CN106600048A - 一种预测温室番茄果实生长的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种预测温室番茄果实生长的方法，包括以下步骤：1、以番茄植株的叶片为源和库，茎和果实为库，转化为源库关系；以源为电源，库为电阻，将番茄植株依据源/库关系转化为电路；2、利用温室内相关条件及步骤1中的电路，确定温室番茄植株的叶片电压、叶片电阻、节间电阻和果实电阻；3、结合步骤1的电路，根据确定的叶片电压、叶片电阻、节间电阻和果实电阻，利用欧姆定律，计算果实两端的电压和电流，得到果实的电功率，果实的电功率值即为温室番茄果实一天内获得的同化产物量值；4、将得到的果实的同化产物量转化为温室番茄果实直径。本发明将温室番茄同化产物在植株间的分配以电的形式体现，更有利于温室环境调控和营养液管理。

Description

一种预测温室番茄果实生长的方法
技术领域
本技术是采用作物模拟模型方法对来预测温室番茄的果实生长，具体为一种预测温室番茄果实生长的方法，属于设施栽培技术领域。
背景技术
温室作物生长模拟模型是温室环境调控和水肥管理的有力工具。温室作物干物质分配子模型是温室作物生长模拟模型的重要组成部分；温室作物的干物质分配直接决定作物产品的产量和品质。但由于对温室作物干物质分配的机理尚不清楚，因此温室作物干物质分配的模拟一直是研究的热点和难点。
目前关于温室作物干物质分配的模拟方法中，占据主要地位的分别是比速生长和源库理论。基于比速生长建立的模型实用性强，所建立的模型普适性差。而基于源库理论建立的模型机理性强，但由于构建模型所需参数多且难以测定，因此限制了模型的应用。
在温室作物生长过程中，叶片吸收光和二氧化碳后，合成有机物并释放出氧气。叶片合成的有机物经茎运输至果实等器官中。同化产物在叶片和果实等器官之间形成梯度差。这与欧姆定律中的电流的运输过程较为一致(虽然同化产物的运输中存在双向运输现象，但总体上同化产物的流向是从叶片到果实等器官)。鉴于此，本发明以叶片为电池，茎为导线，果实为用电器，同化产物流为电流，构建基于欧姆定律的温室番茄生长模型，为提高中国温室生产和环境调控水平提供理论依据。
发明内容
本发明的目的是提供一种预测温室番茄果实生长的方法，提高温室环境控制和水肥管理水平，提高温室作物产量和品质。具体技术方案如下：
一种预测温室番茄果实生长的方法，包括以下步骤：
步骤1、首先，以番茄植株的叶片为源和库，茎和果实为库，转化为源库关系；然后，以源为电源，库为电阻，将番茄植株依据源/库关系转化为电路；
步骤2、利用温室内的相关条件以及步骤1中得到的电路，确定温室番茄植株的叶片电压、叶片电阻、节间电阻和果实电阻；
步骤3、结合步骤1得到的电路，再根据确定的叶片电压、叶片电阻、节间电阻和果实电阻，利用欧姆定律，计算果实两端的电压和电流，得到果实的电功率，果实的电功率值即为温室番茄果实一天内获得的同化产物量值；
步骤4、将得到的温室番茄果实的同化产物量转化为温室番茄果实直径。
所述将番茄植株转化为电路的具体过程为：
当番茄植株是一个m叶枝n果枝的植株时，m是≥1的自然数，n＝0或是≥1的自然数，其转化的电路是：
将m叶枝中的每个叶枝均转变为一个叶片电阻RL串接一个叶片电池E，共m个叶片和m个叶片电池，m个叶片电阻分别记为RL1、RL2、……RLm，m个叶片电池的电压分别记为E1、E2……Em；
将每个果枝转变为一个果实电阻Rf，共有n个果实电阻，n个果实电阻分别记为Rf1、Rf2……Rfn；
m叶枝n果枝的植株的茎由m+n个节间组成，将每个节间转变为一个节间电阻Rs，从根部向上的节间电阻Rs依次记为Rs1、Rs2……Rsm+n，再将这Rs1、Rs2……Rsm+n个节电阻依次串联；
每个叶片电阻RL的一端串接一个叶片电池E，将每个叶片电阻RL的另一端均连接于不同的每两个节间电阻Rs之间，将每个叶片电池E的另一端均接地；
将每个果实电阻Rf的一端接地，另一端均连接于不同的每两个节间电阻Rs之间，使每个果实电阻Rf的另一端与每个叶片电阻RL另一端之间串接一个节间电阻Rs；
因此，共m个叶片电阻的另一端、共n个果实电阻的另一端连接于不同的每两个节间电阻Rs1、Rs2……Rsm+n之间。
