日光溫室切花菊外觀品質(zhì)預(yù)測(cè)模型的建立

日光溫室切花菊外觀品質(zhì)預(yù)測(cè)模型的建立

菊花是世界上四種花卉之一，種類繁多。多頭切花菊因其花型美麗、顏色豐富、保鮮期長(zhǎng)等已成為歐美和日本等花卉市場(chǎng)的主要花卉種類之一。近年來,隨著開拓國(guó)際市場(chǎng)的需要及國(guó)內(nèi)消費(fèi)的增加,中國(guó)多頭切花菊生產(chǎn)日益擴(kuò)大,但中國(guó)出口菊花生產(chǎn)企業(yè)原多生產(chǎn)單頭菊,多頭切花菊的栽培技術(shù)落后,產(chǎn)品品質(zhì)無法與國(guó)外企業(yè)競(jìng)爭(zhēng),亟須一套適合本土氣候和設(shè)施的多頭切花菊生產(chǎn)技術(shù)管理體系,而品質(zhì)模擬是實(shí)現(xiàn)溫室切花菊品質(zhì)管理調(diào)控的基礎(chǔ)。出口切花菊對(duì)其株高、展葉數(shù)、莖粗和花徑有嚴(yán)格的要求,而單株葉面積直接影響植株生長(zhǎng)勢(shì)。與此有關(guān)的預(yù)測(cè)模型國(guó)外已有部分研究,如夜溫和晝溫與節(jié)間長(zhǎng)度和高度、日均有效輻射和日均溫度與葉面積、日均溫度與花徑等的預(yù)測(cè)模型。Lee等建立了光合作用驅(qū)動(dòng)生長(zhǎng)模型,發(fā)現(xiàn)菊花定植后的葉面積與種植密度、日均溫度和光合有效輻射線性相關(guān);Larsen等用直線方程和邏輯斯蒂方程描述多頭菊展葉數(shù)與定植后天數(shù)的關(guān)系,經(jīng)檢驗(yàn)用邏輯斯蒂方程描述精確度較高;在一定溫度和輻射強(qiáng)度內(nèi),菊花的展葉數(shù)與日平均溫度和日輻射強(qiáng)度線性相關(guān)。在花的品質(zhì)方面,有研究表明花徑和鮮質(zhì)量與夜溫、晝溫和光照強(qiáng)度有關(guān),光照強(qiáng)度在1.8~21.6mol·d-1·m-2范圍內(nèi)、溫度為20℃條件下,花徑隨光強(qiáng)線性增加。國(guó)內(nèi)僅見單頭菊品質(zhì)預(yù)測(cè)模型建立的報(bào)道,多頭切花菊品質(zhì)預(yù)測(cè)模型尚未見報(bào)道,多頭菊與單頭菊品質(zhì)要求和生產(chǎn)方式不一,單頭菊品質(zhì)模型尚難于指導(dǎo)多頭切花菊的生產(chǎn)。國(guó)外多頭切花菊品質(zhì)模型多模擬單一品質(zhì)指標(biāo),且適用于當(dāng)?shù)貧夂蚺c設(shè)施條件下多頭菊生產(chǎn),中國(guó)的氣候和設(shè)施條件與國(guó)外差異很大,超出了國(guó)外模型的應(yīng)用范圍。本研究采用不同扦插期和不同發(fā)育特點(diǎn)的多頭切花菊品種,建立日光溫室多頭切花菊外觀品質(zhì)模型,預(yù)測(cè)其株高、展葉數(shù)、單株葉面積、莖粗和花徑等品質(zhì)指標(biāo),為中國(guó)日光溫室多頭切花菊生產(chǎn)決策和溫光優(yōu)化調(diào)控提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1苗苗和苗木生長(zhǎng)試驗(yàn)材料為多頭型切花菊品種‘蒙白’‘Mengbai’,‘清露’‘Qinglu’,‘翠蓮’‘Cuilian’,‘漢粉’‘Hanfen’,‘綠蜂窩’‘LüFengwo’,均取自南京農(nóng)業(yè)大學(xué)菊花品種資源保存中心。樣苗均為高5~6cm、具葉3~4片、根系長(zhǎng)2cm的扦插苗。200株·品種-1,3次重復(fù)。定植后夜間21:30-2:30用高壓鈉燈(650W)補(bǔ)光5h,燈間距為1.5m,高2.5m。株高達(dá)50cm至采收期間進(jìn)行短日照處理,17:30至翌日7:30用黑色塑料膜遮光。種植密度為54株·m-2,土培。對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行統(tǒng)一管理。1.2短光照處理試驗(yàn)試驗(yàn)于2008年3-10月在江蘇省宿遷市日昌升園藝有限責(zé)任公司的加溫型日光溫室(長(zhǎng)60m×寬8m)內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)分為3部分。