用辐热积法模拟温室黄瓜果实生长

为了提高预测温室黄瓜产量的能力,该研究根据温室黄瓜（品种为：戴多星Cucumis sativus cv Deltestar）果实对温度和辐射的响应,建立了以辐热积（Product of thermal effectiveness and PAR,TEP）为尺度的温室黄瓜果实模型,并用独立的试验数据进行了检验。模型对温室黄瓜各节位果实果长、果径和鲜质量的模拟值与实测值的符合度较好,模型对温室黄瓜果长和果径的模拟值与实测值之间的决定系数（R2）分别为0.7325和0.5885;回归标准误差（RMSE）分别为1.64 cm和0.35 cm,而以有效积温（Growing degree days,GDD）为尺度构建的果实生长模型对果长和果径的预测结果与实测值之间的决定系数（R2）分别为0.5768和0.4893;回归标准误差（RMSE）分别为1.83 cm和0.40 cm;本模型对果实鲜质量的模拟结果与实测值之间的回归标准误差（RMSE）和决定系数（R2）分别为25.04 g 和0.6782。而基于有效积温的果实生长模型对果实鲜质量的模拟结果与实测值之间的回归标准误差（RMSE）和决定系数（R2）分别为28.52 g和0.6068。模拟精度提高了12.21%。本研究建立的辐热积模型能较准确地预测温室黄瓜各节位的果实生长,模型的实用性较强,可以为温室黄瓜生产提供理论依据和决策支持。     

温室甜椒生长与产量预测模型

基于光温的作物生长模拟模型是进行温室作物和环境优化调控的有力工具。通过不同品种、不同生态地点的温室播期试验,定量分析辐射和温度对甜椒干物质分配和果实采收指数的影响,以及果实干物质量增长和鲜质量增长的关系,建立以辐热积为预测指标的甜椒干物质分配模型,并将其与光合作用驱动的干物质生产模型以及果实干物质量增长和鲜质量增长的定量关系相结合,建立温室甜椒生长动态与产量预测模型。利用与建模相独立的试验资料对模型进行检验,结果表明,模型对Venlo型连栋温室和日光温室中种植的不同品种甜椒的干物质生产与分配和产量的预测结果较好,建立的模型参数少且易获取,实用性较强,可以为中国温室甜椒生产中光温的管理提供决策支持。     

番茄的结构-功能模型Ⅱ：基于器官水平的功能模型与验证研究

建立了番茄动态生长的功能模型,从个体和器官的角度,研究生物量在植物体内的生产和分配规律、器官的动态生长规则。模型根据蒸腾作用计算物质的生产;根据节间、叶柄、叶片和果实等器官的汇强和扩展规律对物质进行分配;根据与物质量的动态关系计算各器官的几何尺寸;利用试验数据对模型参数进行估计。通过对参数进行比较和分析得出它们对各器官生长的影响程度和器官本身的扩展规律。并对模型输出与测量数据的拟合程度进行了残差分析,验证了模型的合理性和有效性。     

基于快速无损检测的温室黄瓜果实干质量的测定

为了获得高精度、连续性及同一样本的试验数据以建立温室黄瓜果实生长发育的动态模型,该文以研究快速无损检测（rapid non-destructive testing,RNDT）温室黄瓜果实干质量为目的,通过研究4种不同营养液浓度下的黄瓜果实的试验数据,构建了不同营养液浓度下黄瓜果实干质量与鲜质量、体积的模型。结果表明,不同营养液浓度下果实干质量的预测值与实测值的决定系数（R2）和回归估计标准误差（root mean square error,RMSE）分别为：0.987和0.281（营养液稀释倍数1:200）,0.993和0.607（营养液稀释倍数1:100）,0.925和0.616（营养液稀释倍数1:50）,0.96和0.502（营养液稀释倍数1:30）,模型的预测值与实测值之间的吻合度较好。因此,该模型可以无损、简单、快速和精确预测任意黄瓜果实的干质量,为温室黄瓜干质量分配模型的构建提供参考。     

