全 文 ：第 21卷第 12期
2005年 12月
农 业 工 程 学 报
T ransactions o f the CS AE
Vo l. 21　 No. 12
Dec.　 2005
用辐热积法模拟温室黄瓜叶面积、光合速率与干物质产量
李永秀 1 , 罗卫红 1, 2※ , 倪纪恒 1 , 陈永山1 , 徐国彬1 , 金　亮1 , 戴剑锋 1 , 陈春宏 2
( 1.南京农业大学农学院 ,南京 210095;　 2.上海市农业科学院上海市设施园艺技术重点实验室 ,上海 201106)
摘　要: 依据温室黄瓜叶片生长与温度和辐射的关系 ,用辐热积构建了两种不同整枝方式下的叶面积模拟模型 ,并与已有
的光合速率和干物质生产模型相结合 ,建立了适合中国种植技术的温室黄瓜光合速率与干物质生产模拟模型 ,并利用不同
品种、基质的试验资料对模型进行了检验。 结果表明 ,本模型比积温法和比叶面积法能更准确地预测温室黄瓜的叶面积和
总干重 ,为温室作物生长模拟提供了新思路。
关键词: 温室 ; 黄瓜 ; 辐热积 ; 叶面积指数 ; 干物质生产 ; 模拟模型
中图分类号: S625. 5+ 1　　　　文献标识码: A　 　　　文章编号: 1002-6819( 2005) 12-0131-06
李永秀 ,罗卫红 ,倪纪恒 .用辐热积法模拟温室黄瓜叶面积、光合速率与干物质产量 [ J].农业工程学报 , 2005, 21( 12): 131-
136.
Li Yongxiu, Luo Weihong , N i Jiheng , e t al. Sim ulation o f leaf ar ea , pho tosynth etic rate and dry ma tter production in
g reenhouse cucumber based on product of thermal effectiv eness and photo synthetically a ctiv e r adiation [ J]. T ransactions o f
the CS AE, 2005, 21( 12): 131- 136. ( in Chinese with Eng lish abstract)
收稿日期: 2005-01-18　修订日期: 2005-08-18
基金项目:国家自然科学基金项目 ( 60073028) ;国家“十五” 863计划
项目 ( 2001AA247023) ;上海市科技兴农重点攻关项目 (农科字 2002
第 3-1-1号 )
作者简介:李永秀 ( 1979- ) ,女 ,主要从事设施作物模拟方面的研究
工作。南京　南京农业大学农学院 , 210095。Emai l: lyxsha@ 163. com
通讯作者:罗卫红 ,教授 ,南京　南京农业大学农学院 , 210095。
Emai l: lw h@ n jau. edu. cn
0　引　言
作物生长模拟模型是实现温室作物环境优化 ,栽培
管理优化与标准化的依据。作物光合作用与干物质生产
是作物生长模拟模型研究的核心内容之一。以光合作用
为驱动的作物生长模型中 ,作物冠层叶面积指数是除单
叶光合速率外决定作物冠层光合作用计算精确与否最
重要的作物参数。 在已有的蔬菜作物生长模型中 ,常用
的模拟叶面积指数的方法有两种 ,一种是积温 ( GDD)
法 [1 ] ;另一种是比叶面积 SLA ( Specific Leaf Area )
法 [2- 4 ]。 在露地作物生产中 ,由于温度的变化与太阳辐
射的变化基本同步 ,所以用 GDD法来模拟叶面积准确
性较好。在温室作物生产中 ,因温室内存在保温设施以
及加温和降温措施使温室内温度与太阳辐射不一定同
步 ,用 GDD法来模拟叶面积 ,因没有考虑辐射对叶面
积的重要影响 ,预测结果准确性不高 [5 ]。利用 SLA法模
拟叶面积时 ,存在以下几方面的局限: 1)只适用于肥水
条件不受限制 (如根系环境易控制的岩棉或珍珠岩等无
机基质栽培 )的作物生产 ,在土培或有机基质栽培条件
下 ,因根系环境较难控制而会出现水、肥亏缺的情况 ,从
而打破 SLA随生育期的变化规律 ,给叶面积的模拟带
来困难 ; 2) SLA法模型对比叶面积高度敏感 ,微小的
SLA计算或测量误差会导致较大的叶面积指数的模拟
误差 ,继而影响冠层光合作用和干物质生产模拟的准确
