棚架不同叶幕类型对葡萄冠层结构、光截获及光合的数字化模拟研究.pdfVIP

摘 要 葡萄叶幕结构通过影响光截获及分布影响冠层微生态环境及叶片的光合作用等生 理过程，最终影响葡萄的产量和品质。当前葡萄冠层结构研究主要基于实际测量，重复 性差，且缺少对葡萄生长发育过程中冠层结构及叶片光合的动态认识。本试验以石河子 地区 ‘紫香无核’葡萄为试验材料，以期建立该品种不同生长发育阶段棚架‘厂’字形、‘飞 鸟’形和水平棚架的三维虚拟植物模型，精准量化评价三种叶幕类型的光截获特性。同 时，结合冠层空间异质叶片光合特性和果实产量与品质，综合评价三种叶幕类型，为北 疆地区树形选择和优化提供理论依据。主要结果如下： 1、结合原位三维数字化仪技术与叶片形态异速生长关系，构建了不同物候期不同树形 的三维虚拟冠层，模型可准确模拟冠层叶面积，不同树形形状可准确反应实际叶幕特点。 飞鸟树形模拟与实测叶面积的决定系数 R²=0.9946 ，均方误差RMSE=5.42 cm2 ，相对误 差 RE=2.41% ；高厂树形 R²=0.9937 ，RMSE=4.84 cm2 ，RE=4.59 ％；水平棚架结构： R²=0.9988 ，RMSE=4.70 cm2 ，RE=2.35 ％。模拟精度能够满足构建虚拟植物的需要。 2 、基于三维虚拟植物模型估算的光截获效率（STAR）与实测的相对光照强度相关性高 2 （R ≥ 0.866 ），可用于光截获分析。冠层一次枝 STAR 值大于二次枝。从盛花期到成熟 期，除水平棚架一次枝 STAR 降低，其他各树形冠层、一次枝和二次枝 STAR 值不断增 大。成熟期飞鸟架冠层 STAR 较高厂和水平棚架分别高 32%和 44% 。 3、飞鸟树形的 Pn 、Gs、Ci、Cisat 、CO2 补偿点与高厂树形差异不明显但显著高于水平 棚架树形，飞鸟树形的 AQY 、Pnmax 显著高于高厂树形与水平棚架树形，高厂树形的 AQY 与水平棚架树形差异不显著，Pnmax 显著高于水平棚架树形，水平棚架树形的 LCP 、Rd 高于高厂树形且显著高于飞鸟树形，其初始羧化效率、Rp 、Tr 与高厂树形差异不明显 但显著高于飞鸟树形，高厂树形的初始羧化效率 Rp 、Tr 显著高出飞鸟树形。各树形顶 部叶片光合能力优于中部和基部叶片。飞鸟树形以及各树形的顶部叶片的郁闭性较低， 受光情况良好，光合利用效率最高；水平棚架树形则相反，表明飞鸟棚架树形在光合利 用方面显著优于水平棚架树形。 4 、飞鸟树形的单位面积产量、单穗重、单粒重、可溶性固形物含量、可溶性糖含量与 高厂树形差异不显著，但二者均显著高于水平棚架。同时，飞鸟树形与高厂树形较水平 棚架树形还可显著降低可滴定酸含量。 综上，葡萄冠层采用棚架飞鸟形叶幕可显著提升光截获效率及光合能力，果实产量 及品质提升，可作为北疆地区潜在的优选冠层结构。 关键词：葡萄；三维数字化；光合作用；虚拟植物；光截获 I Abstract Canopy of grape affects the microclimate and leaf photosynthesis by manipulating light interception and distribution within canopy, and finally determines grape yield and quality.At present,most studies on grape canopy structure are mainly based on field measurements,and which has poor repeatability and lack of dynamic understanding of canopy structure and leaf photosynthesis during growing season.In this experiment,the grape cultivar Zixiang seedless