基于实时重量的日光温室袋培番茄生长及其需水量模型研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:onlymeley
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日光温室是我国独具特色的高效节能设施类型。由于日光温室结构简单、配套设备不完善,导致冬季寒冷季节日光温室番茄栽培常常处于亚适宜环境条件下。而国外大型连栋温室作物生长模型多以适宜的环境因子作为主要参数建立,难以在亚适宜环境频发的日光温室中应用。为此,本研究从直接反应作物整体变化的表型重量入手,采用作物实时重量和温室实时环境检测系统,建立基于作物实时重量的日光温室番茄植株鲜重生长量、以及植株蒸腾量与需水量模拟模型,以克服温室亚适宜环境的影响,为日光温室番茄的自动化灌溉奠定基础。试验于2018年3月-2019年12月在沈阳农业大学设施蔬菜科研基地日光温室内进行,采用HOBO U30自动气象站收集环境信息,采取番茄基质袋培方式,设置12套番茄植株实时测量系统,实时在线记录番茄植株鲜重生长量,在定值15天后,每隔7天选取称量的3株进行破坏性取样,分别称量番茄植株各个器官的干鲜重,与经典TOMGRO模型进行对比,模拟番茄植株各器官分配。通过针式径流计计算番茄植株的实际蒸腾量,根据袋培番茄植株灌水前后实时重量的变化,模拟番茄植株蒸腾量和需水量。主要研究果如下:1.在课题组前提建立的基于实时称量系统的温室番茄鲜重生长量计算方法基础上,研究建立了基于实时重量和TEP的日光温室番茄实时鲜重生长量模型:(1)苗期:Wg(i)=3.137DTEP(i-1)+0.737DTEP(i-2)+9.668;(2)开花结果期:Wg(i)=3.613DTEP(i-1)+2.196DTEP(i-2)+5.008;(3)采收期:Wg(i)=6.781DTEP(i-1)+3.771DTEP(i-2)+18.4,Wg为模拟番茄植株日生长量。通过散点图在1:1直线的分析模拟值与实际值均靠近直线,决定系数R~2分别为0.817与0.837,平均绝对误差MAE为7.43和4.89、均方根误差RMSE为10.09和6.25,两种误差分析值都比较小。基于实时称量系统的番茄植株实时鲜重重量预测模型:s WE(i+1)=WE(i)+Wg(i),通过与实际破坏性取样的对比,模型预测性较好。2.根据温室番茄不同生长阶段,结合辐热积与实时生长量,建立番茄植株鲜重干重转换模型:Wdry=0.132*(WE)-0.104*(TEP)-0.187(定植天数≤50)、Wdry=0.132*(WE)-0.743*(TEP)+88.023(50<定植天数≤80)、Wdry=0.132*(WE)-0.544*(TEP)+69.739(80<定植天数),Wdry为模拟番茄植株干重,g/株;WE为番茄植株实时生长量,g/株;TEP为辐热积,MJ/m~2;进而,基于实时重量与辐热积建立番茄地上各器官鲜重分配指数模型,其中:在0<TEP<100时,BST=0.361-0.001TEP、BL=0.65+0.001TEP、BF=0;当TEP>100时,BST=0.325-0.001TEP、BL=1.26-0.004TEP、BF=0.005TEP-0.511。式中:Bst、BL、BF为茎、叶片、果实的分配指数,用不同年份茬次进行验证,绝对误差(MAE)在0.012-0.069之间,均方根误差(RMSE)在0.016-0.090之间。因此各器官的实时重量模型为WST=WE*BST,WL=WE*BL,WF=WE*BF,式中WST,WL,WF分别为番茄植株茎叶果的实时重量。3.建立基于实时重量的日光温室袋培番茄植株蒸腾量计算方法:Wd(i)=W(t,i)-W(t+u,i)式中,Wd(i)为番茄第i次灌水前后的重量差值,通过番茄植株第i次灌水后称量系统达到峰值的实时重量与番茄植株第i次灌水后称量系统稳定时的实时重量差,累计当日所有灌水后重量的变化为番茄植株日蒸腾量WT。通过分析环境因子对植株蒸腾量和整体速率的影响,明确辐热积影响最为显著,为此,建立基于实时重量和辐热积的日光温室袋培番茄植株蒸腾量模型:WTN=WT+80.42+2.61DTEP~2(开花期);WTN=WT+196.51-6.12DTEP~2(结果期);WTN=WT+55.34DTEP(采收期),WTN为摸你的番茄植株日蒸腾量。分别在2019年冬春茬与秋冬茬进行验证,模拟值与实际值决定系数R~2均在0.8以上。应用称量系统模拟的蒸腾量结合辐热积可以较为准确的模拟出番茄植株的日蒸腾量。4.建立两种基于实时重量的日光温室袋培番茄植株需水量预测模型。基于实时干物质积累量和实时蒸腾量的日光温室袋培番茄植株需水量预测模型:WW(i)=0.761*WTN(i-1)+2.096*Wdry(i-1)+230.89,WW(i)为第i天番茄植株基于蒸腾量与干物质量的需水量模型模拟需水量,g/d;Wdry(i-1)为第(i-1)天番茄植株干物质的量,g/d。通过对不同茬次种植番茄的验证,需水量变化趋势基本吻合,大部分点都分布在y=x的直线上或靠近直线,仅有少数数值偏离直线,R~2分别为0.88和0.75,根据当日的番茄植株蒸腾量以及干物质量可以预测番茄植的需水量;通过回归方程建立建立基于植株干物质的量和辐热积的不同茬次需水模型,冬春茬:Z1=158.38x+94.18y+337.03;秋冬茬:Z2=126.91y-47.27x+601.41,x为辐热积(TEP);y为番茄植株日干物质增长量;R~2均在0.7以上,秋冬茬表现高于冬春茬次。两种模型相比较,基于番茄植株蒸腾量与干物质量的需水量模型,从番茄植株的自身重量变化研究,根据番茄植株灌水后重量变化以及番茄植株累计积累的干物质量进行模拟,受到环境影响较少,通过两个重要参数的质量拟合成的模型,无论在冬春茬,还是秋冬茬都可以预测出番茄植株第二天的需水量,可以作为有效估算番茄植株需水量的一种方法,并为日光温室番茄植株精准灌溉控制提供理论与技术支撑。
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