溫室甜瓜生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)模擬模型研究

溫室甜瓜生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)模擬模型研究

由于溫室內(nèi)的瓜生生長(zhǎng)期較短，僅100天，因此溫室內(nèi)的小氣候?qū)系纳L(zhǎng)發(fā)育和生長(zhǎng)發(fā)育有很大的影響。目前發(fā)育動(dòng)態(tài)模擬模型在棉花等大田作物上報(bào)道較多,Onsinejad等用生長(zhǎng)度日法建立了各種栽培條件下的西瓜發(fā)育動(dòng)態(tài)模擬模型,而溫室甜瓜發(fā)育模型方面的研究還未見(jiàn)報(bào)道。本研究根據(jù)作物生長(zhǎng)發(fā)育階段生長(zhǎng)度日恒定的原理,結(jié)合溫室栽培試驗(yàn),對(duì)溫室甜瓜生長(zhǎng)發(fā)育階段進(jìn)行劃分,旨在建立能夠預(yù)測(cè)溫室甜瓜發(fā)育階段的動(dòng)態(tài)模擬模型,用以指導(dǎo)溫室甜瓜生產(chǎn),為模擬溫室甜瓜光合作用動(dòng)態(tài)與干物質(zhì)積累奠定基礎(chǔ)。1材料和方法1.1aud聚糖品種供試甜瓜(CucumismeloL.var.reticulatusNaud)品種:翠蜜為晚熟品種,全生育期110d左右,臺(tái)灣農(nóng)友種苗公司提供;翠玉為中熟品種,全生育期95～100d左右,日本米可多公司提供;西域一號(hào)為早熟品種,全生育期90～95d左右,新疆西域種子集團(tuán)公司提供。1.2不同品種的播種期和基質(zhì)穴盤育苗試驗(yàn)于2003年春、秋兩季進(jìn)行。春季試驗(yàn)于2003年2月至7月,在南京市蔬菜科技園荷蘭自控溫室內(nèi)進(jìn)行;秋季試驗(yàn)于8月至11月,在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代化溫室內(nèi)進(jìn)行。溫室內(nèi)加熱系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、簾幕系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、CO2施肥系統(tǒng)、屋頂噴淋系統(tǒng)均由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)控。各品種的播種期見(jiàn)表1。基質(zhì)穴盤育苗,當(dāng)幼苗第4片真葉完全展開(kāi)時(shí)定植于裝有蘆葦末基質(zhì)的塑料桶(直徑35cm,高40cm)中,每個(gè)品種每個(gè)播期10個(gè)塑料桶,每桶定植2株;營(yíng)養(yǎng)液采用滴灌形式,配方采用山崎甜瓜專用配方,營(yíng)養(yǎng)液的電導(dǎo)率苗期為1.0～1.2mS·cm-1,定植初期為1.0～1.4mS·cm-1,伸蔓期為1.3～1.8mS·cm-1,開(kāi)花坐果期為1.8～2.0mS·cm-1,果實(shí)膨大至成熟期為2.2～2.5mS·cm-1;植株單蔓式整枝,主蔓13～16節(jié)時(shí)側(cè)蔓留瓜,24～26片葉時(shí)摘心;其他管理按照常規(guī)生產(chǎn)要求進(jìn)行。1.3植株形態(tài)和生育狀況測(cè)量觀察記載各生育階段出現(xiàn)的時(shí)間,每隔7d左右隨機(jī)觀測(cè)各處理植株的形態(tài)和生育狀況,測(cè)量和記錄各生育階段植株的形態(tài)指標(biāo),包括株高、葉片數(shù)目、果實(shí)大小等。模型中所需的各生育階段的日最高溫度、最低溫度、平均溫度等氣象資料由計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)記載。1.4生育期各階段分布及形態(tài)指標(biāo)根據(jù)文獻(xiàn)資料和多年的栽培經(jīng)驗(yàn),將溫室甜瓜的整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程劃分為5個(gè)生育階段,并確定各個(gè)生育期的形態(tài)指標(biāo)(表2)。為了便于計(jì)算機(jī)的識(shí)別和運(yùn)算,本研究采用發(fā)育進(jìn)程(developmentprogress,DVP),將溫室甜瓜的生育時(shí)期指標(biāo)數(shù)量化。1.5建立和確定杏仁發(fā)育率模型1.5.1生育階段有效積溫和發(fā)育速率作物發(fā)育速率的描述有很多種,如平均溫度法、生長(zhǎng)度日法、熱效應(yīng)法等。本研究采用較為常用的生長(zhǎng)度日(growingdegreedays,GDD,℃·d)法,即用實(shí)際環(huán)境條件下,完成某一生育階段所經(jīng)歷的累積有效積溫值來(lái)表示。GDD=∑(Td?Tb)(Td>Tb)(1)GDD=∑(Τd-Τb)(Τd>Τb)(1)式中:Tb為發(fā)育基點(diǎn)溫度(甜瓜Tb伸蔓期為13℃,其余均為15℃),隨著生育階段的變化而不同;Td為日平均溫度。