度、空气温度及相对湿度为模型输入变量,以光合速率为输出量,利用偏最小二乘法和BP神经网络方法分别建立番茄幼苗期,开花期及结果期的光合速率预测模型。模型验证结果表明,偏最小二乘法在番茄各生长阶段的决定系数分别为0.74,0.88和0.85,最大相对误差为15.01%;而BP神经网络在各阶段具有较高的预测精度,其决定系数分别为0.94,0.96和0.97,最大相对误差为9.56%。因此,基于BP神经网络模型预测了特定环境下的CO2浓度饱和点,为温室CO2增施提供依据。     

水培条件下CO2与NH+4/NO-3配比对番茄幼苗生育的影响

升高CO₂浓度能够促进作物的光合作用，提高作物的生物量和产量，但关于CO₂与NH⁺₄/NO^-₃比及其交互作用对作物影响的研究较少，为探索番茄幼苗生长发育对CO₂浓度升高的响应是否对NH⁺₄/NO^-₃配比有较强的依赖关系，本试验在营养液栽培条件下，以番茄(Lycopersicun esculentum Mill)为试材，研究正常大气CO₂浓度(360 μL/L)和倍增CO₂浓度(720 μL/L)与不同NH⁺₄/NO^-₃配比的交互作用对番茄幼苗生长的影响。结果表明：CO₂浓度升高提高了低NH⁺₄/NO^-₃比例处理中番茄叶片的光合速率和水分利用率，提高幅度随NH⁺₄/NO^-₃比例的降低而增强，光合速率增强最大达55%。在同一CO₂浓度处理下净光合速率与水分利用率均随NH⁺₄/NO^-₃比例的增加而显著降低。这说明CO₂浓度升高对番茄幼苗生长发育的促进作用随NH⁺₄/NO^-₃比例的降低而提高，但并没有减弱全NH⁺₄-N处理中番茄幼苗的受毒害作用。综上所述，CO₂浓度升高能提高植物生产的节水能力和水分生产力；水培条件下，NO^-₃-N是最适合番茄幼苗生长发育的氮源，其它NH⁺₄/NO^-₃比例对番茄幼苗的生长发育有一定的抑制作用，仅以NH⁺₄-N作氮源则番茄幼苗很难生长。     

增施CO2气肥对温室结球莴苣光合作用影响的综合模型研究

为探讨不同温度和光照条件下增施CO₂气肥对温室作物生长的影响，应用红外线CO₂气体分析仪测定方法，对不同CO₂浓度下结球莴苣光合作用速率的变化进行了深入系统的研究，并分别建立了低温条件下和中、高温条件下增施CO₂气肥对光合作用速率影响的综合模型。研究结果表明，在一定范围内，随着光照度提高和温度上升，增施CO₂气肥对于光合作用的促进效果提高，但是超过饱和点后会有负的效应。本实验条件下，结球莴苣光合作用最佳的生态因子组合为：光照度897.3 μmol·m^-2·s^-1，温度28.9℃，CO₂浓度2160 μL/L，此时的净光合速率(CO₂)Pn为36.0 μmol·m^-2·s^-1。     

空间电场对植物吸收CO2和生长速度的影响

为研究空间电场对植物吸收CO₂和生长速度的影响，首先采用同位素示踪法，分析了不同空间电场调控营养液栽培的番茄秧吸收CO₂气体和HCO^-₃阴离子的能力，证实了 ¹⁴C—HCO^-₃是一种受控于空间电场变化的阴离子，且空间电场强度的变化方向调控着 ¹⁴C—HCO^-₃阴离子流的流动方向。在此基础上以蕹菜(空心菜)为试验材料，采取空间电场与增施CO₂浓度的参数组合，做对比生长试验，通过红外线CO₂分析法揭示了空间电场的极性对植物吸收CO₂的速度有显著影响，且正向空间电场能显著促进植物对CO₂的吸收，并得到正向空间电场与足量的CO₂浓度相配合能大幅度提高温室蔬菜生长速度，使作物产量倍增的结论，为建立空间电场促进植物生长技术提供理论依据。     