步骤2中，所述叶片电压满足下述公式：
其中，E为叶片电压，Pmax为该叶片最大光合作用速率(单位：kg CO2·ha-1·h-1)，ε为光转换因子即吸收光的初始光能利用效率(单位：kg CO2·ha-1·h-1/J·m-2·s–1)，依据试验观测数据，ε取值为0.40(单位：kg CO2·ha-1·h-1/J·m-2·s–1)，Pmax取值为37(单位：kgCO2·ha-1·h-1)；PAR(T)为T时刻叶片吸收的光合有效辐射PAR(单位：J·m-2·s–1)，A为叶片的叶面积(单位：m2)；d为植株密度，单位为株/平方米，T为时刻，单位为小时。
所述叶片的叶面积的确定方法为：
步骤a1、根据叶序确定叶片的最大叶长和叶片的平均生长速率，所述最大叶长满足下述公式：
所述叶片的平均生长速率满足下述公式：
其中，Lmax为叶片的最大叶长，最大叶长为叶片长成成熟叶时的最大长度；V为叶片的平均生长速率；i为叶序，即从根部开始数所得到的叶片数i，此时温室番茄从营养生长进入营养生长与生殖生长并重时期；
步骤a2、确定叶片的累积有效积温：
首先根据下述公式求得第一真叶展开至任一叶展开后第n天所需累积有效积温：
G＝∑(Tmean－Tb)，
再根据下述公式求得第一真叶展开至任一叶展开后从第r天至第j天的累积有效积温：
ΔGrj＝Gj-Gr，
其中，G为第一真叶展开至任一叶展开后第n天所需累积有效积温；Tmean为一天的日平均温度；Tb为界限温度，为公知常识；ΔGrj为第一真叶展开至任一叶展开后从第r天至第j天的累积有效积温；Gr为第一真叶展开至任一叶展开后第r天所需累积有效积温，Gj为第一真叶展开至任一叶展开后第j天所需累积有效积温；
步骤a3、根据步骤a1、a2得到的叶片的最大叶长、叶片的平均生长速率和累积有效积温确定叶片的叶长，满足下述公式下述：
其中，L为叶片的叶长，Lmax为叶片的最大叶长，V为叶片的平均生长速率，ΔGrj为叶片展开后从第r天至第j天的累积有效积温；
步骤a4、根据步骤a3所得到的叶片的叶长确定叶片的叶面积，满足下述公式：
A＝K×L2/10000，
其中，A为叶片的叶面积，L为叶片的叶长。
所述叶片吸收的光合有效辐射PAR满足下述公式：
PAR＝PARo×e-kAI，
其中，PARo为叶片上方的光合有效辐射值，属于公知常识；k为消光系数，取值0.8；AI为叶片上方的叶面积指数，即以叶片上方叶面积乘以叶片密度。
步骤2中，所述叶片电阻满足下述公式：
其中，RL为叶片电阻，Rm(T25)为25℃时番茄的维持呼吸系数，Rm(T25)取值0.015(kg CH2O·kg-1DM·d-1)，W为叶干重(kg DM·ha-1)，T为每日平均温度(℃)。
所述叶干重满足公式下述：
W＝A×SA，
其中，W为叶干重，A为叶片的叶面积，SA为比叶面积，取值40m2kg-1。
步骤2中，所述节间电阻满足下述公式：
其中，Rs为节间电阻，C为节间电阻率，Ln为节间长度，Dn为节间直径。
所述节间长度的确定方法为：
步骤b1、确定节间平均生长速率，所述节间平均生长速率满足下述公式：
其中，Vn为节间平均生长速率，i为叶序；
步骤b2、根据步骤b1得到的叶片的累积有效积温和节间平均生长速率，确定节间长度，所述节间长度满足下述公式：
其中，Ln为节间长度，Vn为节间平均生长速率，ΔGrj为叶片展开后从第r天至第j天的累积有效积温。
所述节间直径的确定方法为：
步骤c1、根据叶序确定节间直径的平均生长速率，所述节间直径的平均生长速率满足下述公式：
其中，Vdn为节间直径的平均生长速率，i为叶序；
步骤c2、根据叶片的累积有效积温和节间直径的平均生长速率确定节间直径，所述节间直径满足下述公式：
其中，Dn为节间直径，Vdn为节间直径的平均生长速率，ΔGrj为叶片展开后从第r天至第j天的累积有效积温。
所述节间电阻率的确定方法为：
根据节间直径和节间长度确定节间电阻率，所述节间电阻率满足下述公式：
其中，C为节间电阻率，Dn为节间直径，Ln为节间长度。
所述果实电功率的具体推导过程为：
