朱雨晴 薛曉萍 基于不同驅(qū)動(dòng)因子的番茄生長(zhǎng)模型比較 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào) 2 0 2 4 3 5 6 7 4 7 7 5 8 D O I 1 0 1 1 8 9 8 1 0 0 1 7 3 1 3 2 0 2 4 0 6 1 0 基于不同驅(qū)動(dòng)因子的番茄生長(zhǎng)模型比較 朱雨晴1 薛曉萍2 1 山東省濟(jì)寧市氣象局 濟(jì)寧 2 7 2 1 1 3 2 山東省氣候中心 濟(jì)南 2 5 0 0 3 1 摘 要 利用2 0 1 8 2 0 2 3年在山東省臨沂 濟(jì)南和濟(jì)寧開(kāi)展的日光溫室試驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù) 基于環(huán)境因素與番茄的不同生 長(zhǎng)指標(biāo) 分別以輻熱積 有效積溫和適宜度指數(shù)為自變量 以番茄不同生長(zhǎng)指標(biāo)為因變量構(gòu)建L o g i s t i c生長(zhǎng)模型 并 利用獨(dú)立數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證 比較3種模型對(duì)番茄不同生長(zhǎng)指標(biāo)模擬的準(zhǔn)確性和優(yōu)缺點(diǎn) 得到番茄不同發(fā)育期 的最優(yōu)模型 結(jié)果表明 溫室番茄開(kāi)花期對(duì)光照不敏感 此時(shí)選擇積溫法建立L o g i s t i c模型 對(duì)開(kāi)花數(shù)的模擬程度 最優(yōu) 影響番茄坐果數(shù)的主要?dú)庀笠蜃訛楣庹?溫度和濕度 適宜度法建立的L o g i s t i c模型精確度最高 番茄果莖生 長(zhǎng)主要與光合有效輻射和溫度有關(guān) 輻熱積法建立的L o g i s t i c模型精確度最高 關(guān)鍵詞 輻熱積 積溫 適宜度 L o g i s t i c模型 引 言 番茄 Solanum lycopersicum L 原產(chǎn)于南美 洲 屬于茄科 是我國(guó)北方的主要溫室作物之一 具 有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高 種植適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn) 1 7 構(gòu)建溫室 番茄生長(zhǎng)模型 明確番茄生長(zhǎng)與環(huán)境小氣候要素間 的量化關(guān)系 對(duì)于提高溫室生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益具有重 要意義 作物模型指計(jì)算機(jī)軟件利用數(shù)學(xué)方程和作物生 長(zhǎng)指標(biāo)構(gòu)建生長(zhǎng)公式 能表征不同環(huán)境因子對(duì)作物 不同發(fā)育期的影響 還可描述作物的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)過(guò)程 進(jìn)而對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測(cè) 8 1 0 同時(shí) 根據(jù)作物需求對(duì) 環(huán)境因素進(jìn)行人工調(diào)控 可促使作物高產(chǎn) 優(yōu)質(zhì) 1 1 L o g i s t i c模型應(yīng)用較為廣泛 1 2 對(duì)多種作物生長(zhǎng)的 擬合性較好 1 3 1 5 可反映不同氣象條件下作物生長(zhǎng) 軌跡的變化 1 6 因此 L o g i s t i c模型廣泛應(yīng)用于作 物生長(zhǎng)模擬 1 7 是最常用的作物模型之一 番茄生長(zhǎng)符合簡(jiǎn)單的指數(shù)變化 因此本研究選 擇L o g i s t i c模型模擬番茄動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)過(guò)程 當(dāng)影響因 素較為復(fù)雜時(shí) 構(gòu)建L o g i s t i c模型多以作物的生理 發(fā)育時(shí)間為自變量 1 8 因?yàn)闀r(shí)間尺度涵蓋了多重環(huán) 境因素的綜合影響 此時(shí)單一因素對(duì)作物生長(zhǎng)過(guò)程 模擬的準(zhǔn)確性會(huì)有欠缺 例如M i r s c h e l等 1 9 以有 效積溫為自變量建立冬小麥干物質(zhì)累積模型 發(fā)現(xiàn) 其模擬準(zhǔn)確性顯著低于時(shí)間尺度 在環(huán)境變量較少 情況下 研究者利用單一或多個(gè)環(huán)境因素建立模型 不僅可以更加精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)作物生長(zhǎng)過(guò)程 更能體現(xiàn) 作物與某幾種環(huán)境因素的聯(lián)系 有學(xué)者以有效積溫 為自變量建立L o g i s t i c模型 模擬設(shè)施番茄的高度 葉面積 干物質(zhì)積累和果莖生長(zhǎng)量等 發(fā)現(xiàn)有效積溫 法的模擬精確度顯著高于以生長(zhǎng)日數(shù)為自變量的生 長(zhǎng)模型 2 0 2 1 還有研究者分別以有效積溫和輻熱積為 驅(qū)動(dòng)因子 利用L o g i s t i c模型模擬大田作物和設(shè)施作 物的葉面積和干物質(zhì)生長(zhǎng)等過(guò)程 發(fā)現(xiàn)有效積溫法對(duì) 大田作物模擬精確度更高 2 2 2 4 輻熱積法模擬設(shè)施 