一種基於指數線性方程的設施作物乾物質生產模擬方法
2023-07-06 07:09:06 1
專利名稱：一種基於指數線性方程的設施作物乾物質生產模擬方法
技術領域：
本發明公開了一種基於指數線性方程的設施作物乾物質生產模擬方法，屬於農業信息處理的技術領域。
背景技術：
20世紀90年代以來，設施農業以超時令、反季節蔬菜栽培為主迅猛發展，設施農業面積從1981年的10. 8萬畝發展到2010年的4500多萬畝，29年間增長了 440多倍，同時設施農業的發展也為城市反季節蔬菜供應提出供了最基本的堅實保障。乾物質生產是設施作物產量和品質形成的物質基礎，在結實前生產和分配到葉片的乾物質形成光合葉面積而影響植株的營養生長，而結實後分配到果實中的乾物質直接參與作物產量和品質的形成，因此設施作物乾物質生長模擬是生產部門十分關注的技術難題。目前模擬乾物質生長有三種方法，一是利用有效積溫方法，即利用地上乾物質與作物有效積溫的關係，建立乾物質模擬模型。二是光合作用驅動的乾物質生產模型，該模型分別描述單葉光合作用速率、冠層光合作用速率，再通過高斯積分得到每時乾物質生產量，再利用乾物質分配模型計算得到地上部分生物產量。第三種方法就是輻熱積法，就是利用乾物質生產與輻熱積關係建立關係模型。三種方法均有一定缺陷，有效積溫法沒有考慮高溫對作物生長的滯後效應，光合作用乾物質模型由於要測定光合參數，計算比較複雜。輻熱積法的光溫指標是輻熱積，沒有把溫度效應和光照效應分別考慮，出現在光強在光補償點下，而且溫度值高時，計算輻熱積值高，實際乾物質生長量低的情況，模擬誤差大。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供了一種基於指數線性方程的設施作物乾物質生產模擬方法。本發明為實現上述發明目的採用如下技術方案一種基於指數線性方程的設施作物乾物質生產模擬方法，包括如下步驟步驟1，採集設施環境的氣溫數據、光合有效輻射的數據，計算設施作物每天的溫光效應；步驟2，根據步驟I所述的設施作物每天的溫光效應，計算出從定植到冠層封行期間累積的溫光效應(PTERa)、設施作物冠層封行後到收穫前累積的溫光效應(PTERb);步驟3，試驗測量設施作物植株地上部分乾重值，計算得到設施作物在線性成長階段地上部分乾重絕對最大生長速率(Cm)、設施作物在指數階段地上部分乾重相對最大生長速率(Rm)；步驟4，構建設施作物乾物質生產模型，用指數線性函數擬合設施作物乾物質生長速率與定值後累積的溫光效應的關係，設施作物定植後第i天植株地上部分乾重DWSi為DffSi= (Cm/Rm) Xln(l+exp (RmX (PTERa - PTERb)))。所述一種基於指數線性方程的設施作物乾物質生產模擬方法，步驟I中設施作物每天的溫光效應計算方法如下步驟a，利用氣象環境數據採集儀器測量設施環境每小時的氣溫、光合有效輻射值；步驟b，累加計算設施環境光合有效輻射值日積分值，根據設施植物生長速率與光合有效輻射值日積分值的關係計算設施作物的每天相對光效應；步驟C，根據設施作物生長速率與設 施環境溫度的關係計算設施作物的每天相對溫度效應；步驟d，步驟b所述設施作物的每天相對光效應與步驟c所述的每天相對溫度效應相乘得到設施作物每天的溫光效應。本發明採用上述技術方案，具有以下有益效果利用本發明建立的乾物質生產模型能夠預測定植後任意一天作物地上部分乾物質生產量，且模型參數較少。通過測量每日平均氣溫和光合有效輻射即可預測設施作物地上乾物質產量。
圖I為基於指數線性方程的設施作物乾物質生產模擬方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明基於指數線性方程的設施作物乾物質生產模擬方法如圖I所示，包括如下步驟步驟1，採集設施環境的氣溫數據、光合有效輻射的數據，計算設施作物每天的溫光效應，具體包括如下步驟步驟a，利用氣象環境數據採集儀器測量設施環境每小時的氣溫Tj、光合有效輻射值 PAR (j)；步驟b，累加計算設施環境光合有效輻射值日積分值R :