CO2浓度增加对作物影响的实验研究进展

简要综述了近10年来国内外有关CO₂增加对作物生长影响的研究方法、实验装置和实验结果。CO₂增加促进了作物光合、抑制蒸腾、提高了水分利用率,有利于作物生长发育、干物质积累和产量形成。就总体而言,C₃比C₄作物对CO₂增加的反应更为敏感。     

环境CO2浓度增加对玉米生育生理及产量的影响

研究了盆栽玉米在700、600、500和350ppm的CO₂浓度处理下,生育、生理及产量形成的动态变化和反应。结果表明,CO₂浓度增加促进了玉米的生长和发育,物候期提前,光合速率增大,蒸腾系数减少,加快了根、茎、叶等干物质积累,提高了生物产量和经济产量。实验还表明:从苗期、抽雄、吐丝、乳熟到收获的各生育阶段,CO₂浓度对玉米的影响有所不同,以抽雄阶段影响最大;对植株的产量性状影响程度也不一致(穗>茎叶>根),收获指数也随CO₂浓度增加而有所提高。此外,CO₂浓度增加还可增强玉米抗短期高温(>40℃)和低光(常量的1/2)胁迫的能力。     

畜菜互补生态系统综合研究(Ⅰ)——CO2动态模拟及畜菜配比选择

现有畜菜互补生,系统畜菜配比差异极大,致使CO₂浓度过高或过低,影响CO₂气体施肥效果。在设有内部CO₂通风传输装置且温室CO₂均匀分布的条件下,建立了系统CO₂质量平衡数学模型,编制并验证了CO₂日变化动态模拟的计算机程序。利用该程序,以家畜给温室提供适宜的CO₂浓度为依据,以番茄与育肥猪为例,对沈阳地区主要CO₂施肥期12月～3月的畜菜配比进行了优化选择,为该生态系统的建设及管理提供了一定的依据。     

组培育苗气体微环境自动调控系统的研制与试验

为改善组培苗生长发育的气体环境，降低育苗成本，在综合分析已有气体环境控制系统的基础上，基于以流量控制组培环境CO₂浓度和以压力控制混合罐CO₂浓度和气体压力的控制策略，建立了相应控制的数学模型，设计了新型组培育苗气体微环境自动综合调控系统，对组培气体环境中CO₂浓度和相对湿度实施适宜参数组合调控。以叶用甘薯组培苗为试验材料，依据有关文献，取适宜光合光量子通量密度、CO₂浓度和相对湿度的参数组合为(250 μmol·m<     

植物群体光合速率测定装置与方法

介绍了一种植物群体光合速率测量装置的设计原理、结构及其测量和计算方法。该装置采用半封闭式测量系统,借助CO₂红外气体分析仪,可连续控制、测量植物群体在同化箱中因光合作用而引起的CO₂浓度变化,测量范围0～1000ppm,灵敏度2ppm。利用该装置测定了小麦、玉米、大豆、白菜等在不同CO₂浓度水平下的光合速率,并取得较好的结果。     

大气CO2增加对水稻光合、蒸腾及水分利用率的影响

本研究采用开顶式培养室对两个水稻品种矮香糯(O.sativa var.aixiangnuo)和安农S(O.satica var. anong-S) 在模拟大气CO₂浓度升高环境中叶片光合速率、蒸腾速率及水分利用率的变化作了初步研究。结果表明 ，生长在650±30mg.kg^-1CO₂浓度下的水稻其光合速率、水分利用率提高，蒸腾速率降低 ，气孔阻力增加，且品种间差异极显著。     

日光温室番茄单叶净光合速率模型的温度修正

番茄单叶净光合速率模型是温室番茄环境调控中的核心模型之一,而温度修正模型对于正确解析番茄单叶净光合速率模型非常重要。试验根据前人确定的植物单叶净光合速率模型中最大光合速率的温度修正模型,通过对不同的CO2浓度、光强和温度条件下日光温室番茄净光合速率的测定,明确了日光温室番茄最大光合速率的温度修正模型中修正因子C的取值公式,并经拟合检验,结果表明在不同CO2浓度、不同光强条件下日光温室番茄最大光合速率下温度修正模型的模拟值与实测值拟合良好,说明可将这一温度修正模型作为日光温室番茄光合模型的温度影响子模型应用,从而使植物单叶净光合速率模型更好地适用于日光温室番茄生产。     