作物的精確度更高 2 5 2 8 其原因是大田環(huán)境下 溫 度與太陽(yáng)輻射同步變化 而溫室中控溫設(shè)備使室內(nèi) 2 0 2 4 0 8 0 4收到 2 0 2 4 0 9 2 9收到再改稿 資助項(xiàng)目 山東省氣象局氣象科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目 2 0 2 0 s d q x m 1 5 山東省氣象局科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目 2 0 2 1 s d q x z 0 8 十三五 山東重大氣象工程項(xiàng) 目 魯發(fā)改農(nóng)經(jīng) 2 0 1 7 9 7號(hào) 通信作者 郵箱 x x p d h y 1 6 3 c o m 第3 5卷 第6期 2 0 2 4年1 1月 應(yīng) 用 氣 象 學(xué) 報(bào) J O U R N A L O F A P P L I E D M E T E O R O L O G I C A L S C I E N C E V o l 3 5 N o 6 N o v e m b e r 2 0 2 4 溫度變化未必與太陽(yáng)輻射同步 2 9 3 0 溫室生產(chǎn)中 作物產(chǎn)量和品質(zhì)受到多種環(huán)境因子的綜合影響 且 作物在不同生育階段對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性也會(huì)發(fā)生變 化 適宜度指數(shù)是作物對(duì)于環(huán)境因子的適宜性函 數(shù) 可以量化作物對(duì)不同環(huán)境因素的適宜程度 3 1 3 5 近年國(guó)內(nèi)學(xué)者利用等權(quán)重構(gòu)建基于日光溫室內(nèi)光溫 濕等氣象條件的小氣候適宜度模型 該模型很好地 反映了適宜度與設(shè)施作物生長(zhǎng)的關(guān)系 3 6 3 8 以往多采用單一驅(qū)動(dòng)因子建立模型模擬作物生 長(zhǎng)發(fā)育 每種驅(qū)動(dòng)因子均有局限性 且不同發(fā)育期擬 合精確度也存在差異 因此 在前人研究基礎(chǔ)上 本 研究同時(shí)采用輻熱積和積溫為驅(qū)動(dòng)因子 并首次引 入適宜度指數(shù) 利用3種不同驅(qū)動(dòng)因子分別建立番 茄的L o g i s t i c生長(zhǎng)模型 比較不同發(fā)育期內(nèi)模型的 準(zhǔn)確性和適用性 分析不同驅(qū)動(dòng)因子的優(yōu)缺點(diǎn) 以期 獲得最優(yōu)模擬方法和更精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)效果 本研究可 為種植戶規(guī)避氣象災(zāi)害 規(guī)劃種植及預(yù)測(cè)產(chǎn)量提供 理論依據(jù) 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 分別在山東省臨沂 濟(jì)南和濟(jì)寧開(kāi)展試驗(yàn) 試 材品種為無(wú)限生長(zhǎng)型番茄粉冠 其根系發(fā)達(dá) 植株健 壯 具有熟性早 產(chǎn)量大 耐旱耐低溫等特點(diǎn) 共設(shè)計(jì)3個(gè)試驗(yàn) 試驗(yàn)1 2 0 1 8 2 0 1 9年在 臨沂市沂南縣的設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站進(jìn)行 供試日 光溫室呈東西走向 長(zhǎng) 寬和高分別為6 8 0 1 0 0 m 和4 6 m 棚頂覆蓋聚乙烯無(wú)滴膜 透光系數(shù)為 7 5 溫室內(nèi)番茄種植壟寬為9 5 c m 行間距為 4 0 c m 株間距為3 0 c m 每壟6 0株 2 0 1 8年1 0月 1日定植 1 1月1 0日開(kāi)始試驗(yàn)觀測(cè) 次年1月1日 結(jié)束 試驗(yàn)2 2 0 1 9 2 0 2 0年在濟(jì)南市長(zhǎng)清區(qū)濟(jì) 西農(nóng)業(yè)日光溫室進(jìn)行 供試溫室東西走向 長(zhǎng) 寬和 高分別為5 5 0 8 0 m和3 9 m 覆蓋聚乙烯無(wú)滴 膜 透光系數(shù)為7 5 壟寬為6 0 c m 行間距為 4 0 c m 株間距為3 0 c m 每壟5 0株 2 0 1 9年1 0月 1 0日定植 1 1月2 0日開(kāi)始試驗(yàn)觀測(cè) 次年1月1 0 日結(jié)束 試驗(yàn)3 2 0 2 2 2 0 2 3年在濟(jì)寧市兗州瑞 鵬農(nóng)業(yè)日光溫室進(jìn)行 供試溫室呈東西走向 坐北 朝南 長(zhǎng) 寬和高分別為6 0 0 6 0 m和2 9 m 覆 蓋聚乙烯無(wú)滴膜 透光系數(shù)為7 5 壟寬為5 0 c m 行間距為4 0 c m 株間距為2 0 c m 每壟4 0株 2 0 2 2 年1 0月7日定植 1 1月1 7日開(kāi)始試驗(yàn)觀測(cè) 次年1 月3日結(jié)束 本研究引入光照 溫度和相對(duì)濕度作為環(huán)境因 子構(gòu)建生長(zhǎng)模型 為了排除其他氣象因子的影響 本 研究利用環(huán)境檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)溫室內(nèi)環(huán)境因素變化 將 土壤濕度 C O 2濃度等除光溫濕以外的氣象因素人 工控制在適宜范圍內(nèi) 根據(jù)溫室番茄不同發(fā)育期和 土壤墑情狀況補(bǔ)充灌溉 保證土壤濕度維持適宜溫 室番茄生長(zhǎng)的水平 3 9 為保證試驗(yàn)期間土壤肥力 相同 選擇透氣性能高 保水能力好的壤黏土作為種 植土壤 