李彭麗 ，陳罡曉 ，牛慶良 ，黃丹楓 ，孫治強

（1.河南農業(yè)大學園藝學院，鄭州，450002；2.上海交通大學農業(yè)與生物學院）

溫度或者說熱量是影響西瓜（Citrullus lanatusM.）種苗生長發(fā)育的重要因素，根據育苗環(huán)境準確預測幼苗發(fā)育階段進而改進育苗環(huán)境管理水平，對提高種苗質量和生產水平具有重要意義。通過5次試驗，對西瓜幼苗發(fā)育階段和熱量需求進行了細分和量化，初步構建了西瓜幼苗發(fā)育階段模擬模型，旨在為西瓜種苗精量化生產管理提供依據和參考。

1 材料與方法

1.1 育苗試驗

試驗于2014年2～7月在上海交通大學農業(yè)與生物學院玻璃溫室進行。5次試驗分別于2月22日、4月29日、5月22日、6月23日、7月12日播種，分別用 E1、E2、E3、E4、E5表示，72 孔穴盤基質（草炭∶珍珠巖∶蛭石=9∶3∶1） 育苗。西瓜品種選用早佳8424，單因素隨機設計，3次重復。子葉展平前清水灌溉，子葉展平后用花無缺瓜類專用育苗肥（15-15-15）配制營養(yǎng)液澆灌。

1.2 測定指標與方法

①溫室小氣候環(huán)境指標 采用美國HOBO自動氣象站記錄溫室溫度、光照等小氣候因子，采集間隔時間為5 min。累積熱量單位（ΣTu）按Baker等[1]的方法計算。

②幼苗形態(tài)指標 每2～5 d隨機選擇10株幼苗測量葉長、葉寬、葉面積等指標。葉面積采用植物生長分析儀（EPSON PERFECTION V700 PHOTO）測定。

③生育期觀測與劃分 西瓜苗期劃分為出苗期、子葉展平期、1片真葉期、2片真葉期、3片真葉期、3葉1心期6個時期（表1）。采用上海交通大學機動學院自制的植物生長監(jiān)測儀對幼苗全程拍照監(jiān)測，并記錄各生育時期到達時間，拍照間隔時間為2 h。

表1 西瓜穴盤苗生育進程與形態(tài)特征

表2 5次育苗試驗的溫度參數

1.3 數據分析

數據采用 SAS 8.0、Microsoft Excel 2007、Sigma Plot 10.0等軟件進行統計分析和繪圖，用t檢驗進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 育苗環(huán)境因子對西瓜幼苗生育期的影響

不同育苗時期的溫度、光照、晝夜溫差等小氣候因子差異明顯（表2）。E1為早春育苗，溫度較低，平均溫度為18.6℃，晝夜溫差大，晝夜溫差和為473.8℃。隨著育苗時期的延后，平均溫度逐漸升高，晝夜溫差降低。

不同環(huán)境條件下所育西瓜幼苗生育進程差異顯著，幼苗達相同發(fā)育階段所需時間差異顯著（表3）。5次育苗試驗中，成苗平均所需時間分別為33.0、25.0、20.0、18.5、16.0 d。相鄰播期處理的幼苗成苗時間差分別為8.0、5.0、1.5、2.5 d，且隨播期延后，溫度升高，各發(fā)育階段完成時間縮短。

表3 5次試驗的西瓜幼苗生育期比較

表4 西瓜幼苗發(fā)育階段所需的累積熱量單位

2.2 西瓜幼苗發(fā)育階段對累積熱量單位的需求

5次育苗各發(fā)育期完成所需ΣTu的計算結果表明（表4），不同育苗時期西瓜幼苗完成同一生育階段的熱量需求差異顯著，說明幼苗的生長發(fā)育還受熱量外的其他環(huán)境因子影響，是綜合作用的結果；但就任一發(fā)育階段來說，其熱量需求波動范圍較小。完成1～6生育進程平均所需的ΣTu分別2451.02、639.71、2 240.85、1 916.65、1 802.19、670.22 ℃·h，完成整個苗期所需的累積熱量單位為9 720.64℃·h；發(fā)育階段的完成主要取決于熱量條件，這也是構建基于ΣTu的發(fā)育模擬模型的重要基礎。

