基于发育指数的设施番茄生长发育模拟模型研究

论文摘要

设施作物生长模型是以设施作物的定量化研究为基础的,只有明确作物生长和产量形成的规律性与生理生态机理及数理表达,才能实现设施作物生产的动态模拟。本研究选择供应量大、有广阔市场前景的主要设施蔬菜品种——番茄为对象,以设施栽培试验数据为基础,根据作物生理生态学理论和设施番茄生长的机理,分别建立了设施番茄发育期、叶龄动态、群体动态、果实发育以及产量预测等模拟模型。1.依据番茄生理学及“发育生理日数恒定”原理,以设施大棚内的环境参数为模型变量,建立了设施番茄发育期和叶龄动态模拟模型。发育期模型描述了大棚温度、日照长度等环境因子对番茄发育速度的影响,模型检验结果表明：所建发育期模型模拟的各发育阶段（出苗-定植、定植-现蕾、现蕾-坐果、坐果-成熟）模拟值与观测值之间的根均方差（RMSE）和平均绝对误差（ADe）分别为2.65 d和3 d、1.51 d和1 d、1.18 d和1 d、1.21 d和1 d；模拟全发育期时,RMSE值和ADe值分别为3.74 d和3 d,明显优于有效积温模拟模型的预测精度；利用叶龄动态模型模拟叶龄数时,RMSE值和ADe值都小于0.5片叶。说明本文所建模型可用于预测番茄的发育期和叶龄,并且具有较好适用性和可靠性,可为设施番茄生长模型的研究应用及数字化管理方式提供依据。2.根据设施番茄作物的生长特性,构建了基于发育指数的设施番茄叶面积指数和产量的模拟模型,并利用不同品种、茬口、氮素试验资料对模型进行检验：叶面积指数的模拟值与实测值之间的相关系数（r）、RMSE和ADe分别为N1:0.9572（r0.01 （15）=0.721）、0.0297 （m2·m-2）和0.0223 （m2·m-2）, N2:0.9693（r0.01（15）=0.721）、0.0173 （m2·m-2）和0.0221 （m2·m-2）, N3:0.995（r0.01（15）=0.721）.0.0282 （m2·m-2）和0.0552（m2·m-2）；设施番茄产量的模拟值与实测值之间的r.RMSE和ADe分别为N1:0.801 （r0.01 （21）=0.526）.78.33 （g·plant-1）和85.93（g·plant-1）, N2:0.734（r0.01（21）=0.526）、85.93 （g·plant-1）和58.28 （g·plant-1）, N3:0.863 （ro.01 （21）=0.526）、76.97 （g·plant-1）和53.75 （g·plant-1）。本研究所建模型,其预测精度较高、功能全面,参数易获取,具有较强实用性,可用于设施番茄叶面积和产量预测。3.通过不同播期、品种及茬口试验数据分析,构建了果实生长和果实干物质机理性模型以及鲜重与果实横、纵径的经验性模型,并利用以上模型预测了番茄产量。结果表明,当利用干物质机理性模型模拟番茄产量时,模拟值与实测值的r、RMSE和ADe分别为：0.989、24.21 （g·plant-1）和20.39 （g·plant-1）;当用果实横径经验性模型模拟番茄产量时,r、RMSE和ADe分别是：0.979、30.36 （g·plant-1）和23.72（g-plant-1）;当用果实纵径经验性模型模拟番茄产量时,r、RMSE和ADe分别是：0.975、34.45（g·plant-1）和30.69（g·plant-1）。RMSE和ADe的值都小于40（g·plant-1）,对番茄产量的预测效果均较好。其中利用果实横、纵径的经验性模型预测番茄产量,具有参数少,不破坏果实活体、实用性强等特点,可以为设施番茄生产提供理论依据和决策支持。本文所建设施番茄生长发育模拟模型具有较高的预测性、机理性和实用性,为建立设施番茄栽培模拟优化系统奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1 设施作物及其生长模型的特点
• 2 设施作物生长模型研究进展
• 2.1 作物生育期预测模型
• 2.1.1 基于活动积温或有效积温的设施作物生长模型
• 2.1.2 基于生理发育时间的设施作物生长模型
• 2.1.3 基于当量积温的设施作物生长模型
• 2.1.4 基于温光模型的设施作物生长模型
• 2.1.5 基于光热效应法的设施作物生长模型
• 2.1.6 基于发育单位法的设施作物生长模型
• 2.2 作物叶面积指数模型
• 2.3 果实发育与产量形成模型
• 2.4 氮素对作物生长影响的模型研究
• 2.4.1 氮素对叶面积影响的模拟
• 2.4.2 氮素对作物干物质生产影响的模拟
• 2.4.3 氮素对作物产量影响的模拟
• 2.5 模型算法的研究进展
• 3 设施作物生长模型研究不足与发展趋势
• 3.1 设施作物模型研究的问题
• 3.2 设施作物生长模型发展趋势
• 4 本研究的目的、意义及内容
• 4.1 研究目的、意义
• 4.2 研究内容
• 参考文献
• 第二章 材料与方法
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 试验设计
• 1.2.2 参数的获取与测定
• 1.3 叶面积指数的定义及计算
• 2 模型的建立与编程
• 2.1 数据处理
• 2.2 模型检验方法
• 参考文献
• 第三章 设施番茄发育期与叶龄动态模拟模型
• 1 模型的建立
• 1.1 设施番茄发育期模型
• 1.1.1 设施番茄发育期基本模型
• 1.1.2 发育期模拟模型
• 1.1.3 发育指数
• 1.2 叶龄模型
• 2 模型参数的确定与其检验
• 2.1 发育期模型的参数与检验
• 2.2 叶龄模型的参数与检验
• 3 讨论及结论
• 3.1 讨论
• 3.2 结论
• 参考文献
• 第四章 设施番茄叶面积指数和产量形成模拟模型
• 1 模型的构建
• 1.1 叶面积指数动态模型的构建
• 1.2 植株总干重与叶面积指数关系
• 1.3 果实干重模型
• 1.4 产量形成模拟模型
• 2 模型参数的确定与其检验
• 2.1 叶面积指数动态模型
• 2.2 植株干重与叶面积指数的关系模型参数确定及其检验
• 2.3 植株果实干重与发育指数的关系模型
• 2.4 产量形成模拟模型
• 3
• 3.1 讨论
• 3.2 结论
• 参考文献
• 第五章 设施番茄果实生长及产量预测模拟模型
• 1 模型的建立
• 1.1 果实横、纵径生长模型
• 1.2 果实鲜重模型
• 1.3 果实产量预测模型
• 2 模型参数的确定与检验
• 2.1 果实横纵径模型的参数与检验
• 2.2 番茄果实鲜重的模拟模型的参数与检验
• 2.3 果实产量模拟模型检验
• 3 讨论与结论
• 3.1 讨论
• 3.2 结论
• 参考文献
• 第六章 讨论与结论
• 1 讨论
• 1.1 设施番茄发育期与叶龄动态模拟模型
• 1.2 设施叶面积指数模拟模型
• 1.3 设施番茄果实生长模拟模型
• 1.4 设施番茄产量预测模拟模型
• 2 结论
• 3 本研究的创新点和特色
• 4 研究展望
• 附录
• 硕士期间发表与撰写的主要论文
• 致谢