基于多模型融合策略的温室番茄光合速率预测方法

温室番茄光合速率的准确预测对于番茄的生长和产量评估具有重要意义。然而,由于温室环境的复杂性和多变性,传统的光合速率预测模型往往难以满足精准预测的需求。因此,为了进一步提高预测模型的准确性和稳定性,本研究提出了一种基于多模型融合策略的温室番茄光合速率预测方法。首先,采集温湿度、光照强度、CO_(2)浓度不同组合下的番茄光合速率,构建样本集,并采用五折交叉验证法(Cross-Validation)对数据进行预处理。以预处理的数据为基础,分别基于粒子群优化支持向量机(PSO-SVR)、布谷鸟优化极限学习机(CS-ELM)和北方苍鹰优化高斯过程回归(NGO-GPR)算法建立番茄光合速率预测模型对光合速率进行初步预测,然后采用Stacking算法通过基于决策树的集成学习模型(XGBoost)组合各基础模型的预测结果,进而实现多模型融合。仿真分析结果表明,与单一预测模型相比,基于多模型融合的光合速率预测模型充分发挥了各基础模型的优势,可以进一步提高光合速率预测的准确性和稳定性,该模型验证集MAE为0.569 7μmol/(m^(2)·s),RMSE为0.721 4μmol/(m^(2)·s)。因此,本文提出的方法在温室作物光合速率预测方面具有一定的优势,可为温室番茄等作物光环境优化调控提供一定的理论基础和技术支撑。

不同波长脉冲LED光源的频率和占空比对植物光合速率和光碳能力的影响

本文分析了脉冲发光二极管(LED)光源的研究进展,制作了不同波长的脉冲LED光源面板;测量了灯面板下方25 cm处光合光子通量密度(PPFD)随光源波长、频率和占空比的变化;在固定光源工作周期条件下,研究了光合速率随频率的变化,发现在不同波长下,植物光合速率具有最佳频率;在固定光源频率条件下,研究了光合速率随占空比的变化,发现在不同的占空比下,植物的光合速率有其最佳的占空周期;由于在固定频率或固定占空比条件下,其PPFD不能随着占空比和频率的变化而保持恒定,因此提出了光碳能力的概念(光碳能力=光合速率⋅PPFD^(-1)=Pn⋅PPFD^(-1),其中Pn为光合速率,其生物学意义是一个光子能量转换多少二氧化碳分子进行光合作用);在固定光源占空比条件下,研究了光碳能力随频率的变化。每种光源,均有对应优化的频率,对应得到此种光源下最大的光合速率;每种光源,均有对应优化的频率,对应得到此种光源下最大的PPFD;每种光源,均有对应优化的频率,对应得到此种光源下最大的光碳能力。本文通过提出光碳能力来衡量植物光照参数与碳减排量之间的对应的关系,希望以后光学设计可以通过优化此参数获得最优化的光照条件来获得最经济的碳减排量。

不同物候期兴安落叶松净光合速率对生理生态因子的响应

研究不同物候期兴安落叶松净光合速率(P_(n))变化及其主要影响因素,有助于更好地阐明兴安落叶松碳同化过程和机理。使用LI-6400XT便携式光合测量系统,测定兴安落叶松天然林展叶初期(LOP)、展叶盛期(LSP)和叶变色期(LDP)的净光合速率、叶片温度(T_(leaf))、气孔导度(G_(S))、胞间CO_(2)浓度(C_(i))、叶绿素含量(L_(Chl))、氮含量(L_(N))、光合有效辐射(P_(AR))、空气温度(T_(a))、大气CO_(2)浓度(C_(a))、水汽压亏缺(V_(PD))等生理生态因子,利用Pearson相关性分析和逐步回归分析,系统研究不同物候期兴安落叶松P_(n)变化特征及其与生理生态因子的关系。结果表明:1)兴安落叶松P_(n)的大小顺序为LSP>LDP>LOP,上层叶>中层叶>下层叶,差异显著;阳生叶>阴生叶,二者差异不显著。2)不同物候期兴安落叶松P_(n)与PAR、Ta、Tleaf,GS呈显著或极显著正相关,与Ci呈显著或极显著负相关。3)不同物候期、不同冠层高度兴安落叶松P_(n)对生理生态因子的响应有所差异,其主控因子是PAR、Ta和GS,此外,还受Tleaf、VPD和Ci的影响。兴安落叶松天然林在不同物候期、不同冠层高度的净光合速率存在显著性差异,在估算碳通量时,应考虑不同冠层高度叶片净光合速率的相对贡献。