性和模型的稳定性 ; 3) SLA的测量目前只能靠破坏性
取样获得 ,因此 ,将其作为作物生长模型的输入参数限
制了作物生长模型在生产上的实用和方便性。国内外已
有的黄瓜光合生产和干物质积累的模拟研究 [ 1, 2, 6- 9]均
没有能够解决叶面积模拟所面临的这一问题。
针对目前已有的温室黄瓜生长模型中存在的上述
问题 ,本研究首先提出了“辐热积” (指温度热效应 [10 ]和
光合有效辐射的乘积 ,具体计算方法在本研究的材料与
方法部分描述 )这一综合温度和太阳辐射对作物叶片生
长影响的指标 ,建立了基于辐热积的温室黄瓜叶面积模
型 ,利用不同品种、基质的试验资料 ,对模型进行了检
验。然后将该叶面积模型与已有的光合作用驱动的作物
生长模型相结合 ,建立了适合中国种植技术的黄瓜干物
质生产模型 ,为我国温室黄瓜生长和产量预测及黄瓜栽
培管理调控提供理论依据。
1　材料与方法
1. 1　试验基本情况
试验分三个部分 ,各试验所用黄瓜品种均为雌性系
无限生长型。在黄瓜栽培管理中 ,依据植株生长状况打
老叶 ;进入成熟期后 ,每隔一天采收一次。
试验 1和试验 2于 2003年 8月至 2004年 6月在
上海市农业科学院的荷兰 venlo型玻璃温室内进行。温
室东西长 140. 8 m ,南北宽 68 m,沿东西方向共 44跨 ,
每跨跨度 3. 2 m ,檐高 4. 0 m,脊高 5. 0 m ,温室总面积
9574. 4 m
2。温室内加热系统、营养液灌溉系统、帘幕系
统、通风系统、 CO2施肥系统均由计算机自动控制。模型
所需温室内的温度、辐射由温室自动控制系统自动采
集 ,记录的数据为每 1 h的平均值。试验中育苗基质采
用珍珠岩与蛭石 2∶ 1混合物 ,移栽后使用珍珠岩袋培。
试验 1的供试品种为春秋王 (Cucumis sativus cv.
Chunqiuw ang )和夏多星 (Cucumis sativus cv . Silyon) ,
2003年 8月 20日直播 ,种植密度 2. 2株 /m2。植株在第
131
六节位以下的花芽都摘除 ,第六节位以上每个节位留一
个花 ,当植株高度达到温室檐高 ( 4. 0 m )后 ,开始留侧
枝。试验 2的供试品种为戴多星 (Cucumis sativus cv.
Del tasta r) ,于 2003年 11月 10日播种 (于穴盘中 ) , 12
月 5日定植 ,种植密度为 2. 8株 /m2。 植株在第六节位
以下的花芽都摘除 ,第六节位以上每隔 1个节位留一个
花 ,整个生育期间侧枝全部摘除。
试验 3于 2004年 3月至 7月在上海孙桥现代农业
开发区内的 2, 4-连栋大棚中进行。大棚为南北走向 ,南
北长 37. 5 m,沿东西方向共 24跨 ,每跨跨度 6. 2 m ,脊
高 2. 55 m ,肩高 2. 25 m。 采用自动灌溉系统进行营养
液滴灌。 大棚内的太阳辐射和温度由数据采集器
(datalog ger, Campbell Scientific CR10T)自动采集 ,采
集频率为每 10 s一次 ,存储每 1 h的平均值。 试验分 6
个不同的基质处理 ,处理一、二、三、四、五、六分别采用
发酵珍珠岩、珍珠岩+ 缓释肥 ( 15∶ 1)、草炭+ 珍珠岩
( 1∶ 1)的旧基质 (前茬作物是生菜 )、草炭+ 珍珠岩 ( 1∶
1)、纯蛭石、蛭石+ 缓释肥 ( 15∶ 1)作为栽培基质。供试
品种为申绿 72 (Cucumis sat ivus cv. Shenlv72) , 2004
年 3月 13日播种 (于穴盘中 ) , 3月 31日定植 , 5月 5日
之前种植密度为 3. 09株 /m2 , 5月 5日之后种植密度为
2. 06株 /m2。 植株在第六节位以下的花芽都摘除 ,第六
节位以上每隔 1个节位留 1个花 ,整个生育期间侧枝全
部摘除。
1. 2　试验方法
1)光合速率的测定
在黄瓜各个生育期 ,用 LI-6400便携式光合仪 (美
国 LI-CO R公司生产 )在正午前后测定功能叶片的光合
速率。 每次每个品种选 3株测量 ,每株测上 (倒数 1～ 5
片 )、中 (顺数第 5叶至倒数第 5叶 )、下 (顺数 1～ 5片
叶 )三个叶位的完全展开叶各两片 ,每个生育期内选晴
天、多云天和阴天各测一天。根据测定的数据制作光响
应曲线 ,确定各生育期最大光合速率 ( PLMX)的值。
2)叶面积的测定