温室长季节栽培番茄发育动态模拟模型的研究

根据番茄生物学特性、发育阶段有效积温恒定的原理和多年的栽培经验,对温室长季节栽培番茄的发育阶段进行划分,其生长发育阶段包括播种期、幼苗期、开花座果期、果实膨大期、果实采收初期、果实采收盛期和果实采收末期.将不同播期各生育阶段的生长度日的平均值确定为建模过程中的参数Ai自幼苗期至果实采收末期分别为710.5、110.5、152.3、302.9、245.6、2156.7、200.5度日.确定了发育阶段有效积温参数后,建立了温室番茄长季节栽培的发育动态模拟模型,系统的预测番茄发育阶段.模型检验结果表明,温室番茄发育动态模拟模型具有较高的精确性、机理性和实用性.     

温室长季节栽培番茄发育动态模拟模型的研究

根据番茄生物学特性、发育阶段有效积温恒定的原理和多年的栽培经验，对温室长季节栽培番茄的发育阶段进行划分，其生长发育阶段包括播种期、幼苗期、开花座果期、果实膨大期、果实采收初期、果实采收盛期和果实采收末期。将不同播期各生育阶段的生长度日的平均值确定为建模过程中的参数Ai：自幼苗期至果实采收末期分别为710.5、110.5、152.3、302.9、245.6、2156.7、200.5度日。确定了发育阶段有效积温参数后，建立了温室番茄长季节栽培的发育动态模拟模型，系统的预测番茄发育阶段。模型检验结果表明，温室番茄发育动态模拟模型具有较高的精确性、机理性和实用性。     

不同果实负载下温室黄瓜干物质分配的模拟

黄瓜是中国温室栽培的最主要作物之一,果实负载决定着果实发育和产量,构建不同果实负载下温室黄瓜干物质分配模型对温室黄瓜栽培管理具有重要的理论意义和实践价值。根据温室黄瓜生长对光温需求,以辐热积（TEP）为尺度建立温室黄瓜干物质分配模型,并用与建模试验不同的试验数据进行模型检验。模型对温室黄瓜茎、叶和果实干质量的预测结果与实测值1∶1线回归估计标准误（RMSE）和决定系数（R2）分别为223.08、119.23、316.34 kg/hm2和0.76、0.73、0.75,模型的预测结果与实测值之间的吻合度较好。     

基于模型的温室加温控制目标优化系统研究

温室加温控制目标的设定合理与否，直接影响温室作物生长及温室环境调控的能耗。本研究以温室作物生长模拟模型和温室加温能耗预测模型为基础，建立了基于模型的温室加温控制目标计算机优化系统。系统包括一个数据库(温室、作物以及气象资料)和三个模型(作物生长模拟模型、温室加温能耗预测模型以及加温控制目标优化模型)。系统的输入主要为温室类型、温室结构、覆盖材料、作物信息以及室外气象资料，系统输出主要为作物干物质生产量、温室加温能耗量以及干物质生产能耗量利用效率最高和生物量最高的温室白天和夜间的加温控制目标(温度设置点)。以2003年1月20日～2月20日上海孙桥现代农业开发区Venlo型自控玻璃温室水果型黄瓜生产为实例进行分析，结果表明，在上海地区冬季进行温室水果型黄瓜生产时，在开花至果实采收初期将白天和夜间加温控制目标分别设为23℃和17℃时可以获得最高的干物质生产量；将白天和夜间的温室加温的温度分别设为20℃和15℃能够使黄瓜干物质生产的能耗量利用效率达最大，并能够使黄瓜干物质产量也处于较高的水平。本研究建立的基于模型的温室加温控制目标优化系统为中国温室气候控制中温度的优化调控提供了理论依据和决策支持。     

番茄的结构-功能模型 Ⅰ：基于有限态自动机的3D形态构建

根据番茄的形态结构特点及其演变规则,应用有限态自动机的数学理论,研究建立了番茄动态发展的随机结构模型。该模型建立在对番茄结构的宏观抽象和生理年龄(PHYAGE)与生长年龄(GA)这两个最重要的基本概念之上,利用“事件驱动”的状态转移机制模拟了番茄生长过程、分枝过程和死亡过程,其中利用了二项随机分布模拟番茄的动态生长,离散的Markov链用于模拟番茄的分枝模式。番茄的有限态自动机模型完成了对主茎上节间长度、果实个数以及叶子结构的随机模拟。并利用试验统计分析获得的参数结果,模拟出番茄在不同生长阶段的3D结构。该动态的番茄结构模型,为与生理生态模型进行接口建立互影响、互反馈的结构-功能模型打下了基础。     