田間管理按高產(chǎn)栽培水平開(kāi)展 番茄粉冠 屬于無(wú)限生長(zhǎng)品種 因剛進(jìn)入開(kāi)花期時(shí)植株較弱 進(jìn) 入成熟期后承載能力有限 故第1花序不留 第5花 序之后打頂 僅保留中間4穗花序 4 0 1 2 測(cè)定項(xiàng)目 1 2 1 番茄開(kāi)花坐果 每個(gè)試驗(yàn)周期均選擇5 0株健康且生長(zhǎng)狀態(tài)相 似的番茄植株 對(duì)每株番茄的第2花序進(jìn)行掛牌觀 測(cè) 試驗(yàn)從本花序開(kāi)花開(kāi)始 至本花序果實(shí)成熟結(jié) 束 3 9 4 1 試驗(yàn)開(kāi)始前需確保該花序開(kāi)花數(shù)為0 最 大花蕾長(zhǎng)度小于0 5 c m 每3 d記錄每棵植株第2 花序的開(kāi)花數(shù) 坐果數(shù) 至數(shù)量不再變化停止觀測(cè) 開(kāi)花以花瓣展開(kāi)4 5 為標(biāo)準(zhǔn) 坐果以果實(shí)橫莖長(zhǎng)度 達(dá)到1 0 m m為標(biāo)準(zhǔn) 7 最后取5 0株平均值 1 2 2 番茄果莖生長(zhǎng) 番茄坐果標(biāo)準(zhǔn)為果實(shí)橫莖長(zhǎng)度達(dá)到1 0 m m 選擇與上述掛牌植株不同的5 0株健康且生長(zhǎng)狀態(tài) 相似的番茄植株 開(kāi)展果實(shí)掛牌觀測(cè) 在每棵植株 的第2花序選擇1顆坐果日期相同 形態(tài)相似且健 康的番茄果實(shí)作為待測(cè)果實(shí)進(jìn)行標(biāo)記 自番茄坐果 后 每3 d測(cè)量1次番茄橫莖和縱莖 直至果莖長(zhǎng)度 不再變化 番茄橫莖為番茄果實(shí)最寬處長(zhǎng)度 單位 m m 番茄縱莖為番茄柄到果實(shí)頂點(diǎn)長(zhǎng)度 單位 m m 7 最后取5 0株平均值 測(cè)量工具為游標(biāo)卡 尺 型號(hào)為公英制轉(zhuǎn)換數(shù)顯卡尺5 0 0系列C D A X 精度為0 0 1 m m 量程為1 5 0 m m 1 3 氣象數(shù)據(jù) 1 3 1 數(shù)據(jù)來(lái)源 日光溫室內(nèi)的光合有效輻射均采用W S G P 2 英國(guó) 小型自動(dòng)氣象站測(cè)定 日光溫室內(nèi)氣溫 空氣 相對(duì)濕度采用W a t c h D o g 2 0 0 0 美國(guó) 數(shù)據(jù)采集器獲 取 數(shù)據(jù)采集頻率為5 m i n 1次 取小時(shí)內(nèi)平均值 得到逐小時(shí)光合有效輻射 平均氣溫和平均相對(duì)濕 847 應(yīng) 用 氣 象 學(xué) 報(bào) 第3 5卷 度 圖1為試驗(yàn)期間1 0 0 0 1 6 0 0 北京時(shí) 的平 均光合有效輻射 日平均溫度和日平均相對(duì)濕度 由圖1可見(jiàn) 在番茄發(fā)育期間 室內(nèi)平均光合有效輻 射為4 0 0 7 0 0 m o l m 2 s 1 日平均溫度為1 5 2 2 平均相對(duì)濕度為6 0 8 0 圖1 番茄發(fā)育期內(nèi)光合有效輻射 a 日平均溫度 b 和日平均相對(duì)濕度 c 變化 F i g 1 L i g h t a v e r a g e t e m p e r a t u r e a n d a v e r a g e r e l a t i v e h u m i d i t y d u r i n g 3 e x p e r i m e n t s 1 3 2 數(shù)據(jù)處理 采用E x c e l 2 0 1 0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 繪制散點(diǎn) 圖 利用S P S S 2 6 0軟件構(gòu)建模擬模型 2 模型簡(jiǎn)介 2 1 番茄生長(zhǎng)模型 番茄單個(gè)花序的開(kāi)花坐果數(shù)與果實(shí)生長(zhǎng)量的變 化符合L o g i s t i c曲線 3 9 4 1 L o g i s t i c方程為 y k1 ae bx 1 式 1 中 y為測(cè)定值 開(kāi)花數(shù) 坐果數(shù) 果莖長(zhǎng)寬 單 位 m m x為輻熱積 單位 m o l m 2 積溫 單 位 d 適宜度指數(shù) k a b均為模型參數(shù) 由 S P S S軟件擬合得到 e為自然常數(shù)2 7 1 8 4 2 2 2 輻熱積計(jì)算模型 輻熱積 單位 m o l m 2 為相對(duì)熱效應(yīng)與光合 有效輻射 單位 m o l m 2 的乘積 其中相對(duì)熱效 應(yīng)的計(jì)算公式 2 5 為 RT E 0 T Tb T Tb To Tb Tb T To 1 T To Tm T Tm To To T Tm 0 T Tm 2 式 2 中 To Tb Tm T分別為番茄發(fā)育期內(nèi)最適 生長(zhǎng)溫度 生長(zhǎng)下限溫度 生長(zhǎng)上限溫度 試驗(yàn)環(huán)境 中每小時(shí)平均溫度 單位 番茄不同發(fā)育期的三 基點(diǎn)溫度如表1所示 2 5 表1 番茄各發(fā)育期三基點(diǎn)溫度 25 Table 1 Temperature of three basis points in each growth period of tomato from Reference 25 發(fā)育期To Tb Tm 苗期2 5 1 0 3 0 花期2 5 1 5 3 0 結(jié)果期2 5 1 5 3 5 采收期2 5 1 5 3 5 947 第6期 朱雨晴等 基于不同驅(qū)動(dòng)因子的番茄生長(zhǎng)模型比較 2 3 有效積溫計(jì)算模型 