辣椒干物质生产、分配及产量形成钾素响应模拟研究

Leaf area index (LAI) is an important parameter for simulating crop canopy photosynthesis. Photosynthesis and dry matter production are necessary to dry matter distribution and yield formation. Potassium directly affects the LAI and photosynthesis rate, then affects dry matter production, distribution and yield formation of crop. Pepper is an important vegetable crop in China. Basing on the field experiments of different pepper genotypes under different potassium application levels, the change of leaf potassium content with growth process will be quantified. And a simulation model on responses of leaf morphological traits and LAI to potassium content will be established in the scale of physiological development time (PDT). All parameters of the FvCB model will be estimated, and the responses of them to radiation, temperature and potassium content will be determined basing on the FvCB photosynthesis model. Then a simulation model on responses of pepper photosynthesis rate to potassium content will be established. Integrating the model on responses of LAI and photosynthesis rate to potassium content, a simulation model on responses of pepper dry matter production to potassium content will be established. Genotype and potassium levels how to affect pepper dry matter partitioning index will be analyzed quantitatively, then a simulation model on responses of pepper dry matter distribution and yield formation to potassium content on the basis of partitioning index will be established through the system analysis and mathematical modeling. The expected results will provide theoretical basis and reference for the pepper fertilizer precision and optimization management.

叶面积指数（LAI）是作物冠层光合作用模拟的重要参数，光合作用和干物质生产是干物质分配和产量形成的物质基础。钾素直接影响了作物的LAI和光合作用速率，从而影响作物的干物质生产、分配与产量形成。辣椒是我国重要的蔬菜作物。本项目以辣椒为研究对象，在不同品种和钾素水平的田间试验基础上，定量研究叶片含钾量随生育进程的变化规律，以生理发育时间（PDT）为尺度，建立叶片形态发生指标及叶面积指数钾素响应模拟模型；以光合作用FvCB模型为基础，对FvCB模型的各个参数进行估算并确定其对辐射、温度和钾素的响应规律，构建辣椒净光合速率钾素响应模拟模型；将叶面积指数与光合速率钾素响应模型相结合，构建辣椒干物质生产钾素响应模拟模型；在定量分析基因型和钾素水平对辣椒干物质分配指数影响规律的基础上，构建基于分配指数的辣椒干物质分配与产量形成钾素响应模拟模型。预期结果为辣椒肥料精确与优化管理提供理论依据与决策依据。

辣椒是我国重要的蔬菜作物之一。本研究以辣椒为研究对象，于2016到2019年间，在贵州省农业科学院和惠水县好花红镇数字农业试验基地进行了不同品种和钾素水平的辣椒田间试验。首先，在对试验数据进行系统分析的基础上，以生理发育时间为尺度，以钾素水平为参数，构建基于有理函数的辣椒叶面积指数动态模型。模型检验结果表明：模拟准确度k均接近1，精确度R2均大于0.97，RMSE均小于20%，模型预测效果较好；其次，以FvCB光合作用模型为基础，确定FvCB模型各参数对钾素水平的响应函数，结果表明Rd、k2(LL)、Vcmax和Jmax与钾素水平呈较好的线性正相关，而θ和gm与钾素水平关系不明显；再次，将叶面积指数动态模型与FvCB光合作用模型相结合，同时定量计算呼吸损耗，构建辣椒干物质生产钾素响应模型，模型检验结果表明：模拟准确度k均接近1，精确度R2均大于0.90，RMSE均小于30%，模型模拟效果一般；然后，在定量分析辣椒干物质分配指数随生理发育时间变化规律以及钾素水平对分配指数影响的基础上，结合干物质生产模型，构建辣椒干物质分配模型钾素响应模型。模型检验结果表明：辣椒各器官干物质分配模型模拟准确度k均接近1，精确度R2均大于0.89，RMSE均小于30%，模拟效果一般；最后，在定量分析不同钾素水平下辣椒采收指数随生理发育时间变化基础上，结合辣椒干物质分配模型，构建辣椒产量形成钾素响应模型。模型检验结果表明：模拟精确度R2均小于0.86，RMSE在30%左右，模型模拟效果较差。通过本研究构建的辣椒生长模型可实现对辣椒栽培的智能化和精确化管理，并为辣椒生长调控及优质高产提供理论基础。