專利名稱：一種基于指數(shù)線性方程的設(shè)施作物干物質(zhì)生產(chǎn)模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于指數(shù)線性方程的設(shè)施作物干物質(zhì)生產(chǎn)模擬方法，屬于農(nóng)業(yè)信息處理的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)90年代以來(lái)，設(shè)施農(nóng)業(yè)以超時(shí)令、反季節(jié)蔬菜栽培為主迅猛發(fā)展，設(shè)施農(nóng)業(yè)面積從1981年的10. 8萬(wàn)畝發(fā)展到2010年的4500多萬(wàn)畝，29年間增長(zhǎng)了 440多倍，同時(shí)設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展也為城市反季節(jié)蔬菜供應(yīng)提出供了最基本的堅(jiān)實(shí)保障。干物質(zhì)生產(chǎn)是設(shè)施作物產(chǎn)量和品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，在結(jié)實(shí)前生產(chǎn)和分配到葉片的干物質(zhì)形成光合葉面積而影響植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，而結(jié)實(shí)后分配到果實(shí)中的干物質(zhì)直接參與作物產(chǎn)量和品質(zhì)的形成，因此設(shè)施作物干物質(zhì)生長(zhǎng)模擬是生產(chǎn)部門十分關(guān)注的技術(shù)難題。目前模擬干物質(zhì)生長(zhǎng)有三種方法，一是利用有效積溫方法，即利用地上干物質(zhì)與作物有效積溫的關(guān)系，建立干物質(zhì)模擬模型。二是光合作用驅(qū)動(dòng)的干物質(zhì)生產(chǎn)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(guò)高斯積分得到每時(shí)干物質(zhì)生產(chǎn)量，再利用干物質(zhì)分配模型計(jì)算得到地上部分生物產(chǎn)量。第三種方法就是輻熱積法，就是利用干物質(zhì)生產(chǎn)與輻熱積關(guān)系建立關(guān)系模型。三種方法均有一定缺陷，有效積溫法沒(méi)有考慮高溫對(duì)作物生長(zhǎng)的滯后效應(yīng)，光合作用干物質(zhì)模型由于要測(cè)定光合參數(shù)，計(jì)算比較復(fù)雜。輻熱積法的光溫指標(biāo)是輻熱積，沒(méi)有把溫度效應(yīng)和光照效應(yīng)分別考慮，出現(xiàn)在光強(qiáng)在光補(bǔ)償點(diǎn)下，而且溫度值高時(shí)，計(jì)算輻熱積值高，實(shí)際干物質(zhì)生長(zhǎng)量低的情況，模擬誤差大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，提供了一種基于指數(shù)線性方程的設(shè)施作物干物質(zhì)生產(chǎn)模擬方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案一種基于指數(shù)線性方程的設(shè)施作物干物質(zhì)生產(chǎn)模擬方法，包括如下步驟步驟1，采集設(shè)施環(huán)境的氣溫?cái)?shù)據(jù)、光合有效輻射的數(shù)據(jù)，計(jì)算設(shè)施作物每天的溫光效應(yīng)；步驟2，根據(jù)步驟I所述的設(shè)施作物每天的溫光效應(yīng)，計(jì)算出從定植到冠層封行期間累積的溫光效應(yīng)(PTERa)、設(shè)施作物冠層封行后到收獲前累積的溫光效應(yīng)(PTERb);步驟3，試驗(yàn)測(cè)量設(shè)施作物植株地上部分干重值，計(jì)算得到設(shè)施作物在線性成長(zhǎng)階段地上部分干重絕對(duì)最大生長(zhǎng)速率(Cm)、設(shè)施作物在指數(shù)階段地上部分干重相對(duì)最大生長(zhǎng)速率(Rm)；步驟4，構(gòu)建設(shè)施作物干物質(zhì)生產(chǎn)模型，用指數(shù)線性函數(shù)擬合設(shè)施作物干物質(zhì)生長(zhǎng)速率與定值后累積的溫光效應(yīng)的關(guān)系，設(shè)施作物定植后第i天植株地上部分干重DWSi為DffSi= (Cm/Rm) Xln(l+exp (RmX (PTERa - PTERb)))。