中国沙棘、俄罗斯沙棘和俄罗斯沙棘×中国沙棘光合特性及影响因子

在陕北黄土丘陵沟壑区用LI-6400光合仪对中国沙棘、俄罗斯沙棘和俄罗斯沙棘&#215;中国沙棘光合特性及影响因子进行了测定。测定结果表明三者的光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率日变化均为“双峰”曲线。中国沙棘光合“午休”现象较轻,日光合速率和午后光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率极显著（P〈0．01）高于俄罗斯沙棘和俄罗斯沙棘&#215;中国沙棘。中国沙棘光合作用最适气孔导度、大气CO2浓度、空气相对湿度比俄罗斯沙棘小,最适胞间CO2浓度、蒸腾速率、气温、光合有效辐射比俄罗斯沙棘高。中国沙棘在最适气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率和大气CO2浓度下的光合速率比俄罗斯沙棘高;在最适气温、空气相对湿度、光合有效辐射下的光合速率比俄罗斯沙棘低。俄罗斯沙棘&#215;中国沙棘光合“午休”现象比中国沙棘强,比俄罗斯沙棘弱,午后光合速率与俄罗斯沙棘相近;俄罗斯沙棘&#215;中国沙棘最适气孔导度、大气CO2浓度高于中国沙棘和俄罗斯沙棘,最适胞间CO2浓度低于中国沙棘和俄罗斯沙棘,最适蒸腾速率、气温、空气相对湿度、光合有效辐射居于中国沙棘和俄罗斯沙棘之间。俄罗斯沙棘&#215;中国沙棘在最适气孔导度下的光合速率高于中国沙棘和俄罗斯沙棘;在最适胞间CO2浓度、蒸腾速率、气温、大气CO2浓度、空气相对湿度、光合有效辐射下的光合速率低于中国沙棘和俄罗斯沙棘。中国沙棘、俄罗斯沙棘和俄罗斯沙棘&#215;中国沙棘的光合速率均与上午的气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率、气温、大气CO2浓度、空气相对湿度、光合有效辐射显著相关,均为“抛物线”关系。     

番茄对二氧化碳浓度增加的反应

本文综述了生长环境和根系介质CO2浓度增加对番茄生长发育、产量、品质和生理反应的效应,以及环境因素与CO2相互作用对番茄的影响。CO2浓度增加可以促进番茄生长,提高产量和品质; 可以促进光合作用、抑制呼吸,降低蒸腾,减轻病虫害发生。环境因素可以影响番茄对CO2的反应。今后应重点加强CO2浓度增加条件下番茄养分吸收特性的研究。     

自然条件下半干旱雨养春小麦生育后期旗叶光合的气孔和非气孔限制

为探究半干旱地区雨养春小麦旗叶的光合作用限制因素、不同生育期差异及其适应策略,分析了大田条件下春小麦旗叶在抽穗期和灌浆期光合生理特征的动态变化规律,探讨了自然条件下光合作用的气孔与非气孔限制特征。结果表明:净光合速率日变化趋势在抽穗期和灌浆期分别为单峰型和双峰型,峰值相当,为18.5μmol(CO2)·m-2·s-1左右。气孔导度具有与净光合作用几乎相似的日变化规律,胞间CO2浓度大致为上午下降、下午回升。胞间CO2浓度变化除受光合作用消耗和气孔限制共同作用外,下午时段叶肉导度增大,也影响胞间CO2浓度变化。在抽穗期和灌浆期,春小麦旗叶光合作用速率与气孔导度相关性十分显著,相关系数分别达0.916(P=0.000)和0.945(P=0.000)。并且2个生育期均出现明显的光合气孔限制,抽穗期达0.64,灌浆期为0.53。其中,抽穗期气孔导度对饱和水汽压差响应十分敏感,下午出现较为明显的气孔限制;灌浆期中午出现较为明显的光合"午休"现象,其主要原因是半干旱区较大饱和水汽压差和强烈辐射致使气孔关闭,气孔限制达到极大值,并且非气孔限制因素也较为突出。抽穗期至灌浆期,由于气孔对饱和水汽压差敏感性的下降以及"午休"策略,光合气孔限制逐渐减小,是春小麦在半干旱地区维持较高光合速率和保证产量的重要自适应机制。     