步骤d1、对番茄植株进行转换：对于拥有m叶枝和n果枝的番茄植株，番茄叶片从根部开始，向上依次称为叶1、叶2……叶m，则叶1、叶2……叶m分别为一个一个电池和电阻，其电压分别为E1、E2……Em，叶片电阻分别为R1、R2……Rm；共有m+1个节间，其电阻分别称为Rs1、Rs2……Rsm、Rsm+1；有n个果枝，分别称为Rf1、Rf2……Rfn；
步骤d2、根据叶片的最大叶长、叶片的平均生长速率、叶片展开后第n天的有效积温、叶片展开后从第r天至第j天的累积有效积温、叶片的叶长来预测各叶片的叶长，根据节间电阻、节间平均生长速率、节间长度、节间直径的平均生长速率、节间直径求得各茎的节间长度和节间直径；
步骤d3、根据叶片吸收的光合有效辐射PAR将采集到的温室内每小时的光合有效辐射值计算出各叶片接受的光合有效辐射值，利用公式1计算叶片的电压；然后根据叶片的最大叶长、叶片的平均生长速率、叶片展开后第n天的有效积温、叶片展开后从第r天至第j天的累积有效积温、叶片的叶长、叶片的叶面积和叶片电阻计算各叶片的干重，即各叶片的电阻；以模拟出的茎的节间长度和节间直径和步骤2中获得的节间电阻率得到各节间电阻；
步骤d4、利用叠加定理将电路分为m个子电路，分别求出m个子电路中果实电阻上的电流并求和，即得到可果实电阻上的实际电流，每个子电路中果枝上电流用戴维南定理求解；求出m个子电路上Rf的电流，然后相加，得到总电流，则果枝上的总功率采用总电流的平方乘以电阻，即可得到果枝在一天中的总电功率，即一天中获得的同化产物量。
步骤4中，所述温室番茄果实直径满足下述公式：
其中，P为果实的电功率P。
有益效果：
与传统的果实预测模型相比，本模型具有以下几个方面的优势：
第一、目前的温室番茄生长模型大多以源库理论来模拟温室番茄果实的生长，源库理论中库强，尤其是营养器官的库强很难以量化。本发明在压力-阻抗理论的基础上，提出了基于欧姆定律的温室番茄果实生长的预测模型，克服了营养器官库强难以量化的不足，为中国温室番茄生产中的环境调控、营养液管理和农艺措施提供理论依据。
第二、传统的温室番茄生长模型以作物生产为核心，而温室环境调控和营养液管理等程序的编写等大多是以电学为基础的来编写，这二者之间由于思维方式不同，造成作物生长模型在应用推广时带来诸多不便。而本发明是将温室番茄同化产物在植株间的分配以电的形式来体现，更有利于温室环境调控和营养液管理等程序编写。
第三、传统的温室番茄果实预测模型是基于番茄的生长过程建立的。而本发明专利是基于农学与电学的交叉的基础上建立的。具有很强的创新性。
附图说明
图1为步骤实施例1步骤1中的示意图，其中，图A为9叶1果的温室番茄植株示意图，图B为图A的温室番茄植株示意图转化而成的源库关系图，图C为由图B转化而成的电路图；RL1～RL9为第1～9叶片电阻；Rs1～Rs10分别为第1～10节间电阻；E1～E9为第1～9叶片电池；Rf1为第1果枝上的果实电阻。
图2为实施例1中，双杆整枝的番茄植株示意图；
图3中，图A为实施例1中双杆整枝的番茄植株等效电路图，图B为图A的简化电路图，图C为电流流向图；
图4中，图A为实施例2中番茄植株的示意图，图B为图A的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：
本发明中，果枝上的番茄果实的数量可以不只1个，当果实的数量大于1个时，假定所有果实的直径相等。
步骤1、将番茄植株进行转换；首先将番茄植株依据源/库关系进行转换，即叶片为源和库(温室番茄生产中叶片用于光合作用生产，同时部分光合产物用于维持叶片消耗，即叶片的维持呼吸)，茎和果实为库，转化为源库关系图。然后，以源为电源，库为电阻，将番茄植株转化为电路。下面以9叶1果(9个叶枝，1个果枝)温室番茄植株为例，对转化方式进行具体说明；首先选取9叶1果的温室番茄植株，然后依据源库关系进行转换，叶片均为源/库，茎和果实为库。然后以源为电池，库为电阻对温室番茄植株进行转换。转换后温室番茄植株上的叶片均转变为一个电阻加上一个电池，从根部向上，电阻依次被分别称为RL1、RL2--RL9，电压依次被称为E1、E2--E9。9叶1果的温室番茄的茎由10个节间组成，则每个节间为一个电阻，从根部向上以此称为Rs1--Rs10。1个果枝为一个电阻，称为Rf1。本发明为了将这个转换过程做清晰的说明，选取了9叶1果的温室番茄，其他形式的番茄均可以以此进行转换。