所述一種基于指數(shù)線性方程的設(shè)施作物干物質(zhì)生產(chǎn)模擬方法，步驟I中設(shè)施作物每天的溫光效應(yīng)計(jì)算方法如下步驟a，利用氣象環(huán)境數(shù)據(jù)采集儀器測(cè)量設(shè)施環(huán)境每小時(shí)的氣溫、光合有效輻射值；步驟b，累加計(jì)算設(shè)施環(huán)境光合有效輻射值日積分值，根據(jù)設(shè)施植物生長(zhǎng)速率與光合有效輻射值日積分值的關(guān)系計(jì)算設(shè)施作物的每天相對(duì)光效應(yīng)；步驟C，根據(jù)設(shè)施作物生長(zhǎng)速率與設(shè) 施環(huán)境溫度的關(guān)系計(jì)算設(shè)施作物的每天相對(duì)溫度效應(yīng)；步驟d，步驟b所述設(shè)施作物的每天相對(duì)光效應(yīng)與步驟c所述的每天相對(duì)溫度效應(yīng)相乘得到設(shè)施作物每天的溫光效應(yīng)。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果利用本發(fā)明建立的干物質(zhì)生產(chǎn)模型能夠預(yù)測(cè)定植后任意一天作物地上部分干物質(zhì)生產(chǎn)量，且模型參數(shù)較少。通過(guò)測(cè)量每日平均氣溫和光合有效輻射即可預(yù)測(cè)設(shè)施作物地上干物質(zhì)產(chǎn)量。


圖I為基于指數(shù)線性方程的設(shè)施作物干物質(zhì)生產(chǎn)模擬方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明基于指數(shù)線性方程的設(shè)施作物干物質(zhì)生產(chǎn)模擬方法如圖I所示，包括如下步驟步驟1，采集設(shè)施環(huán)境的氣溫?cái)?shù)據(jù)、光合有效輻射的數(shù)據(jù)，計(jì)算設(shè)施作物每天的溫光效應(yīng)，具體包括如下步驟步驟a，利用氣象環(huán)境數(shù)據(jù)采集儀器測(cè)量設(shè)施環(huán)境每小時(shí)的氣溫Tj、光合有效輻射值 PAR (j)；步驟b，累加計(jì)算設(shè)施環(huán)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(shè)施環(huán)境每小時(shí)的光合有效輻射值PAR的單位為 U mol. m 2. s 1J當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到飽和時(shí)，作物生長(zhǎng)最快，最大光效應(yīng)為1，隨光強(qiáng)減弱，光合作用速率降低，因此相對(duì)光效應(yīng)降低，而溫光效應(yīng)與光強(qiáng)的關(guān)系最符合負(fù)指數(shù)函數(shù)，因此用方程(2)描述光效應(yīng)與光強(qiáng)關(guān)系，則設(shè)施作物第i天的相對(duì)光效應(yīng)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(cè)定系統(tǒng)測(cè)定，也可以查閱資料得到；步驟C，由于當(dāng)設(shè)施環(huán)境氣溫T低于設(shè)施作物最低溫度Tb或者高于設(shè)施作物最高溫度Tm時(shí)，作物停止生長(zhǎng)，設(shè)施作物的相對(duì)光效應(yīng)F(R)即為0，當(dāng)設(shè)施環(huán)境氣溫在設(shè)施作物最低溫度Tb和設(shè)施作物最高溫度Tm之間時(shí)，設(shè)施作物的相對(duì)光效應(yīng)F (R)與溫度關(guān)系有2種方法進(jìn)行模擬，一是三段函數(shù)、二是指數(shù)函數(shù)，由于三段函數(shù)模擬的誤差較大，因此本發(fā)明利用指數(shù)函數(shù)進(jìn)行擬合，則設(shè)施作物第i天的相對(duì)溫度效應(yīng)F(Ti)用式(3)表示