生育階段有效積溫為:Ai=∑(Td?Tb)(2)Ai=∑(Τd-Τb)(2)式中:i指生育階段,用1、2、3、4、5分別表示苗期、伸蔓期、開(kāi)花坐果期、果實(shí)生長(zhǎng)盛期和果實(shí)成熟期。發(fā)育速率(developmentrate,DVR)表示為:DVR=(Ti?Tb)/Ai(Ti指一個(gè)生育階段的日平均溫度)(3)DVR=(Τi-Τb)/Ai(Τi指一個(gè)生育階段的日平均溫度)(3)發(fā)育進(jìn)程(developmentprogress,DVP)表示為:DVP(i+1)=DVP(i)+DVR×Δt(Δt為1d。設(shè)定DVP(0)=0)(4)DVΡ(i+1)=DVΡ(i)+DVR×Δt(Δt為1d。設(shè)定DVΡ(0)=0)(4)1.5.2生育、生長(zhǎng)、長(zhǎng)度日變化根據(jù)文獻(xiàn)資料和試驗(yàn)中觀測(cè)到的2003年2月至7月的試驗(yàn)資料確定模型中各生育階段的生長(zhǎng)度日值。由圖1可知,各處理生育階段生長(zhǎng)度日值比較密集,離散度小,趨勢(shì)一致。因此,將各生育階段生長(zhǎng)度日實(shí)測(cè)值的平均數(shù)確定為最終各生長(zhǎng)階段模擬值,A1、A2、A3、A4、A5分別為574.3、391.8、113.8、441.8和453.9℃·d。1.6模擬值對(duì)比與觀測(cè)值的計(jì)算采用RMSE(rootmeansquareerror)模型檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)模擬值與觀測(cè)值之間的符合程度進(jìn)行分析。RMSE可用下面的方程求算。RMSE=∑i=1n(OBSi?SIMi)2n????????????√RΜSE=∑i=1n(ΟBSi-SΙΜi)2n式中:OBSi為觀測(cè)值;SIMi為模擬值;n為樣本容量。2各生育期各預(yù)測(cè)值的絕對(duì)誤差用RMSE對(duì)8月15日播種的翠密、翠玉、西域一號(hào)3個(gè)品種的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果如表3所示,模型對(duì)翠密觀測(cè)記載的各生育階段的絕對(duì)誤差除果實(shí)生長(zhǎng)盛期外均小于4d;模型對(duì)翠玉觀測(cè)記載的各生育階段的絕對(duì)誤差最大值達(dá)到7d;模型對(duì)西域一號(hào)觀測(cè)記載的各生育階段的絕對(duì)誤差均小于4d;而整個(gè)生育期時(shí)間的模擬值與觀察值之間的絕對(duì)誤差分別為4d、1d和3d,其RMSE為2.94d。顯示模型對(duì)溫室甜瓜整個(gè)生育期及各生育階段的預(yù)測(cè)具有較高的精確性。再分別以8月15日播種的翠密、翠玉、西域一號(hào)3個(gè)品種各生育階段的模擬值和實(shí)測(cè)值作1∶1關(guān)系圖(圖2),圖2清晰地反映出模擬值與觀察值具有較好的一致性,顯示了較為平行的變化趨勢(shì)。3不同品種對(duì)西瓜發(fā)育的影響本模型采用簡(jiǎn)便易行的生長(zhǎng)度日法(GDD)預(yù)測(cè)了溫室甜瓜苗期、伸蔓期、開(kāi)花坐果期、果實(shí)生長(zhǎng)盛期和果實(shí)成熟期的生長(zhǎng)度日分別為574.3、391.8、113.8、441.8和453.9℃·d,整個(gè)生育期的生長(zhǎng)度日為2025.6℃·d。模型檢驗(yàn)結(jié)果表明,8月15日播種的翠蜜、翠玉和西域一號(hào)3個(gè)品種的苗期、伸蔓期的預(yù)測(cè)誤差絕對(duì)值大多比開(kāi)花坐果期、果實(shí)生長(zhǎng)盛期、果實(shí)成熟期小,可能是因?yàn)閺挠缙诘缴炻跍厥姨鸸系纳L(zhǎng)以積溫效應(yīng)為主,而基因型效應(yīng)對(duì)這一階段生長(zhǎng)的調(diào)控作用不顯著,而開(kāi)花坐瓜期到伸蔓期的長(zhǎng)短受品種基因型影響,表現(xiàn)為不同品種的發(fā)育進(jìn)程差異較大。因此,將不同育苗期、不同品種各生育階段所需的GDD設(shè)定為固定值來(lái)預(yù)測(cè)發(fā)育階段還有一定的局限性,需要進(jìn)一步研究探討。另外,從表3可以發(fā)現(xiàn),用作試驗(yàn)的甜瓜品種翠蜜、翠玉均為網(wǎng)紋甜瓜類型,果實(shí)生長(zhǎng)盛期預(yù)測(cè)誤差的絕對(duì)值達(dá)到7d和6d,而西域一號(hào)屬于哈密瓜類型,果實(shí)生長(zhǎng)盛期預(yù)測(cè)誤差的絕對(duì)值只有1d;翠蜜是臺(tái)灣甜瓜品種,翠玉是日本甜瓜品種,其基因型相差較大,在果實(shí)成熟期,模型預(yù)測(cè)誤差的絕對(duì)值,翠蜜為4d,而翠玉為7d。因此,利用生長(zhǎng)度日法預(yù)測(cè)甜瓜各生長(zhǎng)發(fā)育階段,不同基因型的品種,預(yù)測(cè)誤差的絕對(duì)值相差較大,在建立通用模型對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí),要對(duì)模型參數(shù)適當(dāng)修正。本文利用不同品種的試驗(yàn)資料對(duì)所建立的甜瓜生育