温室长季节栽培番茄的发育阶段划分

温室长季节栽培番茄的发育阶段划分

0温室番茄生育期动态模拟模型番茄是重要的世界蔬菜。温室内的番茄种植通常在现代温室和节能日光温室中进行。通常在8月下旬和9月初播种，11月下旬到次年7月收获。它可以连续收获20多个果穗，充分利用温室的时间和空间，经济效益很高。定量研究和准确模拟温室番茄生育期与环境因子的动态关系,不仅可以预测温室番茄的生育期,指导温室番茄生产,适时田间管理,而且可以解释和量化环境因子对温室番茄生长发育的影响程度,同时为模拟温室番茄光合作用动态与干物质积累以及光合同化物在温室番茄器官间的分配和转移奠定基础。由于温室长季节栽培番茄生长期较长,约9～10个月,而且其所处的环境与露地栽培有所不同。因此,温室小气候,尤其是温度对番茄生长发育的影响较大。目前发育动态模拟模型在棉花等大田作物报道较多,陈人杰等建立了北京地区温室番茄发育动态模拟系统,但国内温室长季节栽培番茄发育期的模拟研究的报道不多。本文在国内外有关发育量化研究及已有的温室番茄生物学知识的基础上,通过对影响温室番茄发育期的环境因子的分析,以建立一个较为合理、精度较高、便于实际应用、具有明确生物学意义、适于各品种温室番茄的发育动态模拟模型。1材料和方法1.1试验材料和处理1试验材料供试温室番茄品种为:佳粉15、卡鲁索、中杂9号。22试验处理本试验共有9个处理,处理1～6作为模型建立的数据,处理7～9作为模型检验的数据,如表1所示。1.2栽培管理及生长发育情况观察试验于2003年8月至2005年7月在江苏省农科院连栋温室和南京市蔬菜所连栋温室内进行,其中处理1～6在江苏省农科院连栋温室内进行,处理7～9在南京市蔬菜所连栋温室进行。温室主体结构为V96型文洛式三尖顶玻璃温室,配置以色列ELDAR公司的温室专用计算机控制系统,可按要求自动控制温室内的加热系统、灌溉系统、配方施肥系统、帘幕系统、通风系统、顶喷淋系统。采用基质穴盘育苗,基质用草炭和蛭石各50%配置,并按每m35kg消毒鸡粪+0.5kg专用肥。当幼苗的第8片真叶完全展开时定植于装有中芦苇末∶蛭石=3∶1的塑料栽培桶中,植株行距为80cm,株距25cm,每个处理100株,营养液采用日本园试通用配方,苗期营养液浓度为1.0～1.2mS/cm,定植初期为1.0～1.4mS/cm,开花坐果期为1.8～2.0mS/cm,果实采收初期至采收末期为2.2～2.5mS/cm。植株管理按照常规生产要求进行。观察记载各生育阶段;每隔5～7d随机取样5株,观测各处理的生长发育情况,并测量和记录各生育阶段植株的形态指标,包括株高、叶片数目、果实大小等。模型中所需的各生育阶段的日最高温度、最低温度、平均温度等气象资料由计算机自控系统连续监测记载。1.3生育期各形态指标的确定本试验根据文献资料和多年的栽培经验,将番茄的整个生长发育过程划分为5个生育阶段,并确定各个生育期的形态指标,如表2所示。为了便于计算机的识别和运算,本研究采用的发育进程(Developmentprogress,DVP)需数据化,即将番茄的生育时期变化为数量指标,如播种期用0.0表示,苗期用1.0表示,定植期用2.0表示,等等。1.4生育阶段的预测本研究采用较为常用的生长度日法,即用实际环境条件下,完成某一生育阶段所经历的累积有效积温值(生长度日,Growingdegreedays,GDD)来表示。温室番茄的发育进程在一定范围内随温度的升高而加快,发育速率与累积的热时间或生长度日呈正相关关系。本研究是在连栋温室内的自动控制环境条件下进行的,番茄在各生育期内,一般均处于生长发育的适宜温度范围内。因此,预测番茄生育阶段也应有较高的准确性。生长度日的表示方法为:GDD=∑(Td-Tb)Td>Tb(1)式中Tb——发育基点温度,番茄Tb=10℃;Td——日平均温度。生育阶段有效积温为:Ai=∑(Td-Tb)(2)式中i——生育阶段;用1、2、3、4、5、6、7分别表示幼苗期、定植期、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。发育速率(developmentrate,DVR)的表示方法为:DVR=(Ti-Tb)/Ai(3)式中Ti——一个生育阶段的日平均温度。发育进程(developmentprogress,DVP)的表示方法为:DVP(i+1)=DVP(i)+DVR·Δt(4)式中DVP——生育进程;Δt——1d。设定DVP(0)=0。1.5模拟值对比与观测值的计算采用国际上常用的RMSE(RootMeanSquareError)统计方法对模拟值与观测值之间的符合程度进行统计分析。RMSE计算方法如下:RMSE=∑i=1n(OBSi−SIMi)2n−−−−−−−−−−−−√RΜSE=∑i=1n(ΟBSi-SΙΜi)2n式中OBSi——观测值;SIMi——模拟值;n——样本容量。2结果与分析2.1生育阶段生长粒度根据文献资料和本试验处理1～6的试验资料确定模型中各生育阶段的生长度日值。由于处理1～6各生育阶段生长度日值,故将实测得到的各生育阶段的生长度日的平均值确定为各生育阶段生长度日参数A1、A2、A3、A4、A5、A6和A7之值,分别为710.5、110.5、152.3、302.9、245.6、2156.7和200.5度日。2.2生育期的绝对误差和现代模型的总误差应用建立的模型分别预测处理7～9番茄各生育期并与实际观测值进行比较,然后应用RMSE对其进行统计分析,结果如表3所示。由表3可知,模型预测结果与处理7～9观察记载的各生育阶段除采收盛期外,其它生育期的绝对误差均小于3d,RMSE也均小于3d。采收盛期的绝对误差较大为7～11d,RMSE为9.4d。从幼苗期到果实成熟,整个生育期天数的模拟值与实测值的总误差分别为10d、16d和13d,其RMSE为13.2d。分别以处理7～9的播种期、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各生育阶段天数的模拟值和试验观察值作1∶1关系图(图2～4),清晰地反映出模拟值与观察值较好的一致性,显示了较为平行的、拟合性好的变化趋势。3对番茄生育期的影响本研究采用简便易行的生长度日法(GDD),确定了温室番茄长季节栽培发育模型中各生育阶段的生长度日参数A1、A2、A3、A4、A5、A6和A7之值,分别为710.5、110.5、152.3、302.9、245.6、2156.7、200.5度日,在此基础上,建立了温室番茄生育动态模型,能较准确的预测包括幼苗期、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在内的温室番茄长季节栽培各生长发育阶段。模型检验结果表明,处理7～9的实际观测值天数大多比模型预测值大,可能是由于处理7～9的生育期大部分在南京正遇阴雨连绵的冬春季,不但温度低,而且光照较弱,试验过程中,考虑到能耗太大,不可能进行补光,植株形态建成因得不到充足的阳光而减慢,导致了番茄生育期的延迟。因此,将不同育苗期、不同品种各生育阶段所需的GDD设定为固定值来预测发育阶段仍有一定的局限性,今后需要进一步的研究和完善。如温室环控条件差,那么利用模型来预测番茄的发育阶段,就应作一定程度的调整和矫正,以增强模型预测的科学性和实用性;当然,如果