Use of a greenhouse as an open chamber for canopy gas exchange measurements: Methodology and validation

Measurements of whole-canopy gas exchange - of CO₂ and H₂O - are important for agricultural and ecological reasons. The objective of this study was to investigate the use of a full-size greenhouse as an open-chamber system for measuring canopy-scale gas exchange. Measurements were validated by comparison with gas exchange scaled up from leaf- and plant-level measurements. Leaf-level measurements used a conventional hand-held cuvette gas exchange system at many points in the greenhouse. The experiments were done in a greenhouse with an area of (15 × 24) m² in which a pepper crop was grown. Within the canopy photosynthetic activity and transpiration changed with height, as expected. In addition, it was shown both theoretically and experimentally that in the absence of air mixing within the chamber, gradients of CO₂ and H₂O developed along the airflow direction. Theoretical estimates of the gradients were in good agreement with measured values. In spite of the gradients, canopy photosynthesis and transpiration could be estimated relatively accurately. For instance, the values of canopy photosynthesis and transpiration, during the course of the day, as measured with the open-chamber approach, were in good agreement with mean values obtained from measurements on individual leaves. However, transpiration values obtained both from open-chamber measurements and from individual leaves were generally a little lower than those obtained with lysimeters.     

水土保持耕作及施肥对盛花期大豆光合生理的影响

依据陕西安塞田间试验,采用LI-6400便携式光合仪,在自然条件下对黄土丘陵区旱作农田传统翻耕化肥(CF)、翻耕有机肥(CM)、翻耕无肥(CN)、免耕化肥(NF)、免耕有机肥(NM)、免耕无肥(NN)等处理下盛花期大豆叶片的净光合速率、气孔导度、水分利用效率及影响因子日变化进行了研究.结果表明:6种不同处理的大豆叶片净光合速率日变化均为双峰曲线,峰值分别在11:30、16:00出现.NM、NF处理对提高大豆净光合速率有明显的促进作用,其中以有机肥(NM)最为显著.气孔导度与蒸腾速率之间达极显著正相关(P<0.01,r=0.999 4).气孔导度日变化也为双峰,峰值分别出现在11:30、16:00.不同处理下,大豆的水分利用效率呈单峰曲线,峰值出现在10:00,低谷出现在13:00以后.其中,NF、NM处理能显著提高大豆盛花期的水分利用效率.相关分析表明:气孔导度、蒸腾速率、叶温、光合有效辐射及基于叶温的蒸汽压亏缺是大豆光合作用的促进因子,而胞间CO2浓度、空气CO2浓度、空气相对湿度则为主要的限制因子.CF、NF处理在8:30～10:20和13:00,CM、NN处理在8:30、11:30～13:00、17:30,CN、NM处理则在8:30、13:30各影响因子与净光合速率相关程度较高,相关系数一般在±0.9以上.在黄土丘陵区旱作农田大豆最适宜的管理方式为NM、NF.     

