中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象 Chinese Journal of Agrometeorology 2021年 doi 10 3969 j issn 1000 6362 2021 01 004 蔡淑芳 吳寶意 雷錦桂 基于光溫效應(yīng)的大白菜生理特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)動(dòng)態(tài)模擬效果 J 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象 2021 42 1 34 43 基于光溫效應(yīng)的大白菜生理特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)動(dòng)態(tài)模擬效果 蔡淑芳 吳寶意 雷錦桂 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所 福州 350003 摘要 在溫室環(huán)境下 研究大白菜生理特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與氣溫 光合有效輻射的動(dòng)態(tài)模擬關(guān)系 以期為溫室 大白菜生長(zhǎng)管理與環(huán)境優(yōu)化調(diào)控提供參考 2020年6 9月 以 新早熟5號(hào) 大白菜為試材開(kāi)展前后三期實(shí) 驗(yàn) 自動(dòng)采集溫室氣溫和光合有效輻射數(shù)據(jù) 每3d進(jìn)行1次大白菜生理特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)測(cè)定 計(jì)算實(shí)驗(yàn)期 間各處理大白菜光溫效應(yīng)LTF以及輻熱積TEP 積溫GDD值 利用一期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立生理特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 動(dòng)態(tài)模擬模型 利用獨(dú)立兩期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)開(kāi)展模型檢驗(yàn) 比較動(dòng)態(tài)模擬模型的預(yù)測(cè)效果 檢驗(yàn)結(jié)果表明 對(duì)大 白菜各項(xiàng)生理特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的模擬 以L(fǎng)TF模型效果較佳 R 2 0 956 RMSE 46 752 RE 11 99 LTF 模型擬合度和模擬精度優(yōu)于GDD和TEP模型 其中 大白菜葉片可溶性糖 可溶性蛋白和維生素C含量呈 單峰曲線(xiàn)變化規(guī)律 其LTF模型可用Extreme函數(shù)表達(dá) 硝酸鹽含量呈 N 字形變化規(guī)律 其LTF模型可 用Poly5函數(shù)表達(dá) 纖維素 根系活力 葉綠素 a b a b 和類(lèi)胡蘿卜素呈 S 型變化規(guī)律 纖維素LTF 模型可用Gompertz函數(shù)表達(dá) 其余指標(biāo)LTF模型可用Logistic函數(shù)表達(dá) LTF法能根據(jù)氣溫和光合有效輻射 數(shù)據(jù)較精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)溫室大白菜生理特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 為建立更具普適性的溫室大白菜生長(zhǎng)模型提供參考 關(guān)鍵詞 溫室 大白菜 生理特性 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 光溫效應(yīng) Dynamic Simulation Effect of Physiological Characteristics and Nutritional Quality of Chinese Cabbage Based on Light and Temperature Function CAI Shu fang WU Bao yi LEI Jin gui Institute of Digital Agriculture FAAS Fuzhou 350003 China Abstract Studying the relationship among ambient temperature photosynthetically active radiation and physiological characteristics nutritional quality of Chinese cabbage in greenhouse can provide reference for growth management and environmental optimization of facility cultivating Chinese cabbage From June to September 2020 the New Zaoshu No 5 Chinese cabbage was used as the test material for carrying out 3 experiments Ambient temperature and photosynthetically active radiation data in greenhouse were collected automatically by automatic acquisition system and physiological characteristics nutritional quality of Chinese cabbage were