日光温室黄瓜叶片和果实相关参数的模拟

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模式化栽培模型的研究也取得了一些成果， 主要集 ［ ? ’ & ］ 中于粮、 棉等大田农作物方面 ， 蔬菜设施栽培方
［%， $］ 面的模型研究尚处于起始阶段 。本研究对温室
黄瓜整个生育期叶片和果实的相关生物学参数的模 拟模型的建立进行了探讨， 是建立日光温室黄瓜生长
作者简介： 李化龙， 高级工程师； 陈端生， 教授， 博士生导师， 联系作者， 主要从事设施园艺和环境工程研究 >
增刊
李化龙等： 日光温室 黄瓜叶片和果实相关参数的模拟
..
发育和产量形成系统模拟模型的基础性研究之一。
的形状是完全不同的 + 个类型， 仍采用上述方法对 其叶面积进行估算， 存在物理意义不清楚问题。
!
试验材料和方法
试验在中国农业大 学曲周试验站日光温室进
行。温室东西长 !" #， 南北宽 $ #， 钢骨架结构， 透 光材料为 " % "$ ## 的 &’( 高效能转光流滴膜。供 试品种为荷兰水果性黄瓜秋香 )*。分别于 +""+,"-, ".—"-,+/ 和 +""/,"+,"+—"+,+0 每隔 ! 1 . 2 进行分 期营养钵育苗， 幼苗第 / 1 0 片真叶展开时定植。采 用起垄大小行栽培方式， 大行行距 "% $ #， 小行 "% 3 株距 "% / # 。每处理选择 ! 株黄瓜进行定株活体 #， 观测， 观测每 / 2 一次； 每 *" 2 进行一次取样观测， 每次 * 1 / 株。定株活体观测项目有： 各节位叶片的 叶长 （! 4） 、 叶宽 （ "4 ） 、 果实长 （ ! )） 、 果实直径 （ #) ） 。 果实生长到商品果采收标准时 （瓜条长 *+ 5#， 直径 适时采收， 分别取样测量果实直径、 周 +% $ 5# 左右） 长 （ $)） 、 体积 （ %) ） 及鲜重 （ & )） 和干重 （ #& )） 。取样 观测项目有： 各节位叶片叶长、 叶宽、 叶 面积 （ ’ 4） ， 各节位果实果长、 果实直径及干物重。黄瓜鲜果体 积采用量筒排水法测定； 果长、 果实直径采用直尺测 量， 果径周长用柔性尺子测得； 果实直径及果径周长 为瓜条中部测值。叶宽为叶片上部肩宽测值， 叶长
［-， *"］ 为叶片基部至叶尖的距离 。
图 ! 黄瓜叶片叶面积模拟解析图 )=8% * (>?@AB=B 5C?DE FG ?DH? B=#I@?E=F> FG 5I5I#JHD @H?G
观察正常黄瓜叶片形态发现， 黄瓜叶片可分解 成 / 个几何部分， 即上部的三角形区、 中部的梯形区 和下部的弧形区， / 部分面积分别以等腰三角形、 等 腰梯形和圆弧面积的几何计算公式计算相应面积， / 部分面积之和即为整个叶片的面积： ! * ; ’! +,$ < ’! KL&M < + : N")OL 其中： ’! ( KM ; * P + ! 4 : -+ ’ ! KL&M ; （ ! 4 < .# ） : /- P + ’ " )OL ; ?D5B=> $ : .# : 01 : ( .# < *3 : 01 )
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摘
要
为建立黄瓜叶面积和果实干鲜重的模拟模 型， 采 用定株 非破坏 性观测 和随机 取样方 法， 系 统观测 了日光
温室内黄瓜不同播期整个生育期的叶长、 叶宽、 叶面积及果长、 果径、 果实体 积和干鲜 重。运用几何 解析方法， 建立 了与黄瓜叶片特征相适应的叶面积模拟模型， 其结果对实测值有很好的拟合性； 比叶重 模拟结果表 明， 叶 片比叶重 随叶面积的增加趋于减小， 在叶片充分展开后其值稳定在 " >#= @5 6@! 左右； 以 黄瓜果 长、 果 径为参 数建立 的果实 体积和鲜重模拟模型的结果与实际值相当一 致， 相关系数达 ! ! A "> ((&； 果实干物质 含量的模拟结果受采 收期果实 含水量的影响较大。所建模型与待建的 黄瓜光 合作 用模 拟模型 相联 接， 可实现 对黄 瓜群体 结构 和果 实产量 的预 测， 是日光温室黄瓜生长发育系统模型的子模型之一。 关键词 模拟；叶面积； 果重；黄瓜； 日光温室 中图分类号 B &!% >C 文章编号 =""%D?### （!""#） B"D""%&D"? 文献标识码 4
