CN108062602A - 一种预测温室茄果类作物同化产物产量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预测温室茄果类作物同化产物产量的方法，包括以下步骤：步骤1)建立温室茄果类作物单叶同化产物产量预测模型；步骤2)确定温室茄果类作物的有效叶面积；步骤3)将获得的温室茄果类作物有效叶面积和光截获量步骤1中的预测模型，获取温室茄果类作物的同化产物产量。本发明克服了之前在预测茄果类作物同化产物产量中存在的不足，对提高温室茄果类作物产量预测提供了理论基础，对提高温室茄果类作物栽培技术水平具有一定的推动作用。

Description

一种预测温室茄果类作物同化产物产量的方法
技术领域
本发明属于设施栽培技术领域，具体涉及一种预测温室茄果类作物同化产物产量的方法。
背景技术
茄果类作物是温室栽培的主要作物之一，温室茄果类作物生长模拟模型在温室作物栽培管理中起着至关重要的作用。
在温室茄果类作物生长发育模拟的研究中，同化产物的产量是温室生长发育模拟模型中的重要环节。目前的同化产物产量的计算方法有两种，第一是采用破坏性取样获取茄果类的干重的增长量，并以此作温室茄果类作物产量；第二种方法采用光合作用模型，以模型的输出作为同化产物的产量。
这两种方法均存在如下不足：首先第一种方法计算出同化产物产量为净同化产物产量，叶片经过光合作用以后，产生的同化产物经过输导组织运输至各个器官，各个器官接受同化产物后经过维持呼吸消耗后，剩余的那部分同化产物才能转化为各个器官的组成部分。因此采用第一种方法获得的同化产物产量比实际同化产物产量偏低。采用第二种方法计算出的同化产物产量偏高，其原因为温室茄果类作物叶片在光合作用时，同化需要维持呼吸来维持叶片的生命活动，消耗了一部分同化产物，因此采用第二种方法得到的同化产物的产量值比实际同化产物量偏高。
众所周知，温室茄果类作物通过叶片进行光合作用后，以蔗糖的形式运输至各个器官，因此一天中通过叶柄的蔗糖量即为该叶片一天的同化产物；将整株茄果类作物叶片通过叶柄的蔗糖量进行累加，即为一天中温室茄果类作物的同化产物产量。
鉴于此，本发明设计出一种预测温室茄果类作物同化产物产量的方法，对于温室茄果类作物来说，叶片输出的是蔗糖，通过测定一天中蔗糖在叶柄中浓度的变化，进而确定一天中叶片蔗糖的生产量，最终获得温室茄果类作物的同化产物产量。
发明内容
为克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种预测温室茄果类作物同化产物产量的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种预测温室茄果类作物同化产物产量的方法，包括以下步骤：
步骤1：建立温室茄果类作物单叶同化产物预测模型：测定温室茄果类作物单叶蔗糖产量，分析单叶蔗糖产量与光截获量的对应关系并建立方程；
步骤2：确定温室茄果类作物的有效叶面积：首先依据有效积温GDD确定作物的叶面积Li，然后利用有效叶面积与叶面积转化系数确定作物的有效叶面积LA；
步骤3：将确定的有效叶面积LA和光截获量I代入步骤1中的预测模型，即可获得温室茄果类作物的同化产物产量Y1。
进一步，所述步骤1测定温室茄果类作物单叶蔗糖产量的过程为：用刀片切一个1mm深的刀口，然后用毛细管收集韧皮部汁液，定容后，采用高效液相色谱仪测定溶液中的蔗糖浓度。
进一步，所述步骤2中有效叶面积确定是通过实验先确定不同生育期的有效叶面积转换系数：处于光饱和点以下的受光叶片的光照强度b与光饱和点a的比值，即光截获转换系数由单叶叶面积乘以光截获转换系数折算后的面积称为单叶有效叶面积，将整株单叶有效叶面积进行累加，即可得到整株的有效叶面积，整株的有效叶面积与叶面积的比值为有效叶面积转换系数；由有效叶面积转换系数可计算任意一天的作物单株有效叶面积LA。
