基于功能结构反馈机制下番茄生长对不同供氮水平定量化研究

【摘要】番茄(LycopersiconesculentumMill.)是世界上最重要的蔬菜作物之一,也是作物模拟模型研究较多的作物。目前,温室番茄生产中,氮素过量施入是一个突出的问题,不仅增加了生产成本,而且降低了氮素的利用效率和番茄的产量,也给环境带来一系列的问题。为了探究设施内亏缺或过量施用氮肥对温室番茄生长发育的影响机理,明确实际生产中番茄适宜的氮素浓度范围,本研究利用水培技术在营养液中设计了不同氮素浓度的处理(N5(营养液中氮素含量为5mmol/L,下同)、N10.N15.N20.N25和N30)试验；并用试验数据验证了基于作物的功能与结构互反馈机制,以作物生长的热量时间为模拟步长,叶元为基本结构单元,建立的温室番茄生长发育的功能-结构模拟模型的正确性。本项研究可精确量化番茄生长与环境条件的关系,为通过调控环境和氮素营养而控制番茄生长奠定理论基础。具体的研究工作主要包括以下几个方面：1构建温室番茄生长发育功能-结构模型,并通过温室番茄栽培试验对模型的参数进行提取。2在温室内采用无养分胁迫的水培试验,标定了模型参数、并验证了功能-结构模型的正确性和有效性。3基于不同氮素浓度营养液对番茄生长结构的影响,本模型可以很好地预测番茄的生长发育和结构的变化,还可以模拟番茄形态结构的变化和生物量的变化：(1)在处理N15条件下,番茄的发育速率为0.0320(/℃/d),一个生长周期所需的有效积温为31.2501(℃·d),大约2.4d时间。番茄的发育速率随氮素浓度变化的函数关系式为y=-5.0032×10-5×2+0.0018x+0.0148(相关系数R2=0.9851)。(2)不同氮素浓度的营养液对器官最大扩展周期的影响不同,对叶片的最大扩展周期的函数关系式为y=0.0079×2-0.2874x+15.2920(相关系数R2=0.9522)；对果实的最大扩展周期的函数关系式为y=0.0024×2-0.0855x+9.3810(相关系数R2=0.9883)。(3)应用不同器官的库强描述各个器官在获取同化产物上的竞争能力,它是某一类型器官(如节间)的库强为1时的相对值。在本试验条件下,不同氮素浓度下对不同器官库强的分配比例不同,处理N5.N10.N15.N20.N25和N30在茎中的分配比例分别是11.11、12.20、12.82、12.74、12.66和12.20%；在叶中的分配比例分别是22.22、14.63、10.26、10.83、11.39和14.63%；在果实的分配比例分别是66.37、73.17、76.92、76.43、75.95和73.17%。(4)不同氮素浓度的营养液对比叶重的影响不同,处理N15条件下番茄的比叶重为0.0055g/cm2。比叶重随氮素浓度的函数关系式为y=-8.0024×10-6×2+0.0003x+0.0029(相关系数R2=0.9840)。(5)不同氮素浓度的营养液对果实密度的影响不同,处理N15条件下番茄的果实密度为0.0178g/cm3。果实密度随氮素浓度的函数关系式为y=-5.0003×10-5×2+0.0018x+0.0018(相关系数R2=0.9959)。(6)在本试验条件下,处理N15中果实的干物质含量是0.1307。果实干物质含量随氮素浓度的函数关系式为y=-0.0003×2+0.0119x+0.0213(相关系数R2=0.9945)。(7)不同氮素浓度下各器官累积生物量的模拟值与实测值的变化趋势一致。4.采用可视化的方法模拟了番茄的生长发育过程。
【作者】李灵芝；
【导师】李亚灵；
【作者基本信息】山西农业大学，蔬菜学，2013，博士
【关键词】功能-结构模型；番茄(LycopersiconesculentumMill.)；氮；水培；营养液；生长发育；温室；

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