measured once every 3 days Light and temperature function thermal effectiveness and photosynthetically active radiation growing degree days of experiment days were calculated One period experiment data was used to establish dynamic simulation models of physiological characteristics and nutritional quality The prediction effect of the dynamic simulation models was verified and compared with the data of another 2 period experiments The results showed that the average daily ambient temperature during the experiments was 33 06 38 31 and the daily photosynthetically active radiation was 3 84 19 37mol m 2 d 1 The simulation effect of LTF models on physiological characteristics and nutritional quality of Chinese cabbage was good which R 2 was 0 956 RMSE was 46 752 and RE was 收稿日期 2020 09 09 基金項(xiàng)目 福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目 2017J01045 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院項(xiàng)目 A2018 4 YDXM2019006 STIT2017 2 12 通訊作者 雷錦桂 研究員 研究方向?yàn)閿?shù)字農(nóng)業(yè) E mail 71906244 第一作者聯(lián)系方式 蔡淑芳 E mail csf2019 第1期 蔡淑芳等 基于光溫效應(yīng)的大白菜生理特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)動(dòng)態(tài)模擬效果 35 11 99 The degree of fit and simulation accuracy of LTF models were better than that of GDD and TEP models Among them soluble sugar soluble protein and vitamin C showed the change of single peak curve which LTF model could be expressed as extreme function Nitrate showed the change of N shaped curve which LTF model could be expressed as Poly5 function Cellulose root activity chlorophyll a b a b and carotenoids showed the change of S type curve among them Cellulose LTF model could be expressed as Gompertz function and the other indexes LTF model could be expressed as Logistic function LTF method can accurately predict physiological characteristics and nutritional quality of Chinese cabbage in greenhouse based on ambient temperature and photosynthetically active radiation LTF method can provide a reference for the establishment of a more general growth model of Chinese cabbage in greenhouse Key words Greenhouse Chinese cabbage Physiological characteristics Nutritional quality Light and temperature function 大白菜營(yíng)養(yǎng)豐富 深受消費(fèi)者喜愛(ài) 以往大白 菜主要是秋季栽培 為滿(mǎn)足市場(chǎng)需求 實(shí)現(xiàn)其周年 市場(chǎng)供應(yīng) 早熟 耐熱型大白菜的溫室栽培已成為 目前發(fā)展趨勢(shì) 1 然而 大白菜設(shè)施栽培及管理技術(shù) 等多依靠傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn) 量化及精細(xì)操作手段相對(duì)比較 缺乏 大白菜設(shè)施栽培生產(chǎn)效益提升空間較大 鑒 于可溶性糖 可溶性蛋白 維生素C 纖維素 硝酸 鹽含量是評(píng)價(jià)植物營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的主要指標(biāo) 葉綠素 a b a b 類(lèi)胡蘿卜素反映植物光合作用的強(qiáng)弱 根 系活力則指征根系的生長(zhǎng)情況和活力水平 2 3 研究 