有效積溫為每日平均溫度和番茄生長(zhǎng)下限溫度 差之和 2 3 公式為 Te T Tb 3 式 3 中 Te為有效積溫 T為試驗(yàn)環(huán)境中逐小時(shí)平 均溫度 Tb為番茄生長(zhǎng)的下限溫度 2 4 適宜度計(jì)算模型 溫室番茄的生長(zhǎng)過(guò)程中 因土壤水分為人工調(diào) 控保持在最適狀態(tài) 故影響溫室番茄的主要環(huán)境適 宜度為氣溫適宜度 S1 日照適宜度 S2 和濕度適 宜度 S3 每日綜合適宜度S的計(jì)算方法 3 6 S 3S1 S2 S3 4 綜合適宜度S0的計(jì)算方法 S0 S 5 其中 S1 S2 S3的計(jì)算方法參考文獻(xiàn) 3 6 4 3 4 7 2 5 檢驗(yàn)方法 以試驗(yàn)1第2茬花序的番茄為基礎(chǔ) 分別利用 輻熱積法 有效積溫法和適宜度法建立L o g i s t i c曲 線模型 將試驗(yàn)2和試驗(yàn)3作為驗(yàn)證試驗(yàn) 分別將數(shù) 據(jù)帶入L o g i s t i c曲線模型進(jìn)行模擬 實(shí)測(cè)值 模擬值 取平均 采用通用方法對(duì)構(gòu)建的L o g i s t i c曲線模型進(jìn)行 驗(yàn)證 驗(yàn)證指標(biāo)為決定系數(shù) 均方根誤差 R M S E 相對(duì)均方根誤差和測(cè)定系數(shù) 決定系數(shù)越接近1 精確度越高 均方根誤差值越小 模型結(jié)果精確度越 高 相對(duì)均方根誤差 下限為0 精確度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分 為4個(gè)等級(jí) 0 0 1 為極高 0 1 0 2 為較高 0 2 0 3 為中等 0 3以上為較差 4 8 5 0 測(cè)定系數(shù) 在0 1之間 模型結(jié)果高估 測(cè)定系數(shù)大于1 模型 結(jié)果低估 5 1 3 結(jié)果與分析 3 1 基于輻熱積的模擬 圖2為番茄開(kāi)花坐果數(shù)和果莖生長(zhǎng)量與輻熱積 的L o g i s t i c s模型曲線 由圖2可知 番茄第2花序 的開(kāi)花坐果數(shù) 果莖長(zhǎng)度隨輻熱積增加呈S型曲線 關(guān)系 分別利用番茄的開(kāi)花數(shù) 坐果數(shù) 果莖生長(zhǎng)量 與輻熱積建立L o g i s t i c生長(zhǎng)模型 結(jié)果見(jiàn)表2 由 圖2 番茄生長(zhǎng)指標(biāo)與輻熱積的L o g i s t i c s模型曲線 F i g 2 L o g i s t i c s m o d e l c u r v e o f t o m a t o g r o w t h i n d e x a n d p h o t o t h e r m a l p r o d u c t 圖2可見(jiàn) 番茄最大開(kāi)花數(shù)為5 4 達(dá)到極限值所需 輻熱積為1 4 6 6 m o l m 2 番茄最大坐果數(shù)為 5 0 達(dá)到極限值所需的輻熱積為1 4 6 9 m o l m 2 番茄果實(shí)橫莖長(zhǎng)度最大為7 4 9 m m 達(dá)到極限值所需 的輻熱積為2 5 2 0 m o l m 2 番茄最大縱莖長(zhǎng)度為 5 1 6 m m 達(dá)到最大所需的輻熱積為2 3 0 0 m o l m 2 由決定系數(shù)可知 以輻熱積為驅(qū)動(dòng)因子建立模型 對(duì) 番茄的果實(shí)橫 縱莖長(zhǎng)度的模擬精確度最高 對(duì)開(kāi)花 數(shù) 坐果數(shù)的模擬精確度次之 3 2 基于有效積溫的模擬 圖3為番茄開(kāi)花坐果數(shù) 果實(shí)橫縱莖長(zhǎng)度與有 效積溫的L o g i s t i c s模型曲線 由圖3可見(jiàn) 番茄生 長(zhǎng)指標(biāo)隨有效積溫增加呈S型曲線關(guān)系 分別利用 番茄的開(kāi)花數(shù) 坐果數(shù) 果莖長(zhǎng)度與有效積溫建立的 L o g i s t i c生長(zhǎng)模型如表2所示 由圖3可見(jiàn) 番茄 的開(kāi)花數(shù) 坐果數(shù) 果實(shí)橫莖長(zhǎng)度 果實(shí)縱莖長(zhǎng)度達(dá) 057 應(yīng) 用 氣 象 學(xué) 報(bào) 第3 5卷 圖3 番茄生長(zhǎng)指標(biāo)與有效積溫的L o g i s t i c s模型曲線 F i g 3 L o g i s t i c s m o d e l c u r v e o f t o m a t o g r o w t h i n d e x a n d a c c u m u l a t e d t e m p e r a t u r e 到極限值所需有效積溫分別為7 3 3 4 7 1 6 9 6 和6 9 6 決定系數(shù)為0 9 6 9 0 9 9 3 由 決定系數(shù)可知 以有效積溫為驅(qū)動(dòng)因子建立模型 對(duì) 番茄開(kāi)花數(shù)量的模擬精確度最高 果實(shí)縱莖和橫莖 長(zhǎng)度次之 對(duì)坐果數(shù)量的模擬精確度最低 3 3 基于適宜度的模擬 圖4為番茄開(kāi)花數(shù) 坐果數(shù) 果實(shí)橫縱莖長(zhǎng)度與 適宜度指數(shù)的L o g i s t i c s模型曲線 由圖4可見(jiàn) 番 茄生長(zhǎng)進(jìn)程隨適宜度指數(shù)增加呈S型曲線關(guān)系 分 別利用番茄的開(kāi)花數(shù) 坐果數(shù) 果莖增長(zhǎng)量與適宜度 建立的L o g i s t i c生長(zhǎng)模型如表2所示 由圖4可 見(jiàn) 