也就是说：当番茄植株是一个m叶枝n果枝的植株时(m是≥1的自然数，n＝0或是≥1的自然数)，其转化的电路是：
将m叶枝中的每个叶枝均转变为一个叶片电阻RL串接一个叶片电池E，共m个叶片和m个叶片电池，m个叶片电阻分别记为RL1、RL2、……RLm，m个叶片电池的电压分别记为E1、E2……Em；
将每个果枝转变为一个果实电阻Rf，共有n个果实电阻，n个果实电阻分别记为Rf1、Rf2……Rfn；
m叶枝n果枝的植株的茎由m+n个节间组成，将每个节间转变为一个节间电阻Rs，从根部向上的节间电阻Rs依次记为Rs1、Rs2……Rsm+n，再将这Rs1、Rs2……Rsm+n个节电阻依次串联；
每个叶片电阻RL的一端串接一个叶片电池E，将每个叶片电阻RL的另一端均连接于不同的每两个节间电阻Rs之间，将每个叶片电池E的另一端均接地；
将每个果实电阻Rf的一端接地，另一端均连接于不同的每两个节间电阻Rs之间，使每个果实电阻Rf的另一端与每个叶片电阻RL另一端之间串接一个节间电阻Rs；
因此，共m个叶片电阻的另一端、共n个果实电阻的另一端连接于不同的每两个节间电阻Rs1、Rs2……Rsm+n之间；
如上所述，便形成如图1所示的示意图。
步骤2、利用温室内的相关条件以及步骤1中得到的电路，确定温室番茄植株的叶片电压、叶片电阻、节间电阻和果实电阻；
2.1、所述叶片电压满足公式(1)：
其中，E为叶片电压，Pmax为该叶片最大光合作用速率(单位：kg CO2·ha-1·h-1)，ε为光转换因子即吸收光的初始光能利用效率(单位：kg CO2·ha-1·h-1/J·m-2·s–1)，依据试验观测数据，ε取值为0.40(单位：kg CO2·ha-1·h-1/J·m-2·s–1)，Pmax取值为37(单位：kgCO2·ha-1·h-1)；PAR(T)为T时刻叶片吸收的光合有效辐射PAR(单位：J·m-2·s–1)，A为叶片的叶面积(单位：m2)；d为植株密度，单位为株/平方米，T为时刻，单位为小时。
所述叶片的叶面积的确定方法为：
步骤a1、根据叶序确定叶片的最大叶长和叶片的平均生长速率，所述最大叶长满足公式(2)，所述叶片的平均生长速率满足公式(3)：
其中，Lmax为叶片的最大叶长，最大叶长为叶片长成成熟叶时的最大长度；V为叶片的平均生长速率；i为叶序，即从根部开始数所得到的叶片数i，此时温室番茄从营养生长进入营养生长与生殖生长并重时期；
步骤a2、确定叶片的累积有效积温：
首先根据下述公式求得第一真叶展开至任一叶展开后第n天所需累积有效积温：
G＝∑(Tmean－Tb) (4)，
再根据下述公式求得第一真叶展开至任一叶展开后从第r天至第j天的累积有效积温：
ΔGrj＝Gj-Gr (5)，
其中，G为第一真叶展开至任一叶展开后第n天所需累积有效积温；Tmean为一天的日平均温度；Tb为界限温度，为公知常识；ΔGrj为第一真叶展开至任一叶展开后从第r天至第j天的累积有效积温；Gr为第一真叶展开至任一叶展开后第r天所需累积有效积温，Gj为第一真叶展开至任一叶展开后第j天所需累积有效积温；
番茄各生育时期界限温度Tb的取值参见表1：
表1番茄各生育时期界限温度Tb的取值
步骤a3、根据步骤a1、a2得到的叶片的最大叶长、叶片的平均生长速率和累积有效积温确定叶片的叶长，满足公式(6)：
其中，L为叶片的叶长，Lmax为叶片的最大叶长，V为叶片的平均生长速率，ΔGrj为叶片展开后从第r天至第j天的累积有效积温；
步骤a4、根据步骤a3所得到的叶片的叶长确定叶片的叶面积，满足公式(7)：
A＝K×L2/10000 (7)，
其中，A为叶片的叶面积；K为比例系数，无量纲；L为叶片的叶长。
所述叶片吸收的光合有效辐射PAR满足公式(8)：
PAR＝PARo×e-kAI (8)，
其中，PARo为叶片上方的光合有效辐射值，属于公知常识；k为消光系数，取值0.8；AI为叶片上方的叶面积指数，即以叶片上方叶面积乘以叶片密度。
2.2、叶片电阻RL的计算：
所述叶片电阻满足公式(9)：
其中，RL为叶片电阻，Rm(T25)为25℃时番茄的维持呼吸系数，Rm(T25)取值0.015(kg CH2O·kg-1DM·d-1)，W为叶干重(kg DM·ha-1)，T为每日平均温度(℃)。
所述叶干重满足公式(10)：