大白菜生理特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì) 有助于了 解和調(diào)控大白菜生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)與品質(zhì)形成 對(duì)提高溫室大 白菜生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)具有重要的科研和現(xiàn)實(shí)意義 大白菜生長(zhǎng)發(fā)育受到基因型和環(huán)境型因素的影 響 其中光 溫作用較大 在光 溫對(duì)大白菜生理 特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)影響方面 雖然前人進(jìn)行了大量的 研究 但研究?jī)?nèi)容主要集中于大白菜耐熱性與耐寒 性鑒定 4 5 大白菜對(duì)光 溫脅迫的生理響應(yīng) 6 7 以 及溫室環(huán)境調(diào)控下的大白菜生長(zhǎng)等 3 8 研究方法主 要是以比較分析為主 方法相對(duì)單一 而將光 溫 指標(biāo)結(jié)合考慮 并對(duì)大白菜生理指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬的 研究還未見(jiàn)報(bào)道 前人研究表明 9 11 作物生長(zhǎng)模擬模 型是進(jìn)行溫室作物生長(zhǎng)管理和環(huán)境優(yōu)化調(diào)控的有力工 具 光溫效應(yīng) Light and Temperature Function LTF 輻熱積 Thermal Effectiveness and Photosynthetically Active Radiation TEP 積溫 Growing Degree Days GDD 等結(jié)合光 溫指標(biāo)的方法已在番茄 黃瓜 草莓 生菜 小白菜等作物模擬上得到應(yīng)用 其中 在三種方法的模擬效果比較上 譚文等 9 發(fā)現(xiàn) 與傳 統(tǒng)的TEP和GDD模型相比 LTF模型在對(duì)小白菜 四 月慢 的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)模擬上顯著提高了模擬精度 本研究以L(fǎng)TF模型為基礎(chǔ) 基于耐熱大白菜生 長(zhǎng)發(fā)育的三基點(diǎn)溫度 構(gòu)建福州主栽大白菜品種 新 早熟5號(hào) 的主要生理特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的動(dòng)態(tài)模擬 模型 并通過(guò)不同播期大白菜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn) 行檢驗(yàn) 以期準(zhǔn)確預(yù)測(cè)不同光 溫環(huán)境下大白菜主 要生理特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 為大白菜生長(zhǎng)管理及環(huán)境 優(yōu)化調(diào)控提供依據(jù) 1 材料與方法 1 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 2020年6 9月在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院示范農(nóng)場(chǎng)薄 膜溫室內(nèi) 以福州主栽大白菜品種 新早熟5號(hào) 為試材 進(jìn)行分期播種實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)分三期進(jìn)行 第 一期 T1 為2020年6月16日 移栽 7月16日 收獲 第二期 T2 為7月2日 移栽 8月1 日 收獲 第三期 T3 為8月2日 移栽 9月 1日 收獲 每期實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù) 每個(gè)重復(fù)250 株 每期共計(jì)750株 T1 T2 T3的播種時(shí)間分別 為2020年5月27日 6月12日 7月13日 采用主要成分為草炭和蛭石的基質(zhì)育苗 穴盤(pán) 規(guī)格為17 26穴 經(jīng)人工基質(zhì)裝盤(pán)和壓穴澆水后 利用 URBINATI 高速穴盤(pán)播種機(jī)播種 每穴播種 1粒 播種后將穴盤(pán)置于薄膜溫室內(nèi)育苗區(qū)進(jìn)行正常 育苗操作 當(dāng)苗長(zhǎng)至4葉1心時(shí)進(jìn)行移栽 并采取 營(yíng)養(yǎng)液膜技術(shù) Nutrient Film Technique NFT 栽培 栽培密度為32株 m 2 實(shí)驗(yàn)期間 氣溫和光合有效 輻射由 新農(nóng)云 環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)自動(dòng)采集 數(shù)據(jù)采集頻率為每30s采集一次 溫度和光合有效輻 射傳感器位于薄膜溫室內(nèi)NFT栽培區(qū)域上方1m處 T1處理的氣象數(shù)據(jù)用于模型建立 T2 T3處理的氣 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 氣 象 第42卷 36 象數(shù)據(jù)用于模型驗(yàn)證 在模型計(jì)算中氣象數(shù)據(jù)以0 5h 為單位 取每0 5h的平均值 水肥管理由水肥機(jī)自 動(dòng)控制 EC和pH分別為1 7 2 2mS cm 1 5 5 6 0 1 2 主要生理特性和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)觀(guān)測(cè) 從第4片真葉出現(xiàn)后移栽時(shí)即開(kāi)始觀(guān)測(cè) 