Прогноз биометрических параметров растений

Сентябрь 9, 2022

Главная
Окружающий мир
Прогноз биометрических параметров растений

Содержание

2. Лекция 6 ПРОГНОЗ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАСТЕНИЙ ЗНАЧЕНИЕ ФОТОСИНТЕЗА В ЖИЗНИ РАСТЕНИЯ ГАЗООБМЕН ЛИСТА И ПОСЕВА ПРОГНОЗ
3. Прогноз динамики урожая и управление процессом его формирования рассчитывается по следующей схеме Полевая информация Штатная информация
4. ЗНАЧЕНИЕ ФОТОСИНТЕЗА В ЖИЗНИ РАСТЕНИЯ Фотосинтез является важнейшей физиологической функцией хлорофиллсодержащих растений, обеспечивающий процесс трансформации вещества
5. Упрощенно продукционный процесс можно представить следующей схемой ФАР СО2 атмосферы Сопротивление устьиц
6. ФАКТОРЫ, ЛИМИТИРУЮЩИЕ ФОТОСИНТЕЗ интенсивность и соотношение световой и темновой стадий фотосинтеза. плотность стеблестоя в посеве. расположение
7. Содержание СО2 в атмосфере определяется количеством его в естественном составе воздуха, поступлением из почвы и в
8. U rst Ci Cw A R μ Tl Qф Nl Рис. 63. Потоковая диаграмма газообмена листа.
9. Поэтому в светлый период суток Ci
10. Поэтому в темный период суток Ci > Ca
11. U rst Ci Cw A R μ 1-μ Tl Qф Nl Рис. 63. Потоковая диаграмма газообмена
12. При недостатке одного или нескольких факторов, регулирующих газообмен, ситуация Ci>Ca может наблюдаться и при достаточно высокой
13. Итак, для прогноза накопления биомассы необходимы входные параметры Фn и Rd, которые требуют довольно сложных расчетов
14. Широкомасштабный мониторинг биомассы посевов сельскохозяйственных культур невозможен из-за трудоемкости методики определения биомассы корневой системы. Между тем,
15. Рис. 65. Динамика биомассы ячменя, 1995г.
16. Следовательно, для вычисления общей биомассы растения при обследовании полей достаточно знать суммарную энтальпию воздуха от посева
17. При отсутствии входных параметров базовой модели фотосинтеза, прогноз динамики биомассы рассчитывается по функции: M’(tk+1) = aCpb
18. Рассчитанную общую биомассу растения следует распределить между органами растения, что позволит определить урожай основной, побочной продукции
19. В начале роста фитоорганов их биомасса возрастает, но по мере старения и созревания наблюдается тенденция к
20. Если учитывать долю каждого фитооргана в компартменте, являющуюся динамической величиной, то распределение биомассы органа записывается функцией:
21. Для связи с другими модулями модели продукционного процесса, модуль роста и развития растений должен обеспечивать расчет
22. ИНДЕКС ФИТООРГАНОВ КОМПАРТМЕНТА Режим влажности почвы Режим температуры и влажности в посеве Радиационный режим посева
23. Численные значения индексов фитоорганов поступают на вход модулей влагопереноса в почве, радиационного режима посева и тепло-
24. Результаты наших наблюдений позволили значительно упростить методику определения площади активной поверхности фитоорганов исходя из предположения наличия
25. Площадь надземных органов нецелесообразно разделять на листья, стебли и генеративные органы, так как все они участвуют
26. рассчитать площадь надземной и подземной частей растения, которая распределяется по компартментам. массу корневой системы, M’н В
27. ДИНАМИКА ВЫСОТЫ СТЕБЛЕЙ И ГЛУБИНЫ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ РАСТЕНИЙ Режим влажности почвы Режим температуры и влажности в
28. причем, такая закономерность характерна не только для однолетних растений, но и для многолетних в период весеннего
29. Если вычислить отношение «глубина корневой системы : высота растения», то получается коэффициент, зависящий от биологического времени
30. Применение этого коэффициента значительно упрощает мониторинг посевов, так как исключается необходимость трудоемкой операции по извлечению почвенного
31. ДИНАМИКА КОЛИЧЕСТВА РАСТЕНИЙ НА ЕДИНИЦЕ ПЛОЩАДИ Режим влажности почвы Режим температуры и влажности в посеве Радиационный
32. Самоизреживание популяций наблюдается с постоянной скоростью. Линия изреживания популяции
33. Наблюдениями за популяциями различных таксономических видов растений обнаружено, что наклон линии изреживания является величиной постоянной. Поэтому
34. Управление параметрами продукционного процесса в рассматриваемом модуле осуществляется через регулирование плотность популяции (Граст) высота (hl) площадь
35. Компьютерный вариант модуля работает в режиме мониторинга производственных посевов основных полевых культур. По запросу программы вводятся:
36. Корреляционный анализ между расчетными и эмпирическими значениями параметров биомассы растений показал высокую степень соответствия, что обеспечивает
38. Скачать презентацию