2.3 西瓜幼苗生育期模擬模型的構建與檢測

①模型構建 盡管作物發(fā)育速率的描述方法有多種[2～4]，但已有的發(fā)育速率描述方法忽略了溫度變化對作物發(fā)育的影響。在有效積溫原理的基礎上，本文模型以ΣTu表征溫度對生長發(fā)育的影響，作為模型驅動力，進行模擬模型的構建，建模過程如下。

某 生 育 期 所 需 ΣTu為 ：Ti=ΣTun，式中i指生育期，n為時間，Ti為該生育期內每小時的Tu之和。

某一生育期的生育速率 （Developmental rate，DR）為：DRi=1/Ti；某一生育期第n小時的DR表示為：DRin=Tun×DRi，式中Tun為第i生育期第n小時的累積熱量單位。

以小時為步長的西瓜幼苗的生育進程可以表示為：DPn=DPn-1+DRin，式中DPn為幼苗第n小時的生育進程，DPn-1為幼苗第n-1小時的生育進程。

圖1 溫室西瓜幼苗各發(fā)育階段所需的累積熱量單位

用2014年2、4、6月試驗數據建模，用5、7月試驗數據對模型進行檢驗。

Ti是該模型中需要確定的參數。由圖1可知，各批次幼苗生育期所需的ΣTu較為接近，因而以實測各生育期ΣTu的平均值作為模型中各生育期所需 ΣTu的參數值。T1、T2、T3、T4、T5、T6分別為 2 451.02、639.71、2 240.85、1 916.65、1 802.19、670.22 ℃·h。

②模型檢驗 計算2次試驗中觀測的各發(fā)育期對應的累積熱量單位值，采用均方根誤差（Root mean square error，RMSE）分析模擬值與觀測值的匹配度。

模型模擬的各生育期及整個苗期的均方根誤差值分別為 3.2、1、6.3、3.6、2.8、2.7、3.9。2 次試驗各生育期實測值與模擬值的絕對誤差均≤7.0 h，對整個苗期的預測誤差均≤4.0 h；2次試驗各生育期的Si與Oi的相關分析結果（圖2）顯示，相關直線斜率分均接近于1，R2值均超過0.98，表明模型能較精確模擬西瓜幼苗各發(fā)育期。

表5 發(fā)育期細分模型的模擬誤差

3 討論與結論

西瓜幼苗生長發(fā)育受育苗環(huán)境溫度、熱量影響顯著，幼苗各發(fā)育階段平均所需的ΣTu分別為2451.02、639.71、2 240.85、1 916.65、1 802.19、670.22 ℃·h，播種至3葉1心期平均所需的ΣTu為9 720.64℃·h，生產中可根據幼苗不同時期的熱量需求進行合理的育苗環(huán)境小氣候因子調控。

以ΣTu為驅動力，構建了西瓜幼苗發(fā)育模擬模型，檢驗結果表明模型精度較高，可用于西瓜幼苗生產精量化、信息化管理。

目前生育期模型通常為描述性模型，通常以熱量作為模擬驅動參數，簡單但有局限性[5]。熱量可以看作是日歷時間的非線性轉換，是一個潛在的隨時間變化的溫度解釋型變量[6]，調控著植物器官的生長和發(fā)育，但植物發(fā)育同樣受積光等其他環(huán)境因子的影響，是綜合環(huán)境因子累積作用的結果，因此，要更好地模擬和預測西瓜幼苗生長發(fā)育，綜合各環(huán)境因子進行模擬更為準確。

圖2 西瓜幼苗發(fā)育期細分模型模擬值與實測值相關圖

[1]Baker J T,Reddy V R.Temperature effects on phenological development and yield of muskmelon[J].Annals of Botany,2001,87（5）:605-613.

[2]黃沖平，王愛華，胡秉民.作物生長溫度效應的非線性模型及其比較研究[J].生物數學學報，2005，19（4）：481-486.

[3]湯亮，朱艷，劉鐵梅，等.油菜生育期模擬模型研究[J].中國農業(yè)科學，2008，41（8）：2 493-2 498.

[4]Baker J T,Leskovar D I,Reddy V R,et al.A simple phenological model of muskmelon development[J].Annals of Botany,2001,87:615-621.

[5]Marcelis L F M,Heuvelink E,Goudriaan J.Modelling biomass production and yield of horticultural crops:a review[J].Scientia Horticulturae,1998,74（1）:83-111.

[6]Dambreville A,Lauri P E＇,Normand F,et al.Analysing growth and development of plants jointly using developmental growth stages[J].Annals of Botany,2015,115（1）:93-105.