温室番茄对增施不同浓度CO2的光合响应

【目的】 日光温室冬春季栽培中CO₂严重匮乏,探明增施不同浓度CO₂对温室番茄光合特性的影响,明确北方地区日光温室番茄各生育期适宜生长的CO₂浓度,可为其生产实践提供理论依据。 【方法】 用塑料膜将试验温室隔出四个52m2独立面积的隔间,于定植一周后到试验结束 (2016年11月—2017年4月) 采用CO₂自动释放控制系统,通过调整CO₂钢瓶上的流量计控制气体流速和循流风机将CO₂均匀施入试验区,增施时间为晴天9:00—11:00,14:00—16:00。设增施3个CO₂浓度水平:(600 ± 20)、(800 ± 25)、(1000 ± 30) μmol/mol,以大气CO₂浓度 (400 ± 15) μmol/mol为对照,‘兴海12号’番茄为试验材料,在温室内进行小区试验。分别于番茄苗期、开花期、幼果期及成熟期,选取生长势一致的植株生长点以下第3或4片功能叶片,采用80%丙酮浸提法测定其光合色素含量,采用美国LI-COR公司的LI-6400便携式光合仪测定其光合特性参数,计算光合色素含量、光合作用、光响应曲线特征参数以及番茄产量对不同CO₂浓度变化的响应。 【结果】 增施CO₂显著增加了番茄各生育期光合色素含量,增幅在开花期和幼果期较大。叶绿素a和叶绿素b含量均以CO₂ (1000 ± 30) μmol/mol处理的增幅最大;类胡萝卜素含量在开花期以CO₂ (800 ± 25) μmol/mol处理增幅最大,其他生育期均以 (1000 ± 30) μmol/mol浓度的增幅最大。番茄叶片净光合速率、胞间CO₂浓度及水分利用效率于各生育时期均显著增加,以CO₂ (1000 ± 30) μmol/mol的增幅最大,(800 ± 25) μmol/mol次之;气孔导度与蒸腾速率则随着增施的CO₂浓度的升高而显著降低。增施CO₂能不同程度提高番茄各生育期叶片光饱和点、最大净光合速率及表观量子效率,降低番茄叶片光补偿点,且均以CO₂ (1000 ± 30) μmol/mol效果最佳,(800 ± 25) μmol/mol效果次之。 【结论】 供试条件下,增施CO₂后显著增加了番茄在开花结果期的光合能力,提高了番茄叶片光合色素含量、净光合速率,提高胞间CO₂利用能力和水分利用效率,降低了非气孔限制及其光补偿点,有利于番茄产量的提高;在试验以增施CO₂ 800～1000 μmol/mol的效果较为适宜。      

外源一氧化氮对NaCl胁迫下番茄幼苗光合作用和离子含量的影响

在100.mmol/L.NaCl胁迫下,研究了外源一氧化氮供体硝普钠(SNP)处理对番茄幼苗光合作用和离子含量的影响。结果表明,外源一氧化氮能使在NaCl胁迫下的番茄幼苗叶片叶绿素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、叶绿素荧光参数Fv/Fo和Fv/Fm显著提高,胞间CO2浓度(Ci)明显下降;番茄幼苗根系、叶片中K+、Ca2+和Mg2+含量均显著提高,Na+含量明显降低。表明外源一氧化氮可以减轻盐胁迫对番茄幼苗叶片光合功能的不利影响,缓解NaCl胁迫对番茄幼苗的抑制作用。     

Effects of different mulching practices on the photosynthetic characteristics of hot pepper (Capsicum annuum L.) in a greenhouse in Northwest China

Mulching is considered a desirable management technology for improving and stabilizing agricultural crop production. The aim of the present study was to evaluate the effect of different mulching practices on hot pepper (Capsicum annuum L.) performance in terms of leaf photosynthetic capacity, photosynthetic light response (PLR) curves, and growth parameters, under greenhouse conditions. Consequently, field experiments were conducted during the 2011 and 2012 growing seasons in Northwest China using four types of mulching practices (without mulch; wheat straw mulch; plastic film mulch; and combined mulch with plastic film and wheat straw). The results showed that mulching increased the leaf net photosynthesis rate, stomatal conductance to water vapor, intercellular CO₂ concentration, water-use efficiency, and transpiration rate. Mulching significantly affected the PLR curves, and important parameters (such as the apparent quantum yield, maximum net photosynthetic rate, light compensation point, and light saturation point) were all improved under combined mulching conditions when compared with other mulching practices. Therefore, it is inferred that hot pepper leaf photosynthetic capacity and light-use efficiency were significantly improved under combined mulching, and thereby the combined mulching is recommended for hot pepper cultivation in greenhouses due to working well to facilitate soil condition (moisture and temperature), plant growth, and marketable photosynthetic characteristics.