苗期每隔 5 d,其余生育期每隔 7 d进行破坏性取
样 ,每次取生长健康均匀一致的 3株 (幼苗取 8株 )黄
瓜 ,然后将叶片覆盖在复印纸上 ,将复印纸剪成叶形并
称重 ,利用公式 ( 1)计算出所描叶片的叶面积
叶片面积= 1张复印纸面积×叶形纸重
1张复印纸重 ( 1)
3)总干物质量和叶片干物质量的测定
苗期每隔 5 d,其余生育期每隔 7 d进行破坏性取
样 ,每次取生长健康均匀一致的 3株 (幼苗取 8株 )黄
瓜 ,称量植株总鲜重和叶片鲜重 (精确到 0. 1 g ) ,然后在
烘箱中 105℃杀青 20 min, 80℃烘至恒重 ,之后分别称
量总干重和叶干重 (精确到 0. 01 g )。因定期采收果实和
整枝而减少的瓜、叶等都分别称量鲜、干重。
2　模型描述
2. 1　叶面积的模拟
温度和辐射是影响叶片生长的两个最重要的环境
因子 [ 11- 13] ,在栽培方式一定的条件下 ,黄瓜的单株叶面
积主要由热效应 TE ( Thermal Effectiv eness)和光合有
效辐射 PAR ( Pho to synthetically Activ e Radiation)决
定 ,将热效应与光合有效辐射的乘积定义为辐热积
( Product of Thermal Ef fectiveness andPAR )。因此可
以建立辐热积与单株叶面积的动态关系 ,通过黄瓜生长
期间的温度和辐射资料来预测第一片真叶出现后任意
一天的黄瓜叶面积。
热效应 TE由相对热效应 RTE ( Relative Thermal
Effectiv eness)累积得出 [10 ]。 相对热效应定义为作物在
实际温度条件下生长一天相当于在最适宜温度条件下
生长一天的比例 [10 ]。温度与相对热效应的关系可以用
三段线性函数描述 ,即在生长下限温度与最适下限温度
之间 ,相对热效应随着温度的升高而线性增加 ,在最适
下限温度与最适上限温度之间 ,相对热效应保持最大值
1,在最适上限温度和生长上限温度之间 ,相对热效应随
着温度的升高而线性下降 [10 ]。相对热效应 RTE与温度
( T )的关系可用公式 ( 2)表示
　 RTE ( T ) =
　　
0 ( T < Tb )
( T - Tb ) / ( Tob - Tb ) ( Tb ≤ T < Tob )
1 ( Tob ≤ T ≤ Tou )
( Tm - T ) / ( Tm - Tou ) ( Tou < T ≤ Tm )
0 ( T > Tm )
( 2)
式中 　RTE ( T )—— 温度为 T 时的相对热效应 ;
Tb— — 生长下限温度 ,℃ ; Tm—— 生长上限温度 ,℃ ;
Tob—— 生长的最适温度下限 ,℃ ; Tou—— 生长的最适
温度上限 ,℃。温室黄瓜生长的下限温度为 10℃ ,上限
温度为 40℃ ,最适温度上、下限在白天分别为 30℃、
25℃ ,在夜间分别为 15℃、 13℃ [ 14- 16]。
光合有效辐射是太阳总辐射中能被植物光合作用
所利用的部分 ,可计算为 [17 ]
PAR = 0. 5× Q ( 3)
式中　PAR—— 1 h内的平均光合有效辐射 , J m- 2
s- 1 ; Q—— 该小时内的平均太阳总辐射 , J m- 2 s- 1 ;
0. 5——光合有效辐射在太阳总辐射中所占的比例 [17 ]。
温度和辐射对黄瓜叶面积的影响可用累积辐热积
TEP ( Accumulated Product of Thermal Ef fectiv eness
and PAR )来度量 ,累积辐热积由每日相对辐热积
RT EP ( Relativ e Product of Thermal Ef fectiv eness and
PAR )累积而得。每日相对辐热积是将一天内各个小时
的平均相对热效应乘以相应小时内总光合有效辐射 ,然
后累加得到 ,其计算公式为
RTEP = ∑24
i= 1
( RTE ( i ) × PAR ( i ) × 3600 /106 )
( 4)
式中 　RT EP—— 每日相对辐热积 , M J m- 2 d- 1 ;
RT E( i )—— 1天内第 i小时的平均相对热效应 ;
PAR ( i )— — 1天内第 i小时的平均光合有效辐射 ,
J m- 2 s- 1 ; 3600— — 将 1小时内的平均光合有效辐
132 农业工程学报 2005年　