W＝A×SA (10)，
其中，W为叶干重，A为叶片的叶面积，SA为比叶面积，取值40m2kg-1。
2.3、节间电阻Rs的计算：
所述节间电阻满足公式(11)：
其中，Rs为节间电阻，C为节间电阻率，Ln为节间长度，Dn为节间直径。
所述节间长度的确定方法为：
步骤b1、确定节间平均生长速率，所述节间平均生长速率满足公式(12)：
其中，Vn为节间平均生长速率，i为叶序；
步骤b2、根据步骤b1得到的叶片的累积有效积温和节间平均生长速率，确定节间长度，所述节间长度满足公式(13)：
其中，Ln为节间长度，Vn为节间平均生长速率，ΔGrj为叶片展开后从第r天至第j天的累积有效积温。
所述节间直径的确定方法为：
步骤c1、根据叶序确定节间直径的平均生长速率，所述节间直径的平均生长速率满足公式(14)：
其中，Vdn为节间直径的平均生长速率，i为叶序；
步骤c2、根据叶片的累积有效积温和节间直径的平均生长速率确定节间直径，所述节间直径满足公式(15)：
其中，Dn为节间直径，Vdn为节间直径的平均生长速率，ΔGrj为叶片展开后从第r天至第j天的累积有效积温。
2.4、节间电阻率C和果实电阻Rf的确定：
节间电阻率C和果实电阻Rf采用试验来确定。
2.4.1试验设计
试验在温室中进行，供试温室作物为番茄，采用栽培桶栽培，栽培基质为珍珠岩。采用霍格兰营养液灌溉。番茄采用双杆整枝，分别为A杆和B杆。选取具代表性的植株3株进行测定。具体如下：
A杆上留4片叶，在B杆第二节间处留果枝1个，果枝上留果实2个；B杆不留叶片，如图2所示。
2.4.2测定项目和方法
处理后第三天开始每天测定A、B杆中各节间长度、节间直径；叶片长度，果实直径。环境因子：所需要的温室和辐射资料由温室控制系统自动采集。
2.4.3数据分析
(a)首先利用测定的番茄双杆上的叶片长度，利用公式(2)：A＝K×L2/10000，计算温室番茄的单叶面积A，再利用公式(11)：W＝A×SA，计算出叶干重W，利用式(1)：
计算出各叶片电压E，利用公式(10)：RL＝Rm(T25)×W×2(T-25)/10，计算出各叶片电阻RL。
(b)将试验中各处理进行转换，将各处理转化为电路图模式。
(c)依据测定的节间长、叶长和果实直径，计算出节间干重、叶干重和果实干重。
节间干重＝节间长度×0.11 (16)，
果实干重＝0.025×果实直径的立方 (17)，
节间长度和果实直径可以通过直接测定获得。
(d)依据公式(7)、(16)、(17)得到茎、叶、果干重减去前一天的茎、叶、果干重，即可得到茎、叶、果的日增长量，节间干重即茎的节间干重。
(e)利用茎、叶、果日增长量为茎叶果的电功率，求解果实电阻Rf和茎上各节间的电阻。
2.4.4具体计算过程
测定的温室番茄叶长分别为25、29、35、33cm，叶片上方的光合有效辐射值和温度值见表2，利用公式(1)，计算出每日的同化产物量(即电压)，则在一天中的番茄各叶片的光合产物量分别为7.31，7.43，8.01，5.19Kg CO2ha-1d-1。利用公式(9)计算出叶片维持呼吸量分别为0.010，0.0122，0.018，0.016Kg CO2ha-1d-1(即叶片电阻)。则第1、2、3、4片叶的电压分别为7.31，7.43，8.01，5.19，电阻分别为0.010，0.0122，0.018，0.016，茎、叶、果日增长量分别为6.25、7.25和10.75Kg DM ha-1，则茎、叶、果的电功率为6.25、7.25和10.75。其中四片叶片的增长量分别为2.01、2.3、1.94和1(实测值)，则四片叶片的电功率分别为2.01、2.3、1.94和1。
表2 温室番茄光合有效辐射和温度
根据图3中的图A所示的等效电路图以及图B得到的简化电路图，得到：
R＇＝(Rs5+Rf)//(Rs6+Rs7+Rs8)+Rs1；
对于图3所示的电路图，已知有：U1、U2、U3、U4、RL1、RL2、RL3、RL4、P1、P2、P3、P4、Pf、Ps；求解，Rs1、Rs2、Rs3、Rs4、Rs5、Rs6、Rs7、Rs8和Rf；其中，RL1～RL4分别为4个叶片的叶片电阻，P1、P2、P3、P4分别为4个叶片的电功率，Pf为果实电功率，Ps节间电功率。
解：