式中： ’G/ 为光合产物在叶片中的日分配量。为了 简化计算， 可将比叶重 & GH 取常数值 （ & GH " )$ # :8 C: J &） 计算。 ! " ! 黄瓜果实相关参数的模拟 ! "! " # 黄瓜果实体积的模拟 黄瓜果实为一近似 的圆柱体， 以圆柱体体积计算公式为基础建立黄瓜 果实体积的模拟方程： ( 2 " &$ 5)) ’ ($ I*&
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（3）
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结果与讨论
黄瓜叶片相关参数的模拟
（.）
"# !# ! 黄瓜叶片面积的模拟 叶面积指数是描述 作物群体结构的重要参数， 实际应用中作物叶面积
［**］ 多采用长 : 宽值作因子进行回归估算 ：
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中国农业大学学报
（增刊） ： !""# ， $ %& ’ %( )*+,-./ *0 123-. 45,36+/7+,./ 8-39:,;37<
日光温室黄瓜叶片和果实相关参数的模拟
! 李化龙=，
陈端生=
杨合法=
（ = > 中国农业大学 农学与生物技术学院， 北京 ="""(?；!> 陕西 咸阳农业气象研究所， 陕西 咸阳 %=!"#?）
+ +
（+） （/） （0）
黄瓜定植前施入经 &6 发酵腐熟的牛粪 $ #/， 生物有机肥 !+ 78 （有机质含量 /$% 39 ， 氮、 磷、 钾含 量分别为 0% "9 、 ， 磷酸 二铵 0" 78。 /% !9 、 *% /-9 ） 整个生育期水肥管理充分满足黄瓜生长需求。病虫 防治按常规方法进行。 黄瓜植株四叶以下节位的花芽、 幼果及时摘除， 所 有节位不留侧枝， 主茎自第 ! 节开始每节留一雌花。 夜间温度偏低时， 采用自动卷帘保温被覆盖保 温， 温度偏高时由通风口通风降温。
（*）
法基于叶片形状为近似矩形的假设， 适用
3 ; +/ +- ; ! 4 Q /- ; * %// < "% 0. : "4 Q "% "0 : ! 4 （-） 建立实测叶面积值和由 （/） （ 0） 、 、 （!） 式计算所
于小麦、 玉米等叶片类似矩形形状的作物叶面积计 算 （图 *） 。黄瓜叶片形状与小麦、 玉米等作物叶片
收稿日期： !""#D="D"$ !
［=］
机科学、 栽培学、 农业经济学、 控制工程学及作物生 长发育和产量形成等综合动态研究成果基础上的设 施农业模式化栽培系统， 所建模型主要应用于温室 环境条件下光、 热、 水、 气等环境因素的自动化调控、 生产周期的安排， 产量和上市期的预测、 经济效益的
［! ， #］ 估算等方面， 显示出很强的 实用性 。我国 作物
运用适宜的作物生长模拟模型科学合理地安排 生产和调控作物生长环境的微气候要素， 对充分发 挥设施农业优质高效的生产功能具有重要作用。黄 瓜是我国设施农业生产中重要的主栽品种之一， 建 立日光温室条件下黄瓜生产、 发育和产量形成过程 的计算机模拟模型， 并在此基础上形成日光温室黄 瓜生产管理决策专家系统， 不仅可使生产经营者的 种植管理实现科学化、 合理化和规模化， 而且可为其 提供有关黄瓜生长发育进程、 果实上市期、 可上市量 等大量先期预测信息， 从而为提高设施农业的自动 化管理水平和生产效益提供技术基础 。基于计算
I4
中 国 农 业 大 学 学 报
&(() 年
得值的回归模型， 得到黄瓜单叶叶面积的几何计算 模式： ! ! " #$ %&% ’ # $()* + （ "!,-. ’ " !-/0. ’ & + 1"23/ ） # & " ($ *45 $ " #(4 （#(） 回归检验 % " ) )#) $ # 6 6 %( $(# ， 具有较高 的模拟精度 （图 &） 。 （ #(）