土壤水分状况对温室青茄水分利用和外观品质的影响

为确定温室青茄优质高效的灌溉指标, 采用小区试验方法, 研究了不同生育阶段土壤水分状况对滴灌条件下温室青茄耗水量、产量、水分利用效率及果实外观品质的影响。研究结果表明, 任何时段水分亏缺均会降低青茄的耗水量; 温室青茄果实大小、坐果数以及最终产量均随水分亏缺程度的增大而减小, 产量、水分利用均与耗水量呈现良好的二次抛物线关系, 最优耗水量在307.12~339.59 mm 之间。当青茄土壤水分(占田间持水量的百分比)下限控制在苗期60%~70%、开花坐果期和成熟采摘期均为70%时, 产量及坐果率较高, 水分利用效率较佳, 可作为滴灌条件下温室青茄适宜的土壤水分控制指标。     

不同配比的控释肥对日光温室袋培番茄基质养分及其生长、产量和品质的影响

控释肥料由于可控的释放养分,一次性使用便可以满足作物4个多月生育期间对养分的需求,实现了肥料的高效利用,在大田中得到重视和应用。在课题组前期袋培番茄营养基质研究的基础上,根据日光温室番茄养分吸收规律,在基质中添加不同用量的控释尿素和控释氯化钾,氮钾比例为1∶1.5,呈4倍关系递增,设置4个全生育期营养基质配方处理(A、B、C、D),以不施肥(CK)和常规施肥(CKT)为对照,研究了不同处理的袋培基质养分变化及其对番茄植株生长、产量和品质的影响。结果表明:随着控释肥用量的增大,番茄植株的长势与产量呈现先增加后降低的趋势,其中,处理C的应用效果最佳,基质EC值稳定,试验末期速效氮磷钾含量略低于初始值;与CK比较,处理C株高提高21.75%、茎粗提高59.46%、生物量提高75.12%、产量提高226.36%,可溶性糖、可溶性固形物含量较高,果实品质提高;与CKT相比,处理C的肥料用量少,基质养分残留少,养分损失少,产量提高24.48%,肥料利用率高。结果说明,在生产中,控释肥不仅可以提高日光温室基质袋培番茄养分利用效率,而且增加产量,实现轻简化管理。     

适宜的毛管埋深提高温室番茄品质及产量

为探索地下滴灌条件下,毛管埋深对作物"地上部分-地下部分-产量和品质"相互作用的影响,合理配置滴灌措施,提高水分管理能力,该文研究了4种不同毛管埋深0、10、20和30 cm(CK、S10、S20和S30)对番茄植株生长、根系生长、光合产物分配、果实产量、品质和水分利用效率的影响,结果表明:与地面滴灌(CK)相比,毛管埋深为10 cm的番茄根系分叉数显著增加85.16%,但根长、根面积、番茄产量未显著提高,且番茄红素显著降低18.85%(P0.05);毛管埋深为20 cm,盛果期I番茄叶面积指数显著增加23.37%,根长、根面积、根系分叉数分别显著提高43.22%、20.82%、176.61%,番茄产量提高22.35%,番茄果实品质显著改善,如可溶性固形物、可溶性蛋白、维生素C、番茄红素含量和糖酸比分别提高10.86%、32.34%、35.66%、33.97%和53.01%,水分利用效率显著提高35.91%(P0.05);毛管埋深为30 cm,番茄根长、根系分叉数显著提高46.10%、122.37%,番茄产量显著提高19.53%,水分利用效率显著36.93%,但番茄红素显著降低34.02%。综合考虑番茄品质和产量,地下滴灌毛管埋深20 cm是较为适宜的布设方式。     