試驗(yàn)1:‘蒙白’‘清露’‘翠蓮’‘漢粉’‘綠蜂窩’分別于4月10日、4月9日、4月9日、4月13日、4月9日定植,株高達(dá)50cm時(shí),即分別于5月8日、5月9日、5月15日、5月22日、5月15日開始短日照處理;試驗(yàn)2:‘蒙白’‘清露’‘翠蓮’‘漢粉’‘綠蜂窩’分別于5月7日、5月7日、5月10日、5月10日、5月7日定植,株高達(dá)50cm時(shí),即分別于6月2日、6月4日、6月9日、6月15日、6月8日開始短日照處理;試驗(yàn)3:‘蒙白’‘清露’‘翠蓮’‘漢粉’‘綠蜂窩’分別于6月7日、6月7日、6月9日、6月9日、6月7日定植,株高達(dá)50cm時(shí),即分別于7月12日、7月11日、7月21日、7月22日、7月25日開始短日照處理。試驗(yàn)1數(shù)據(jù)用于建立模型,試驗(yàn)2和試驗(yàn)3數(shù)據(jù)用于模型驗(yàn)證。1.3測(cè)量和方法1.3.1太陽輻射測(cè)算mppt溫室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集器(Datalogger,CampbellScientificCR10X)自動(dòng)采集,包括溫室內(nèi)1.5m高處空氣溫度和菊花冠層上方的太陽輻射,數(shù)據(jù)每10s采集1次,存儲(chǔ)每30min平均值。1.3.2第1株種選擇10株·品種-1·處理-1生長(zhǎng)相對(duì)一致的植株掛牌,隔3~5d測(cè)定1次株高(植株基部至生長(zhǎng)點(diǎn))、莖粗(植株下部第6、7片葉中部)、功能葉葉片數(shù)和葉長(zhǎng)(含葉柄長(zhǎng)度)及現(xiàn)蕾至采收期植株頂端花蕾直徑或花直徑?，F(xiàn)蕾期為50%植株頂端花蕾直徑達(dá)4mm,采收期為50%植株頂端兩花蕾最外層花瓣完全展平,花色鮮艷。對(duì)試驗(yàn)1和試驗(yàn)3隔10d取樣3株·品種-1,用描葉法測(cè)定所有功能葉的葉面積。2模型建設(shè)2.1生長(zhǎng)限制因子在栽培方式一定的情況下,影響菊花品質(zhì)的主要因素是溫度和光合有效輻射,因而采用綜合光溫指標(biāo)——生理輻熱積(physiologicalproductofthermaleffectivenessandPAR,PPTEP)來預(yù)測(cè)菊花品質(zhì)。生理輻熱積可按式(1)~(5)計(jì)算:式中:PPTEP為菊花不同發(fā)育階段的生理輻熱積(MJ·m-2);PTEP(i)為從第m天到第n天的累積輻熱積(MJ·m-2);PDTEP(i)為第i天的日輻熱積(MJ·m-2);PAR(i)為第i天的總光合有效輻射(MJ·m-2·d-1);RPE為每日光周期效應(yīng)。本試驗(yàn)短日照處理階段日照長(zhǎng)度為10h,低于菊花臨界日長(zhǎng)13.5h,故RPE=1;BD1和BD2分別為短日照處理前后品種的基本發(fā)育因子;PTEPs和PTEPh分別為基本發(fā)育因子為1的品種(本試驗(yàn)為‘蒙白’)從定植到短日照處理與短日照處理到采收所需的累積輻熱積;PTEPsk和PTEPhk分別為k品種從定植到短日照處理與短日照處理到采收所需的累積輻熱積;SD為模型待定參數(shù);RTE(i,j)為第i天第j(j=1~24)小時(shí)的相對(duì)熱效應(yīng)。據(jù)菊花發(fā)育所需的三基點(diǎn)溫度(表1)和實(shí)際氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算,見式(6):式(6)中:T為平均溫度;Tb為菊花生長(zhǎng)下限溫度;Tob為菊花生長(zhǎng)最適下限溫度;Tou為生長(zhǎng)最適上限溫度;Tm為生長(zhǎng)上限溫度。據(jù)公式(1)~(2)及(4)~(6),用試驗(yàn)1的數(shù)據(jù)計(jì)算,各品種定植到短日照處理和短日照處理到采收的輻熱積及基本發(fā)育因子見表2,SD為88.9MJ·m-2。2.2單片葉面積與葉長(zhǎng)的關(guān)系用試驗(yàn)1和3取樣的葉面積和葉長(zhǎng)數(shù)據(jù),得到不同品種單片葉面積與葉長(zhǎng)的關(guān)系模型(式7)和參數(shù)(表3)。式(7)中,ALk表示品種k的單葉葉面積(cm2),LL表示葉長(zhǎng)(cm),Ak為品種k的葉面積系數(shù)。2.3花徑及密度與生理輻熱積的關(guān)系用試驗(yàn)1的數(shù)據(jù)及公式(1)~(6)計(jì)算得到各處理的生理輻熱積,建立株高、展葉數(shù)、葉面積、莖粗和花徑的實(shí)測(cè)值與生理輻熱積之間的關(guān)系(圖1),各品質(zhì)指標(biāo)與生理輻熱積的關(guān)系模型為:式中:H為株高(cm);N為植株定植后的單株展葉數(shù);A為單株葉面積(cm2);Ds為莖粗(mm);Df為花徑(mm);PPTEP為定植后生理輻熱積(MJ·m-2);R2為決定系數(shù);ES為標(biāo)準(zhǔn)誤差。