一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法，屬于農(nóng)業(yè)【技術(shù)領域】，通過測定設施作物生長情況與采集氣象數(shù)據(jù)，計算設施作物生長期的累積光熱效應，建立單株作物植株葉數(shù)與光熱效應的關系，模擬作物的不同葉序的葉長增長率和最大葉長，同時計算實際葉長，利用葉面積與葉長平方的回歸模型計算單葉面積，該方法克服了積溫法和比葉面積法的缺點和局限，顯著提高了葉面積預測精度。
【專利說明】一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)【技術(shù)領域】，具體涉及一種基于出葉和展葉過程的設施作物葉面積 模擬方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 提高設施作物生產(chǎn)的資源利用率、降低生產(chǎn)成本、保證適時地向市場提供優(yōu)質(zhì)安 全的農(nóng)產(chǎn)品，是我國設施作物生產(chǎn)中亟待解決的關鍵問題，而設施作物模式化栽培是解決 此問題的有效方法。作物模式化研究是科學安排生產(chǎn)和調(diào)控作物生長環(huán)境以實現(xiàn)作物生產(chǎn) 的優(yōu)質(zhì)高效的一項重要內(nèi)容，作物模型的研究取得的成果主要集中于大田作物。設施作物 的生長發(fā)育尤其是株高和葉面積的變化，不僅影響設施作物的生長發(fā)育與產(chǎn)量的形成，而 且影響其水肥管理。
[0003] 在已有的設施作物生長模型葉面積預測研究中，常用的模擬葉面積指數(shù)的方法有 兩種，一種是積溫（⑶D)法；另一種是比葉面積（SLA)法。在大田作物生產(chǎn)中，由于溫度的 變化與太陽輻射的變化基本同步，用GDD法來模擬葉面積準確性較好。在溫室作物生產(chǎn)中， 因溫室內(nèi)溫光不同步，用GDD法來模擬葉面積，沒有考慮輻射對葉面積的影響，預測結(jié)果誤 差較大。SLA法是對作物進行破壞性取樣，規(guī)律性較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于出葉和展葉 過程的設施作物葉面積模擬方法，利用設施溫室內(nèi)氣象數(shù)據(jù)與實驗觀測數(shù)據(jù)，可以準確預 測設施作物植株的葉面積。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法，具體包括如下步驟：
[0007] 步驟A :開展設施作物栽培試驗，收集作物葉片生長數(shù)據(jù)和設施小氣候數(shù)據(jù)；
[0008] 步驟B :根據(jù)步驟A收集的數(shù)據(jù)計算描述葉片生長的綜合光溫指標，從而構(gòu)建光熱 效應；
[0009] 步驟C :建立出葉數(shù)與光熱效應的數(shù)學模型，得到單株作物葉片數(shù)量；
[0010] 步驟D :構(gòu)建作物不同葉序葉片的平均增長速率和最大葉長的模擬模型，模擬不 同葉序的葉片長度；
[0011] 步驟E :利用葉面積與葉長平方的回歸模型計算出單葉面積，再對單葉面積進行 積分得到單株葉面積。
[0012] 進一步地，本發(fā)明的一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法，所述的步 驟A包括以下步驟：
[0013] 步驟A1 :在設施溫室大棚內(nèi)設立自動氣象站，采集溫室內(nèi)一定高度處的空氣溫度 與設施作物冠層上方的太陽輻射，將太陽輻射乘以轉(zhuǎn)換因子轉(zhuǎn)化為光合有效輻射；
[0014] 步驟A2 :每天記錄設施作物出葉數(shù)，每隔一定時間測一次不同葉序的葉片長度， 利用紙張描出葉片形狀，稱出紙張重量，換算出每個葉片的葉面積，利用該單片葉面積與實 際測定的長度進行回歸求得作物葉面積系數(shù)cn。
[0015] 進一步地，本發(fā)明的一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法，所述的步 驟A1中一定高度取值為1. 5m，轉(zhuǎn)換因子取值為〇. 5 ;所述的步驟A2中一定時間取值為2天。
[0016] 進一步地，本發(fā)明的一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法，所述的步 驟B計算描述葉片生長的綜合光溫指標，是通過計算定植后第i天的日光熱效應ui實現(xiàn)，
[0017] m = Aχ(?-eraxl)x(1 -ep{T^
[0018] M 二 Σι?