射 J m- 2 s- 1换算成该小时内的总光合有效辐射
J m- 2 h- 1的单位换算系数 ; 106—— 将 J m- 2 h- 1
换算成 M J m- 2 h- 1的单位换算系数。
TEP = ∑ (RTEP ) ( 5)
式中 　 TEP—— 黄瓜生长过程中的累积辐热积 ,
M J m- 2。
黄瓜的单株叶面积因整枝方式的不同而异。利用试
验 1的夏多星品种 (株高达到温室檐高后即开始留侧
枝 )和试验 2的戴多星品种 (不留侧枝 )的试验数据 ,分
别进行曲线拟合 ,得到不同整枝方式下黄瓜的单株叶面
积与累积辐热积的关系 (图 1)。
当栽培管理中黄瓜株高达到温室檐高后即开始留
侧枝时 ,单株叶面积与累积辐热积的关系如图 1a和公
式 ( 6)所示
LA = 43. 84+ 14417. 83× exp( - 0. 5×
(LN ( T EP /116. 21) /0. 89)
2
) ( 6)
式中　LA—— 单株叶面积 , cm2 株- 1。
当栽培管理中黄瓜不留侧枝 ,则单株叶面积与累积
辐热积的关系如图 1b和公式 ( 7)所示
LA =
246. 37+
10540. 20
1+ ( TEP /101. 82)
- 9. 07　 0 < TEP < 250
11255. 65+ 1201. 10× Sin
( 2c× TEP /136. 56 - 16. 19)　　　 TEP≥ 250
( 7)
公式 ( 7)在 TEP = 250 M J m- 2处分为两段 (图
1b) ,是因为此时开始定期大量打老叶。
根据黄瓜的单株叶面积和种植密度 ,即可计算出叶
面积指数
L AI = LA× d /10000 ( 8)
式中 　LA I—— 叶面积指数 ; d—— 种植密度 ,株
m
- 2
; 10000—— 将 cm2换算成 m2的单位换算系数。
图 1　单株叶面积与累积辐热积的关系
Fig. 1　 Rela tionship betw een leaf ar ea per plant and
accumulated produc t of thermal effectiv eness and P AR
2. 2　光能分布和截获
作物冠层顶至冠层深度 L处作物层所能吸收利用
的光可描述如下 [17 ]
IL = PAR× k × exp( - k × L A I (L ) ) ( 9)
式中　 IL—— 作物冠层顶至冠层深度 L处作物层所能
吸收利用的光 , J m- 2 s- 1; PAR—— 光合有效辐射 ,
J m- 2 s- 1 ; k— — 冠层消光系数 ,对黄瓜冠层其取值
为 0. 8[ 6] ; L AI (L )—— 冠层顶至冠层深度 L处的累积
叶面积指数。
2. 3　单叶光合速率
单叶的光合速率可以用负指数模型来描述 [17 ]
FG= PLMX × [1 - exp ( - X× PAR /PLMX ) ]
( 10)
式中 　FG—— 单叶光合速率 , kg hm- 2 h- 1 ;
PLMX—— 单叶最大光合速率 , kg hm- 2 h- 1 ,根据我
们用 LI-6400便携式光合仪的测定结果 ,在本模型中取
值为 32 kg hm- 2 h- 1 ; X—— 光转换因子即吸收光的
初始光能利用效率 ,本模型中取值为 0. 45 kg· hm- 2·
h
- 1
/ J· m- 2· s- 1 [17 ]。
2. 4　冠层光合作用
本模型采用高斯积分法来计算每日冠层的光合速
率。依据高斯积分法将叶片冠层分为三层 ,将每层的瞬
时同化速率加权求和得出整个冠层瞬时的同化速率 ,在
此基础上再计算每日的冠层光合速率 ,具体计算公式
为 [17 ]:
LGUS S( i ) = DIS( i ) × L AI　 ( i = 1, 2, 3) ( 11)
IL ( i ) = PAR× k× exp ( - k × LGUSS ( i ) )
　　　　　　 ( i = 1, 2, 3) ( 12)
FGL ( i ) = PLMX × ( 1 - ex p ( - X× IL ( i ) /
　　　　　　PLMX ) )　 ( i = 1, 2, 3) ( 13)
TFG= (∑ (FGL ( i ) × W T ( i ) ) ) × LA I
　　　　　　 ( i = 1, 2, 3) ( 14)