进一步，所述温室茄果类作物的同化产物产量Yz为叶片在最佳水肥供应条件下的最大蔗糖产量，a为模型参数，I为叶片光截获量。
本发明具有的有益效果为：
本发明以蔗糖量作为同化产物产量，建立了预测温室茄果类作物蔗糖产量的模型。同之前的研究相比，克服了以各器官干重为同化产物产量造成的预测结果偏低和采用传统的光合作用模型输出的同化产物产量偏高的不足。依据本方法建立的同化产物产量预测模型不仅可以精准的预测温室茄果类作物的同化产物产量，同时更符合温室茄果类作物的生长规律。
附图说明
图1为温室番茄叶片的光饱和点趋势图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。
一种预测温室茄果类作物同化产物产量的方法以温室番茄为例，按照下述步骤进行：
步骤一：温室番茄单叶同化产物产量预测模型的建立
(1)温室番茄单叶同化产物产量的测定
选择温室番茄的中部叶片，在叶柄的韧皮部上用刀片切一个1mm深的刀口，然后用毛细管收集韧皮部汁液，在毛细管下方连接玻璃瓶，使收集到的汁液流入玻璃瓶中，收集一天中叶柄的韧皮部汁液，定容后，采用高效液相色谱仪测定韧皮部汁液中的蔗糖浓度，获得一天中单个叶片的蔗糖产量，以此作为温室番茄某叶片一天中的同化产物产量。
采用辐射计测定叶片上方光截获量，记录叶片每分钟的光截获量。
(2)分析单叶蔗糖产量与光截获量的对应关系(表1)，采用slidewrite plus软件进行方程拟合(公式(1))，并确定方程中的参数。
表1光截获量与蔗糖产量的对应关系
光截获量 蔗糖产量
2000 6
1500 5.99
1000 5.98
800 5.9
600 5.74
400 5.27
200 3.94
100 2.5
50 1.5
0 0
其中，Y为叶片蔗糖产量，Yz为叶片在最佳水肥供应条件下的最大蔗糖产量，a为模型参数，I为叶片光截获量；通过表1的试验数据获得Yz、a的取值分别为6和0.032。
公式(1)变为：
步骤二：温室番茄单株有效叶面积LA的确定
(1)温室番茄单株同化物产量的测定
选择温室内正常生长的任一番茄植株，在番茄植株的所有叶片上用刀片切一个1mm深的刀口，然后用毛细管收集韧皮部汁液，在毛细管下方连接玻璃瓶，使收集到的汁液流入玻璃瓶中，收集一天中叶柄的韧皮部汁液，测定韧皮部汁液中的蔗糖浓度和体积，获得一天中整个植株的同化产物产量。
(2)温室番茄单株同化物产量的模拟
①温室番茄单株有效叶面积的确定
温室番茄在光合作用时，并不是所有的叶片处于最佳的受光状态，在此提出了有效叶面积的概念；处于光饱和点以下的受光叶片的光照强度b与光饱和点a的比值，即光截获转换系数由单叶叶面积乘以光截获转换系数折算后的面积称为单叶有效叶面积，将整株单叶有效叶面积进行累加，即可得到整株的有效叶面积；整株的有效叶面积与叶面积的比值为有效叶面积转换系数。
有效叶面积转换系数的确定：
试验设计：以温室番茄为研究对象，采用珍珠岩栽培，营养液浇灌。选取具代表性的温室番茄植株，分别在苗期、开花期、结果期和采收期进行测定。测定项目：作物指标：各叶位叶面积(叶面积＝叶长2×0.7)；叶片的光截获量(采用辐射计测定)；光饱和点(采用Li-6400光合系统测定仪)确定；环境指标：温度(温室控制系统自行记录)。
温室番茄光饱和点的确定：
利用Li-6400光合系统测定仪，测定不同光照强度下中部叶片的光合速率，确定温室番茄叶片的光饱和点；从图1中可知，温室番茄的光饱和点为2500μmolm-2s-1：