不适用烟叶去除方式对烟叶光合速率及产质量的影响

为探讨适宜皖南烤烟适宜的去叶方式,采用田间小区试验,以云烟87为材料,根据不适用烟叶去除时间和数量设置4个处理:B1处理(打顶前10 d摘除3片脚叶、打顶时摘除1片顶叶),B2处理(打顶前5 d摘除3片脚叶、打顶时摘除1片顶叶),B3处理(打顶后5 d摘除4片脚叶),B4处理(打顶后10 d摘除4片脚叶),从烟叶光合特性、产量产值、化学成分、外观和感官质量等全面评价优烟叶优化结构的作用。结果表明,摘除不适用烟叶显著影响烟株剩余烟叶的净光合速率,B3处理较B1处理中部叶和上部叶的净光合速率分别明显降低46%和38%。B3处理烟叶上等烟比例和中上等烟比例均较高,分别较B1处理提高4.7和1.5百分点。B3处理可提高烟叶感官质量,可能是该去叶方式能够合理调控烤烟的光合作用和代谢强度,促进烤后烟叶化学成分更加协调,B3处理能够保障种烟效益、提高烟叶等级结构、提升烟叶感官质量。综合可见,打顶后5 d摘除4片脚叶是皖南烟区适宜的优化烟叶结构措施。

关于改良半叶法测定光合速率结果的属性的商榷

针对改良半叶法测定光合速率的结果是真光合作用还是净光合作用的问题,从测定过程上进行了理论分析,指出对该法直接测定的结果是真光合速率,而不是净光合速率。

有机肥用量对水稻产量、净光合速率及土壤生物活性的影响

探讨渝东北丘陵区有机肥施用量对水稻产量、净光合速率及土壤酶生物活性的影响,明确该地区秸秆类有机肥适宜施用量,为该地区水稻种植中有机肥的合理施用提供科学依据。2020—2021年在重庆市万州区柱山乡开展秸秆类有机肥不同施用量试验,以宜香优2115为试验材料,共设6个有机肥处理:0kg/hm~2(CK)、1 000 kg/hm~2(T1)、1 500 kg/hm~2(T2)、2 000 kg/hm~2(T3)、2 500 kg/hm~2(T4)、3 000 kg/hm~2(T5),探讨不同有机肥施用量对水稻产量及其构成因素、净光合速率和土壤酶生物活性的影响。结果表明,与CK相比,施有机肥可显著增加水稻产量(P<0.05)。2020、2021年有机肥施用量分别为3 000、2 500 kg/hm~2时产量达到最高,分别为6.82、6.93 t/hm~2。施用有机肥可显著提高水稻净光合速率、气孔导度及蒸腾速率。抽穗期、灌浆期净光合速率均以T4处理最高。施用有机肥可显著增加土壤耕作层微生物数量及土壤酶活性。2021年微生物总数高于2020年,2020年以T4处理的土壤微生物总数最高,2021年以T3处理的土壤微生物总数最高,脲酶活性、过氧化氢酶活性以T4处理最高,蔗糖酶活性、磷酸酶活性分别以T3、T5处理最高。对光合作用参数及土壤酶活性综合效应评价得到最佳处理为T4。因此,在保证水稻基本生长的基础上增施2 500 kg/hm~2秸秆类有机肥可显著提高水稻产量,提高水稻净光合速率,增加土壤微生物数量及酶活性。

融合根温的奶油生菜光合速率模型预测

绿色植物的光合作用受多方面因素的影响,因此,构建融合多种因素的光合速率模型是实现作物生长状态高效预测的关键。试验选取奶油生菜作为研究对象,设置多因素嵌套试验,其中外界环境变量包括光量子通量密度、室温、根温、二氧化碳体积分数等,共获得试验数据648组,利用Pearson分析法对各因素与植物光合速率进行相关性分析,并选定根温、叶温、二氧化碳体积分数、光量子通量密度为建模输入特征,在此基础上构建基于LMBP算法的奶油生菜光合速率模型。结果表明,根温在0.01水平上与植株的光合速率显著相关。与未加入根温的训练结果进行对比,加入根温后模型训练集和测试集精度均有提高;训练集均方根误差为1.46×10^(-3)μmol/(m^(2)·s),平均绝对误差为1.873×10^(-3)μmol/(m^(2)·s),测试集决定系数为0.995 26。基于LMBP算法的奶油生菜光合速率模型考虑了根温对植物光合作用的影响,可以实现光合速率的精准预测。

复酶糖苷对甜樱桃叶绿素含量和净光合速率的影响

叶绿素含量和净光合速率是反映植物光合生产能力的重要指标。对烟台固特丽生物科技股份有限公司的一款生物刺激素产品复酶糖苷进行浓度梯度喷施试验,研究其对樱桃叶绿素含量和净光合速率的影响。结果显示,5~100 mg/L复酶糖苷喷施对樱桃叶绿素含量及净光合速率均有一定提升作用;浓度为20 mg/L时提升作用最为显著,提升率分别为6.1%、77.3%,高于该浓度后提升作用不再显著增长。