Слайд 2

Лекция 6
ПРОГНОЗ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАСТЕНИЙ
ЗНАЧЕНИЕ ФОТОСИНТЕЗА В ЖИЗНИ РАСТЕНИЯ
ГАЗООБМЕН ЛИСТА И ПОСЕВА
ПРОГНОЗ

ДИНАМИКИ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И УПРАВЛЕНИЕ РОСТОМ РАСТЕНИЯ

Слайд 3

Прогноз динамики урожая и управление процессом его формирования рассчитывается по следующей

схеме

Полевая информация

Штатная информация

Потребитель

Слайд 4

ЗНАЧЕНИЕ ФОТОСИНТЕЗА В ЖИЗНИ РАСТЕНИЯ
Фотосинтез является важнейшей физиологической функцией хлорофиллсодержащих растений, обеспечивающий

процесс трансформации вещества и энергии биосферы.

Слайд 5

Упрощенно продукционный процесс можно представить следующей схемой
ФАР
СО2 атмосферы
Сопротивление устьиц

Слайд 6

ФАКТОРЫ, ЛИМИТИРУЮЩИЕ ФОТОСИНТЕЗ
интенсивность и соотношение световой и темновой стадий фотосинтеза.
плотность

стеблестоя в посеве.
расположение листьев в пространстве (архитектоника растительного покрова).
температура.
концентрация углекислого газа в клетке.

Слайд 7

Содержание СО2 в атмосфере определяется количеством его в естественном составе воздуха,

поступлением из почвы и в процессе антропогенной деятельности.

ГАЗООБМЕН ЛИСТА И ПОСЕВА

Слайд 8

U
rst
Ci
Cw
A
R
μ
Tl
Qф
Nl
Рис. 63. Потоковая диаграмма газообмена листа.

Слайд 9

Поэтому в светлый период суток Ci < Ca

Слайд 10

Поэтому в темный период суток Ci > Ca

Слайд 11

U
rst
Ci
Cw
A
R
μ
1-μ
Tl
Qф
Nl
Рис. 63. Потоковая диаграмма газообмена листа.
A
Cw
Ci

Слайд 12

При недостатке одного или нескольких факторов, регулирующих газообмен, ситуация Ci>Ca может

наблюдаться и при достаточно высокой освещенности.

В результате наступает полуденная депрессия фотосинтеза и суточный ход газообмена листа принимает вид синусоиды.

Слайд 13

Итак, для прогноза накопления биомассы необходимы входные параметры Фn и Rd,

которые требуют довольно сложных расчетов и некоторых трудноопределимых параметров.
Поэтому для мониторинга и прогноза в производственных условиях можно применить хотя и упрощенные, но достаточно эффективные аппроксимации динамики биомассы в зависимости от биологического времени (СЭТ, СЭВ).

Слайд 14

Широкомасштабный мониторинг биомассы посевов сельскохозяйственных культур невозможен из-за трудоемкости методики определения

биомассы корневой системы.
Между тем, нашими наблюдениями установлено, что отношение надземной к подземной биомассе мало варьирует по годам.
Тем не менее, это динамическая величина, существенно изменяющаяся в течение периода вегетации.

ПРОГНОЗ ДИНАМИКИ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И УПРАВЛЕНИЕ РОСТОМ РАСТЕНИЯ

Слайд 15

Рис. 65. Динамика биомассы ячменя, 1995г.

Слайд 16

Следовательно, для вычисления общей биомассы растения при обследовании полей достаточно знать

суммарную энтальпию воздуха от посева (или весеннего возобновления вегетации) до даты отбора образцов и абсолютно сухую надземную массу растений.
По общей массе надземных органов растения (Мн) и рассчитанному соотношению ее с подземной (Кн/п), вычисляется биомасса всего растения (М(tk)) по зависимости:
М'(tk) = M'н(tk) / Кн/п(tk)+M'н(tk)

Слайд 17

При отсутствии входных параметров базовой модели фотосинтеза, прогноз динамики биомассы рассчитывается

по функции:
M’(tk+1) = aCpb + KorrM
KorrM = M’(tk) – aCpb,
где M' – прогнозируемая биомасса, г. абс.сух.в-ва⋅растение-1; a,b – статистические коэффициенты; KorrM – корректирующий коэффициент.

