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小白菜(Brassica chinensis L.)是我国常年消费的主要叶菜之一。防虫网覆盖塑料大棚是中国南方地区夏秋季节进行小白菜安全生产常用的简易设施。辐射和温度是影响蔬菜生长的两个最重要的环境因子。建立基于棚外辐射与温度的防虫网覆盖塑料大棚小白菜采收期与产量预测模型,对准确预测防虫网覆盖塑料大棚小白菜产品上市期和产量、优化小白菜生产茬口安排、提高生产的经济和生态效益具有重要理论指导意义和应用价值。本研究于2006年7月-10月在上海(121.5°E,32.0°N)松江叶榭蔬菜园艺场单栋无地膜覆盖、侧通风加盖防虫网的塑料大棚中进行了不同播种期和不同品种的试验研究,在定量分析棚内辐射,温度与棚外气象条件关系的基础上,建立了以大棚外气象条件(太阳辐射、温度)为驱动变量,以大棚结构、大棚覆盖材料、大棚内作物(叶面积指数)为参数的防虫网覆盖塑料大棚辐射温度预测模型;并进一步综合温度和辐射对小白菜叶片生长的影响,建立了以棚外太阳辐射和温度数据、防虫网覆盖大棚结构信息以及播种期和种植密度为参数的防虫网覆盖塑料大棚栽培小白菜采收期与产量预测模型,具体研究结果如下:
1.在防虫网覆盖塑料大棚辐射温度预测模型中,通过对防虫网覆盖塑料大棚内外辐射、温度的对比观测,定量分析棚外气象条件及大棚结构本身对棚内辐射和温度的影响。研究表明,棚内辐射与棚外辐射、大棚透光率有关;而大棚透光率则与太阳高度角、防虫网透光率、大棚塑料薄膜的透光率以及大棚位置有如下关系:式中τ1为东起第1个大棚的大棚透光率,τs为防虫网透光率,τc为大棚塑料薄膜的透光率,β为太阳高度角,α1为大棚结构参数,可计算为:
α1=arctan(Hs/(0.5×W))式中Hs为防虫网覆盖高度(m),W为大棚跨度(m)。式中τ2为东起第2个大棚的大棚透光率,α2、γ1、δ1为大棚结构参数,可分别计算为:
α2=arctan(Hg/(1.5×W+D))
γ1=arctan(Hg/(0.5×W+D))
δ1=arcsin(R/(W+D))式中Hg为肩高(m),D为大棚间距(m),R为大棚拱顶弧半径(m)。
式中τ3为东起第3个大棚的大棚透光率,α3、γ2、δ2为大棚结构参数,可分别计算为:
α3=arctan(Hg/(2.5×W+D))
γ2=arctan(Hg/(1.5×W+2×D))
δ2=arcsin(R/(2×W+2×D))本试验期间太阳高度角较高,太阳光透过4层以上防虫网对棚内辐射、温度产生影响的时间较短(小于0.5h),且此时间段内棚外辐射较弱(小于Sw·m-2),因此当n>3时,只考虑与第n个大棚相邻的两个大棚对其大棚透光率的影响,则τn可计算为:
τn=τ3分析大棚内外温度的关系、棚内温度与棚内总辐射的关系、棚内温度与棚外总辐射的关系、棚内温度与棚外温度和棚内总辐射的关系、以及棚内温度与棚外风速的关系,结果表明,棚内温度与棚外温度和棚内总辐射的关系最好。
利用独立的试验资料对模型进行了检验。结果表明,模型对棚内辐射和温度的预测结果与实测结果之间基于1:1直线的决定系数(R2)分别为0.979和0.895,相对预测误差(RE)分别为13.3%和6.7%。模型预测精度较高。
2.在防虫网覆盖塑料大棚栽培小白菜采收期与产量预测模型中,通过不同品种、播期的试验,定量分析了出叶速率、单叶伸长速率与温度和辐射的关系。研究表明,出叶速率与某生育阶段的累积辐热积(TEP)有关;单叶伸长速率与TEP和叶序有关:
式中LLi为第i叶的叶长(cm);ki为第i叶的叶片伸长速率(cm/MJ·m-2);△TEPij为第i叶从刚展开至第一真叶展开j天后的累积累积辐热积(MJ·m-2);LLi,0为第i叶出叶时的叶长(cm);LLmax,i为第i叶(i=1,2)的最大叶长(cm)。
利用与建立模型相独立的试验资料对模型进行检验,结果表明,对小白菜展开叶数、叶长、叶面积指数预测与实测值之间基于1:1直线的决定系数(R2)分别达到0.93、0.95、0.97,相对误差(RE)分别为10.9%、8.7%、11.4%.再将此叶面积子模型与通用的光合作用与干物质生产模型以及我们前期建立的防虫网覆盖塑料大棚内辐射与温度预测模型相结合,对防虫网覆盖塑料大棚栽培小白菜的采收期与产量进行预测。检验结果表明,对小白菜采收期和产量的预测与实测值之间基于1:1直线的决定系数(R2)分别达到0.91和0.97,相对误差(RE)分别为3.4%和12.5%。模型预测精度较高。