每3d 選取5棵植株 持續(xù)取樣30d 共計(jì)每期觀(guān)測(cè)11次 共55棵植株 經(jīng)破壞性取樣 測(cè)定植株葉片的可溶 性糖 可溶性蛋白 維生素C 纖維素 硝酸鹽 光 合色素 葉綠素a b和a b 類(lèi)胡蘿卜素 含量和根部 的根系活力 測(cè)定方法分別為蒽酮 硫酸比色法 12 考馬斯亮藍(lán)G 250法 13 紫外分光光度法 14 蒽酮 比色法 13 水楊酸比色法 13 丙酮乙醇混合液法 15 TTC法 13 1 3 計(jì)算模型 分別用LTF 光溫效應(yīng) TEP 輻熱積 和GDD 積溫 9 10 16 三種方法建立大白菜主要生理特性和 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)動(dòng)態(tài)模擬方程 并對(duì)三種方法的模擬 結(jié)果進(jìn)行比較 分析光溫效應(yīng)模型的模擬效果 光溫效應(yīng) LTF 模型 48 jiTj i1 fRTE1 48RTET 1 ib ib obbb iob i ob i ou mi mououi m im 0 T T T T T T T T T RTE T 1 T T T T T T T T T T 0 T T 2 48 jj i1 L PAR PAR i 1800 3 j L L j f1e 4 j L j T j LTF f f 5 j LTF LTF 6 TEP模型 jjTj TEP L f 1000 7 j TEP TEP 8 GDD模型 avg j b j avg j b b avg j m mb avg j m 0 TT GDD T T T T T T T T T 9 48 avg j i i1 T1 48T 10 j GDD GDD 11 式中 Tj f為第j天溫度熱效應(yīng) RTE j 為第j 天的日平均相對(duì)熱效應(yīng) RTE T i 為溫度T i 的相對(duì) 熱效應(yīng) T i 為1日內(nèi)第i個(gè)0 5h的溫室平均溫度 T m 和T b 為生長(zhǎng)溫度上下限 分別取值40 和5 T ou 和T ob 為生長(zhǎng)最適溫度上下限 白天取值為35 和20 夜間取值為25 和15 2 4 6 L j 為第j天 光合有效輻射 mmol m 2 d 1 PAR i 為1日內(nèi)第i 個(gè)0 5h的平均光合有效輻射 mmol m 2 s 1 1800 為將mmol m 2 s 1 換算成mmol m 2 0 5h 1 的單位換 算系數(shù) f L j 為第j天的光效應(yīng) 為函數(shù)的曲率 取 值0 001 17 LTF j 為第j天的光溫效應(yīng) LTF為累積 光溫效應(yīng) TEP j 為第j天的輻熱積 mmol m 2 d 1 1 1000為將mmol m 2 d 1 換算成mol m 2 d 1 的單位 換算系數(shù) TEP為累積輻熱積 mol m 2 d 1 GDD j 為第j天的積溫 d T avg j 為第j天的溫室平均 溫度 GDD為累積積溫 d 1 4 模型評(píng)價(jià) 采用決定系數(shù)R 2 回歸估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤差 Root Mean Squared Error RMSE 相對(duì)誤差 Relative Error RE 對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn) 9 11 R 2 越大 表明模 型的擬合效果越好 RMSE和RE越小 表明模型預(yù) 測(cè)精度越高 1 5 數(shù)據(jù)處理 采用Origin8 5軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及作圖 2 結(jié)果與分析 2 1 光溫效應(yīng) LTF 模型的建立 2 1 1 溫度和光合有效輻射 由圖1a可見(jiàn) 2020年6 9月 各處理大白菜生 長(zhǎng)期間 30d 的日平均氣溫均較高 在33 1 38 3 且主要集中在34 0 37 0 區(qū)間 在三期實(shí)驗(yàn)中 溫 度的逐日變化過(guò)程略有差別 日平均氣溫分別在 34 2 38 3 33 1 38 3 33 4 36 3 平均分別為 36 0 36 0和35 1 由圖1b可見(jiàn) 各處理大白菜 生長(zhǎng)期間 30d 實(shí)驗(yàn)溫室內(nèi)日光合有效輻射在3 8 19 4mol m 2 d 1 在3期實(shí)驗(yàn)中 光合有效輻射的逐 日變化過(guò)程差異較明顯 日光合有效輻射區(qū)間分別 為3 84 19 37 3 84 17 71 8 03 19 05mol m 2 d 1 平均值分別為13 87 13 22 14 96mol m 2 d 1 分析圖1a和圖1b可知 T1處理日平均氣溫 日光合有效輻射變化相對(duì)平穩(wěn) 后期變化幅度加大 第1期 蔡淑芳等 基于光溫效應(yīng)的大白菜生理特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)動(dòng)態(tài)模擬效果 37 圖1 溫室大白菜生長(zhǎng)期日平均氣溫和日光合有效輻射的變化過(guò)程 Fig 1 Variation course of the daily average temperature and photosynthetically active radiation during the growing period of Chinese cabbage in greenhouse 注 實(shí)驗(yàn)分三期進(jìn)行 第一期 T1 為2020年6月16日 移栽 7月16日 收獲 第二期 T2 為7月2日 移栽 8 月1日 收獲 第三期 T3 為8月2日 移栽 9月1日 收獲 下同 Note The experiments