DTGA = (∑ ( TFG( i ) × W T ( i ) ) ) × DL　　　　　　 ( i = 1, 2, 3) ( 15)
式中　LGUS S( i )—— 冠层顶部至深度 i处所累积的叶
面积指数 ; DIS ( i )—— 高斯三点积分法的距离系数 ,
其值见表 1; IL ( i )—— 冠层中第 i层所吸收的光合有效
辐射量 , J m- 2 s- 1 ; FGL ( i )—— 冠层中第 i层的瞬时
光合速率 , kg hm- 2 h- 1 ; TFG— — 整个冠层的瞬时
光合速率 , kg hm- 2 h- 1; W T ( i )—— 高斯三点积分
法积分的权重 ,其值见表 1; DTGA— — 每日冠层的总
光合量 , kg hm- 2 d- 1 ; TFG( i )—— 整个冠层 i时刻
的瞬时光合速率 , kg hm- 2 h- 1; DL—— 日长 , h。
如果有一天内各个小时的辐射资料 ,将一天内 24 h
的整个冠层瞬时光合速率相加 ,即可得到每日冠层的总
光合量
　 DTGA = ∑ ( TFG( t ) )　 ( t = 1, 2, 3… … 24) ( 16)
式中 　 TFG( t )—— t 时刻冠层的瞬时光合速率 ,
kg hm- 2 h- 1。
表 1　高斯积分三点法的权重值 (WT )和距离系数 (DIS ) [17]
Table 1　 Gaussian Weights and distances for the orde r 3
i 1 2 3
WT ( i ) 0. 277778 0. 444444 0. 277778
DI S ( i ) 0. 112702 0. 500000 0. 887298
2. 5　呼吸作用
在作物生长模拟模型中 ,呼吸作用一般分为维持呼
133　第 12期 李永秀等:用辐热积法模拟温室黄瓜叶面积、光合速率与干物质产量
吸和生长呼吸 [18 ]。维持呼吸指活的有机体维持其现有
的生化和生理状态所消耗的能量。维持呼吸与作物本身
的生物量和温度有关 ,可用下式计算 [18 ]
RM = Rm , 25 × W × Q( TL- 25) /1010 ( 17)
式中 　 RM—— 维持呼吸消耗 , kg hm- 2 d- 1 ;
Rm , 25—— 25℃时黄瓜的维持呼吸消耗 , kg kg- 1 d- 1 ,
在本模型中取值为 0. 015 kg kg- 1 d- 1 [18 ] ; W—— 黄
瓜干重 , kg hm- 2 ; TL—— 叶片温度 ,℃ ,一般可用气
温代替 ; Q10取值为 2[18 ] ,表示温度每升高 10℃ ,维持呼
吸增加一倍。
生长呼吸指作物在有机质合成、植物体增长以及新
陈代谢活动中消耗的能量 ,也就是光合产物由 CO2转
化为 CH2O过程中所消耗的光合产物 ,在干物质增长速
率的计算公式 ( 18)中考虑。
2. 6　干物质生产
干物质增长速率的计算公式为 [ 18]
ΔW =
30
44
× DTGA - RM
G ( 18)
式中 　ΔW—— 干物质增长速率 , kg hm- 2 d- 1 ;
DTGA—— 每日冠层的总光合量 , kg CO2 hm- 2 d- 1 ;
G—— 每生产 1 kg干物质所需的葡萄糖 ( CH2O)量 ,取
值为 1. 45, kg kg- 1 [ 18] ; 30 /44—— 将 CO2转换成
CH2O的分子量的比值。由初始干物质量与每日的干物
质增 长速率 , 可 计算任 意一 天的总 干物 质量
B IOMAS S( kg DM hm- 2 d- 1 )
B IOMASS ( I+ 1) = B IOMAS S ( I ) + ΔW ( 19)
2. 7　模型检验方法
采用检验模型时常用回归估计标准误差 RMSE
( Roo t M ean Squared Erro r)和相对误差 RE ( Relativ e
Estimation Error ) )对模拟值与实测值之间的符合度进
行分析。RMSE和 RE可分别用公式 ( 20)和 ( 21)计算
RMSE =
∑n
i= 1
(OBSi - SIMi )
2
n
( 20)
RE = RMSE / [ (∑ OBSi ) /n ] ( 21)
式中　OB Si—— 实测值 ,本文中为实测的叶面积指数
或总干重 ; SIMi—— 模拟值 ,本文中为预测的叶面积
指数或总干重 ; n—— 样本容量。RMSE值越小 ,表明模