蚓粪替代部分化肥对温室黄瓜钾素吸收与产量的影响

【目的】设施蔬菜生产中施用蚓粪能够促进蔬菜生长发育和提高产量与品质,但施用蚓粪替代化肥的最佳比例尚需明确。【方法】以黄瓜为供试材料,以100%化肥（100%CF）处理和不施肥处理（CK）为对照,研究不同比例蚓粪（VM）部分化肥对温室黄瓜植株钾素吸收、果实产量和品质的影响。【结果】与100%化肥处理相比,减施25%化肥处理黄瓜植株钾素含量、生物量和产量并未显著降低;蚓粪替代25%化肥处理植株钾素吸收量、果实产量和品质均得到显著提升,其中产量提高14.51%,植株钾吸收量提高42.27%;蚓粪替代50%化肥处理黄瓜果实硝酸盐含量显著降低,植株钾素吸收量、生物量和产量无显著差异;100%蚓粪处理植株钾素吸收量、生物量、产量、品质均显著降低,其中产量降低了24.25%,果实可溶性固形物含量降低15.59%。【结论】在等养分条件下,蚓粪替代25%化肥,能促进植株钾素吸收,提高产量和改善品质。     

轻度遮光对温室油桃结果枝光合碳同化物积累和分配的影响

以4年生日光温室栽培“瑞光5号”油桃(Prunus persica L. var. nectarina Ait)为试材，在果实第二次迅速膨大期，采用加盖塑料旧膜的方法模拟温室薄膜灰尘积累，研究了遮光10%～12%左右对温室油桃结果枝光合碳同化物积累和分配的影响。结果表明：轻度遮光后，油桃结果枝顶端新梢叶片净光合速率明显下降，淀粉含量减少,可溶性总糖变化不明显；采用 ¹⁴C标记结果枝顶端新梢发现，轻度遮光后，饲喂新梢的光合产物主要集中供应其附近的果实，向远处的果实输送减少,而且果实的外中果皮同化物分配比例下降; 轻度遮光后，采收期果实鲜重和横径变小，着色变差。因此，要提高果实品质，应尽可能地改善温室油桃在果实第二次迅速膨大期的光照环境。     

利用线性和非线性耦合方式建立温室温湿度预测模型

基于蔬菜种植试验温室内温度、相对湿度和光照强度的实测数据，根据ARIMA模型和RBF神经网络对线性和非线性问题的预测能力差异，构建ARIMA-RBF神经网络权重组合的温湿度预测模型，对温室内温度和湿度的动态变化进行预测，并比较各模型预测精度。结果表明：温室内温湿度分别具有更明显的线性和非线性变化特征，对应预测性能较好的单一模型分别为ARIMA模型和RBF模型。相较单一模型，ARIMA-RBF神经网络权重组合模型的预测精度更高、稳定性更好。最佳温度组合模型的MAE、MAPE和RMSE分别为1.04℃、2.95%和1.21℃；最佳湿度组合模型的MAE、MAPE和RMSE分别为0.35个百分点、0.36%和0.55个百分点。权重组合模型通过适当的加权策略充分发挥了单一模型对数据不同特征的处理能力，能较好地评估温室内温湿度状态，可为建立更具普适性的温室环境因子模型提供参考。     

基于SWAP-IES的旱区春小麦长势和产量模拟

基于观测数据和作物模型相同化的田块尺度作物生长监测,对于农田精准管理具有重要意义。为构建能准确模拟旱区春小麦长势和产量的同化模拟模型,该研究利用SWAP(soil-water-atmosphere-plant)模型和迭代集合平滑器算法(iterative ensemble smoother,IES),构建了适合旱区春小麦的SWAP-IES同化模拟系统,并利用2019—2020年田间观测试验数据,评估了同化叶面积指数(leaf area index,LAI)、土壤水分(soil water content,SW)及其组合在旱区春小麦生长模拟和估产中的作用。结果表明,相较于无同化情景,在吸收6次土壤水分观测数据后,模型对土壤水分模拟的R²从0.48提升到0.87。同化LAI时,各水分胁迫处理下LAI的模拟精度均最高,R²从无同化的0.35～0.62提升到0.76～0.96。同化LAI+SW时,各处理对生物量模拟的精度均最高,R²从无同化的0.40～0.67提升到0.73～0.96。轻度水分胁迫处理(T4～T5)下,仅同化LA...     

