本文關(guān)鍵詞：不同栽培方式和水分脅迫對(duì)蘋果樹體結(jié)構(gòu)和功能影響的數(shù)字化模擬研究　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：黃土高原地區(qū)蘋果產(chǎn)量占我國蘋果產(chǎn)量一半以上,目前正經(jīng)歷著由喬砧密植向矮砧密植栽培方式的轉(zhuǎn)變,但也面臨著農(nóng)業(yè)用水不足、水分脅迫不斷加劇的問題。蘋果樹體結(jié)構(gòu)直接影響樹體光截獲、蒸騰及水分運(yùn)輸,進(jìn)而影響樹體干物質(zhì)生產(chǎn)及產(chǎn)量和品質(zhì)的形成。栽培方式的轉(zhuǎn)變以及水分脅迫的加劇,會(huì)影響樹體結(jié)構(gòu)形式及生理功能的發(fā)揮,而樹體結(jié)構(gòu)、功能和環(huán)境間又相互聯(lián)系,變化復(fù)雜。因此,掌握不同栽培方式及水分脅迫對(duì)樹體結(jié)構(gòu)、功能的影響并構(gòu)建包括樹體結(jié)構(gòu)、功能、環(huán)境的功能結(jié)構(gòu)模型,對(duì)于實(shí)現(xiàn)冠層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、栽培方式的轉(zhuǎn)變、應(yīng)對(duì)水分脅迫及采取合理園藝措施進(jìn)行調(diào)控具有重要的理論意義,為果樹生產(chǎn)提供切實(shí)可行指導(dǎo)。本文通過建立不同類型數(shù)字化模型,系統(tǒng)研究了不同栽培方式及水分條件下樹體結(jié)構(gòu)或功能的變化特性,并首次建立了完整的蘋果功能結(jié)構(gòu)模型,得到如下研究成果:(1)明確了不同類型枝梢枝葉形態(tài)參數(shù)特性,成功構(gòu)建了喬化密植與矮化密植富士與嘎啦樹體靜態(tài)三維虛擬植物模型,明確了矮化中間砧改善樹體光截獲的樹體結(jié)構(gòu)因素。結(jié)果表明:黃土高原地區(qū)長枝葉面積估算可基于葉面積與枝梢長度的一元線性模型,而短枝可基于其平均葉面積,同時(shí),對(duì)葉面積的估算應(yīng)具有針對(duì)性,區(qū)分品種、栽培方式及枝梢類別。矮化中間砧使樹體體積及營養(yǎng)生長減少約50%,而不影響生殖生長。矮化中間砧使?fàn)I養(yǎng)短枝葉面積的空間分布更為均勻,使樹冠整體、果臺(tái)副梢和營養(yǎng)短枝光截獲效率(STAR)分別提高25%、21%和17%。富士葉片聚集程度大于嘎啦,使富士光截獲效率低于嘎啦。矮化中間砧的使用可高效率的提高光截獲效率。虛擬果園的構(gòu)建可顯著提高光截獲評(píng)價(jià)的精確度。(2)明確了葉片各功能參數(shù)間的關(guān)系,揭示了矮化栽培使葉片凈光合速率下降的原因。單葉尺度氣孔導(dǎo)度與光合速率模型的均方根誤差分別為0.0318 mol H2O m-2 s-1和1.7498μmol CO2 m-2 s-1,偏差分別為0.007和-0.0027,模擬結(jié)果精確度高。蘋果通過調(diào)節(jié)單位葉面積干重、葉片面積氮含量及氮在光合機(jī)構(gòu)中的分配適應(yīng)光環(huán)境的變化。單葉水平下,同喬化樹相比,雖然矮化樹體葉面積氮含量比喬化樹高18%(富士)和13%(嘎啦),但其分配至羧化系統(tǒng)的氮比例降低-32%(富士)和-31%(嘎啦),導(dǎo)致矮化樹凈光合速率降低-15%(富士)和-22%(嘎啦),水分利用效率及光合氮利用效率分別下降-41%(富士)和-22%(嘎啦)。喬化中間砧樹體葉片光合速率受氣孔因素限制,而矮化樹體受非氣孔因素限制。喬化樹對(duì)水分的利用更為保守。(3)構(gòu)建了喬化密植與矮化密植富士與嘎啦蘋果樹RATP功能結(jié)構(gòu)模型,揭示了矮化栽培提高樹體碳同化能力的原因,明確了由品種及中間砧因素引起的葉片功能和分布對(duì)于樹體功能的相對(duì)貢獻(xiàn)。矮化富士整體樹冠凈光合速率比喬化富士提高63%,栽培方式對(duì)嘎啦整體樹冠光合速率無顯著影響。樹體光合速率受品種引起的的葉片功能的顯著影響,但由中間砧因素引起的葉片分布可對(duì)樹體光合速率起到調(diào)節(jié)作用。品種及中間砧因素引起的葉片功能都顯著影響冠層蒸騰速率,然而葉片功能對(duì)蒸騰速率影響程度取決于品種以及中間砧類型。矮化中間砧葉片分布顯著提高了樹體凈光合速率和水分利用效率。矮化中間砧引起的葉片功能顯著提高了嘎啦水分利用效率,卻降低了富士水分利用效率。嘎啦葉片功能顯著提高水分利用效率。(4)通過對(duì)長期水分脅迫脅迫下蘋果樹體結(jié)構(gòu)的分析,明確了夏季中度水分脅迫對(duì)樹體結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量的影響及二者與枝梢狀態(tài)轉(zhuǎn)變間的內(nèi)在聯(lián)系。結(jié)果表明:水分脅迫未對(duì)樹體的發(fā)育階段產(chǎn)生影響。基于變階馬爾科夫模型對(duì)枝梢類型轉(zhuǎn)變的分析,發(fā)現(xiàn)水分脅迫顯著降低了枝梢頂芽轉(zhuǎn)變?yōu)殚L、中枝的概率,卻增加了轉(zhuǎn)變?yōu)榛ㄑ�、短枝及亡芽的概率。水分脅迫亦輕微的提高了腋花芽的比例。水分脅迫下較高的花芽比例減輕了樹體的大小年現(xiàn)象。中度水分脅迫通過降低營養(yǎng)生長,加速個(gè)體發(fā)育,有利于成花誘導(dǎo)。(5)成功構(gòu)建了可模擬蘋果樹體動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)變化及碳同化與分配的蘋果功能結(jié)構(gòu)模型。以MappleT模型模擬富士不同樹體結(jié)構(gòu)及樹體內(nèi)部各類型枝梢。將樹體結(jié)構(gòu)作為輸入變量輸入QualiTree模型,模擬枝梢及果實(shí)在一個(gè)生長季內(nèi)的生長。改進(jìn)QualiTree模型,將樹體枝梢分為長、中、短枝梢三類,并改進(jìn)光截獲模型,使其更適合蘋果樹體。耦合模型可有效模擬樹體的生長及結(jié)構(gòu)特性(葉面積,枝梢類型和數(shù)量,果實(shí)生長),可模擬不同類型枝梢及果實(shí)生長的多樣性。但模型由于高估了單個(gè)枝梢的葉面積,降低了枝梢生長的多樣性。模型可應(yīng)用于精確模擬負(fù)載量對(duì)樹體生長的影響。
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【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S661.1
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本文編號(hào)：1349863