拟值与观测值间的偏差越小 ,模型的预测精度越高。
3　结果与分析
3. 1　叶面积预测结果
利用温室内的温度和辐射资料 ,根据公式 ( 1) ～
( 8)计算出与建模数据相独立的试验 1的春秋王品种和
试验 3中黄瓜在任意一天的 L AI ,并与用传统的积温法
(GDD法 )和比叶面积法 ( SLA法 )模拟的结果进行了
比较 ,结果如图 2所示。本模型对叶面积指数的预测结
果与 1∶ 1直线之间的 R2为 0. 8483, RMSE为 0. 4167,
RE为 20% ;而用 GDD法模拟叶面积指数的预测结果
与 1∶ 1直线之间的 R2为 0. 5094, RMSE为 1. 1029, RE
为 48% ;用 SLA法模拟叶面积指数的预测结果与 1∶ 1
直线之间的 R2为 0. 5912, RMSE 为 0. 9744, RE 为
55%。利用累积辐热积来预测温室黄瓜在任意一天的叶
面积指数结果比积温法和比叶面积法更准确。
图 2　叶面积指数的模拟值和实测值比较
Fig . 2　 Comparison betw een simulated and
observ ed leaf a rea index
用 GDD法来预测叶面积只考虑了温度对于叶片
生长的影响 ,而在温室作物生产过程中辐射与热量并非
线性相关 ,因而会出现较大误差。用比叶面积法计算叶
面积指数误差来源于两个方面:比叶面积的估算误差和
叶片干重模拟的误差。图 3所示为我们用试验 1的春秋
王品种和试验 3(品种为申绿 72)的资料对用试验 2的
数据所建立的比叶面积和叶干重模拟模型的检验结果。
比叶面积的模拟结果与 1∶ 1直线之间的 R2为 0. 4,
RMSE为 113. 6 cm2 g- 1 , RE为 25%。叶干重的模拟结
果与 1∶ 1直线之间的 R2为 0. 55, RMSE 为 19. 6
g m- 2 ,RE为 71% 。 由于比叶面积 (图 3a )和叶干重
(图 3b)模拟不准确 ,导致叶面积指数的模拟产生较大
误差 ,叶面积指数的模拟误差又导致总干重和叶干重的
模拟误差。 叶面积指数和叶干重的模拟误差互相作用 ,
在模拟过程中形成误差累积 ,导致叶面积指数的预测值
与实际值差异很大 (图 2)。
图 3　比叶面积 ( a )和叶干重 ( b)的模拟值和实测值比较
Fig. 3　 Comparison be tween simula ted and observ ed
specific leaf ar ea ( a ) and leaf dry weight ( b)
3. 2　总干物质量的预测结果
以温室内的温度和辐射资料利用公式 ( 1)～ ( 8)计
算出的叶面积指数 LA I作为光合作用和干物质生产模
型的输入 (公式 ( 9) ～ ( 19) ) ,计算出与建模数据相独立
的试验 1的春秋王品种和试验 3的申绿 72黄瓜在任意
一天的总干物质量 ,并与用 GDD法和 SL A法模拟叶面
134 农业工程学报 2005年　
积指数的光合作用和干物质生产模型模拟结果进行了
比较 ,结果如图 4所示。从图 4可以看出 ,本模型对总干
物质量的模拟精度显著高于用 GDD法和 SLA法模拟
的结果。本模型对黄瓜总干物质量的预测结果与 1∶ 1
直线之间的 R2 可达到 0. 8934, RMSE为 586. 9863
kg hm- 2 , RE为 23% ;而用 GDD法对黄瓜总干物质量
的预测结果与 1∶ 1直线之间的 R2为 0. 7482, RMSE为
1114. 1310 kg hm- 2, RE为 44% ;用 SL A法对黄瓜总
干物质量的预测结果与 1∶ 1直线之间的 R2为 0. 7640,
RMSE为 983. 7612 kg hm- 2 , RE为 39% 。与传统的积
温法和比叶面积法相比 ,本模型采用辐热积法在改善叶
面积指数预测结果的同时 ,也显著提高了模型对黄瓜总
干物质量的模拟精度。
图 4　黄瓜总干重的模拟值和实测值比较
Fig. 4　 Comparison between simulated and
observ ed tota l dry weight
4　结论与讨论
本研究综合温度和太阳辐射对黄瓜单株叶片生长
的影响 ,建立了两种常见整枝方式下的黄瓜叶面积——
辐热积模型 ,并将其与已有的光合作用和干物质生产模
拟模型相结合 ,建立了适合中国种植技术的温室黄瓜光