Слайд 18

Рассчитанную общую биомассу растения следует распределить между органами растения, что позволит

определить урожай основной, побочной продукции и корневых остатков, то есть связать модель продукционного процесса с моделями животноводства, экологии и экономики сельскохозяйственного предприятия.

Слайд 19

В начале роста фитоорганов их биомасса возрастает, но по мере старения

и созревания наблюдается тенденция к снижению фотосинтеза и возрастанию оттока ассимилянтов из фотосинтезирующих органов.
Следовательно, доля активных фитоорганов – это динамическая величина, зависящая от таксономического вида и возраста растения, определяющегося, в свою очередь, энтальпией среды:
Kdj = aLnCp+b,
где Kdj – доля j-го органа в абсолютно сухой биомассе растения, безразмерная; a,b – статистические коэффициенты.
Тогда функция динамики биомассы j-го органа (M'j(tk)) будет определяться, как
M'j(tk) = M'(tk)Kdj
M'об(tk) = M'(tk)–∑M'j(tk),
где M'об(tk) – суммарная биомасса отмерших органов на текущем шаге работы модели, г.абс.сух.в-ва⋅растение-1.

Слайд 20

Если учитывать долю каждого фитооргана в компартменте, являющуюся динамической величиной, то

распределение биомассы органа записывается функцией:
M'ij(tk) = M'j(tk)Kdji
Kdji = aLnCp+b
где M'ij(tk) – биомасса j-го органа в i-м компартменте на текущем шаге работы модели, г.абс.сух.в-ва⋅растение-1; Kdji – доля j-го органа в i-м компартменте, безразмерная; a,b – статистические коэффициенты.
В результате становится возможным вычислить биомассу для любого компартмента в пределах диапазона работы функции Kdji.

Слайд 21

Для связи с другими модулями модели продукционного процесса, модуль роста и

развития растений должен обеспечивать расчет прогноза динамики индекса фитоорганов компартментов (Lij), высоты стеблей (hl), глубины корневой системы (hr) и количества стеблей на единице площади (Граст)

Режим влажности почвы

Режим температуры и влажности в посеве

Радиационный режим посева

Слайд 22

ИНДЕКС ФИТООРГАНОВ КОМПАРТМЕНТА
Режим влажности почвы
Режим температуры и влажности в посеве
Радиационный режим

посева

Слайд 23

Численные значения индексов фитоорганов поступают на вход модулей влагопереноса в почве,

радиационного режима посева и тепло- и влагопереноса в почве. Расчет их ведется по общей формуле
Lji = SSlji Граст 0,0001
где Lji – индекс j-го фитооргана в i-м компартменте; SSlji – площадь j-го органа в i-том компартменте для одного растения, см2; Г – количество растений на 1м2.

Из формулы следует, что основным параметром при расчете индексов является плотность популяции и площадь фитоорганов.

Слайд 24

Результаты наших наблюдений позволили значительно упростить методику определения площади активной поверхности

фитоорганов исходя из предположения наличия связи между биомассой растения и площадью его органов.

Было вычислено отношение площади надземных органов к их биомассе (Ks/м) и корневой системе (Ks/мr).
Sl,st,gen = M'н Ks/м
Sr = M'п Ks/мr
где Sl,st,gen – площадь надземных фитоорганов, см–2; Sr – площадь корневой системы, см–2; M'н – масса надземных фитоорганов, г⋅растение–1; M'п – масса корневой системы, г⋅растение–1.

Слайд 25

Площадь надземных органов нецелесообразно разделять на листья, стебли и генеративные органы,

так как все они участвуют в фотосинтезе.
Коэффициенты Ks/м и Ks/мr описываются системой динамических функций от суммарной энтальпии воздуха:
Ks/м, Ks/мr = f(Cp)
Далее вычисляется площадь фитоорганов одного растения (или одного стебля) (SSl). Распределение их по компартментам рассчитывается по функциям
SSl = Sl,st,gen,r Kji
Kji = a lnCp+b,
где a,b – статистические коэффициенты; Kji – доля фитооргана в компартменте.