番茄開(kāi)花數(shù) 坐果數(shù) 果實(shí)橫莖和果實(shí)縱莖達(dá)到 極限值所需的適宜度分別為1 5 1 1 4 6 1 8 8和 1 8 8 決定系數(shù)為0 9 8 4 0 9 9 6 由決定系數(shù)可知 圖4 番茄生長(zhǎng)指標(biāo)與適宜度的L o g i s t i c s模型曲線 F i g 4 L o g i s t i c s m o d e l c u r v e o f t o m a t o g r o w t h i n d e x a n d s u i t a b i l i t y 表2 番茄生長(zhǎng)指標(biāo)與輻熱積 有效積溫與適宜度的Logistic模型 Table 2 Logistic model of tomato growth index and radial heat accumulation accumulated temperature and suitability 生長(zhǎng)指標(biāo)模擬方法L o g i s t i c s模型決定系數(shù) 輻熱積 開(kāi)花數(shù)y 5 2 3 8 1 3 9 7 9 e 0 0 5 8x 0 9 9 4 坐果數(shù)y 5 0 2 8 1 2 9 9 5 e 0 0 5 4x 0 9 9 4 橫莖長(zhǎng)度y 8 7 7 8 2 1 1 8 8 8 e 0 0 1 6x 0 9 9 6 縱莖長(zhǎng)度y 6 0 5 7 3 1 1 4 7 7 e 0 0 1 6x 0 9 9 5 有效積溫 開(kāi)花數(shù)y 5 7 8 3 1 4 2 1 1 e 0 0 9 1x 0 9 9 3 坐果數(shù)y 5 0 1 6 1 3 6 7 9 e 0 2 0 9x 0 9 6 9 橫莖長(zhǎng)度y 1 0 4 3 3 9 1 1 7 7 7 e 0 0 3 7x 0 9 7 6 縱莖長(zhǎng)度y 5 3 6 7 8 1 1 2 9 9 e 0 0 5 4x 0 9 8 7 157 第6期 朱雨晴等 基于不同驅(qū)動(dòng)因子的番茄生長(zhǎng)模型比較 續(xù)表2 生長(zhǎng)指標(biāo)模擬方法L o g i s t i c s模型決定系數(shù) 適宜度 開(kāi)花數(shù)y 5 3 9 0 1 3 5 8 3 e 0 4 7 7x 0 9 9 6 坐果數(shù)y 5 0 1 3 1 3 6 6 3 e 0 6 9 7x 0 9 8 4 橫莖長(zhǎng)度y 1 0 1 0 1 2 1 1 8 8 7 e 0 1 4 9x 0 9 8 8 縱莖長(zhǎng)度y 5 5 0 9 8 1 1 4 4 7 e 0 1 9 7x 0 9 9 6 以適宜度為驅(qū)動(dòng)因子建立模型 對(duì)番茄的開(kāi)花數(shù)和 果實(shí)縱莖長(zhǎng)度的模擬精確度最高 橫莖長(zhǎng)度次之 坐 果數(shù)的精確度最低 3 4 不同模型的精確度比較 表2為試驗(yàn)1數(shù)據(jù)建立的模型 利用試驗(yàn)2和 試驗(yàn)3的獨(dú)立數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證 圖5為不同驅(qū)動(dòng)因子 建立溫室番茄生長(zhǎng)進(jìn)程模型的模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì) 比 由圖5可見(jiàn) 3種模型的模擬值與實(shí)測(cè)值基本 一致 精確度上有所差異 番茄坐果數(shù)差距最小 開(kāi) 花數(shù)次之 番茄果莖增長(zhǎng)的差距較大 圖5 不同模型模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比 F i g 5 C o m p a r i s o n o f m e a s u r e m e n t a n d s i m u l a t e d v a l u e o f d i f f e r e n t m o d e l s 3種模型的均方根誤差 相對(duì)均方根誤差和測(cè) 定系數(shù)見(jiàn)表3 由表3可見(jiàn) 對(duì)開(kāi)花數(shù)的模擬 以有 效積溫計(jì)算模型精確度最高 適宜度計(jì)算模型和輻 熱積計(jì)算模型次之 有效積溫法的均方根誤差最 小 相對(duì)均方根誤差小于0 1 表明模型精確度極 高 由圖5和表3對(duì)開(kāi)花數(shù)的模擬可見(jiàn) 適宜度計(jì) 算模型的均方根誤差小于輻熱積計(jì)算模型 相對(duì)均 方根誤差值顯示兩種模型精確度均達(dá)到中等 適宜 度計(jì)算模型精確度高于輻熱積計(jì)算模型 3種模型 的測(cè)定系數(shù)均大于1 說(shuō)明模擬值總體較實(shí)測(cè)值偏 低 有效積溫計(jì)算模型的實(shí)測(cè)值與模擬值的差值較 小 輻熱積計(jì)算模型與適宜度計(jì)算模型模擬的開(kāi)花 數(shù)較實(shí)際分別偏低1 3 2 0 和1 0 2 0 由圖5和表3坐果數(shù)的模擬可見(jiàn) 適宜度計(jì)算 模型精確度最高 其次是輻熱積計(jì)算模型 有效積溫 計(jì)算模型的精確度最低 適宜度計(jì)算模型的均方根 誤差和相對(duì)均方根誤差值最小 因此適宜度計(jì)算模 型精確度最高 適宜度計(jì)算模型與輻熱積計(jì)算模型 257 應(yīng) 用 氣 象 學(xué) 報(bào) 第3 5卷 的相對(duì)均方根誤差均小于0 1 兩種模型精確度均 達(dá)到極高 有效積溫計(jì)算模型的均方根誤差和相對(duì) 均方根誤差均大于其他方法 因此有效積溫計(jì)算模 型對(duì)坐果數(shù)的模擬精確度最差 3種模型的測(cè)定系 