中国作物生长模拟监测系统构建及应用

该文系统阐述了中国作物生长模拟监测系统（Crop Growth Simulating and Monitoring System in China, CGMS-China）的构建方法及其在国家级农业气象业务中的应用。CGMS-China是基于WOFOST、Oryza2000、WheatSM、ChinaAgroys 4个作物模型构建的系统,在作物长势监测评估、农业气象灾害影响评估、作物产量预报等农业气象业务中均有应用。该系统可进行作物长势监测、产量预报、农业气象灾害影响评估。利用CGMS-China模拟输出的地上生物量、叶面积指数、穗质量,建立作物长势评估指标,可对小麦、玉米、水稻进行实时长势监测与评估。通过CGMS-China对2014年8月中旬华北黄淮夏玉米的干旱产量损失评估和2016年6月22日早稻高温热害的产量损失预估表明,CGMS-China对农业气象灾害影响评估的效果较好。利用CGMS-China对2014年冬小麦主产省进行产量预报,各省的平均预报相对误差为7%。与此同时,在CGMS-China中利用遥感数据同化方法,对山西洪洞县进行产量预报,预报相对误差小于11%。该系统在国家级农业气象业务中具有良好的应用前景。     

补光时间及光质对温室甜椒生长及产量品质的影响

为确定LED补光调节温室甜椒(Capsium annuum L.)产量品质的最优光质及补光时长,以甜椒品种"奥黛丽"为试材,设置红光(R)和蓝光(B)组合(灯珠个数比)2∶1(2R1B)、4∶1(4R1B)、8∶1(8R1B)3种光质,2 (18:00-20:00)、4(18:00-22:00)和8 h(18:00-02:00)3个补光时间;以不补光为对照,研究补光时间及光质对甜椒生长、产量及品质的影响。结果表明:光质与补光时间对甜椒植株的影响有较大差异,且两者交互作用显著。2R1B光质补光2 h,冠层宽、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、维生素C含量最大,显著高于对照;补光4 h茎粗最大,显著高于对照;补光8 h,硝酸盐含量最低,比对照降低19.4%。4R1B光质补光2 h,株高、根鲜质量、地上部、根及全株干质量最高,显著高于对照;补光8 h,叶面积、单株果实数及单株产量最高,显著高于对照。8R1B光质补光2 h,叶绿素相对含量SPAD(soil and plant analyzer development)值及糖酸比最高,显著高于对照;补光8 h,地上部及全株鲜质量最高,显著高于对照。利用隶属函数法对所有补光处理的产量品质指标及用电量等进行综合评价,由综合得分排序得出,最有利于甜椒栽培的前3种补光组合依次为光质8R1B补光2 h、光质4R1B补光8 h和光质8R1B补光8 h。因此,光质8R1B补光2 h可以作为最适宜当地甜椒栽培的补光组合,该研究结果为日光温室甜椒种植的光调控技术提供理论参考。     

设施番茄外观形态及物质累积分配模型构建与验证

为构建适用于日光温室与塑料大棚的设施番茄生长模型,该研究利用保温塑料大棚春茬试验数据,建立以辐热积为尺度的番茄外观形态及物质累积分配模型,并利用保温塑料大棚秋茬和日光温室越冬茬的试验数据验证模型的准确性。结果表明：1）番茄株高模拟值的决定系数R2和均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）分别为0.907 4和13.66 cm;2）番茄整株及各器官的干物质质量模拟值的决定系数R2范围为0.854 1～0.975 1,RMSE为2.87～6.98 g/株;3）番茄整株、地上部以及果实鲜质量累积的模拟值的决定系数R2范围为0.887 2～0.905 0,RMSE为109.83～171.16 g/株。综上可知,该研究建立的模型可较准确地预测番茄株高与干鲜质量物质累积值,模型的实用性较强,可为设施番茄生产提供理论依据和决策支持。