徐海斌　陳富平　王麗平　姜曉劍

摘要 根據(jù)江蘇淮安地區(qū)設施黃瓜栽培的生產(chǎn)實踐，基于黃瓜生理發(fā)育時間構建黃瓜發(fā)育模擬模型。試驗期間每天對黃瓜發(fā)育狀況進行觀測，并記錄各個生育階段的起始日期；通過監(jiān)測設備采集光溫數(shù)據(jù)，每5 min自動記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫中；采用編程的方式讀取光溫數(shù)據(jù)并根據(jù)溫度變化繪制曲線，逐日計算生理發(fā)育時間，對黃瓜設施生產(chǎn)進行預測和模擬。結果表明，從播種到發(fā)芽期、苗期、開花期，模型預測與實際觀測的生育期天數(shù)誤差較小，分別為-1、-2和-3 d，總體上可以較好地模擬預測黃瓜的生育期進程。該模型充分利用了設施農業(yè)精確的光溫監(jiān)測，改進了生育期模擬模型中的熱效應積累算法，提高了黃瓜生理發(fā)育時間的計算精度，不僅可以用于預測、調控設施黃瓜生產(chǎn)中的生育期，而且可以為其生產(chǎn)環(huán)境的智能調控提供決策支持。

關鍵詞 黃瓜；光溫；生長模型

中圖分類號 S214.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2016）05-325-03

Abstract According to production practice of cucumber cultivation in Huaian Region， Jiangsu Province， cucumber growth model was built based on physiological development time. During the period， the growth status of cucumber was observed， the initial date of each growth period was recorded； light temperature data was collected through monitoring equipment， recording data and storing in database every 5 min automatically； by using programming way to read and according to temperature variation， change curve was made， daily physiological development time was calculated， cucumber production was predicted and simulated. The results showed that from sowing to germination period， seedling period， flowering period， the error between model simulation and actual observation are -1， -2， and -3 d. The model makes full use of precise light temperature， improves the calculation accuracy of physiological development time， not only can be used to predict and regulate growth period in cucumber production， but also provide policymaking support for intelligent regulation of production environment.

Key words Cucumber； Light temperature； Growth model

設施蔬菜以其高效生產(chǎn)和反季節(jié)成為現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的一個重要方向，利用日光能溫室生產(chǎn)反季節(jié)黃瓜是國內溫室栽培的主要項目之一，因其投入產(chǎn)出高、市場穩(wěn)定性好而深受國內外生產(chǎn)者青睞。國外設施黃瓜生產(chǎn)自動化水平高，可控性強，通過建立黃瓜作物生長模型[1-3]，模擬、預測和控制設施黃瓜取得了較好的效果。我國設施黃瓜受經(jīng)濟條件限制，短期內很難達到國外設施自動化水平，各地結合當?shù)貧夂驐l件和經(jīng)濟水平建立了符合地方特色的日光能溫室[4]和相對應的栽培技術體系。江蘇省以淮安市淮陰區(qū)丁集鎮(zhèn)為中心，建立了上萬畝（666.67 hm2）的日光能溫室設施生產(chǎn)黃瓜，在生產(chǎn)實踐中，基于生理發(fā)育時間建立黃瓜生長模型來預測和指導當?shù)剞r民進行規(guī)?；a(chǎn)，具有較強的可行性和實用性。筆者選用“冬美906”黃瓜品種，根據(jù)2014 年9月 ～ 2015年4 月在江蘇省淮安市丁集鎮(zhèn)娘莊村黃瓜日光能溫室中的逐日觀察數(shù)據(jù)，通過監(jiān)測設備采集光溫數(shù)據(jù)，采用編程的方式讀取并根據(jù)溫度變化繪制曲線，逐日計算生理發(fā)育時間，對黃瓜設施生產(chǎn)進行預測和模擬，可為根據(jù)黃瓜上市時間適當調整生產(chǎn)進程提供決策支持，從而獲取較好的經(jīng)濟效益。