Слайд 26

рассчитать площадь надземной
и подземной частей растения,
которая распределяется по компартментам.
массу корневой

системы,

M’н

В результате, проведя учет надземной биомассы в полевых условиях, можно вычислить

Слайд 27

ДИНАМИКА ВЫСОТЫ СТЕБЛЕЙ И ГЛУБИНЫ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ РАСТЕНИЙ
Режим влажности почвы
Режим температуры

и влажности в посеве

Радиационный режим посева

Слайд 28

причем, такая закономерность характерна не только для однолетних растений, но и

для многолетних в период весеннего отрастания.

После укоренения начинает расти стебель, высота которого очень быстро превосходит длину корней

Для нормального роста растению необходимы вода и минеральное питание. Поэтому в гетеротрофный период первоначально растет корень, что объясняет преобладание длины корня над высотой стебля,

Слайд 29

Если вычислить отношение «глубина корневой системы : высота растения», то получается

коэффициент, зависящий от биологического времени и с достаточно высокой точностью рассчитывающийся степенной функцией от суммарной энтальпии воздуха:
Khr = a Cpb,
где Khr – коэффициент глубины корневой системы; a,b – статистические коэффициенты.

Слайд 30

Применение этого коэффициента значительно упрощает мониторинг посевов, так как исключается необходимость

трудоемкой операции по извлечению почвенного монолита и отделение корневой системы от почвы, поскольку длина корней рассчитывается как
hr = hl Khr

Слайд 31

ДИНАМИКА КОЛИЧЕСТВА РАСТЕНИЙ НА ЕДИНИЦЕ ПЛОЩАДИ
Режим влажности почвы
Режим температуры и влажности

в посеве

Радиационный режим посева

Слайд 32

Самоизреживание популяций наблюдается с постоянной скоростью.
Линия изреживания популяции

Слайд 33

Наблюдениями за популяциями различных таксономических видов растений обнаружено, что наклон линии

изреживания является величиной постоянной.
Поэтому чем выше начальная плотность, тем раньше начинается изреживание.
Эту зависимость часто называют «закон степени –3/2» (Yoda et al., 1963):
M’ = c⋅Граст –3/2,
где М’ – биомасса 1 растения; Граст – плотность, экз./м2; с – коэффициент, определяющий высоту заложения линии по оси (Y).

Слайд 34

Управление параметрами продукционного процесса в рассматриваемом модуле осуществляется через регулирование
плотность популяции

(Граст)

высота (hl)

площадь фотосинтезирующих органов (SSlj)

Слайд 35

Компьютерный вариант модуля работает в режиме мониторинга производственных посевов основных полевых

культур. По запросу программы вводятся:

M’н

Граст

Ср

шаг расчета

Слайд 36

Корреляционный анализ между расчетными и эмпирическими значениями параметров биомассы растений показал

высокую степень соответствия, что обеспечивает применение модуля в условиях производства

Таблица 2. Оценка верификации модуля роста и развития растений по коэффициенту корреляции (r).

Прогноз биометрических параметров растений

Содержание

Лекция 6ПРОГНОЗ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАСТЕНИЙЗНАЧЕНИЕ ФОТОСИНТЕЗА В ЖИЗНИ РАСТЕНИЯГАЗООБМЕН ЛИСТА И ПОСЕВАПРОГНОЗ

Прогноз динамики урожая и управление процессом его формирования рассчитывается по следующей

ЗНАЧЕНИЕ ФОТОСИНТЕЗА В ЖИЗНИ РАСТЕНИЯФотосинтез является важнейшей физиологической функцией хлорофиллсодержащих растений, обеспечивающий

Упрощенно продукционный процесс можно представить следующей схемойФАРСО2 атмосферыСопротивление устьиц

ФАКТОРЫ, ЛИМИТИРУЮЩИЕ ФОТОСИНТЕЗинтенсивность и соотношение световой и темновой стадий фотосинтеза. плотность

Содержание СО2 в атмосфере определяется количеством его в естественном составе воздуха,

UrstCiCwARμTlQфNlРис. 63. Потоковая диаграмма газообмена листа.

