基于輻熱積的溫室番茄干物質(zhì)生產(chǎn)及分配模型

李莉 郭斌

摘要：番茄是我國(guó)溫室栽培的最主要作物之一，干物質(zhì)的生產(chǎn)及分配決定著果實(shí)的發(fā)育和產(chǎn)量，構(gòu)建溫室番茄的干物質(zhì)生產(chǎn)及分配模型對(duì)溫室番茄栽培管理具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。以番茄樂(lè)農(nóng)6號(hào)為材料，于2016—2017年在山東省臨沂市日光溫室進(jìn)行試驗(yàn)，構(gòu)建以輻熱積（TEP）為尺度的干物質(zhì)生產(chǎn)及分配模型，并利用與建模數(shù)據(jù)相獨(dú)立的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，模型對(duì)番茄地上部分干質(zhì)量、根系干質(zhì)量、莖干質(zhì)量、葉片干質(zhì)量和果干質(zhì)量的預(yù)測(cè)結(jié)果與1 ∶ 1直線之間的決定系數(shù)（R2）在0.88～0.95，統(tǒng)計(jì)回歸標(biāo)準(zhǔn)誤差（RMSE）在0.006 9～0.010。該模型預(yù)測(cè)精度較高，且參數(shù)少、用戶易于獲取，不僅能較好地預(yù)測(cè)我國(guó)現(xiàn)有生產(chǎn)水平下溫室番茄的干物質(zhì)生產(chǎn)及分配，而且可以為實(shí)現(xiàn)我國(guó)溫室番茄生產(chǎn)環(huán)境優(yōu)化調(diào)控和模式化栽培管理提供決策支持。

關(guān)鍵詞：溫室番茄;干物質(zhì)生產(chǎn)及分配模型;輻熱積

中圖分類號(hào)： S625.5;S641.201? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）05-0129-04

收稿日期：2018-09-17

基金項(xiàng)目：四川省科技廳科技項(xiàng)目（編號(hào)：2017ZR0281）。

作者簡(jiǎn)介：李 莉（1990—），女，江蘇連云港人，助理工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)氣象。E-mail：625175826@qq.com。

通信作者：郭 斌，高級(jí)工程師，高級(jí)信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師，研究方向?yàn)閼?yīng)用氣象及氣象信息化。Tel：（0837）2821230;E-mail：abgb_001@163.com。

設(shè)施農(nóng)業(yè)的興起大大減少了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受外界環(huán)境影響的制約，溫室內(nèi)部溫度和輻射是影響作物生長(zhǎng)的主要因素[1-5]，而太陽(yáng)輻射作為主要熱源，直接影響著溫室內(nèi)溫度的變化，因此能否準(zhǔn)確地掌握溫度和輻射的調(diào)節(jié)尺度對(duì)溫室作物的生產(chǎn)起著重要的作用。

作物模擬技術(shù)是優(yōu)化作物栽培管理的重要手段之一，其中干物質(zhì)分配一直是作物模擬模型研究的重要內(nèi)容。前人提出很多理論來(lái)模擬作物干物質(zhì)分配，如功能平衡模型[6-7]、運(yùn)輸-阻力模型[8]、源庫(kù)調(diào)控模型[9-11]等。目前應(yīng)用最多的是源庫(kù)調(diào)控[4]模型和分配指數(shù)模型[12-15]。源庫(kù)調(diào)控模型具有較強(qiáng)的機(jī)理性，但模型需要很多參數(shù)，其中許多參數(shù)（如營(yíng)養(yǎng)器官的庫(kù)強(qiáng)）很難通過(guò)試驗(yàn)獲取，其實(shí)用性受到很大限制[16]。Wolswinkel指出干物質(zhì)分配的模擬是基于作物的庫(kù)強(qiáng)，庫(kù)強(qiáng)也可以定義為作物各個(gè)器官對(duì)同化物的潛在需要或積累同化物的潛在能力[17];Heuvelink構(gòu)建了基于作物器官庫(kù)強(qiáng)，即作物潛在生長(zhǎng)速率的溫室番茄干物質(zhì)分配模型[18];TOMGROW和TOMSIM模型中關(guān)于溫室番茄干物質(zhì)分配模型都是基于作物的源庫(kù)理論建立的，其中，TOMGROW模型需要輸入大量的模型參數(shù)，大大降低了模型的實(shí)用性和廣適性;TOMSIM模型利用固定的莖、葉干質(zhì)量比率來(lái)預(yù)測(cè)莖、葉干質(zhì)量，采用果枝出現(xiàn)速率和果實(shí)生長(zhǎng)周期等來(lái)預(yù)測(cè)果實(shí)干質(zhì)量，但是在不同品種或同一品種不同播期下預(yù)測(cè)值差異較大，因此限制了不同品種的產(chǎn)量預(yù)測(cè)精度[19-20]。而分配指數(shù)和分配系數(shù)模型由于簡(jiǎn)單實(shí)用，是目前應(yīng)用最廣的干物質(zhì)分配模型[8]。分配系數(shù)是某一植株部分干質(zhì)量的增加量占整株干質(zhì)量增加量的比例[21];分配指數(shù)是指器官干質(zhì)量占總干質(zhì)量的比例[22]。本研究利用累積輻熱積來(lái)擬合溫室番茄的分配指數(shù)，建立了基于我國(guó)栽培技術(shù)和種植制度的溫室番茄干物質(zhì)生產(chǎn)及分配模型，為我國(guó)溫室番茄生長(zhǎng)及栽培管理和環(huán)境優(yōu)化調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年12月至2017年5月在山東省臨沂市設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站日光溫室內(nèi)進(jìn)行。山東省臨沂市設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站地處蒙陰、費(fèi)縣和沂南3縣交界處附近的雙堠鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)為118.26°E、35.32°N，年平均氣溫13.3 ℃，年降水量793.9 mm，年日照時(shí)數(shù)2 314 h，屬于暖溫帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候。該地區(qū)屬丘陵地帶，土壤貧瘠，經(jīng)過(guò)首期治理后土壤有所改變，土質(zhì)偏堿性，pH值為7.73～8.38，土壤通透性良好。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及過(guò)程