1 材料與方法

1.1 日光溫室

日光溫室坐北朝南，東西長60～80 m，南北寬10 m，溫室脊高2.8 m，后墻高2.6 m，北墻厚0.4 m，東西墻厚0.5 m南沿高0.9 m，棚膜厚為0.08 mm的聚乙烯塑料薄膜，薄膜外有草簾，溫室頂有通風口，通風時間軟盤及按照本地日光能溫室黃瓜標準生產(chǎn)技術規(guī)程要求進行。

1.2 試驗材料

試驗于2014 年9月 ～ 2015年4 月在江蘇淮安市丁集鎮(zhèn)娘莊村黃瓜日光能溫室中進行，供試品種為“冬美906”，建模試驗定植日期分別為2014 年11 月11日（試驗1）、11 月20 日（試驗2），驗證試驗為2014年11月15 日（試驗3），定植時苗高10 cm，葉片數(shù)4 片。定植方式為起壟覆蓋薄膜種植，壟為馬鞍型，中間留有壟溝用于灌溉，壟間距為0.6 m，壟寬為1.2 m，每壟種植2行，株距0.25 m，管理按照當?shù)厝展饽軠厥尹S瓜標準生產(chǎn)技術規(guī)程的要求進行。

1.3 數(shù)據(jù)記錄

試驗期間每天對黃瓜發(fā)育狀況進行觀測，并記錄各個生育階段的起始日期。定植后選取長勢相當?shù)? 株進行定株觀測記錄，觀測每隔2 d 進行1 次。觀測指標包括株高、葉片數(shù)、結瓜數(shù)和結瓜重。其中株高為地面到頂?shù)睦遍L度，株高、葉長和葉寬均采用卷尺測量。

試驗溫室氣象數(shù)據(jù)利用江蘇省徐淮地區(qū)淮陰農業(yè)科學研究所研制的作物生長記錄儀自動采集。儀器采集離地1.8 m 的氣溫、CO2濃度、太陽輻射、相對濕度等項目，采集頻率為每5 min一次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

光溫數(shù)據(jù)通過監(jiān)測設備采集，每5 min自動記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫中。該研究采用編程的方式讀取并根據(jù)溫度變化繪制曲線，逐日計算生理發(fā)育時間。

2 結果與分析

2.1 黃瓜生育期劃分

根據(jù)黃瓜生物學特性，結合當?shù)氐纳a(chǎn)實際及相關文獻資料[5-8]，將黃瓜的整個生長過程劃分為4個生育階段，經(jīng)試驗觀測得到各個生育期相應的形態(tài)特征。

2.2 黃瓜輻熱積生長模型建立與擬合

2.2.1 溫光指標建立與輻熱積的計算。黃瓜生長模型建模中，主要有積溫法、比面積法、輻熱積法以及生理發(fā)育時間等方法，生理發(fā)育時間法以溫度和光照作為模型的輸入因子，模擬作物的生長發(fā)育過程，具有較強的機理性和較高的精度。

黃瓜生產(chǎn)中，尤其是栽培標準化后，溫度和光輻射周期是影響黃瓜生育進程的重要因子，將黃瓜在實際的溫度和光照條件下生長所需的時間轉換成其在最適宜的溫度和光照條件下生長所需的時間。作物在實際溫光條件下生長1 d相當于1個生理發(fā)育日的比例定義為每日相對生理發(fā)育效應RPDE[9]；作物完成某一特定的發(fā)育階段所需的生理發(fā)育時間為該階段每日相對生理發(fā)育效應的累積總和；每日相對生理發(fā)育時間可以根據(jù)作物發(fā)育所需的三基點溫度與臨界光周期和最適宜光周期來計算；作物在實際溫度條件下生長1 d相當于在最適宜溫度條件下生長1 d的比例定義為每日相對熱效應RTE[10]；作物在實際光照條件下生長1 d相當于在最適宜光照條件下生長1 d的比例定義為每日相對光周期效應RPE。