[0019] 式中，ui為定植后第i天的日光熱效應，M為某發(fā)育階段的累積光熱效應；T為設 施每日平均溫度，I為每日輻射日積分，Tb為發(fā)育最低溫度，T m為發(fā)育最高溫度，Α和α、β、 γ為模型參數(shù)，e作為數(shù)學常數(shù)，是自然對數(shù)函數(shù)的底數(shù)。
[0020] 進一步地，本發(fā)明的一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法，所述的步 驟C建立出葉數(shù)與光熱效應的數(shù)學模型，是根據(jù)采集的氣象數(shù)據(jù)與測量得到的葉片數(shù)按下 列公式進行計算：
[0021]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法，其特征在于：具體包括如下步 驟： 步驟A :開展設施作物栽培試驗，收集作物葉片生長數(shù)據(jù)和設施小氣候數(shù)據(jù)； 步驟B :根據(jù)步驟A收集的數(shù)據(jù)計算描述葉片生長的綜合光溫指標，從而構(gòu)建光熱效 應； 步驟C :建立出葉數(shù)與光熱效應的數(shù)學模型，得到單株作物葉片數(shù)量； 步驟D:構(gòu)建作物不同葉序葉片的平均增長速率和最大葉長的模擬模型，模擬不同葉 序的葉片長度； 步驟E:利用葉面積與葉長平方的回歸模型計算出單葉面積，再對單葉面積進行積分 得到單株葉面積。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法，其特征在 于：所述的步驟A包括以下步驟： 步驟A1 :在設施溫室大棚內(nèi)設立自動氣象站，采集溫室內(nèi)一定高度處的空氣溫度與設 施作物冠層上方的太陽輻射，將太陽輻射乘以轉(zhuǎn)換因子轉(zhuǎn)化為光合有效輻射； 步驟A2 :每天記錄設施作物出葉數(shù)，每隔一定時間測一次不同葉序的葉片長度，利用 紙張描出葉片形狀，稱出紙張重量，換算出每個葉片的葉面積，利用該單片葉面積與實際測 定的長度進行回歸求得作物葉面積系數(shù)C m。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法，其特征在 于：所述的步驟A1中一定高度取值為1. 5m，轉(zhuǎn)換因子取值為0. 5 ;所述的步驟A2中一定時 間取值為2天。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法，其特征在 于：所述的步驟B計算描述葉片生長的綜合光溫指標，是通過計算定植后第i天的日光熱效 應ui實現(xiàn)， m = Ax(\-e ,/x/) χ (1 - p[> '1) x (1 - c·- ;M l" 1') M = Σι? 式中，ui為定植后第i天的日光熱效應，M為某發(fā)育階段的累積光熱效應；T為設施每 日平均溫度，I為每日輻射日積分，Tb為發(fā)育最低溫度，Tm為發(fā)育最高溫度，A和α、β、γ 為模型參數(shù)，e作為數(shù)學常數(shù)，是自然對數(shù)函數(shù)的底數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法，其特征在 于：所述的步驟C建立出葉數(shù)與光熱效應的數(shù)學模型，是根據(jù)采集的氣象數(shù)據(jù)與測量得到 的葉片數(shù)按下列公式進行計算： N = --， 式中，N為單株作物葉片數(shù)量，Μ為定植后累積光熱效應，a為葉片出葉速率，B為模型 參數(shù)，Nmax為植株最大葉片數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法，其特征在 于：步驟D中構(gòu)建作物不同葉序葉片的平均增長速率和最大葉長的模擬模型用如下公式表 示： ML - M,- Lmaxi = CXl+D 式中，ALLi表示為第i葉序的葉長平均增長速率，單位為cm ?ΜΓ1 ·πΓ2 ;Lmaxi表示作物 第i葉的最大葉長，單位為cm ;i為葉序，Q為i葉序生長量，Mi表示第i葉展開所需的光 熱效應，C和D為常數(shù)，利用實際測定的不同葉序最大長度和對應該葉序的展開所需的光熱 效應，用一元線性回歸擬合得到； 計算作物葉片的實際葉長，用如下公式： Li - Δ LLj X Δ Mjj Lj < Lmaxi Li 一 Lmaxi > Lmaxi Δ M^. = Mj-Mj 式中Λ Mi」表示從第i葉展開后j天內(nèi)的光熱效應，Μ」為j天內(nèi)的光熱效應。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于出葉和展葉的設施作物葉面積模擬方法，其特征在 于：步驟E中利用葉面積與葉長平方的回歸模型計算出單葉面積用如下公式計算： Am= Cm X L2 式中，Am表示品種m的單片葉面積，單位為cm2 ;L表示葉長，單位為cm ;Cm為品種m的 葉面積系數(shù)，利用步驟A2求得。
【文檔編號】G06F19/00GK104268387SQ201410479210
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】楊再強, 薛曉萍, 李永秀, 孫擎 申請人:南京信息工程大學