本試驗(yàn)選擇番茄品種樂(lè)農(nóng)6號(hào)，將苗期的番茄種植于山東省臨沂市日光溫室試驗(yàn)區(qū)內(nèi)。試驗(yàn)溫室頂高4.6 m，寬 10.0 m，長(zhǎng)68.0 m，試驗(yàn)小區(qū)壟寬95 cm，走道80 cm，行距 30 cm，株距20 cm。溫室覆蓋棚膜為聚乙烯無(wú)滴膜，膜厚 0.6 mm，透光系數(shù)為75%。選取長(zhǎng)勢(shì)良好且一致的4～5張真葉狀態(tài)的番茄幼苗200株定植，將土壤水分控制在田間持水量的70%～80%（體積含水量20%～30%），光照度保持在晴天的正常范圍內(nèi)（陰天時(shí)補(bǔ)光）。待80%以上的番茄苗進(jìn)入花果期后，選取長(zhǎng)勢(shì)良好且一致的苗期番茄進(jìn)行試驗(yàn)處理。試驗(yàn)分為2個(gè)部分：試驗(yàn)1的數(shù)據(jù)用于模型的建立，試驗(yàn)2的數(shù)據(jù)用于模型的檢驗(yàn)。

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目與方法

1.3.1 氣象數(shù)據(jù)的測(cè)定 用數(shù)據(jù)采集器（WatchDog2000，USA）自動(dòng)采集設(shè)施內(nèi)氣象要素，采集內(nèi)容包括冠層（1.5 m）處空氣溫度和相對(duì)濕度。采集頻率為10 s/次，存儲(chǔ)每 30 min 的平均值。

1.3.2 作物各器官干物質(zhì)量的獲取 苗期每5 d，其余生育期每7 d進(jìn)行破壞性取樣，取有代表性的植株樣本，苗期每次6株，其余生育期每次3株。將各植株分為根、莖、葉和果4個(gè)部分，測(cè)定鮮質(zhì)量，再105 ℃殺青，然后在85 ℃烘干至恒質(zhì)量，采用精度為0.01 g的電子天平測(cè)定各器官干質(zhì)量。

果實(shí)成熟時(shí)，每隔2 d左右采摘1次，各試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取10株番茄，將成熟果實(shí)采用105 ℃殺青，然后在85 ℃烘干至恒質(zhì)量，采用精度為0.01 g的電子天平稱取其干質(zhì)量。

4 結(jié)論與討論

在潛在生長(zhǎng)條件下，溫室番茄的生長(zhǎng)主要受同化產(chǎn)物的影響，而同化產(chǎn)物量主要取決于溫度和光合輻射。僅采用有效積溫來(lái)模擬誤差較大，本研究綜合了光合有效輻射和溫度的光溫指標(biāo)——輻熱積來(lái)模擬，提高了預(yù)測(cè)精度。同時(shí)，克服了“源庫(kù)”調(diào)節(jié)理論輸入?yún)?shù)多、實(shí)用性不強(qiáng)的局限性。模型精度高，且參數(shù)少、易獲取，能較好地預(yù)測(cè)番茄干物質(zhì)量的生產(chǎn)以及在各器官的分配情況，為溫室番茄生產(chǎn)的光溫管理調(diào)控提供依據(jù)。

張紅菊等利用輻熱積對(duì)一品紅、甜椒的干物質(zhì)分配進(jìn)行模擬，PIS、PIL、PIST與累積輻熱積之間的表達(dá)形式[25-26]與本研究一致，但由于供試品種、試驗(yàn)地點(diǎn)、栽培方式的不同，導(dǎo)致經(jīng)驗(yàn)參數(shù)不同。說(shuō)明本研究通過(guò)擬合得到的番茄干物質(zhì)在地上部、根部及地上部各器官的分配模型具有較好的應(yīng)用前景。

本研究沒(méi)有考慮水分、養(yǎng)分的影響，試驗(yàn)的品種單一，模型在其他類型番茄品種、栽培條件、地點(diǎn)、種植方式的適用性還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證和校驗(yàn)。但是，本模型的研究思路和建模方法，為建立更具機(jī)理性的溫室番茄干物質(zhì)量的生產(chǎn)及分配模型提供了參考。

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