該模型參照三段線形函數(shù)描述每日溫度與RTE的關系，即實際溫度在臨界溫度外時（低于發(fā)育下限時和超過上限時）效應值為0，在最適溫度時（在最適上限溫度之間）效應值為1，溫度在最適溫度之外和臨界溫度之內，熱效應隨著溫度的升高而線性增加或線性下降，效應值是實際溫度與臨近臨界值的差值與臨近最最適溫度上下值之比，具體相對熱效應RTE與溫度T 的關系用公式表示為：

2.2.2 物候期的預測。生理發(fā)育時間具有基因型差異，是一個品種特定的遺傳參數(shù)。為了統(tǒng)一不同基因型品種的生理時間尺度，利用基本發(fā)育因子來調節(jié)生理發(fā)育時間積累的速率，從而使得生理發(fā)育時間在不同基因型之間恒定不變，不同品種發(fā)育生理效應比較可由（4）式進行校正：

PDT=PDT×IDF（4）

式中，IDF表示基本發(fā)育因子，是品種特定的遺傳參數(shù)。最早熟的基因型基本發(fā)育因子為1，最晚熟的基因型基本發(fā)育因子為0.6，其他品種介于二者之間。溫室黃瓜多為早熟品種，其基本發(fā)育因子IDF=1 。

2.3 黃瓜發(fā)育期的預測與生產(chǎn)應用

2.3.1 黃瓜生育時期的模擬。根據(jù)當?shù)卦O施蔬菜的生產(chǎn)實際，記載試驗1、試驗2各生育期數(shù)據(jù)，根據(jù)表2三基點溫度，利用公式（1）～（4）計算試驗1黃瓜各個生育階段所需生理發(fā)育時間，從播種到出苗、開花、結果及成熟所需生理發(fā)育時間分別為0.87、9.84、11.98和24.58 d。

2.3.2

黃瓜生育時期的模擬與檢驗。根據(jù)當?shù)卦O施蔬菜的生產(chǎn)實際，記載試驗1、2、3的各生育期數(shù)據(jù)，根據(jù)表2三基點溫度，利用公式（1）～（4）計算試驗1和試驗2監(jiān)測結果，建立黃瓜生育階段的累積輻熱積模型（成熟期僅以1～5個瓜成熟作為指標，春節(jié)后黃瓜以市場需求與價格確定采摘時間，不具參考性），以試驗3和公式（5）檢驗模型預測的精確度，結果見表3。

從表3可知，從播種到發(fā)芽期、苗期、開花期以及成熟期，模型預測與實際觀測的生育期天數(shù)誤差分別為-1、-2和-3 d，總體上可以較好地模擬預測黃瓜的生育期進程；而在成熟期，誤差達到了+10 d。

3 結論與討論

該研究在前人研究的基礎上，針對黃瓜設施栽培生產(chǎn)中生育期調控的需求，基于生理發(fā)育時間構建了黃瓜生育模擬模型。該模型充分考慮了黃瓜設施生產(chǎn)中的生產(chǎn)條件和當前已有設施基礎條件，結合物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)控技術，可對黃瓜設施生產(chǎn)進行預測和模擬，可為黃瓜上市時間適當調整生產(chǎn)進程提供決策支持，從而獲取較好的經(jīng)濟效益。

以往的黃瓜生育模擬模型中，主要采用了積溫法、比面積法、輻熱積法以及生理發(fā)育時間等方法，而生理發(fā)育時間法以溫度和光照作為模型的輸入因子，模擬作物的生長發(fā)育過程，具有較強的機理性和較好的精度。同前人的研究結果相比較，該研究構建的模型，從黃瓜播種到發(fā)芽期、苗期、開花期以及成熟期，模型預測與實際觀測的生育期天數(shù)誤差較小，分別為-1、-2和-3 d，總體上可以較好地模擬預測黃瓜的生育期進程；而在成熟期，誤差達到了+10 d，可能是由于在實際生產(chǎn)中，為了延長黃瓜果實采摘時間而達到經(jīng)濟效益的最大化。另外，在日光溫室的環(huán)境監(jiān)控過程中，由于設施基礎條件的不完善，容易發(fā)生斷電等情況導致監(jiān)控設備數(shù)據(jù)采集的中斷和缺失，也是該模型預測誤差的一個來源。

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