表2中光截获转换系数的获取：以第3叶位的光截获量(光饱和点)为基准，第1、2叶位的光截获量(处于光饱和点以下的受光叶片的光照强度)与第3叶位的光截获量之比即为光截获转换系数；叶面积转换系数为有效叶面积之和与叶面积之和的比值。其它生育期的光截获转换系数(以最后一片叶位为基准)、叶面积转换系数的获取方法与苗期相同，如表3、4、5所示。
数据分析：
表2苗期温室番茄有效叶面积转换系数
表3开花期温室番茄有效叶面积转换系数
表4结果期温室番茄有效叶面积转换系数
表5采收期温室番茄有效叶面积转换系数
表6温室番茄的叶面积转换系数
②单株有效叶面积的模拟
首先计算温室番茄的有效积温，采用下面公式计算：
GDD(i)＝GDD(i-1)+D(i) (3)
公式中，GDD(i)为第i天的总有效积温，GDD(i-1)为第i-1天的总有效积温，D(i)为第i天当天的有效积温；
D(i)＝T-Tb (4)
公式中T为第i天的日平均温度，Tb为界限温度，通常取值为13℃；
然后测定每天温室番茄各叶长的变化，采用下面公式计算单株叶面积：
Li＝∑(Ln)2×0.7 (5)
公式中Li为单株叶面积，cm2；Ln为第n片叶的叶长，cm。
以有效积温为自变量，以单株叶面积为因变量，采用slidewrite plus软件进行方程拟合，即可预测任一天的温室番茄单株叶面积。
拟合的方程如下：
步骤三：单株同化产物产量的计算
首先根据公式(3)、(4)计算温室番茄在任一天的有效积温，然后通过公式(6)和有效叶面积转换系数计算出这一天的单株有效叶面积LA，最后将有效叶面积LA和测得的光截获量I代入公式(7)即可得出同化产物总产量。
以上所述对本发明进行了简单说明，并不受上述工作范围限值，只要采取本发明思路和工作方法进行简单修改运用到其他设备，或在不改变本发明主要构思原理下做出改进和润饰的等行为，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种预测温室茄果类作物同化产物产量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立温室茄果类作物单叶同化产物预测模型：测定温室茄果类作物单叶蔗糖产量，分析单叶蔗糖产量与光截获量的对应关系并建立方程；
步骤2：确定温室茄果类作物的单株有效叶面积LA；
步骤3：将确定的有效叶面积LA和测得的光截获量I代入步骤1中的预测模型，即可获得温室茄果类作物的同化产物产量Y1。
2.如权利要求1所述的一种预测温室茄果类作物同化产物产量的方法，其特征在于，所述步骤1测定温室茄果类作物单叶蔗糖产量的过程为：用刀片切一个1mm深的刀口，然后用毛细管收集韧皮部汁液，定容后，采用高效液相色谱仪测定溶液中的蔗糖浓度。
3.如权利要求1所述的一种预测温室茄果类作物同化产物产量的方法，其特征在于，所述步骤2中有效叶面积确定是通过实验先确定不同生育期的有效叶面积转换系数：处于光饱和点以下的受光叶片的光照强度b与光饱和点a的比值，即光截获转换系数由单叶叶面积乘以光截获转换系数折算后的面积称为单叶有效叶面积，将整株单叶有效叶面积进行累加，即可得到整株的有效叶面积，整株的有效叶面积与叶面积的比值为有效叶面积转换系数；由有效叶面积转换系数可计算任意一天的作物单株有效叶面积LA。
4.如权利要求3所述的一种预测温室茄果类作物同化产物产量的方法，其特征在于，所述不同生育期包括苗期、开花期、结果期和采收期。
5.如权利要求1所述的一种预测温室茄果类作物同化产物产量的方法，其特征在于，所述温室茄果类作物的同化产物产量Yz为叶片在最佳水肥供应条件下的最大蔗糖产量，a为模型参数，I为叶片光截获量。
6.如权利要求1所述的一种预测温室茄果类作物同化产物产量的方法，其特征在于，所述光截获量采用辐射计测定。
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