were conducted in three phases The first phase T1 was from June 16 2020 transplanting to July 16 2020 harvest the second phase T2 was from July 2 transplanting to August 1 2020 harvest and the third phase T3 was from August 2 transplanting to September 1 2020 harvest The same as below T2處理日平均氣溫 日光合有效輻射變幅相對(duì)較大 而T3處理日平均氣溫 日光合有效輻射變化較平穩(wěn) 但日平均氣溫總體相對(duì)較低 日光合有效輻射總體 相對(duì)較高 各處理大白菜生育期內(nèi)日平均氣溫與日 光合有效輻射的升降趨勢(shì)基本一致 以T2為例 T2 處理日平均氣溫與日光合有效輻射的階段性極大值 均出現(xiàn)在第3 12 22天 階段性極小值均出現(xiàn)在第 8 16 24天 T1 T3處理日平均氣溫與日光合有效 輻射的變化也呈現(xiàn)類(lèi)似特征 即各期實(shí)驗(yàn)期間的日平 均氣溫與日光合有效輻射的變化方向較同步 2 1 2 光溫效應(yīng) 利用三期實(shí)驗(yàn)的氣象數(shù)據(jù)和式 1 式 6 分 別計(jì)算各處理下大白菜生長(zhǎng)期間的日光溫效應(yīng) 經(jīng) 式 1 2 計(jì)算 T1 T2和T3處理中的每日溫 度熱效應(yīng)分別為0 24 0 68 0 24 0 73和0 35 0 72 經(jīng)式 3 4 計(jì)算 T1 T2和T3處理的每 日光效應(yīng)分別為0 98 1 00 0 98 1 00和1 00 經(jīng) 式 5 6 計(jì)算 T1 T2和T3處理每日光溫效 應(yīng)分別為0 24 0 66 0 24 0 73和0 35 0 72 各處理平均每日光溫效應(yīng)分別為0 41 0 42和 0 47 累積光溫效應(yīng)LTF分別為12 35 12 48和 14 14 由圖2可見(jiàn) 在三期實(shí)驗(yàn)中 光溫效應(yīng)的逐日 變化過(guò)程稍有差異 總體上看 T1處理日光溫效應(yīng) 變化較平穩(wěn) 后期變化幅度增大 T2處理變幅相對(duì) 較大 T3處理變化較平穩(wěn) 結(jié)合可知 T1 T2和 T3每日光溫效應(yīng)的變化幅度與日平均氣溫和日光合 有效輻射的變化幅度較一致 但變化方向有差別 以T2為例 T2處理中日光溫效應(yīng)的階段性極大值 出現(xiàn)在第8 16 24天 階段性極小值出現(xiàn)在第3 12 23天 這與T2處理中日平均氣溫和日光合有 效輻射階段性極大值和極小值出現(xiàn)的時(shí)間基本相 反 T1 T3處理中日光溫效應(yīng)的變化也具有類(lèi)似特 征 說(shuō)明LTF對(duì)氣溫和光合有效輻射原值的修正作 用較明顯 圖 2 溫室大白菜生長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)日光溫效應(yīng)的變化過(guò)程 Fig 2 Variation course of the daily LTF Light and Temperature Function during the growing period of Chinese cabbage in greenhouse 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 氣 象 第42卷 38 2 1 3 主要生理特性 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)光溫效應(yīng) LTF 模型 的建立 對(duì)T1處理累積光溫效應(yīng)與各生理特性 營(yíng)養(yǎng)品 質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系進(jìn)行擬合 結(jié)果見(jiàn)圖3和表1 同 理 根據(jù)式 7 式 11 應(yīng)用T1處理氣象數(shù)據(jù) 計(jì)算TEP GDD 將其分別與大白菜各生理特性 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行擬合 結(jié)果見(jiàn)表1 由圖3可見(jiàn) 大白菜各生理特性 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指 標(biāo)主要表現(xiàn)為隨LTF的增加而呈單峰曲線(xiàn)和 S 曲線(xiàn) N 曲線(xiàn)型的發(fā)展趨勢(shì) 具體來(lái)看 在營(yíng)養(yǎng) 品質(zhì)方面 可溶性糖 可溶性蛋白 維生素C 硝 酸鹽含量呈現(xiàn)隨LTF的增加先上升而后下降的趨 勢(shì) 其中 前三者的變化表現(xiàn)為單峰曲線(xiàn)型 硝酸 鹽含量在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)略微升高 表現(xiàn)為 N 曲線(xiàn) 型 纖維素的變化表現(xiàn)為隨LTF的增加而持續(xù)平穩(wěn) 增長(zhǎng)的 S 曲線(xiàn) 在生理特性方面 根系活力 葉 綠素 a b a b 類(lèi)胡蘿卜素呈現(xiàn)出隨LTF的增 加而增長(zhǎng)的 S 曲線(xiàn)型變化 其中 葉綠素 a b a b 和類(lèi)胡蘿卜素的增長(zhǎng)速度表現(xiàn)為明顯的由慢至 快再變慢的態(tài)勢(shì) 而根系活力在實(shí)驗(yàn)后期的減慢程 度較弱 圖3 大白菜生理特性 