日光温室黄瓜生长发育与冠层光合生产的模拟模型研究

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建立日光温室黄瓜生长模型,用于预测温室环境调控对作物生长发育的影响,为温室环境优化控制、作物生产智能化管理等方面提供理论依据。本研究的主要内容包括:建立以温度、光照为主要因子的黄瓜发育模拟模型;建立植株各个器官生长的动态模型,同时量化器官生长及同化物分配之间相互联系,建立同化物在各个器官中的分配模型;在叶面积和株高动态生长模型基础上,模拟成排种植的黄瓜植株冠层内的光照分布,并考虑各个叶位光合能力的差异,建立叶片和冠层的光合速率模型。 本研究通过对2004年6个不同播期日光温室黄瓜试验数据的整理分析,根据黄瓜生理生态学机理和作物模型的建模原理,采用数据拟合的方法,得到了以上模型的数学表达式和相关参数。并对部分模型进行了验证。所取得的结论和成果如下: 1.以Line-plateau函数形式作为夜温和日长对幼苗发育的影响函数。利用日光温室黄瓜幼苗阶段发育指数模型在给定的温度及日照时数范围内筛选出幼苗发育适宜夜温的上下限以及临界日长,分别为:Topt1=12℃,Topt2=20℃,临界日长D1=12h。 2.在稳定的温室环境条件下利用Richards生长函数可以准确模拟植株叶面积和株高的生长变化。同时结合汇强理论,将器官汇强用其类型汇强和年龄汇强二者的乘积来表示,建立了植株各器官同化物分配的全局性分配方案,适合于模拟植物结构动态变化情况下的干物质分配。 3.将冠层叶面积密度作为空间坐标函数,同时考虑相临种植行之间的影响,以株高、叶面积指数、种植行行宽为输入量,建立温室黄瓜冠层内太阳辐射传输模型。模拟结果表明:冠层内太阳直射光的透光率与冠层内测点的位置以及天空中太阳的位置有关;散射光透光率只与冠层叶面积密度分布有关。通过模拟值与测定值的比较得出:冠层高度低时,本模型可以较准确地模拟黄瓜冠层内的太阳辐射。 4.通过双曲线函数形式的叶片光合速率模型,推导出两个重要的光合作用参数QE,Pmax。由试验数据得到不同叶龄黄瓜叶片光合速率的差异,将此差异归结为叶龄对QE,Pmax的影响并用经验公式来表示。 5.结合温室黄瓜冠层中太阳辐射传输模型和叶片光合速率模型以及冠层叶片叶龄与光合特征参数之间的经验公式,以植株的生长状态变量如植株高度、冠层幅宽、叶龄以及气象因子如太阳总辐射照度、光线入射角度等作为输入,采用gauss积分法模拟冠层光合速率,可较为精确的模拟日光黄瓜冠层的光合生产。
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