精喹禾灵胁迫下萱草光合速率、叶绿素含量及根活力影响

以萱草为供试对象,研究精喹禾灵400、800、1200 mg/kg浓度处理对萱草光合速率、叶绿素含量及根活力影响。结果表明,同对照相比,药后同一时间,不同浓度精喹禾灵对萱草光合速率、叶绿素含量及根活力无显著影响。精喹禾灵处理后,萱草光合速率、叶绿素含量及根活力表现出明显的时间效应。双因素方差分析表明药后第6、10 d萱草光合速率显著高于药后第13、17 d;药后第6 d,萱草光合速率最高,CO_(2)达9.9417 mg·cm^(–2)·h^(–1),比药后第13 d高287.48%;叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量均在药后第8天达最高,以后随时间延长呈现出下降趋势;药后第10 d萱草根活力达到最大值,分别比药后第6、13 d显著高出136.67%与77.11%。研究结果可为精喹禾灵在萱草田间应用提供理论依据。

不同CO_(2)浓度对南方红豆杉光合速率的影响

利用LI-6400P和叶绿素测定仪测定在不同CO_(2)浓度影响下南方红豆杉叶片光合速率相关参数和叶片叶绿素含量。结果表明:南方红豆杉叶片净光合速率、蒸腾速率和胞间CO_(2)浓度变化随CO_(2)浓度增加而增大;叶片气孔导度随CO_(2)浓度增加而降低。叶片叶绿素含量在CO_(2)浓度为300×10-6和900×10-6时出现两次峰值,这对改变CO_(2)浓度来优化南方红豆杉培育成效提供一个参考数据。

测定呼吸速率和光合速率的改良装置

细胞新陈代谢主要包括细胞呼吸作用和光合作用,均涵盖了多步骤的化学反应。结合化学原理和学生认知体系,以气体变化为观察角度,改良测定细胞呼吸作用、光合作用速率的装置,既可以简化测量与换算的手段,又能够丰富学生的学习方法,具有一定的教学参考价值。

施肥对油松生长及针叶光合速率的影响

为探究不同施肥方案对油松生长及针叶光合速率的影响,以甘肃省子午岭林业管理局正宁分局刘家店林场为试验点,以尿素和有机肥为肥料,对不同施肥方式下油松生长状况及针叶的色素含量和净光合速率2个方面进行评估,比较不同施肥方案对油松生长及其针叶色素含量和净光合速率的影响。结果表明:处理组C(有机肥,200 g/株)油松生长状况及其针叶的色素含量和净光合速率较好,其株高、胸径、根部生物量、茎部生物量、叶部生物量和整株生物量分别为:143.17 cm、4.26 cm、158.26 g/株、169.65 g/株、89.49 g/株和669.65 g/株;油松针叶的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素含量和净光合速率分别为:0.89、0.27、0.11、1.35 mg/(g·FW)和10.03μmol/(m^(2)·s)。研究可为油松的科学施肥方式提供参考。

环境因素对光合速率的影响探究

学生可利用随处可见的牛奶箱设计制作实验装置,改进“探究环境因素对光合作用强度的影响”这一探究实验,实现多种环境因素的进一步科学探究,学生通过改变实验对象进行探究,并寻找实验结果与理论结果不符的原因,提升了学生科学精神核心素养。

无糖组培苗光合速率的测量方法

根据国内现有组培苗光合速率测量系统的特点,提出了相对光合速率的概念,设计了无糖组培苗相对光合速率测量系统。系统的工作环境同组培苗的实际生长环境极为相似,测量结果对生产具有一定的指导意义。与国内现有同类系统相比,该系统设备简单,操作方便,测量结果更具可信性。

不贝光质对光合速率彩响的探究

在生物课上,二氧化碳浓度和光强对光合速率的影响实验点燃了我们的兴趣,我们决定进一步探究其他因素对光合速率的影响。通过课外阅读,我们大概了解了光质对光合速率的影响,于是选择探究光质和光合速率的关系。

七叶一枝花不同海拔的光合速率和蒸腾速率比较

对七叶一枝花在不同海拔的净光合作用速率和蒸腾速率比较表明：低海拔的光合作用速率和蒸腾达率最大，高海拔的较小。

高产夏玉米群体光合速率与产量关系的研究

高产夏玉米群体光合速率在整个生育期的变化呈单峰型曲线,开花期达最大值。紧凑型品种在适宜高密度下具有较高的群体光合速率,易获高产;平展型品种在适宜低密度下,大喇叭口期以后具有较高的群体光合速率,产量领先。群体光合速率在冠层中的分布,紧凑型品种中部叶>上部叶>下部叶,平展型品种上部叶>中部时>下部叶。高产群体光合最适叶面积指数紧凑型品种6—7,平展型品种4—5。玉米开花后的群体光合速率与生物产量和籽粒产量呈显著正相关。提高和保持开花后的群体光合速率,有利于玉米高产。