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與累積光溫效應(yīng) LTF 的關(guān)系 Fig 3 Relationship between physiological characteristics and nutritional quality of Chinese cabbage and LTF 注 DW干重 FW鮮重 下同 Note DW is dry weight FW is fresh weight The same as below 第1期 蔡淑芳等 基于光溫效應(yīng)的大白菜生理特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)動(dòng)態(tài)模擬效果 39 表1 大白菜生理特性 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與光溫效應(yīng) LTF 輻熱積 TEP 和積溫 GDD 的擬合結(jié)果 Table 1 Relationship between physiological characteristics and nutritional quality of Chinese cabbage and LTF light and temperature function TEP thermal effectiveness and photosynthetically active radiation GDD growing degree days 指標(biāo)Index 方法Method 方程Equation R 2 LTF Y 15 391 47 502EXP EXP 5 047 LTF 1 241 5 047 LTF 1 241 1 0 954 TEP Y 14 924 48 076EXP EXP 79 403 TEP 16 383 79 403 TEP 16 383 1 0 937 可溶性糖Soluble sugar mg g 1 DW GDD Y 15 305 48 207EXP EXP 384 623 GDD 88 495 384 623 GDD 88 495 1 0 929 LTF Y 15 188 16 063EXP EXP 5 062 LTF 3 045 5 062 LTF 3 045 1 0 964 TEP Y 15 313 15 895EXP EXP 75 601 TEP 39 679 75 601 TEP 39 679 1 0 969 可溶性蛋白Soluble protein mg g 1 FW GDD Y 15 606 15 616EXP EXP 380 142 GDD 213 926 380 142 GDD 213 926 1 0 969 LTF Y 68 737 229 627EXP EXP 5 088 LTF 2 144 5 088 LTF 2 144 1 0 978 TEP Y 64 622 232 857EXP EXP 78 411 TEP 28 380 78 411 TEP 28 380 1 0 976 維生素C Vitamin C mg kg 1 FW GDD Y 70 546 228 958EXP EXP 384 377 GDD 150 201 384 377 GDD 150 201 1 0 970 LTF Y 0 517EXP EXP 0 167LTF 0 703 0 972 TEP Y 0 747EXP EXP 0 009TEP 0 894 0 979 纖維素Cellulose DW GDD Y 0 539EXP EXP 0 002GDD 0 742 0 979 LTF Y 265 756 11 275LTF 130 250LTF 2 26 996LTF 3 1 875LTF 4 0 043LTF 5 0 980 TEP Y 270 018 3 022TEP 0 455TEP 2 0 004TEP 3 0 004 10 3 TEP 4 0 006 10 5 TEP 5 0 988 硝酸鹽Nitrate mg kg 1 FW GDD Y 268 939 0 779GDD 0 026GDD 2 0 007 10 2 GDD 3 0 006 10 5 GDD 4 0 002 10 8 GDD 5 0 989 LTF Y 424 381 1 LTF 10 009 7 577 535 189 0 980 TEP Y 371 709 1 TEP 135 067 13 661 486 586 0 972 根系活力Root activity ug g 1 h 1 FW GDD Y 382 677 1 GDD 710 104 8 992 494 555 0 977 LTF Y 0 419 1 LTF 5 261 7 084 0 646 0 988 TEP Y 0 420 1 TEP 83 515 8 448 0 648 0 989 葉綠素a Chlorophyll a mg g 1 FW GDD Y 0 423 1 GDD 403 498 6 992 0 650 0 990 LTF Y 0 130 1 LTF 5 190 6 061 0 202 0 980 TEP Y 0 131 1 TEP 82 497 7 183 0 203 0 979 葉綠素b Chlorophyll b mg g 1 FW GDD Y 0 131 1 GDD 396 531 6 217 0 203 0 977 LTF Y 0 550 1 LTF 5 247 6 678 0 850 0 992 TEP Y 0 552 1 TEP 83 318 7 975 0 852 0 992 葉綠素 a b Chlorophyll a b mg g 1 FW GDD Y 0 554 1 GDD 402 131 6 735 0 853 0 993 LTF Y 0 240 1 LTF 5 854 4 669 0 352 0 984 TEP Y 0 243 1 TEP 91 570 5 613 0 356 0 987 類(lèi)胡蘿卜素Carotenoids mg g 1 FW GDD Y 0 240 1 GDD 445 777 5 036 0 353 0 987 由表1可見(jiàn) 