基于輻熱積的溫室番茄干物質生產及分配模型

李莉 郭斌

摘要：番茄是我國溫室栽培的最主要作物之一，干物質的生產及分配決定著果實的發育和產量，構建溫室番茄的干物質生產及分配模型對溫室番茄栽培管理具有重要的理論意義和實踐價值。以番茄樂農6號為材料，于2016—2017年在山東省臨沂市日光溫室進行試驗，構建以輻熱積（TEP）為尺度的干物質生產及分配模型，并利用與建模數據相獨立的數據進行驗證。結果表明，模型對番茄地上部分干質量、根系干質量、莖干質量、葉片干質量和果干質量的預測結果與1 ∶ 1直線之間的決定系數（R2）在0.88～0.95，統計回歸標準誤差（RMSE）在0.006 9～0.010。該模型預測精度較高，且參數少、用戶易于獲取，不僅能較好地預測我國現有生產水平下溫室番茄的干物質生產及分配，而且可以為實現我國溫室番茄生產環境優化調控和模式化栽培管理提供決策支持。

關鍵詞：溫室番茄;干物質生產及分配模型;輻熱積

中圖分類號： S625.5;S641.201? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）05-0129-04

收稿日期：2018-09-17

基金項目：四川省科技廳科技項目（編號：2017ZR0281）。

作者簡介：李 莉（1990—），女，江蘇連云港人，助理工程師，研究方向為農業氣象。E-mail：625175826@qq.com。

通信作者：郭 斌，高級工程師，高級信息系統項目管理師，研究方向為應用氣象及氣象信息化。Tel：（0837）2821230;E-mail：abgb_001@163.com。

設施農業的興起大大減少了農業生產受外界環境影響的制約，溫室內部溫度和輻射是影響作物生長的主要因素[1-5]，而太陽輻射作為主要熱源，直接影響著溫室內溫度的變化，因此能否準確地掌握溫度和輻射的調節尺度對溫室作物的生產起著重要的作用。

作物模擬技術是優化作物栽培管理的重要手段之一，其中干物質分配一直是作物模擬模型研究的重要內容。前人提出很多理論來模擬作物干物質分配，如功能平衡模型[6-7]、運輸-阻力模型[8]、源庫調控模型[9-11]等。目前應用最多的是源庫調控[4]模型和分配指數模型[12-15]。源庫調控模型具有較強的機理性，但模型需要很多參數，其中許多參數（如營養器官的庫強）很難通過試驗獲取，其實用性受到很大限制[16]。Wolswinkel指出干物質分配的模擬是基于作物的庫強，庫強也可以定義為作物各個器官對同化物的潛在需要或積累同化物的潛在能力[17];Heuvelink構建了基于作物器官庫強，即作物潛在生長速率的溫室番茄干物質分配模型[18];TOMGROW和TOMSIM模型中關于溫室番茄干物質分配模型都是基于作物的源庫理論建立的，其中，TOMGROW模型需要輸入大量的模型參數，大大降低了模型的實用性和廣適性;TOMSIM模型利用固定的莖、葉干質量比率來預測莖、葉干質量，采用果枝出現速率和果實生長周期等來預測果實干質量，但是在不同品種或同一品種不同播期下預測值差異較大，因此限制了不同品種的產量預測精度[19-20]。而分配指數和分配系數模型由于簡單實用，是目前應用最廣的干物質分配模型[8]。分配系數是某一植株部分干質量的增加量占整株干質量增加量的比例[21];分配指數是指器官干質量占總干質量的比例[22]。本研究利用累積輻熱積來擬合溫室番茄的分配指數，建立了基于我國栽培技術和種植制度的溫室番茄干物質生產及分配模型，為我國溫室番茄生長及栽培管理和環境優化調控提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2016年12月至2017年5月在山東省臨沂市設施農業氣象試驗站日光溫室內進行。山東省臨沂市設施農業氣象試驗站地處蒙陰、費縣和沂南3縣交界處附近的雙堠鎮，地理坐標為118.26°E、35.32°N，年平均氣溫13.3 ℃，年降水量793.9 mm，年日照時數2 314 h，屬于暖溫帶季風區大陸性氣候。該地區屬丘陵地帶，土壤貧瘠，經過首期治理后土壤有所改變，土質偏堿性，pH值為7.73～8.38，土壤通透性良好。

1.2 試驗設計及過程

本試驗選擇番茄品種樂農6號，將苗期的番茄種植于山東省臨沂市日光溫室試驗區內。試驗溫室頂高4.6 m，寬 10.0 m，長68.0 m，試驗小區壟寬95 cm，走道80 cm，行距 30 cm，株距20 cm。溫室覆蓋棚膜為聚乙烯無滴膜，膜厚 0.6 mm，透光系數為75%。選取長勢良好且一致的4～5張真葉狀態的番茄幼苗200株定植，將土壤水分控制在田間持水量的70%～80%（體積含水量20%～30%），光照度保持在晴天的正常范圍內（陰天時補光）。待80%以上的番茄苗進入花果期后，選取長勢良好且一致的苗期番茄進行試驗處理。試驗分為2個部分：試驗1的數據用于模型的建立，試驗2的數據用于模型的檢驗。

1.3 觀測項目與方法

1.3.1 氣象數據的測定 用數據采集器（WatchDog2000，USA）自動采集設施內氣象要素，采集內容包括冠層（1.5 m）處空氣溫度和相對濕度。采集頻率為10 s/次，存儲每 30 min 的平均值。

1.3.2 作物各器官干物質量的獲取 苗期每5 d，其余生育期每7 d進行破壞性取樣，取有代表性的植株樣本，苗期每次6株，其余生育期每次3株。將各植株分為根、莖、葉和果4個部分，測定鮮質量，再105 ℃殺青，然后在85 ℃烘干至恒質量，采用精度為0.01 g的電子天平測定各器官干質量。

果實成熟時，每隔2 d左右采摘1次，各試驗小區隨機選取10株番茄，將成熟果實采用105 ℃殺青，然后在85 ℃烘干至恒質量，采用精度為0.01 g的電子天平稱取其干質量。

4 結論與討論

在潛在生長條件下，溫室番茄的生長主要受同化產物的影響，而同化產物量主要取決于溫度和光合輻射。僅采用有效積溫來模擬誤差較大，本研究綜合了光合有效輻射和溫度的光溫指標——輻熱積來模擬，提高了預測精度。同時，克服了“源庫”調節理論輸入參數多、實用性不強的局限性。模型精度高，且參數少、易獲取，能較好地預測番茄干物質量的生產以及在各器官的分配情況，為溫室番茄生產的光溫管理調控提供依據。

張紅菊等利用輻熱積對一品紅、甜椒的干物質分配進行模擬，PIS、PIL、PIST與累積輻熱積之間的表達形式[25-26]與本研究一致，但由于供試品種、試驗地點、栽培方式的不同，導致經驗參數不同。說明本研究通過擬合得到的番茄干物質在地上部、根部及地上部各器官的分配模型具有較好的應用前景。

本研究沒有考慮水分、養分的影響，試驗的品種單一，模型在其他類型番茄品種、栽培條件、地點、種植方式的適用性還有待于進一步驗證和校驗。但是，本模型的研究思路和建模方法，為建立更具機理性的溫室番茄干物質量的生產及分配模型提供了參考。

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