Поэтому в светлый период суток Ci < Ca

Поэтому в темный период суток Ci > Ca

UrstCiCwARμ1-μTlQфNlРис. 63. Потоковая диаграмма газообмена листа.ACwCi

При недостатке одного или нескольких факторов, регулирующих газообмен, ситуация Ci>Ca может

Итак, для прогноза накопления биомассы необходимы входные параметры Фn и Rd,

Широкомасштабный мониторинг биомассы посевов сельскохозяйственных культур невозможен из-за трудоемкости методики определения

Рис. 65. Динамика биомассы ячменя, 1995г.

Следовательно, для вычисления общей биомассы растения при обследовании полей достаточно знать

При отсутствии входных параметров базовой модели фотосинтеза, прогноз динамики биомассы рассчитывается

Рассчитанную общую биомассу растения следует распределить между органами растения, что позволит

В начале роста фитоорганов их биомасса возрастает, но по мере старения

Если учитывать долю каждого фитооргана в компартменте, являющуюся динамической величиной, то

Для связи с другими модулями модели продукционного процесса, модуль роста и

ИНДЕКС ФИТООРГАНОВ КОМПАРТМЕНТА Режим влажности почвыРежим температуры и влажности в посевеРадиационный режим

Численные значения индексов фитоорганов поступают на вход модулей влагопереноса в почве,

Результаты наших наблюдений позволили значительно упростить методику определения площади активной поверхности

Площадь надземных органов нецелесообразно разделять на листья, стебли и генеративные органы,

рассчитать площадь надземнойи подземной частей растения, которая распределяется по компартментам.массу корневой

ДИНАМИКА ВЫСОТЫ СТЕБЛЕЙ И ГЛУБИНЫ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ РАСТЕНИЙРежим влажности почвыРежим температуры

причем, такая закономерность характерна не только для однолетних растений, но и

Если вычислить отношение «глубина корневой системы : высота растения», то получается

Применение этого коэффициента значительно упрощает мониторинг посевов, так как исключается необходимость

ДИНАМИКА КОЛИЧЕСТВА РАСТЕНИЙ НА ЕДИНИЦЕ ПЛОЩАДИРежим влажности почвыРежим температуры и влажности

Самоизреживание популяций наблюдается с постоянной скоростью. Линия изреживания популяции

Наблюдениями за популяциями различных таксономических видов растений обнаружено, что наклон линии

Управление параметрами продукционного процесса в рассматриваемом модуле осуществляется через регулированиеплотность популяции

Компьютерный вариант модуля работает в режиме мониторинга производственных посевов основных полевых

Корреляционный анализ между расчетными и эмпирическими значениями параметров биомассы растений показал

Похожие презентации

Лекция 6
ПРОГНОЗ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАСТЕНИЙ
ЗНАЧЕНИЕ ФОТОСИНТЕЗА В ЖИЗНИ РАСТЕНИЯ
ГАЗООБМЕН ЛИСТА И ПОСЕВА
ПРОГНОЗ

ЗНАЧЕНИЕ ФОТОСИНТЕЗА В ЖИЗНИ РАСТЕНИЯ
Фотосинтез является важнейшей физиологической функцией хлорофиллсодержащих растений, обеспечивающий

Упрощенно продукционный процесс можно представить следующей схемой
ФАР
СО2 атмосферы
Сопротивление устьиц

ФАКТОРЫ, ЛИМИТИРУЮЩИЕ ФОТОСИНТЕЗ
интенсивность и соотношение световой и темновой стадий фотосинтеза.
плотность

U
rst
Ci
Cw
A
R
μ
Tl
Qф
Nl
Рис. 63. Потоковая диаграмма газообмена листа.

U
rst
Ci
Cw
A
R
μ
1-μ
Tl
Qф
Nl
Рис. 63. Потоковая диаграмма газообмена листа.
A
Cw
Ci

ИНДЕКС ФИТООРГАНОВ КОМПАРТМЕНТА
Режим влажности почвы
Режим температуры и влажности в посеве
Радиационный режим

рассчитать площадь надземной
и подземной частей растения,
которая распределяется по компартментам.
массу корневой

ДИНАМИКА ВЫСОТЫ СТЕБЛЕЙ И ГЛУБИНЫ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ РАСТЕНИЙ
Режим влажности почвы
Режим температуры

ДИНАМИКА КОЛИЧЕСТВА РАСТЕНИЙ НА ЕДИНИЦЕ ПЛОЩАДИ
Режим влажности почвы
Режим температуры и влажности

Самоизреживание популяций наблюдается с постоянной скоростью.
Линия изреживания популяции

Управление параметрами продукционного процесса в рассматриваемом модуле осуществляется через регулирование
плотность популяции