在營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)方面 可溶性糖 可 溶性蛋白 維生素C隨LTF的增長(zhǎng)趨勢(shì)可用Extreme 函數(shù)擬合 纖維素的增長(zhǎng)趨勢(shì)可用Gompertz函數(shù)擬 合 硝酸鹽的增長(zhǎng)趨勢(shì)可用Poly5函數(shù)擬合 在生理 特性方面 根系活力 葉綠素 a b a b 和類(lèi)胡 蘿卜素的增長(zhǎng)趨勢(shì)可用Logistic函數(shù)擬合 LTF擬合 模型的R 2 為0 980 0 992 模型擬合度較佳 在各 項(xiàng)生理特性和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的擬合上 基于TEP GDD 的擬合函數(shù)與對(duì)應(yīng)的基于LTF的擬合函數(shù)類(lèi)似 但 具體參數(shù)不同 TEP GDD擬合模型的R 2 為0 929 0 993 模型擬合度也較好 2 2 光溫效應(yīng) LTF 模型的檢驗(yàn) 利用T2 T3處理累積光溫效應(yīng) 根據(jù)表1的各 項(xiàng)LTF擬合函數(shù)計(jì)算不同處理下大白菜生理特性與 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)模擬值 并觀(guān)測(cè)不同處理下的生理特 性與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的實(shí)測(cè)值 模擬值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比結(jié) 果見(jiàn)圖4和表2 同時(shí) 與TEP GDD模型的檢驗(yàn) 結(jié)果進(jìn)行比較 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 氣 象 第42卷 40 由圖4可見(jiàn) LTF模型模擬值與實(shí)測(cè)值較吻合 其模擬值貼近1 1直線(xiàn) TEP模型的模擬值則較明 顯地偏離1 1直線(xiàn) GDD模型介于LTF和TEP之 間 即 從模擬值與1 1直線(xiàn)的貼近程度來(lái)看 LTF 模型優(yōu)于GDD模型 GDD模型優(yōu)于TEP模型 其 中 相對(duì)地 在TEP模型上 T3處理模擬值與實(shí)測(cè) 值較接近 T2處理的可溶性糖 可溶性蛋白 維生 素C 硝酸鹽的模擬值滯后于實(shí)測(cè)值的先上升后下降 趨勢(shì) 表現(xiàn)為先低于后高于實(shí)測(cè)值 T2的纖維素 根系活力 葉綠素 a b a b 類(lèi)胡蘿卜素的模擬 值低于實(shí)測(cè)值 這可能是因?yàn)門(mén)2的光合有效輻射較 弱 TEP積累較少導(dǎo)致 圖4 大白菜生理特性 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的模擬值與實(shí)測(cè)值比較 Fig 4 Comparison between simulated and measured values of physiological characteristics and nutritional quality of Chinese cabbage 第1期 蔡淑芳等 基于光溫效應(yīng)的大白菜生理特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)動(dòng)態(tài)模擬效果 41 表2 三種模型的檢驗(yàn)結(jié)果 Table 2 Test results of three models 指標(biāo) Index 擬合方法 Fitting method R 2 RMSE RE 指標(biāo) Index 擬合方法 Fitting method R 2 RMSE RE LTF 0 958 3 267 11 99 LTF 0 969 0 033 7 06 TEP 0 405 12 334 45 28 TEP 0 904 0 059 12 63 可溶性糖Soluble sugar GDD 0 871 5 749 21 10 葉綠素a Chlorophyll a GDD 0 966 0 035 7 42 LTF 0 972 0 860 3 59 LTF 0 956 0 012 7 89 TEP 0 804 2 367 9 87 TEP 0 840 0 023 15 53 可溶性蛋白Soluble protein GDD 0 921 1 401 5 84 葉綠素b Chlorophyll b GDD 0 954 0 012 8 20 LTF 0 970 14 121 8 82 LTF 0 976 0 038 6 08 TEP 0 697 45 923 28 67 TEP 0 901 0 079 12 73 維生素C Vitamin C GDD 0 954 17 163 10 71 葉綠素 a b Chlorophyll a b GDD 0 974 0 040 6 40 LTF 0 978 0 017 6 79 LTF 0 986 0 012 4 95 TEP 0 911 0 039 15 25 TEP 0 891 0 033 14 00 纖維素Cellulose GDD 0 975 0 018 7 13 類(lèi)胡蘿卜素 Carotenoids GDD 0 979 0 014 5 98 LTF 0 975 46 752 6 47 LTF 0 985 17 443 7 99 TEP 0 048 569 677 78 88 TEP 0 826 60 046 27 52 硝酸鹽Nitrate GDD 0 932 78 740 10 90 根系活力Root activity GDD 0 953 28 374 13 00 由表2可見(jiàn) LTF模型模擬值與實(shí)測(cè)值之間的 R 2 為0 