花铃期不同时段水分亏缺对棉花群体光合速率及水分利用效率影响的研究

对棉花花铃期前期 (开花以后前 10d)、中期 (开花后 10～ 4 0d)、后期 (开花 4 0d以后 ) 3个时段水分亏缺(土壤含水量临界值为 0～ 6 0cm ,土层 4 0 %～ 5 0 %田间相对持水量 )的群体光合效应研究表明 ,花铃期中期水分亏缺对棉花群体光合影响最大 ,导致群体光合速率 (CAP)最大值 (CO2 ,3.6 g·m-2 ·h-1)比适水 (CO2 ,4 .5 g·m-2 ·h-1)下降 4 2 .2 % ,最大值出现日期提前 7d ;对冠层上部影响最大 ,其次是中部 ,下部最小。其中冠层上部CAP下降2 8%、中部 13.3%、下部 10 % ;并且使棉株果枝成铃空间分布由线性的三角形变为抛物线的“凹槽”形 ;单株平均成铃 3.7个 ,皮棉单产 114 8kg·ha-1,分别比适水对照减少 1.7个和 74 1kg·ha-1;水分利用效率为皮棉 0 .2 4kg·m-3 ,比对照下降 2 7%。若将水分亏缺时段移至花铃前期或后期 ,可减轻水分亏缺对群体光合效率、棉株成铃分布、产量的影响 ,并提高水分利用效率。

缺锌胁迫对苹果叶片光合速率及叶绿素荧光特性的影响

【目的】研究不同程度的缺锌胁迫对大田苹果树叶片的叶绿素含量、光合速率、叶绿素荧光特性等的影响,进一步揭示缺锌对叶片光系统的伤害机理。【方法】以大田盛果期‘红富士/平邑甜茶’正常树和缺锌小叶病树为试材,对叶片锌含量、叶绿素含量、净光合速率、荧光参数等指标进行测定。【结果】缺锌胁迫下,苹果叶片叶绿素含量下降,单叶面积、比叶重显著减小;气孔导度降低,胞间CO2浓度升高,净光合速率和水分利用效率下降。随缺锌程度加重,叶片初始荧光Fo上升,PSⅡ潜在活性Fv/Fo、PSⅡ实际光化学效率ΦPSⅡ、光化学淬灭系数qP及PSⅡ天线转化效率Fv’/Fm’显著下降;J点相对可变荧光VJ和K点的相对变化Wk上升,电子传递的量子产额ETo/ABS和单位面积有活性的反应中心数量RC/CSo下降,光合性能指数PIABS显著降低。【结论】缺锌时非气孔限制是导致苹果叶片光合速率降低的原因之一;缺锌时首先引起放氧复合体(OEC)的破坏,进而使PSⅡ反应中心受损,PSⅡ供体侧、受体侧电子传递受抑制,影响叶片对光能的吸收、传递与利用。

菰叶片净光合速率日变化及其与环境因子的相互关系

【目的】通过研究菰叶片净光合速率日变化及其与环境因子的相互关系,目的为菰资源的开发和利用提供参考。【方法】利用Li-6400型光合作用测定系统,测定了菰叶片净光合速率和环境因子的日变化,通过相关性分析,考察了环境因子对净光合速率日变化的影响。【结果】菰功能叶片净光合速率为15.0～21.5μmol·m-2·s-1,光补偿点为45μmol·m-2·s-1,光饱和点为1040μmol·m-2·s-1。菰叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率的日变化均呈单峰曲线,净光合速率的峰值出现在上午11:00时,上午8:00～11:00时的平均净光合速率比下午13:00-16:00时的平均净光合速率高4.7μmol·m-2·s-1。气孔导度和蒸腾速率的峰值分别出现在13:00和14:00时。一日中上午5:00～11:00和下午15:00～19:00时净光合速率与光量子通量密度之间呈显著正相关(r=0.9874**、0.9321**),11:00～15:00时两者之间呈不显著正相关(r=0.4440)。上午5:00～11:00和下午15:00～19:00时净光合速率与空气温度之间呈显著正相关(r=0.9617**、0.9852**),11:00～15:00时两者之间呈显著负相关(r=-0.8110*)。净光合速率与气孔导度之间呈正相关(r=0.7936*),与胞间CO2浓度呈负相关(r=-0.8026*)。气孔导度和蒸腾速率与光量子通量密度之间呈显著的正相关(r=0.9104**、0.7858*)。【结论】菰叶片的光补偿点较低,而光饱和点较高,对光环境的适应性较强,为典型的阳生植物。影响净光合速率日变化的主要环境因子是光量子通量密度和空气温度。