将已知的U1、U2、U3、U4、RL1、RL2、RL3、RL4、P1、P2、P3、P4的值代入上述公式中，即可得到Rs2、Rs3、Rs4，分别为0.092、0.052、0.096。利用测定得到的第2、3、4节间的节间直径和节间长度，利用下面公式(18)计算第2、3、4节间的电阻率。
其中，C为节间电阻率，Dn为节间直径，Ln为节间长度。
然后取平均值，得到节间的平均电阻率。依据得到的平均电阻率和节间1、5、6、7、8的节间长度和节间直径，再根据公式(11)计算出节间1、5、6、7、8的节间电阻。然后计算出的R＇的值，最终计算出果实电阻Rf。
表3为依据环境因子计算出的温室番茄电参数：
表3 依据环境因子计算出的温室番茄电参数
步骤3、利用确定的叶片电压、叶片电阻、节间电阻和果实电阻，利用欧姆定律，计算果实两端的电压和电流，得到果实的功率。
对于m叶枝、n果枝的番茄植株，依据转化后的电路图。首先利用温度和辐射计算出叶片电压和叶片电阻，然后利用有效积温计算出各节间的长度和直径，利用步骤2中得到的节间电阻率，计算出各节间电阻值和果实电阻。然后求出各果枝的电流，计算各果枝电流的电功率。各果枝电流的电功率即为果枝获得的日同化产物量。进而推导出果实的鲜重的日增长量，最终得到果实的直径和鲜重的日增长量。
其中，果实鲜重＝0.5×果实直径的立方。
具体如下：
对番茄植株进行转换。对于拥有m叶枝和n果枝的番茄植株，番茄叶片从根部开始，向上依次称为叶1、叶2……叶m，则叶1、叶2……叶m分别为一个一个电池和电阻，其电压分别为E1、E2……Em，叶片电阻分别为R1、R2……Rm。共有m+1个节间，其电阻分别称为Rs1、Rs2……Rsm、Rsm+1。有n个果枝，分别称为Rf1、Rf2……Rfn。
利用公式(2)～(6)预测各叶片的叶长，利用公式(11)～(15)求得各茎的节间长度和节间直径。
利用公式(8)将采集到的温室内每小时的光合有效辐射值计算出各叶片接受的光合有效辐射值，利用公式1计算叶片的电压。然后利用公式(2)～(7)和(9)计算各叶片的干重，即各叶片的电阻。以模拟出的茎的节间长度和节间直径和步骤2中获得的节间电阻率利用公式(11)得到各节间电阻。
利用叠加定理将电路分为m个子电路，分别求出m个子电路中果实电阻上的电流并求和，即得到可果实电阻上的实际电流，每个子电路中果枝上电流用戴维南定理求解。求出m个子电路上Rf的电流，然后相加，得到总电流，则果枝上的总功率采用总电流的平方乘以电阻，即可得到果枝在一天中的总电功率，即一天中获得的同化产物量。
步骤4、利用步骤3得到的果实的电功率P，即温室番茄果实一天中所得到的同化产物量。然后依据果实得到的同化产物量求得果实直径。具体如下：
果实鲜重＝0.5×果实直径立方，
其中，P为果实的电功率P。
结果第一天的果实直径取值为1.5厘米。
实施例2：
对实施例1中的步骤3进行举例，如图4：
对番茄植株进行转换。为简化起见，选取3叶1果(3个叶枝和1个果枝)的温室番茄植株，番茄叶片从根部向上分别为叶1、叶2、叶3。则叶1、叶2、叶3分别为一个电池和电阻，其电压分别为E1、E2、E3，叶片电阻分别为RL1、RL2、RL3。共有4个节间，其电阻分别称为Rs1、Rs2、Rs3和Rs4，果枝为一个电阻，称为Rf。
依据模型预测得到的叶片长度分别为25、29、35cm，依据公式(1)、(3)和(8)，光合有效辐射和温度依然采用表2中的环境数据，再结合表4中的数据得到叶片电压、叶片电阻、节间电阻和果实电阻Rf。
表4 温室番茄植株电参数

Claims (10)

1.一种预测温室番茄果实生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、首先，以番茄植株的叶片为源和库，茎和果实为库，转化为源库关系；然后，以源为电源，库为电阻，将番茄植株依据源/库关系转化为电路；
步骤2、利用温室内的相关条件以及步骤1中得到的电路，确定温室番茄植株的叶片电压、叶片电阻、节间电阻和果实电阻；
步骤3、结合步骤1得到的电路，再根据确定的叶片电压、叶片电阻、节间电阻和果实电阻，利用欧姆定律，计算果实两端的电压和电流，得到果实的电功率，果实的电功率值即为温室番茄果实一天内获得的同化产物量值；