24R = [PAR(j)(I)
j=l式(I)中光合有效輻射值日積分值R、設施環境每小時的光合有效輻射值PAR的單位為 U mol. m 2. s 1J當光強達到飽和時，作物生長最快，最大光效應為1，隨光強減弱，光合作用速率降低，因此相對光效應降低，而溫光效應與光強的關係最符合負指數函數，因此用方程(2)描述光效應與光強關係，則設施作物第i天的相對光效應F(Ri)F(Ri)=l-exp(-a R) (R>0) (2)式(2)中a為光能利用率，可利用LI6400光合作用測定系統測定，也可以查閱資料得到；步驟C，由於當設施環境氣溫T低於設施作物最低溫度Tb或者高於設施作物最高溫度Tm時，作物停止生長，設施作物的相對光效應F(R)即為0，當設施環境氣溫在設施作物最低溫度Tb和設施作物最高溫度Tm之間時，設施作物的相對光效應F (R)與溫度關係有2種方法進行模擬，一是三段函數、二是指數函數，由於三段函數模擬的誤差較大，因此本發明利用指數函數進行擬合，則設施作物第i天的相對溫度效應F(Ti)用式(3)表示
權利要求
1.一種基於指數線性方程的設施作物乾物質生產模擬方法，其特徵在於包括如下步驟 步驟1，採集設施環境的氣溫數據、光合有效輻射的數據，計算設施作物每天的溫光效應； 步驟2，根據步驟I所述的設施作物每天的溫光效應，計算出從定植到冠層封行期間累積的溫光效應(PTERa)、設施作物冠層封行後到收穫前累積的溫光效應(PTERb)； 步驟3，試驗測量設施作物植株地上部分乾重值，計算得到設施作物在線性成長階段地上部分乾重絕對最大生長速率(Cm)、設施作物在指數階段地上部分乾重相對最大生長速率(Rm)； 步驟4，構建設施作物乾物質生產模型，用指數線性函數擬合設施作物乾物質生長速率與定值後累積的溫光效應的關係，設施作物定植後第i天植株地上部分乾重DWSi為 DffSi = (Cm /Rm )X ln( 1+ exp(RmX (PTERa - PTERb )))。
2.根據權利要求I所述的一種基於指數線性方程的設施作物乾物質生產模擬方法，其特徵在於步驟I中設施作物每天的溫光效應計算方法如下 步驟a，利用氣象環境數據採集儀器測量設施環境每小時的氣溫、光合有效輻射值；步驟b，累加計算設施環境光合有效輻射值日積分值，根據設施植物生長速率與光合有效輻射值日積分值的關係計算設施作物的每天相對光效應； 步驟c，根據設施作物生長速率與設施環境溫度的關係計算設施作物的每天相對溫度效應； 步驟d,步驟b所述設施作物的每天相對光效應與步驟c所述的每天相對溫度效應相乘得到設施作物每天的溫光效應。
全文摘要
本發明公開了一種基於指數線性方程的設施作物乾物質生產模擬方法，屬於農業信息處理的技術領域。本發明通過設施作物栽培試驗測定作物地上部分的乾重；再利用環境氣象數據和查閱文獻得到的作物生長發育三基點溫度，計算得到作物每日的溫光效應；計算作物在線性生長階段以及指數階段的地上部分乾重最大生長速率；建立基於指數-線性方程的設施作物的乾物質模擬模型。利用本發明建立的乾物質生產模型能夠預測定植後任意一天作物地上部分乾物質生產量，且模型參數較少。通過測量每日平均氣溫和光合有效輻射即可預測設施作物地上乾物質產量。
文檔編號A01G7/00GK102893817SQ20121038302
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月10日 優先權日2012年10月10日
發明者楊再強, 李永秀, 江曉東, 朱永生 申請人:南京信息工程大學