温室切花百合气孔导度、蒸腾速率及光合速率模拟研究

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蒸腾作用和光合作用是与作物生长发育及产量品质密切相关的生理过程。叶片的气孔导度是估算蒸腾速率和光合速率不可或缺的重要参数之一。因此,定量研究环境条件对作物气孔导度、蒸腾速率及光合速率的影响,是温室作物生产中环境调控与优化管理的重要前提。本研究以切花百合品种‘索蚌’(Lilium spp.’Sorbonne’)为试验材料,于2008年8月-2010年4月在连云港岗埠农场日光温室和南京农业科学研究所连栋温室内进行了不同地点、不同定植期、不同栽培方式(土栽和盆栽)和不同土壤水势处理的栽培试验,获取模型参数校正与检验的作物和环境数据,并定量分析了不同环境条件对温室切花百合气孔导度、蒸腾速率以及光合速率的影响。在此基础上,进一步通过模型参数敏感性分析,比较了不同气孔导度、蒸腾作用以及光合作用模型的模拟效果,明确了适合温室切花百合周年生产环境条件下气孔导度、蒸腾速率以及光合速率模拟的模型。研究结果不仅为准确预测不同环境条件下温室切花百合产量和外观品质奠定了基础,也为切花百合生产中环境调控与优化管理提供理论依据和决策支持。具体研究结果如下:(1)温室切花百合气孔导度模拟模型。以试验所获取的数据对Jarvis模型和最新版的BWB类型模型(BWB-Leuning-Yin模型)进行参数订正,并进一步比较分析模拟效果。模型检验数据分为两组:第一组为与模型校准季节和地点相同的试验数据,第二组为与模型校准季节和地点不同的试验数据。当用第一组数据检验时,两种模型在不同环境条件下均得到较好的估算。基于1:1直线的决定系数(r2)和相对回归估计标准误(rRMSE)分别为0.75-0.76和0.22-0.23(Jarvis模型);0.74-0.82和0.180.24(BWB-Leuning-Yin模型,An为实测值);0.70-0.72和0.24-0.25(BWB-Leuning-Yin模型,An为估算值)。当用第二组数据检验时,BWB-Leuing-Yin模型估算结果好于Jarvis模型。r2和rRMSE分别为0.61-0.62和0.35-0.36(Jarvis模型),0.72-0.79和0.23-0.25(BWB-Leuning-Yin模型,An为实测值);0.69-0.72和0.26-0.27(BWB-Leuning-Yin模型,An为估算值)。结果表明,当环境条件改变时,Jarvis模型的方程或参数需要重新拟合或估算。三种BWB类型模型相比较,BWB模型适合光强和C02浓度为正常或高(300-1500μmol m-2s-1和250-1200μmol mol-1)水平条件下气孔导度的模拟,BWB-Leuning-Yin模型适合低光强(0-300μmol m-2s-1)和低C02浓度(50-250μmol mol-1)水平条件下气孔导度的模拟,为进一步准确估算蒸腾速率和光合速率奠定了基础。(2)温室切花百合蒸腾速率模拟模型。以试验所获取的数据对三种蒸腾模型(大叶模型、多层模型和二叶模型)进行参数订正,并进一步比较分析模拟效果。当叶面积指数(LAI)小于1时,不同模型之间温室切花百合日蒸腾量差异很小;当LAI大于1时,大叶模型会造成对日蒸腾量的高估,而二叶模型会造成对日蒸腾量的低估。在此基础上,采用多层模型对不同土壤水势处理的日平均蒸腾速率进行检验,估算值与实测值之间基于1:1直线的r2和rRMSE分别为0.85和0.23,模拟结果较好。结果表明,当LAI小于1时,大叶模型和二叶模型适合温室切花百合蒸腾速率的模拟;当LAI大于1时,多层模型适合温室切花百合蒸腾速率的模拟。本研究不仅为温室切花百合优化管理提供了理论依据,而且为温室的温湿度调控奠定了基础。(3)温室切花百合光合速率模拟模型。以试验获取的数据,对光响应曲线模型和FvCB生化模型进行参数订正,并进一步比较分析模拟效果。用与模型校准相独立的试验数据进行检验,切花百合光合速率估算值与实测值之间基于1:1直线的r2和rRMSE分别为0.81和0.25(光响应曲线模型)、0.78和0.26(FvCB生化模型),模拟效果均较好。但相对于光响应曲线模型,FvCB生化模型机理性强,且以易获取的环境因子(PAR,Ca,T和VPD)和土壤水势(SWP)为输入,便于实际生产中的应用。结果表明,FvCB生化模型适合温室切花百合光合速率的模拟,为下一步估算温室环境下百合干物质生产奠定了基础。本研究可为建立基于模型的温室环境控制目标优化系统,实现我国温室作物生产与环境调控的优化管理提供理论依据和决策支持,对提高我国温室控制水平和温室作物生产的经济和生态效益,促进我国温室产业的发展具有重要的理论意义和应用价值。
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