數(shù)均大于1 說(shuō)明模擬值總體較實(shí)測(cè)值偏低 其中輻 熱積計(jì)算模型的模擬值與實(shí)測(cè)值差異不明顯 適宜 度計(jì)算模型模擬坐果數(shù)較實(shí)測(cè)值偏低5 1 1 有效積溫計(jì)算模型偏低2 9 表3 用不同自變量模擬番茄生長(zhǎng)指標(biāo)的驗(yàn)證結(jié)果統(tǒng)計(jì) Table 3 Statistics of validation results for tomato growth indicators using different arguments 生長(zhǎng)指標(biāo)模型均方根誤差相對(duì)均方根誤差測(cè)定系數(shù) 輻熱積0 7 8 0 0 2 3 5 1 8 2 9 開(kāi)花數(shù)有效積溫0 1 7 5 0 0 5 3 1 0 2 7 適宜度0 7 4 9 0 2 2 5 1 7 4 3 輻熱積0 2 0 8 0 0 6 1 1 2 2 9 坐果數(shù)有效積溫0 4 7 4 0 1 3 8 1 4 8 2 適宜度0 1 9 2 0 0 5 6 1 1 1 7 輻熱積2 7 4 3 m m 0 0 5 6 0 8 5 0 橫莖長(zhǎng)度有效積溫1 7 5 2 5 m m 0 3 5 7 1 5 2 0 適宜度9 4 6 0 m m 0 1 9 3 1 2 6 2 輻熱積0 9 9 1 m m 0 0 2 7 0 8 9 8 縱莖長(zhǎng)度有效積溫8 4 2 8 m m 0 2 3 0 1 7 1 3 適宜度4 3 1 0 m m 0 1 1 8 1 2 1 3 由圖5和表3對(duì)果實(shí)橫莖長(zhǎng)度生長(zhǎng)的模擬可 見(jiàn) 輻熱積計(jì)算模型精確度最高 適宜度計(jì)算模型次 之 有效積溫計(jì)算模型模擬效果最差 輻熱積計(jì)算 模型的均方根誤差最小 相對(duì)均方根誤差小于0 1 表明模型精確度極高 測(cè)定系數(shù)小于1 說(shuō)明模擬值 總體偏高 但實(shí)測(cè)值與模擬值的差異不明顯 適宜 度計(jì)算模型的均方根誤差大于輻熱積計(jì)算模型 相 對(duì)均方根誤差為0 1 0 2 模型精確度較高 有效 積溫計(jì)算模型均方根誤差最大 相對(duì)均方根誤差大 于0 3 模型精確度較差 有效積溫計(jì)算模型和適 宜度計(jì)算模型的測(cè)定系數(shù)均大于1 表明模擬值總 體低于觀測(cè)值 兩種模型模擬值較觀測(cè)值分別偏低 3 3 8 和1 3 2 2 由圖5和表3對(duì)番茄果實(shí)縱莖長(zhǎng)度生長(zhǎng)的模擬 可見(jiàn) 輻熱積計(jì)算模型的模擬精確度最高 適宜度計(jì) 算模型次之 有效積溫計(jì)算模型精確度最低 輻熱 積計(jì)算模型均方根誤差最小 相對(duì)均方根誤差小于 0 1 表明模型精確度極高 測(cè)定系數(shù)小于1 說(shuō)明模 擬值總體偏高 但實(shí)測(cè)值與模擬值的差異不顯著 適 宜度計(jì)算模型的均方根誤差明顯大于輻熱積計(jì)算模 型 相對(duì)均方根誤差為0 1 0 2 模型精確度較高 有效積溫計(jì)算模型的均方根誤差最大 相對(duì)均方根 誤差為0 2 0 3 模型精確度中等 有效積溫計(jì)算 模型和適宜度計(jì)算模型的測(cè)定系數(shù)均大于1 說(shuō)明 模擬值總體偏低 兩種方法分別較實(shí)測(cè)值低估了 4 2 6 和7 1 4 4 結(jié)論與討論 本研究利用環(huán)境因素與番茄的生長(zhǎng)指標(biāo) 分別 以輻熱積 有效積溫 適宜度指數(shù)為自變量構(gòu)建番茄 生長(zhǎng)L o g i s t i c模型 利用獨(dú)立數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn) 證 比較3種模型對(duì)番茄各生長(zhǎng)指標(biāo)模擬的準(zhǔn)確性 得到主要結(jié)論如下 1 溫室番茄開(kāi)花期對(duì)光照不敏感 選擇積溫法 建立L o g i s t i c模型 對(duì)開(kāi)花數(shù)的模擬最優(yōu) 番茄第2 花序開(kāi)花數(shù)的極限值為5 4 達(dá)到該極限值所需的 輻熱積為1 4 6 6 m o l m 2 有效積溫為7 3 3 適 宜度為1 5 1 2 影響番茄坐果數(shù)的主要?dú)庀笠蜃訛楣庹?溫 度和濕度 用適宜度法建立L o g i s t i c模型的模擬精 確度最高 番茄第2花序的最大坐果數(shù)為5 0 達(dá)到 該極限值所需的輻熱積為1 4 6 9 m o l m 2 有效積 溫為4 7 1 適宜度為1 4 6 3 番茄果莖生長(zhǎng)主要與光合有效輻射和溫度 有關(guān) 輻熱積計(jì)算模型對(duì)番茄果莖生長(zhǎng)的模擬精確 度最高 番茄果實(shí)最大橫莖長(zhǎng)度為5 1 6 m m 所需 的輻熱積 有效積溫 適宜度分別為2 3 0 0 m o l m 2 6 9 6 和 1 8 8 番茄果實(shí)的最大縱莖長(zhǎng)度為 7 4 9 m m 所需的輻熱積 有效積溫 適宜度分別為 357 第6期 朱雨晴等 基于不同驅(qū)動(dòng)因子的番茄生長(zhǎng)模型比較 2 5 2 0 m o l m 2 6 9 6 和1 8 8 番茄是喜光作物 但為了提高溫室番茄的經(jīng)濟(jì) 價(jià)值 在長(zhǎng)期人工選擇和栽培下 溫室開(kāi)花期番茄對(duì) 日照的敏感性降低 溫室番茄逐漸成為中日性作物 開(kāi)花期不易受到光照的影響 5 2 本研究發(fā)現(xiàn) 用有 效積溫計(jì)算模型模擬開(kāi)花期番茄生長(zhǎng) 可以排除不 顯著環(huán)境因子 日照 的干擾 