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菊花(Dendranthema×grandiflorum(Ramat)Kitam.)是中国传统名花和世界上四大切花之一。采用温室生产标准切花菊是实现周年均衡满足国际市场需求的主要措施,而温室的温光优化调控是提高切花菊产品质量的根本保证。生长发育和品质模拟模型是进行温室菊花生产管理和环境优化调控的有力工具。针对我国切花菊生产中存在的花期不整齐和品质差等问题,本研究于2005-2006期间,在上海鲜花港现代温室设计不同播期、不同品种和不同温室类型试验,收集环境数据和作物数据,建立了温室标准切花菊生长发育和品质模拟模型。本研究主要内容如下:1.温室标准切花菊发育模拟模型根据温度、光合有效辐射(Photosynthetically Active Radiation,PAR)和日照长度对菊花的发育速率的影响,首次提出生理辐热积(Physiological product of thermal effectiveness and PAR,PTEP)的概念。生理辐热积定义为在日长、光合有效辐射和温度均为最适的条件下,短日菊花完成某个发育阶段所需的累积辐热积。生理辐热积用下列模型描述:BD1=TEPs/TEPsi BD2=TEPh/TEPhi式中PTEP为完成菊花某发育阶段的生理辐热积(MJ·m-2),TEP表示菊花从扦插到任意一天的累积辐热积(MJ·m-2),RPE为每目光周期效应,BD1为短日处理前i品种的基本发育因子;TEPs为标准品种(基本发育因子为1的品种)从扦插到短日处理所需的累积辐热积。TEPsi为i品种从扦插到短日处理所需的累积辐热积;BD2为短日处理后i品种的基本发育因子,TEPh为标准品种从短日处理到收获的累积辐热积,TEPhi为i品种从短日处理到收获的累积辐热积。SD为待定模型参数。用独立试验数据对模型检验,结果表明模型对标准切花菊不同发育阶段的模拟值与实测值的符合度较好。从扦插到达定植、短日处理、现蕾和收获期的预测值与实测值间1:1线的回归估计标准误差(RMSE)分别为2.2、2.9、1.2和3.1d,预测精度明显高于以有效积温为尺度的模拟模型(RMSE分别为3.0、12.5、12.5和15.5d)。2.温室标准切花菊叶面积模型根据菊花展叶和生长对温光条件的反应,利用不同品种和不同批次的试验数据,首先建立展叶数(N)与定植后生理辐热积(PTEP)的关系:N=64.11/(1+exp(-(PTEP-80.53)/35.38))再建立叶长增长速率(VLLi)、最大叶长(LLMAXi)与叶位(i)的关系模型:第i位叶的实际叶长(LLi)可用如下模型描述:△PTEPij=PTEPj-PTEPi式中PTEPj为定植后j天内的生理辐热积(MJ·m-2),PTEPi表示从定植后至展开第i叶所需的生理辐热积(MJ·m-2)。定植后到出现第i片叶的单株叶面积可计算如下:LA=sum from i=1 to N LA(m,i)-LAo式中LA为定植后至出现第i叶的单株叶面积(cm2);i为叶序;N为出叶数;LAmi为品种m第i叶的面积(cm2),LAo为除去老叶的叶面积(cm-2)。本模型对叶面积指数的预测值与实测值基于1:1直线间的决定系数(R2)为0.94,回归估计标准误(RMSE)为0.75。3.温室标准切花菊干物质生产与分配模型干物质生产和分配是菊花产量和品质形成的基础。根据温度、辐射和日长对菊花生长的影响,构建了以生理辐热积为尺度的标准切花菊干物质生产模型。用指数—线性模型模拟单位面积菊花植株总干重与定植后生理辐热积的关系:DMT=(Cm/rm)×ln(1+exp(rm×(PTEP-PTEPb)))式中,DMT为单位面积总干重(g·m-2),Cm为线性阶段单位面积总干重的最大绝对生长速率(g·m-2·(MJ·m-2)-1),rm为指数阶段单位面积总干重的相对最大生长速率(g·g-1·(MJ·m-2)-1),PTEPb为菊花植株封行时的生理辐热积(MJ·m-2)。