步骤4、将得到的温室番茄果实的同化产物量转化为温室番茄果实直径。
2.根据权利要求1所述的一种预测温室番茄果实生长的方法，其特征在于，所述将番茄植株依据源/库关系转化为电路的具体过程为：
当番茄植株是一个m叶枝n果枝的植株时，m是≥1的自然数，n＝0或是≥1的自然数，其转化的电路是：
将m叶枝中的每个叶枝均转变为一个叶片电阻RL串接一个叶片电池E，共m个叶片和m个叶片电池，m个叶片电阻分别记为RL1、RL2、……RLm，m个叶片电池的电压分别记为E1、E2……Em；
将每个果枝转变为一个果实电阻Rf，共有n个果实电阻，n个果实电阻分别记为Rf1、Rf2……Rfn；
m叶枝n果枝的植株的茎由m+n个节间组成，将每个节间转变为一个节间电阻Rs，从根部向上的节间电阻Rs依次记为Rs1、Rs2……Rsm+n，再将这Rs1、Rs2……Rsm+n个节电阻依次串联；
每个叶片电阻RL的一端串接一个叶片电池E，将每个叶片电阻RL的另一端均连接于不同的每两个节间电阻Rs之间，将每个叶片电池E的另一端均接地；
将每个果实电阻Rf的一端接地，另一端均连接于不同的每两个节间电阻Rs之间，使每个果实电阻Rf的另一端与每个叶片电阻RL另一端之间串接一个节间电阻Rs；
因此，共m个叶片电阻的另一端、共n个果实电阻的另一端连接于不同的每两个节间电阻Rs1、Rs2……Rsm+n之间。
3.根据权利要求1所述的一种预测温室番茄果实生长的方法，其特征在于，步骤2中，所述叶片电压满足下述公式：
E = Σ T T = 1 , 2 ... 24 P m a x × ( 1 - e ( - ϵ × P A R ( T ) P m a x ) ) × A × d ,
其中，E为叶片电压，Pmax为该叶片最大光合作用速率；ε为光转换因子；PAR(T)为T时刻叶片吸收的光合有效辐射PAR；A为叶片的叶面积；d为植株密度；T为时刻。
4.根据权利要求3所述的一种预测温室番茄果实生长的方法，其特征在于，所述叶片的叶面积的确定方法为：
步骤a1、根据叶序确定叶片的最大叶长和叶片的平均生长速率，所述最大叶长满足下述公式：
L m a x = 20 - 24 × exp ( - i 3 ) i ≤ 9 14 + 8 × exp ( - i 20 ) i > 9 ,
所述叶片的平均生长速率满足下述公式：
V = { 1.2 × i 4 + i i ≤ 9 0.23 × i i - 9 i > 9 ,
其中，Lmax为叶片的最大叶长；V为叶片的平均生长速率；i为叶序；
步骤a2、确定叶片的累积有效积温：
首先根据下述公式求得第一真叶展开至任一叶展开后第n天所需累积有效积温：
G＝∑(Tmean－Tb)，
再根据下述公式求得第一真叶展开至任一叶展开后从第r天至第j天的累积有效积温：
ΔGrj＝Gj-Gr，
其中，G为第一真叶展开至任一叶展开后第n天所需累积有效积温；Tmean为一天的日平均温度；Tb为界限温度，为公知常识；ΔGrj为第一真叶展开至任一叶展开后从第r天至第j天的累积有效积温；Gr为第一真叶展开至任一叶展开后第r天所需累积有效积温，Gj为第一真叶展开至任一叶展开后第j天所需累积有效积温；
步骤a3、根据步骤a1、a2得到的叶片的最大叶长、叶片的平均生长速率和累积有效积温确定叶片的叶长，满足下述公式下述：
L = V &times; &Delta; G r j L < L m a x L max L &GreaterEqual; L m a x ,
其中，L为叶片的叶长；
步骤a4、根据步骤a3所得到的叶片的叶长确定叶片的叶面积，满足下述公式：
A＝K×L2/10000，
其中，K为比例系数。
5.根据权利要求3所述的一种预测温室番茄果实生长的方法，其特征在于，所述叶片吸收的光合有效辐射PAR满足下述公式：
PAR＝PARo×e-kAI，
其中，PARo为叶片上方的光合有效辐射值；k为消光系数；AI为叶片上方的叶面积指数。
6.根据权利要求1所述的一种预测温室番茄果实生长的方法，其特征在于，步骤2中，所述叶片电阻满足下述公式：
R L = R m ( T 25 ) &times; W &times; 2 T - 25 10 ,
