溫室甜瓜生長發(fā)育動態(tài)模擬模型研究

溫室甜瓜生長發(fā)育動態(tài)模擬模型研究

由于溫室內(nèi)的瓜生生長期較短，僅100天，因此溫室內(nèi)的小氣候?qū)系纳L發(fā)育和生長發(fā)育有很大的影響。目前發(fā)育動態(tài)模擬模型在棉花等大田作物上報道較多,Onsinejad等用生長度日法建立了各種栽培條件下的西瓜發(fā)育動態(tài)模擬模型,而溫室甜瓜發(fā)育模型方面的研究還未見報道。本研究根據(jù)作物生長發(fā)育階段生長度日恒定的原理,結(jié)合溫室栽培試驗,對溫室甜瓜生長發(fā)育階段進(jìn)行劃分,旨在建立能夠預(yù)測溫室甜瓜發(fā)育階段的動態(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)穴盤育苗試驗于2003年春、秋兩季進(jìn)行。春季試驗于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)均由計算機控制系統(tǒng)自動調(diào)控。各品種的播種期見表1?；|(zhì)穴盤育苗,當(dāng)幼苗第4片真葉完全展開時定植于裝有蘆葦末基質(zhì)的塑料桶(直徑35cm,高40cm)中,每個品種每個播期10個塑料桶,每桶定植2株;營養(yǎng)液采用滴灌形式,配方采用山崎甜瓜專用配方,營養(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,開花坐果期為1.8～2.0mS·cm-1,果實膨大至成熟期為2.2～2.5mS·cm-1;植株單蔓式整枝,主蔓13～16節(jié)時側(cè)蔓留瓜,24～26片葉時摘心;其他管理按照常規(guī)生產(chǎn)要求進(jìn)行。1.3植株形態(tài)和生育狀況測量觀察記載各生育階段出現(xiàn)的時間,每隔7d左右隨機觀測各處理植株的形態(tài)和生育狀況,測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算機自控系統(tǒng)監(jiān)測記載。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,將溫室甜瓜的整個生長發(fā)育過程劃分為5個生育階段,并確定各個生育期的形態(tài)指標(biāo)(表2)。為了便于計算機的識別和運算,本研究采用發(fā)育進(jìn)程(developmentprogress,DVP),將溫室甜瓜的生育時期指標(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、生長度日法、熱效應(yīng)法等。本研究采用較為常用的生長度日(growingdegreedays,GDD,℃·d)法,即用實際環(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表示。GDD=∑(Td?Tb)(Td>Tb)(1)GDD=∑(Τd-Τb)(Τd>Τb)(1)式中:Tb為發(fā)育基點溫度(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、開花坐果期、果實生長盛期和果實成熟期。發(fā)育速率(developmentrate,DVR)表示為:DVR=(Ti?Tb)/Ai(Ti指一個生育階段的日平均溫度)(3)DVR=(Τi-Τb)/Ai(Τi指一個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、長度日變化根據(jù)文獻(xiàn)資料和試驗中觀測到的2003年2月至7月的試驗資料確定模型中各生育階段的生長度日值。由圖1可知,各處理生育階段生長度日值比較密集,離散度小,趨勢一致。因此,將各生育階段生長度日實測值的平均數(shù)確定為最終各生長階段模擬值,A1、A2、A3、A4、A5分別為574.3、391.8、113.8、441.8和453.9℃·d。1.6模擬值對比與觀測值的計算采用RMSE(rootmeansquareerror)模型檢驗統(tǒng)計方法對模擬值與觀測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為觀測值;SIMi為模擬值;n為樣本容量。2各生育期各預(yù)測值的絕對誤差用RMSE對8月15日播種的翠密、翠玉、西域一號3個品種的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。結(jié)果如表3所示,模型對翠密觀測記載的各生育階段的絕對誤差除果實生長盛期外均小于4d;模型對翠玉觀測記載的各生育階段的絕對誤差最大值達(dá)到7d;模型對西域一號觀測記載的各生育階段的絕對誤差均小于4d;而整個生育期時間的模擬值與觀察值之間的絕對誤差分別為4d、1d和3d,其RMSE為2.94d。顯示模型對溫室甜瓜整個生育期及各生育階段的預(yù)測具有較高的精確性。再分別以8月15日播種的翠密、翠玉、西域一號3個品種各生育階段的模擬值和實測值作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。3不同品種對西瓜發(fā)育的影響本模型采用簡便易行的生長度日法(GDD)預(yù)測了溫室甜瓜苗期、伸蔓期、開花坐果期、果實生長盛期和果實成熟期的生長度日分別為574.3、391.8、113.8、441.8和453.9℃·d,整個生育期的生長度日為2025.6℃·d。模型檢驗結(jié)果表明,8月15日播種的翠蜜、翠玉和西域一號3個品種的苗期、伸蔓期的預(yù)測誤差絕對值大多比開花坐果期、果實生長盛期、果實成熟期小,可能是因為從育苗期到伸蔓期溫室甜瓜的生長以積溫效應(yīng)為主,而基因型效應(yīng)對這一階段生長的調(diào)控作用不顯著,而開花坐瓜期到伸蔓期的長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)定為固定值來預(yù)測發(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),用作試驗的甜瓜品種翠蜜、翠玉均為網(wǎng)紋甜瓜類型,果實生長盛期預(yù)測誤差的絕對值達(dá)到7d和6d,而西域一號屬于哈密瓜類型,果實生長盛期預(yù)測誤差的絕對值只有1d;翠蜜是臺灣甜瓜品種,翠玉是日本甜瓜品種,其基因型相差較大,在果實成熟期,模型預(yù)測誤差的絕對值,翠蜜為4d,而翠玉為7d。因此,利用生長度日法預(yù)測甜瓜各生長發(fā)育階段,不同基因型的品種,預(yù)測誤差的絕對值相差較大,在建立通用模型對模型進(jìn)行檢驗時,要對模型參數(shù)適當(dāng)修正。本文利用不同品種的試驗資料對所建立的甜瓜生育