2.4基于erp的回歸估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤的計(jì)算用相對(duì)預(yù)測(cè)誤差(relativepredictionerror,ERP)對(duì)模擬值和觀測(cè)值之間的符合度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,可用公式(13)計(jì)算,其中回歸估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤的計(jì)算參考Cao等的方法。2.5研究結(jié)果用試驗(yàn)2和試驗(yàn)3的數(shù)據(jù)按公式(1)~(6)分別計(jì)算得到不同處理的生理輻熱積,再分別按公式(8)~(12)計(jì)算得到各處理的株高、展葉數(shù)、葉面積、莖粗和花徑的模型預(yù)測(cè)值,模擬值與實(shí)測(cè)值基于1∶1線的決定系數(shù)(R2)分別為0.99,0.99,0.94,0.87,0.92;相對(duì)預(yù)測(cè)誤差(ERP)分別為7.2%,6.9%,10.2%,5.6%,18.2%(圖2),表明本模型對(duì)日光溫室多頭切花菊各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的預(yù)測(cè)精度較高。3日光溫室頭切菊主要品質(zhì)預(yù)測(cè)模型的建立楊再強(qiáng)等對(duì)單頭菊品質(zhì)模型研究認(rèn)為,單頭菊展葉數(shù)、葉面積、株高、莖粗、節(jié)間長(zhǎng)和花徑預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間基于1∶1線的決定系數(shù)(R2)分別為0.99,0.98,0.98,0.92,0.87和0.88,預(yù)測(cè)相對(duì)誤差(ERP)分別為5.5%,6.5%,5.9%,4.1%,11.2%和12.4%。從本實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果看,多頭菊與單頭菊單株葉面積、莖粗和花徑模擬公式完全不同。多頭菊與單頭菊單株展葉數(shù)和株高與生理輻熱積同成S曲線關(guān)系,但模型參數(shù)不同,顯然單頭菊品質(zhì)預(yù)測(cè)模型不能應(yīng)用到多頭菊上。從模擬精度看,多頭菊莖粗模型模擬精度稍高于單頭菊,其余品質(zhì)模型模擬精度稍低于單頭菊。多頭菊與單頭菊生產(chǎn)方式和品質(zhì)要求不同,多頭菊栽培過程中不需要摘心和抹芽處理,管理粗放,導(dǎo)致多頭菊個(gè)體生長(zhǎng)差異較單頭菊大,這可能是其品質(zhì)模擬精度略低于單頭菊的原因。關(guān)于多頭菊品質(zhì)的模擬,Larsen等用邏輯斯蒂方程描述了多頭菊展葉數(shù)與定植后的關(guān)系,模型適用溫度為9~27℃,光照強(qiáng)度為0.8~7.8mol·d-1·m-2;Margit等提出了多頭菊花徑預(yù)測(cè)模型,用一元回歸方程和Monomolecular生長(zhǎng)函數(shù)分別描述了從現(xiàn)蕾到破蕾,破蕾到完全開花2個(gè)階段花徑與日均溫度的關(guān)系,模型適用于單一品種。生理輻熱積能較好地綜合溫光對(duì)品質(zhì)的互作效應(yīng),并通過品種基本發(fā)育因子調(diào)整不同品種的發(fā)育速率,因此,基于生理輻熱積的預(yù)測(cè)模型克服了已有模型的局限,適用范圍較廣,對(duì)株高、展葉數(shù)、莖粗、單株葉面積和花徑的預(yù)測(cè)精度較高。除以上品質(zhì)指標(biāo),單株著花數(shù)也是多頭菊重要的品質(zhì)指標(biāo),但受品種分枝性、開放整齊度等的影響很大,難以單純用生理輻熱積統(tǒng)一模擬,且目前生產(chǎn)上花數(shù)量沒有成為品質(zhì)影響的主要問題,故該項(xiàng)指標(biāo)沒有列入。本模型對(duì)單株葉面積和花徑的預(yù)測(cè)精度低于株高、展葉數(shù)和莖粗。菊花單株葉面積為單株所有葉片面積的總和。多頭菊葉片數(shù)目多而累計(jì)測(cè)量誤差大,可能是其預(yù)測(cè)誤差較大的主要原因?；◤匠苋站鶞囟群洼椛溆绊?還受絕對(duì)晝溫和夜溫的影響,本模型未將此考慮在內(nèi),另外,現(xiàn)蕾初期花徑較小,測(cè)量誤差較大也導(dǎo)致花徑預(yù)測(cè)誤差較大