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基于发育指数的设施番茄生长发育模拟模型研究

作　者: 张智优
导　师: 曹宏鑫；陈兵林
学　校: 南京农业大学
专　业: 作物栽培与耕作学
关键词: 发育叶龄叶面积产量果实模拟模型
分类号: S641.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

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摘要 7-9ABSTRACT 9-12第一章文献综述 12-28 1 设施作物及其生长模型的特点 12-13 2 设施作物生长模型研究进展 13-19 2.1 作物生育期预测模型 13-16 2.1.1 基于活动积温或有效积温的设施作物生长模型 13-14 2.1.2 基于生理发育时间的设施作物生长模型 14-15 2.1.3 基于当量积温的设施作物生长模型 15 2.1.4 基于温光模型的设施作物生长模型 15-16 2.1.5 基于光热效应法的设施作物生长模型 16 2.1.6 基于发育单位法的设施作物生长模型 16 2.2 作物叶面积指数模型 16 2.3 果实发育与产量形成模型 16-17 2.4 氮素对作物生长影响的模型研究 17-18 2.4.1 氮素对叶面积影响的模拟 17 2.4.2 氮素对作物干物质生产影响的模拟 17-18 2.4.3 氮素对作物产量影响的模拟 18 2.5 模型算法的研究进展 18-19 3 设施作物生长模型研究不足与发展趋势 19-20 3.1 设施作物模型研究的问题 19 3.2 设施作物生长模型发展趋势 19-20 4 本研究的目的、意义及内容 20-22 4.1 研究目的、意义 20-21 4.2 研究内容 21-22 参考文献 22-28第二章材料与方法 28-34 1 材料与方法 28-31 1.1 材料 28 1.2 方法 28-30 1.2.1 试验设计 28-29 1.2.2 参数的获取与测定 29-30 1.3 叶面积指数的定义及计算 30-31 2 模型的建立与编程 31-32 2.1 数据处理 31-32 2.2 模型检验方法 32 参考文献 32-34第三章设施番茄发育期与叶龄动态模拟模型 34-50 1 模型的建立 35-40 1.1 设施番茄发育期模型 35-38 1.1.1 设施番茄发育期基本模型 35-37 1.1.2 发育期模拟模型 37-38 1.1.3 发育指数 38 1.2 叶龄模型 38-40 2 模型参数的确定与其检验 40-45 2.1 发育期模型的参数与检验 40-42 2.2 叶龄模型的参数与检验 42-45 3 讨论及结论 45-47 3.1 讨论 45-46 3.2 结论 46-47 参考文献 47-50第四章设施番茄叶面积指数和产量形成模拟模型 50-60 1 模型的构建 51-54 1.1 叶面积指数动态模型的构建 51-52 1.2 植株总干重与叶面积指数关系 52-53 1.3 果实干重模型 53 1.4 产量形成模拟模型 53-54 2 模型参数的确定与其检验 54-57 2.1 叶面积指数动态模型 54-55 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 55 2.3 植株果实干重与发育指数的关系模型 55-56 2.4 产量形成模拟模型 56-57 3 57-58 3.1 讨论 57 3.2 结论 57-58 参考文献 58-60第五章设施番茄果实生长及产量预测模拟模型 60-70 1 模型的建立 61-63 1.1 果实横、纵径生长模型 61-62 1.2 果实鲜重模型 62-63 1.3 果实产量预测模型 63 2 模型参数的确定与检验 63-65 2.1 果实横纵径模型的参数与检验 63-64 2.2 番茄果实鲜重的模拟模型的参数与检验 64-65 2.3 果实产量模拟模型检验 65 3 讨论与结论 65-68 3.1 讨论 65-66 3.2 结论 66-68 参考文献 68-70第六章讨论与结论 70-74 1 讨论 70-71 1.1 设施番茄发育期与叶龄动态模拟模型 70 1.2 设施叶面积指数模拟模型 70 1.3 设施番茄果实生长模拟模型 70-71 1.4 设施番茄产量预测模拟模型 71 2 结论 71-72 3 本研究的创新点和特色 72 4 研究展望 72-74附录 74-76硕士期间发表与撰写的主要论文 76-78致谢 78

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