PTEP为定植后的生理辐热积(MJ·m-2)。干物质分配模型如下:PIS=0.7669+0.0016xPTEP-5×10-6×PTEP2PIR=1-PISPIL=0.371+0.2579×exp(-0.5×((PTEP-41.22)/46.89)2)PIST=1-PIL-PIF式中PIS、PIR、PIL、PIF和PIST分别表示地上部分、地下部分、叶、花和茎的分配指数。通过独立试验数据对模型检验,模型对温室标准切花菊的总干重、叶干重、茎干重、花干重和地上部分鲜重的模拟值与实测值的符合度较好,模拟值与实测值间1:1线的决定系数(R2)和回归估计标准误差(RMSE)分别为:0.97、0.97、0.97、0.83、0.94;67.56g·m-2、22.4g·m-2、28.2g·m-2、15.4g·m-2、10.37g·株-1,模型对总干重预测精度明显高于基于光合作用模型(R2和RMSE分别为0.82和274.68 g·m-2)。4.温室标准切花菊品质模拟模型根据温室标准切花菊的品质对温光的反应,构建标准切花菊的叶片数(N)、株高(H)、茎粗(Ds)、节间长(Ln)和花径(Df)的预测模型:N=64.11/(1+exp(-(PTEP-80.53)/35.38))H=105.58/(1+exp(-(PTEP-74.15)/28.26))Ds=8.24/(1+exp(-(PTEP-42.83)/51.03)Ln=0.75+0.019×PTEP-8.5×10-5×PTEP2通过独立试验数据对模型检验,结果表明:模型对温室标准切花菊的展叶数、株高、茎粗、节间长和花径的模拟值与实测值基于1:1直线间的决定系数(R2)和预测相对误差(RSE)分别为:0.99,0.98,0.92,0.87,0.88;5.5%,5.9%,4.1%,11.2%,12.4%。5.不同杆数对温室标准切花菊品质影响的模拟研究为研究不同杆数对标准切花菊生长和品质的影响,2005-2006年间,本研究设计不同品种、不同杆数、不同密度和不同定植日期的试验,首先构建了不同杆数的标准切花菊叶面积指数动态预测模型,叶面积指数(LAI)与定植后时间(t)的关系用下列模型描述:LAI=LAImax/(1+exp(-(t-tb)/LAImax))LAImax=4.57+0.04×N式中LAImax为单位面积不同杆数的最大叶面积指数,tb为定植后菊花冠层封行的时间(d),N是单位面积杆数。再建立冠层截获的光合有效辐射PAR(i,L)与叶面积指数(LAI(i,L))的关系:PAR(i,L)=PAR(i)×(1-exp(-k×LAI(i,L)))式中PAR(i)为冠层上方光合有效辐射(J·m-2·s-1),k为冠层消光系数。单位面积地上部分干重(DWS)与冠层吸收的生理辐热积(PTEPi)的关系用线性模型模拟:DWS=81.16+11.96×PTEPi营养器官的品质指标(Y)(包括株高、出叶数、茎粗)以及花径(Df)与冠层截获的生理辐热积(PTEPi)的关系模型:Y=Ymax×(1-exp(-R×PTEPi/Ymax))式中,Ymax和R分别表示营养器官的品质指标的最大值和增长速率。a0为模型参数。用独立试验数据对模型检验,模型对多杆菊的单杆地上部分鲜重、株高、茎粗、出叶数和花径的预测值与实测值基于1:1线的决定系数(R2)分别为:0.95、0.96、0.94、0.91、0.81;预测相对误差分别为16.1%、10.1%、12.8%、13.4%、15.9%。本研究建立的温室标准切花菊生长发育和品质模拟模型,通过输入温室内平均温度、光合有效辐射和品种参数可以同时预测标准切花菊不同发育阶段、干物质总产量、不同器官干物质量和主要外观品质指标,模型预测精度高,计算简便,实用性强,为我国温室标准切花菊周年生产的光温调控提供理论依据和决策支持。