大輻提高模型精確度 在潛在生長(zhǎng)環(huán)境中 番茄坐果數(shù)與果實(shí)生長(zhǎng)主要受 制于有機(jī)物的供應(yīng)與累積 而有機(jī)物的產(chǎn)生則取決 于植株在光合有效輻射下的光合作用 5 3 坐果期番 茄對(duì)溫度較為敏感 溫度過(guò)高或過(guò)低會(huì)使植株合成 有機(jī)物的能力下降 從而抑制果實(shí)生長(zhǎng) 5 4 5 5 因此 坐果期番茄生長(zhǎng)受多重環(huán)境因素共同制約 此時(shí)采 用有效積溫計(jì)算模型將產(chǎn)生一定誤差 有效積溫計(jì) 算模型雖有局限性 但模型參數(shù)少 計(jì)算簡(jiǎn)單方便 對(duì)于光照不敏感的作物品種或發(fā)育期 有效積溫法 仍不失為一種精確高效的模擬方法 2 5 高濕度是設(shè)施環(huán)境的顯著特征之一 溫室番茄 的最適濕度為5 0 7 0 超過(guò)7 0 會(huì)對(duì)番茄的生 長(zhǎng)造成不利影響 5 6 溫室作物研究中 輻熱積計(jì)算 模型與適宜度計(jì)算模型綜合考慮了光照和溫度對(duì)作 物生長(zhǎng)的復(fù)合作用 2 6 2 9 兩種模型的不同之處在于 適宜度計(jì)算模型增加相對(duì)濕度作為環(huán)境因子 同時(shí) 將日照時(shí)數(shù)作為光照因素 反映作物每日內(nèi)接收太 陽(yáng)輻射時(shí)間的長(zhǎng)短 輻熱積計(jì)算模型采用光合有效 輻射作為環(huán)境因子 相較日照時(shí)數(shù) 光合有效輻射更 加精準(zhǔn)地反映作物每日接收的太陽(yáng)輻射總量 本研 究發(fā)現(xiàn) 對(duì)坐果期番茄果莖生長(zhǎng)模擬中 輻熱積計(jì)算 模型精確度略高于適宜度計(jì)算模型 說(shuō)明番茄果莖 生長(zhǎng)主要與光合有效輻射和溫度有關(guān) 相對(duì)濕度對(duì) 其有影響但不顯著 雖然濕度過(guò)高或過(guò)低影響作物 的光合作用 進(jìn)而降低有機(jī)物的累積速率 但當(dāng)空氣 相對(duì)濕度超出極限值時(shí) 一般不會(huì)造成植株生長(zhǎng)停 止或損傷 3 6 在某些高溫環(huán)境下 高濕甚至還會(huì)提 高作物耐受能力 4 6 但如果溫度或光合有效輻射 超出極限值 輕則作物光合作用停止 重則導(dǎo)致作物 萎蔫甚至死亡 因此 高濕對(duì)作物的影響有待更進(jìn) 一步的試驗(yàn)研究與討論 3 6 與適宜度計(jì)算模型和 有效積溫計(jì)算模型相比 輻熱積計(jì)算模型涉及的計(jì) 算過(guò)程較為復(fù)雜 數(shù)據(jù)難以獲得 利用較為簡(jiǎn)單 包 含更多環(huán)境因子的適宜度計(jì)算模型對(duì)坐果期番茄進(jìn) 行模擬 亦能取得較為精確的結(jié)果 在實(shí)際應(yīng)用中更 為簡(jiǎn)便快捷 參 考 文 獻(xiàn) 1 郭世榮 孫錦 束勝 等 我國(guó)設(shè)施園藝概況及發(fā)展趨勢(shì) 中國(guó) 蔬菜 2 0 1 2 1 8 1 1 4 G u o S R S u n J S h u S e t a l A n a l y s i s o f g e n e r a l s i t u a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s e x i s t i n g p r o b l e m s a n d d e v e l o p m e n t t r e n d o f p r o t e c t e d h o r t i c u l t u r e i n C h i n a China Veg 2 0 1 2 1 8 1 1 4 2 韓靜 史欣 秦建平 等 設(shè)施番茄栽培技術(shù)及常見(jiàn)病害防治 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2 0 2 3 4 3 3 7 3 7 4 H a n J S h i X Q i n J P e t a l C u l t i v a t i o n t e c h n i q u e s o f p r o t e c t e d t o m a t o a n d c o n t r o l o f c o m m o n d i s e a s e s Agric Eng Tech nol 2 0 2 3 4 3 3 7 3 7 4 3 鄭艷姣 楊再?gòu)?qiáng) 王琳 等 中國(guó)南方設(shè)施番茄高溫?zé)岷︼L(fēng)險(xiǎn)區(qū) 劃 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào) 2 0 2 1 3 2 4 4 3 2 4 4 2 Z h e n g Y J Y a n g Z Q W a n g L e t a l R e f i n e d r i s k z o n i n g o f h i g h t e m p e r a t u r e a n d h e a t d a m a g e t o g r e e n h o u s e t o m a t o i n S o u t h e r n C h i n a J Appl Meteor Sci 2 0 2 1 3 2 4 4 3 2 4 4 2 4 朱雨晴 薛曉萍 遮陰及復(fù)光對(duì)花果期番茄葉片光合特性的影 響 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象 2 0 1 9 4 0 2 1 2 6 1 3 4 Z h u Y Q X u e X P E f f e c t s o f s h a d i n g a n d