權(quán)利要求
1.一種基于指數(shù)線性方程的設(shè)施作物干物質(zhì)生產(chǎn)模擬方法，其特征在于包括如下步驟 步驟1，采集設(shè)施環(huán)境的氣溫?cái)?shù)據(jù)、光合有效輻射的數(shù)據(jù)，計(jì)算設(shè)施作物每天的溫光效應(yīng)； 步驟2，根據(jù)步驟I所述的設(shè)施作物每天的溫光效應(yīng)，計(jì)算出從定植到冠層封行期間累積的溫光效應(yīng)(PTERa)、設(shè)施作物冠層封行后到收獲前累積的溫光效應(yīng)(PTERb)； 步驟3，試驗(yàn)測(cè)量設(shè)施作物植株地上部分干重值，計(jì)算得到設(shè)施作物在線性成長(zhǎng)階段地上部分干重絕對(duì)最大生長(zhǎng)速率(Cm)、設(shè)施作物在指數(shù)階段地上部分干重相對(duì)最大生長(zhǎng)速率(Rm)； 步驟4，構(gòu)建設(shè)施作物干物質(zhì)生產(chǎn)模型，用指數(shù)線性函數(shù)擬合設(shè)施作物干物質(zhì)生長(zhǎng)速率與定值后累積的溫光效應(yīng)的關(guān)系，設(shè)施作物定植后第i天植株地上部分干重DWSi為 DffSi = (Cm /Rm )X ln( 1+ exp(RmX (PTERa - PTERb )))。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于指數(shù)線性方程的設(shè)施作物干物質(zhì)生產(chǎn)模擬方法，其特征在于步驟I中設(shè)施作物每天的溫光效應(yīng)計(jì)算方法如下 步驟a，利用氣象環(huán)境數(shù)據(jù)采集儀器測(cè)量設(shè)施環(huán)境每小時(shí)的氣溫、光合有效輻射值；步驟b，累加計(jì)算設(shè)施環(huán)境光合有效輻射值日積分值，根據(jù)設(shè)施植物生長(zhǎng)速率與光合有效輻射值日積分值的關(guān)系計(jì)算設(shè)施作物的每天相對(duì)光效應(yīng)； 步驟c，根據(jù)設(shè)施作物生長(zhǎng)速率與設(shè)施環(huán)境溫度的關(guān)系計(jì)算設(shè)施作物的每天相對(duì)溫度效應(yīng)； 步驟d,步驟b所述設(shè)施作物的每天相對(duì)光效應(yīng)與步驟c所述的每天相對(duì)溫度效應(yīng)相乘得到設(shè)施作物每天的溫光效應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于指數(shù)線性方程的設(shè)施作物干物質(zhì)生產(chǎn)模擬方法，屬于農(nóng)業(yè)信息處理的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過(guò)設(shè)施作物栽培試驗(yàn)測(cè)定作物地上部分的干重；再利用環(huán)境氣象數(shù)據(jù)和查閱文獻(xiàn)得到的作物生長(zhǎng)發(fā)育三基點(diǎn)溫度，計(jì)算得到作物每日的溫光效應(yīng)；計(jì)算作物在線性生長(zhǎng)階段以及指數(shù)階段的地上部分干重最大生長(zhǎng)速率；建立基于指數(shù)-線性方程的設(shè)施作物的干物質(zhì)模擬模型。利用本發(fā)明建立的干物質(zhì)生產(chǎn)模型能夠預(yù)測(cè)定植后任意一天作物地上部分干物質(zhì)生產(chǎn)量，且模型參數(shù)較少。通過(guò)測(cè)量每日平均氣溫和光合有效輻射即可預(yù)測(cè)設(shè)施作物地上干物質(zhì)產(chǎn)量。
文檔編號(hào)A01G7/00GK102893817SQ20121038302
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者楊再?gòu)?qiáng), 李永秀, 江曉東, 朱永生 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)