基于干物质积累的樱桃番茄养分吸收模型的构建

来源 :石河子大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wencentss
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量化设施樱桃番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)生长发育与养分吸收之间的关系,建立樱桃番茄生长发育和养分吸收模型,对实现我国设施无土栽培樱桃番茄智能化生产,提高樱桃番茄的生产效益具有重要意义。本研究于2018-2020年,在石河子大学农学院的日光温室开展试验,根据无土栽培樱桃番茄的生长发育动态过程,构建了基于干物质积累的樱桃番茄养分吸收模型,以期为樱桃番茄养分实时监控和水肥一体化栽培调控提供理论基础。(1)定量分析了日光温室樱桃番茄的生长发育进程及对光温的反应特性。采用钟模型(The Clock model,TCM)、累积辐热积(Product of Thermal Effectiveness and Photosynthetically Active Radiation,TEP)、生理发育时间(Physiological Development Time,PDT)和有效积温(Growing Degree Day,GDD)4种方法对日光温室樱桃番茄的生长发育动态过程进行模拟,并利用独立的试验数据对模型进行检验。TEP法对樱桃番茄出苗期、开花期、坐果期、红熟期、采收期及全生育期观测值与模拟值的归一化均方根误差(n RMSE)和均方根误差(RMSE)分别为33.76%、3.53 d,4.39%、2.54 d,7.94%、1.33 d,8.22%、2.54 d,5.06%、2.55 d,7.28%、5.74 d,1:1直线之间的R~2分别为0.82、0.98、0.95、0.95、0.96、0.99。结果表明,TEP法对日光温室樱桃番茄生育期预测模拟精度较高。(2)综合光温对樱桃番茄叶片的影响,建立了基于TEP与比叶面积法(Specific Leaf Area,SLA)的樱桃番茄光合生产与干物质积累模拟模型,并利用独立的试验数据对模型进行检验。TEP法对樱桃番茄叶面积(Leaf Area,LA)实测值与模拟值的n RMSE和RMSE分别为8.32%、0.07 m~2·株-1,1:1直线之间的R~2为0.95;对樱桃番茄干物质积累实测值与模拟值的n RMSE和RMSE分别为24.62%、770.66 kg·hm-2,1:1直线之间的R~2为0.93。结果表明,TEP法对日光温室樱桃番茄叶面积与干物质积累模拟精度较高,模型具有机理性与普适性。(3)基于分配指数(Allocation Index,AI)和收获指数(Harvest Index,HI)建立了日光温室樱桃番茄干物质分配与产量预测模拟模型,并利用独立的试验数据对模型进行检验。樱桃番茄根、茎、叶、果干物质量与产量实测值与模拟值的n RMSE和RMSE分别为35.97%、68.49 kg·hm-2,29.00%、395.86 kg·hm-2,23.54%、232.89 kg·hm-2,19.83%、181.54 kg·hm-2和21.20%、7.32 t·hm-2,1:1直线之间的R~2分别为0.81、0.93、0.94、0.94、0.97。结果表明,基于光合生产与干物质积累模拟模型,采用AI和HI对日光温室樱桃番茄干物质分配与产量预测模拟精度较高。(4)以干物质积累与分配模型为基础,量化了TEP与樱桃番茄全生育期各器官养分含量动态变化关系,建立了日光温室樱桃番茄养分吸收模拟模型,并利用独立的试验数据对模型进行检验。模型对樱桃番茄全株氮、磷、钾吸收实测值与模拟值的n RMSE和RMSE分别为16.85%、24.80 k g·hm-2,10.01%、4.11 kg·hm-2,10.27%、23.65 kg·hm-2,1:1直线之间的R~2分别为0.83、0.90、0.87。对樱桃番茄根、茎、叶、果氮吸收量实测值与模拟值的n RMSE和RMSE分别为25.04%、0.71kg·hm-2,11.49%、4.38 kg·hm-2,14.58%、12.62 kg·hm-2,21.34%、4.32 kg·hm-2,1:1直线之间的R~2分别为0.73、0.84、0.84、0.91;磷吸收量实测值与模拟值的n RMSE和RMSE分别为24.03%、0.27 kg·hm-2,13.44%、1.60 kg·hm-2,19.19%、4.71 kg·hm-2,27.74%、1.01 kg·hm-2,1:1直线之间的R~2分别为0.86、0.73、0.81、0.83;钾吸收量实测值与模拟值的n RMSE和RMSE分别为20.60%、0.89 kg·hm-2,22.86%、13.20 kg·hm-2,13.44%、18.84 kg·hm-2,21.45%、5.63 kg·hm-2,1:1直线之间的R~2分别为0.85、0.81、0.75、0.86。结果表明,采用TEP法对日光温室樱桃番茄全生育期内全株及各器官养分吸收的预测模拟精度较高。本研究构建的模型参数少、计算简单,且具有较强的机理性、解释性与实用性,可为我国日光温室无土栽培樱桃番茄生产中的精准管理提供决策支持。
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