不同栽培方式和水分胁迫对苹果树体结构和功能影响的数字化模拟研究

发布时间：2017-12-29 10:16

  本文关键词：不同栽培方式和水分胁迫对苹果树体结构和功能影响的数字化模拟研究　出处：《西北农林科技大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：黄土高原地区苹果产量占我国苹果产量一半以上,目前正经历着由乔砧密植向矮砧密植栽培方式的转变,但也面临着农业用水不足、水分胁迫不断加剧的问题。苹果树体结构直接影响树体光截获、蒸腾及水分运输,进而影响树体干物质生产及产量和品质的形成。栽培方式的转变以及水分胁迫的加剧,会影响树体结构形式及生理功能的发挥,而树体结构、功能和环境间又相互联系,变化复杂。因此,掌握不同栽培方式及水分胁迫对树体结构、功能的影响并构建包括树体结构、功能、环境的功能结构模型,对于实现冠层结构的优化、栽培方式的转变、应对水分胁迫及采取合理园艺措施进行调控具有重要的理论意义,为果树生产提供切实可行指导。本文通过建立不同类型数字化模型,系统研究了不同栽培方式及水分条件下树体结构或功能的变化特性,并首次建立了完整的苹果功能结构模型,得到如下研究成果:(1)明确了不同类型枝梢枝叶形态参数特性,成功构建了乔化密植与矮化密植富士与嘎啦树体静态三维虚拟植物模型,明确了矮化中间砧改善树体光截获的树体结构因素。结果表明:黄土高原地区长枝叶面积估算可基于叶面积与枝梢长度的一元线性模型,而短枝可基于其平均叶面积,同时,对叶面积的估算应具有针对性,区分品种、栽培方式及枝梢类别。矮化中间砧使树体体积及营养生长减少约50%,而不影响生殖生长。矮化中间砧使营养短枝叶面积的空间分布更为均匀,使树冠整体、果台副梢和营养短枝光截获效率(STAR)分别提高25%、21%和17%。富士叶片聚集程度大于嘎啦,使富士光截获效率低于嘎啦。矮化中间砧的使用可高效率的提高光截获效率。虚拟果园的构建可显著提高光截获评价的精确度。(2)明确了叶片各功能参数间的关系,揭示了矮化栽培使叶片净光合速率下降的原因。单叶尺度气孔导度与光合速率模型的均方根误差分别为0.0318 mol H2O m-2 s-1和1.7498μmol CO2 m-2 s-1,偏差分别为0.007和-0.0027,模拟结果精确度高。苹果通过调节单位叶面积干重、叶片面积氮含量及氮在光合机构中的分配适应光环境的变化。单叶水平下,同乔化树相比,虽然矮化树体叶面积氮含量比乔化树高18%(富士)和13%(嘎啦),但其分配至羧化系统的氮比例降低-32%(富士)和-31%(嘎啦),导致矮化树净光合速率降低-15%(富士)和-22%(嘎啦),水分利用效率及光合氮利用效率分别下降-41%(富士)和-22%(嘎啦)。乔化中间砧树体叶片光合速率受气孔因素限制,而矮化树体受非气孔因素限制。乔化树对水分的利用更为保守。(3)构建了乔化密植与矮化密植富士与嘎啦苹果树RATP功能结构模型,揭示了矮化栽培提高树体碳同化能力的原因,明确了由品种及中间砧因素引起的叶片功能和分布对于树体功能的相对贡献。矮化富士整体树冠净光合速率比乔化富士提高63%,栽培方式对嘎啦整体树冠光合速率无显著影响。树体光合速率受品种引起的的叶片功能的显著影响,但由中间砧因素引起的叶片分布可对树体光合速率起到调节作用。品种及中间砧因素引起的叶片功能都显著影响冠层蒸腾速率,然而叶片功能对蒸腾速率影响程度取决于品种以及中间砧类型。矮化中间砧叶片分布显著提高了树体净光合速率和水分利用效率。矮化中间砧引起的叶片功能显著提高了嘎啦水分利用效率,却降低了富士水分利用效率。嘎啦叶片功能显著提高水分利用效率。(4)通过对长期水分胁迫胁迫下苹果树体结构的分析,明确了夏季中度水分胁迫对树体结构和产量的影响及二者与枝梢状态转变间的内在联系。结果表明:水分胁迫未对树体的发育阶段产生影响。基于变阶马尔科夫模型对枝梢类型转变的分析,发现水分胁迫显著降低了枝梢顶芽转变为长、中枝的概率,却增加了转变为花芽、短枝及亡芽的概率。水分胁迫亦轻微的提高了腋花芽的比例。水分胁迫下较高的花芽比例减轻了树体的大小年现象。中度水分胁迫通过降低营养生长,加速个体发育,有利于成花诱导。(5)成功构建了可模拟苹果树体动态结构变化及碳同化与分配的苹果功能结构模型。以MappleT模型模拟富士不同树体结构及树体内部各类型枝梢。将树体结构作为输入变量输入QualiTree模型,模拟枝梢及果实在一个生长季内的生长。改进QualiTree模型,将树体枝梢分为长、中、短枝梢三类,并改进光截获模型,使其更适合苹果树体。耦合模型可有效模拟树体的生长及结构特性(叶面积,枝梢类型和数量,果实生长),可模拟不同类型枝梢及果实生长的多样性。但模型由于高估了单个枝梢的叶面积,降低了枝梢生长的多样性。模型可应用于精确模拟负载量对树体生长的影响。
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【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S661.1
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本文编号：1349863