l i g h t r e s t o r a t i o n o n p h o t o s y n t h e t i c c h a r a c t e r i s t i c s o f t o m a t o l e a v e s d u r i n g f l o w e r i n g a n d f r u i t p e r i o d Chinese J Agrometeor 2 0 1 9 4 0 2 1 2 6 1 3 4 5 張淑杰 楊再?gòu)?qiáng) 陳艷秋 等 低溫 弱光 高濕脅迫對(duì)日光溫室 番茄花期生理生化指標(biāo)的影響 生態(tài)學(xué)雜志 2 0 1 4 3 3 1 1 2 9 9 5 3 0 0 1 Z h a n g S J Y a n g Z Q C h e n Y Q e t a l E f f e c t s o f l o w t e m p e r a t u r e w e a k l i g h t a n d h i g h h u m i d i t y s t r e s s e s o n t h e p h y s i o l o g i c a l a n d b i o c h e m i c a l i n d i c a t o r s o f g r e e n h o u s e t o m a t o d u r i n g f l o w e r i n g p e r i o d Chinese J Ecol 2 0 1 4 3 3 1 1 2 9 9 5 3 0 0 1 6 楊世瓊 楊再?gòu)?qiáng) 王琳 等 高溫高濕交互對(duì)設(shè)施番茄葉片光合 特性的影響 生態(tài)學(xué)雜志 2 0 1 8 3 7 1 5 7 6 3 Y a n g S Q Y a n g Z Q W a n g L e t a l E f f e c t o f h i g h h u m i d i t y a n d h i g h t e m p e r a t u r e i n t e r a c t i o n o n p h o t o s y n t h e t i c c h a r a c t e r i s t i c s o f g r e e n h o u s e t o m a t o c r o p s Chinese J Ecol 2 0 1 8 3 7 1 5 7 6 3 7 朱麗云 花期低溫寡照對(duì)設(shè)施番茄產(chǎn)量及果實(shí)品質(zhì)的影響 南 京 南京信息工程大學(xué) 2 0 1 8 Z h u L Y E f f e c t s o f L o w T e m p e r a t u r e a n d L o w L i g h t a t F l o w e r i n g S t a g e o n Y i e l d a n d F r u i t Q u a l i t y o f G r e e n h o u s e T o m a t o N a n j i n g N a n j i n g U n i v e r s i t y o f I n f o r m a t i o n S c i e n c e T h e a c c u m u l a t e d r a d i a t i o n r e q u i r e d t o r e a c h t h i s l i m i t i s 1 4 6 6 m o l m 2 t h e e f f e c t i v e a c c u m u l a t e d t e m p e r a t u r e i s 7 3 3 a n d t h e s u i t a b i l i t y i n d e x i s 1 5 1 M a i n m e t e o r o l o g i c a l f a c t o r s a f f e c t i n g t h e n u m b e r o f f r u i t s e t s i n t o m a t o e s a r e l i g h t t e m p e r a t u r e a n d h u m i d i t y T h e r e f o r e u s i n g t h e s u i t a b i l i t y m e t h o d t o e s t a b l i s h a l o g i s t i c m o d e l a c h i e v e s t h e h i g h e s t a c c u r a c y i n s i m u l a t i n g t h i s T h e m a x i m u m n u m b e r o f f r u i t s e t s i n t h e s e c o n d i n f l o r e s c e n c e o f t o m a t o e s i s 5 0 t h e a c c u m u l a t e d r a d i a t i o n r e q u i r e d t o r e a c h t h i s l i m i t i s 1 4 6 9 m o l m 2 t h e e f f e c t i v e a c c u m u l a t e d t e m p e r a t u r e i s 4 7 1 a n d t h e s u i t a b i l i t y i n d e x i s 1 4 6 T o m a t o f r u i t g r o w t h i s m a i n l y r e l a t e d t o p h o t o s y n t h e t i c a l l y a c t i v e r a d i a t i o n a n d t e m p e r a t u r e t h e r e f o r