956 0 986 RMSE為0 012 46 752 RE 為3 59 11 99 說(shuō)明LTF模型模擬值對(duì)實(shí)測(cè)值 的擬合度和預(yù)測(cè)精度均較佳 LTF模型模擬值與實(shí) 測(cè)值之間的R 2 RMSE RE分別為T(mén)EP模型的 107 19 2031 25 8 21 55 93 8 20 55 90 為GDD模型的100 21 109 99 56 83 100 00 56 82 96 22 每項(xiàng)生理特 性和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的R 2 表現(xiàn)為L(zhǎng)TF模型 GDD模型 TEP模型 RMSE和RE則表現(xiàn)為L(zhǎng)TF模型 GDD 模型 TEP模型 從模擬值對(duì)實(shí)測(cè)值的擬合度和預(yù) 測(cè)精度來(lái)看 LTF模型優(yōu)于GDD模型 GDD模型 優(yōu)于TEP模型 3 結(jié)論與討論 3 1 結(jié)論 LTF模型能較精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)大白菜的主要生理 特性 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo) 對(duì)各項(xiàng)生理特性 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 的模擬值與實(shí)測(cè)值的R 2 0 956 RMSE 46 752 RE 11 99 對(duì)各項(xiàng)生理特性和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的模擬模 型的R 2 表現(xiàn)為L(zhǎng)TF GDD TEP RMSE和RE表 現(xiàn)為L(zhǎng)TF GDD TEP 在模型擬合度和模擬精度 上 LTF模型優(yōu)于GDD和TEP模型 且GDD模型 優(yōu)于TEP模型 3 2 討論 本研究發(fā)現(xiàn) 大白菜葉片可溶性糖 可溶性蛋 白 維生素C表現(xiàn)為隨LTF的增加呈先上升后下降 的Extreme函數(shù)的單峰曲線(xiàn)規(guī)律 在第5次取樣時(shí) 該3項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最大值 此時(shí) 大白菜仍處苗期 大白菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)較佳 這與原讓花等 18 的大白菜苗 期營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的研究結(jié)果相類(lèi)似 硝酸鹽含量呈 現(xiàn)隨LTF的增加而積累 降低 再積累的Poly5函 數(shù)的 N 字形變化規(guī)律 這與王景安等 19 在葉菜中 的研究結(jié)果類(lèi)似 硝酸鹽在第6次取樣時(shí)達(dá)到最大 值 低于中國(guó)無(wú)公害葉菜類(lèi)蔬菜的硝酸鹽含量標(biāo)準(zhǔn) 20 纖維素則表現(xiàn)為隨LTF的增加而不斷增長(zhǎng)的 Gompertz函數(shù)的 S 型變化規(guī)律 前人研究表明 大白菜風(fēng)味與可溶性糖 可溶性蛋白呈正相關(guān) 與 纖維素呈負(fù)相關(guān) 21 表明大白菜苗期既有較高的營(yíng) 養(yǎng) 又有不錯(cuò)的風(fēng)味 本研究同時(shí)表明 根系活力 葉綠素 a b a b 和類(lèi)胡蘿卜素表現(xiàn)為隨LTF的增加而增長(zhǎng) 且速度 由慢至快的Logistic函數(shù)的 S 型變化規(guī)律 這與 經(jīng)典的植物 S 型生長(zhǎng)模式一致 16 相對(duì)地 實(shí)驗(yàn) 結(jié)束時(shí) 根系活力仍保持較強(qiáng)勁的增長(zhǎng)速度 葉綠 素 a b a b 和類(lèi)胡蘿卜素則進(jìn)入緩慢增長(zhǎng)階段 光合色素是反映葉片光合強(qiáng)度的重要指標(biāo) 2 根系活 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 氣 象 第42卷 42 力是根的生長(zhǎng)情況和活力水平的指征 22 實(shí)驗(yàn)后期 大白菜根系活力和光合色素進(jìn)入緩慢增長(zhǎng)階段的時(shí) 間先后 表明了實(shí)驗(yàn)大白菜葉片老化速度快于根系 老化速度 同時(shí) 葉綠素含量的穩(wěn)定性是植物抗熱 性的一項(xiàng)重要生理指標(biāo) 2 實(shí)驗(yàn)期間葉綠素含量始終 保持增長(zhǎng)趨勢(shì) 說(shuō)明實(shí)驗(yàn)氣溫未對(duì)大白菜產(chǎn)生明顯 的熱脅迫 LTF模型綜合考慮了氣溫和光合有效輻射的影 響 避免了GDD模型中單因素的不足 且將氣溫和 光合有效輻射轉(zhuǎn)化為溫度熱效應(yīng)和光效應(yīng) 并將取 值確定在0 1之間 降低了TEP模型中光合有效輻 射原值的作用 構(gòu)建了溫度和光合有效輻射與作物 生長(zhǎng)的非線(xiàn)性關(guān)系 比TEP和GDD法機(jī)理性更強(qiáng) 對(duì)作物生長(zhǎng)模擬也較為準(zhǔn)確 10 前人研究表明 11 GDD模型主要應(yīng)用于大田作物模擬 TEP模型在番 茄 黃瓜等作物模擬上效果良好 本研究發(fā)現(xiàn) 溫 室環(huán)境下大白菜生長(zhǎng)GDD模型預(yù)測(cè)精度優(yōu)于TEP 模型 這可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)溫室中氣溫和光合有效