合作用与干物质生产模拟模型。本研究建立的模型克服
了积温法没有考虑太阳辐射对叶片生长的影响和比热
面积法模型稳定性不够及参数不易获取的缺点和局限
性 ,不仅改善了叶面积的模拟精度 ,提高了干物质生产
的模拟预测精度 ,而且更具机理性和实用性。本模型的
建模思路不仅为温室黄瓜生产在其他整枝方式下的叶
面积模拟提供参考 ,而且为黄瓜生长模拟模型走向实用
提供途径。植株出叶速率和叶片伸展速率主要受温度
(热效应 )和光照 (光合有效辐射 )条件的影响 ,为增强本
模型中叶面积模型的普适性和机理性 ,尚需进一步研究
光温条件对于温室黄瓜叶片出生速率和伸展速率的影
响。
[参　考　文　献 ]
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135　第 12期 李永秀等:用辐热积法模拟温室黄瓜叶面积、光合速率与干物质产量
Simulation of leaf area, photosynthetic rate and dry matter production
in greenhouse cucumber based on product of thermal effectiveness
and photosynthetically active radiation
Li Yongxiu
1 , Luo Weihong
1, 2※ , Ni Jiheng 1 , Chen Yongshan 1 ,
Xu Guobin
1 , Jin Liang
1 , Dai Jianfeng
1 , Chen Chunhong
2
( 1.College of Agriculture , Nanjing Agricultural University , Nanjing 210095, China;　 2. Key Laboratory of
Protected Horticultural Technology , Shanghai Academy of Agricultural Sciences, Shanghai 201106, China )
Abstract: A g reenhouse cucumber leaf area simula tion model under tw o types of pruning mode w as developed
based on the accumula ted product of thermal effectiv eness and pho tosynthetically activ e radiation ( TEP) . Then a
process based on g reenhouse cucumber pho to synthesis and dry ma t ter production simula tion model was developed
by integ ra ting the g reenhouse cucumber leaf area simula tion model. Experimental da ta of di fferent v arieties and
subst ra tes w ere used to v alidate the model. The results show ed tha t using T EP can predict leaf a rea and total dry
w eight of g reenhouse cucumber more accura tely than the t radi tiona l g row ing deg ree day s ( GDD) based and specif-
ic leaf area ( SLA) based model. This study supplies a new method fo r g row th simula tion o f g reenhouse crop.
Key words: g reenhouse; cucumber; product of thermal effectiv eness and PAR; lea f a rea index; dry ma t ter
production; simula tion model
136 农业工程学报 2005年