其中，RL为叶片电阻，Rm(T25)为25℃时番茄的维持呼吸系数；W为叶干重；T为每日平均温度；
所述叶干重满足公式下述：
W＝A×SA，
其中，A为叶片的叶面积；SA为比叶面积。
7.根据权利要求1所述的一种预测温室番茄果实生长的方法，其特征在于，步骤2中，所述节间电阻满足下述公式：
R s = C &times; L n &pi; &times; ( D n 2 ) 2 ,
其中，Rs为节间电阻；C为节间电阻率；Ln为节间长度；Dn为节间直径。
8.根据权利要求7所述的一种预测温室番茄果实生长的方法，其特征在于，所述节间长度的确定方法为：
步骤b1、确定节间平均生长速率，所述节间平均生长速率满足下述公式：
V n = { 0.2 &times; i 8 + i i &le; 9 0.01 &times; i i - 9 i > 9 ,
其中，Vn为节间平均生长速率；i为叶序；
步骤b2、根据步骤b1得到的叶片的累积有效积温和节间平均生长速率，确定节间长度，所述节间长度满足下述公式：
L n = V n &times; &Delta; G r j L n &le; 6 6 L n > 6 ,
其中，Ln为节间长度；Vn为节间平均生长速率；ΔGrj为叶片展开后从第r天至第j天的累积有效积温；
所述节间直径的确定方法为：
步骤c1、根据叶序确定节间直径的平均生长速率，所述节间直径的平均生长速率满足下述公式：
V d n = { 0.01 &times; i 8 + i i &le; 9 0.002 &times; i i - 9 i > 9 ,
其中，Vdn为节间直径的平均生长速率，i为叶序；
步骤c2、根据叶片的累积有效积温和节间直径的平均生长速率确定节间直径，所述节间直径满足下述公式：
D n = V d n &times; &Delta; G r j D n &le; 1.5 1.5 D n > 1.5 ,
其中，Dn为节间直径；Vdn为节间直径的平均生长速率；ΔGrj为叶片展开后从第r天至第j天的累积有效积温；
所述节间电阻率的确定方法为：
根据节间直径和节间长度确定节间电阻率，所述节间电阻率满足下述公式：
C = R s * &pi; ( D n 2 ) 2 L n ,
其中，C为节间电阻率；Dn为节间直径；Ln为节间长度。
9.根据权利要求1所述的一种预测温室番茄果实生长的方法，其特征在于，步骤3中，所述果实电功率的具体推导过程为：
步骤d1、对番茄植株进行转换：对于拥有m叶枝和n果枝的番茄植株，番茄叶片从根部开始，向上依次称为叶1、叶2……叶m，则叶1、叶2……叶m分别为一个一个电池和电阻，其电压分别为E1、E2……Em，叶片电阻分别为R1、R2……Rm；共有m+1个节间，其电阻分别称为Rs1、Rs2……Rsm、Rsm+1；有n个果枝，分别称为Rf1、Rf2……Rfn；
步骤d2、根据叶片的最大叶长、叶片的平均生长速率、叶片展开后第n天的有效积温、叶片展开后从第r天至第j天的累积有效积温、叶片的叶长来预测各叶片的叶长，根据节间电阻、节间平均生长速率、节间长度、节间直径的平均生长速率、节间直径求得各茎的节间长度和节间直径；
步骤d3、根据叶片吸收的光合有效辐射PAR将采集到的温室内每小时的光合有效辐射值计算出各叶片接受的光合有效辐射值，利用公式1计算叶片的电压；然后根据叶片的最大叶长、叶片的平均生长速率、叶片展开后第n天的有效积温、叶片展开后从第r天至第j天的累积有效积温、叶片的叶长、叶片的叶面积和叶片电阻计算各叶片的干重，即各叶片的电阻；以模拟出的茎的节间长度和节间直径和步骤2中获得的节间电阻率得到各节间电阻；
步骤d4、利用叠加定理将电路分为m个子电路，分别求出m个子电路中果实电阻上的电流并求和，即得到可果实电阻上的实际电流，每个子电路中果枝上电流用戴维南定理求解；求出m个子电路上Rf的电流，然后相加，得到总电流，则果枝上的总功率采用总电流的平方乘以电阻，即可得到果枝在一天中的总电功率，即一天中获得的同化产物量。
10.根据权利要求1所述的一种预测温室番茄果实生长的方法，其特征在于，步骤4中，所述温室番茄果实直径满足下述公式：
其中，P为果实的电功率P。
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