Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

A növényi modell felépítése Sugárzás Tp/Ta Fényhasznosítás Levélterület 3 szint, vegetáció hossza Raktározó szerv (élő) Bruttó potenciális fotoszintézis.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "A növényi modell felépítése Sugárzás Tp/Ta Fényhasznosítás Levélterület 3 szint, vegetáció hossza Raktározó szerv (élő) Bruttó potenciális fotoszintézis."— Előadás másolata:

1 A növényi modell felépítése Sugárzás Tp/Ta Fényhasznosítás Levélterület 3 szint, vegetáció hossza Raktározó szerv (élő) Bruttó potenciális fotoszintézis Aktuális bruttó fotoszintézis Növekedés (szárazanyag) Elosztás Légzés növekedéshez Légzés önfenntartó Levél (élő) holt Szár (élő) holt Gyökér (élő) holt

2 A növényi produkció és fejlődés nélkülözhetetlen tényezői  Fotoszintetikusan aktív energia  Hőmérséklet  Levegő  Víz  Tápanyag

3 A növényi produkciót befolyásoló tényezők  Agrotechnika: Talajművelés Trágyázás Vetés Gyomosság Növényi betegségek és kártevők

4 De Vries et al. (1989) produkciós-modellek típusai 1.típus: A növekedési sebesség csak a fejlődési állapottól (fenofázistól) és a napsugárzástól, valamint a hőmérséklettől függ, a termőhelynek nincs víz- és tápanyaghiánya. 2.típus: A növekedési sebességet már a vízellátottság is (felvehetőség) limitálja. 3.típus: A növekedési sebességet már a nitrogénhiány is limitálja. 4.típus: A növekedési sebességet a növekedési ciklus egy részében stressztényezők, tápanyaghiány (pl. elégtelen foszforellátottság, vagy más tápanyag hiánya), valamint egyéb károsító tényezők is alakítják.

5 Produkciós modellek felépítése

6 A növényi növekedés és fejlődés érzékenysége a stresszre (Ritchie, 1991) Alacsony szár/törzs, több mellékhajtás és ág AlacsonyMagasAlacsony Nitrogén stressz Alacsony szár/törzs, több mellékhajtás és ág Csekély késés a vegetatív stádiumban Magas a vegetatív, alacsony a szemtelítődés stádiumában Alacsony légzés Mérsékelt levélfonnyadás és sodródás Víz stressz AlacsonyMagasAlacsony A fajták változékonysá ga Hőmérséklet Hőmérséklet, Fotoperiódus Hőmérséklet Napsugárzás (energia) Fő környezeti tényező Morfológiai Fázisos (fiziológia) Kiterjedéses (térfogat, LAI) Tömeg FejlődésNövekedés Nitrogén stressz

7 A modellezett folyamatok NÖVÉNY Fejlődés (fázisos) Növekedés –Levélfelület –Asszimiláció, elosztás –Biomassza –Gyökerezés sűrűsége –Transzspiráció –Nitrogén felvétel, eloszlás –stb.

8 A növényi fejlődés Fázisos

9 A kukorica fejlődési fázisai 1. Vetéstől csírázásig 2. Csírázástól kelésig 3. Keléstől juvenilis fázis végéig, virágindukció 4. Levélnövekedés végéig, virágzás 5. Szemtelítődés 6. Fiziológiai érés, fekete réteg 7. Betakarítás

10 Mitől függ a fejlődési fázis hossza? Napok száma Hőmérséklet –Hőösszeg: az elmélet szerint egy fejlődési fázis mindig azonos hőösszeg –Q 10 : tíz fok hőmérséklet emelkedés mennyivel gyorsítja a fejlődést?

11 A hőidő fogalma Mértékegysége: o Cnap T a : a levegő napi átlagos hőmérséklete T b : bázis hőmérséklet, ami alatt nincs fejlődés

12 Az ötödik levél hosszúsága különböző hőmérsékleteken

13 Q10

14 Az ötödik levél fejlődése és növekedése kukoricánál

15 A fejlődés sebessége a hőmérséklet függvényében

16 A levélnövekedési ráta alakulása a hőmérséklet függvényében

17 A biológiai óra Kukorica: –egy levélrügy 21 °Cnap alatt indukálódik –levélcsúcs megjelenése 39 °Cnap múlva –6 levélrügy már csira állapotban –8 levelesen végső levélszám tudható

18 A kukorica levélzetének fejlődése

19 A nappalhosszúság hatása a levelek számára (kukorica)

20 A nóduszok száma a nappalhosszúság függvényében

21 A kukorica fejlődés modellezése NEM SUMDTT SZÁMÍTÁSA ISTAGE = 1 SUMDTT >45? ISTAGE = 8 VETÉS NAPJA? ISTAGE = 9 ISTAGE = 7 SUMDTT SZÁMÍTÁSA ISTAGE = 2 SUMDTT >P1? SUMDTT SZÁMÍTÁSA ISTAGE = 5 SUMDTT >170? SUMDTT SZÁMÍTÁSA ISTAGE = 6 SUMDTT >0,95xP5 ? SUMDTT SZÁMÍTÁSA ISTAGE = 7 CUMDTT=0 SUMDTT >P5? SIND SZÁMÍTÁSA ISTAGE = 3 SIND> 1.0? TLNO ÉS P3 SZÁMÍTÁSA SUMDTT=0 SUMDTT SZÁMÍTÁSA ISTAGE = 4 SUMDTT >P3? SUMDTT=0 NEM IGEN START ISTAGE ÉRTÉKE? VÉGE A FÁJLNAK? ISTAGE=7 OLVASÁS AZ IDŐJÁRÁS FÁJLBÓL IGEN STOP

22

23 Csírázás A vetés napjától meg kell keresni, hogy milyen mélyen vetettünk. A kezdő gyökér mélység egyenlő a vetés mélységével. Nedvesség vizsgálat abban a rétegben, ahol a mag található. Ha a mag körül a nedvességtartalom kisebb vagy egyenlő a holtvíztartalommal a csírázás nem indul meg. ha sokáig tart a szárazság a mag elpusztul, nem csírázik ki. Ez 40 nap a CERES modellben. Ha csírázás beindult ezt már nem lehet visszafordítani, irreverzibilis folyamat.

24 Kelés A koleoptil növekedéséhez szükséges hőidő számítása: a csíra megjelenése a talajfelszínen a hőmérséklettől függ, 5 cm-es vetésmélység esetén 45 °C nap szükséges a keléshez. Túl mély vetés esetén a koleoptil nem tud a felszínre törni, ez a modellben 22,5cm, azaz 150 °C nap. Bázis hőmérséklet: 10 °C.

25 Juvenilis szakasz A hibrid sajátosságainak megfelelő genetikai paraméter határozza meg ennek a szakasznak a hosszát. Juvenilis kor hossza °C nap (pl. 155).

26 Címer kezdemény idejének és a maximális levélszám meghatározása A címerkezdemény indukciót a hasznos hőösszeggel nem lehet pontosan meghatározni, mivel ezt a fotoperiódus is befolyásolja. A kukorica rövid nappalos növény, 12,5 óránál kisebb vagy egyenlő nappali megvilágítás mellett az indukcióhoz négy nap szükséges. Ennél hosszabb megvilágítás esetén ez az időtartam hosszabb lesz. A hosszabbodás mértéke erősen hibrid függő. Hosszú nappali megvilágítás esetén, pl. 16 óra, az indukcióhoz 6 nap kell. Az indukció időtartamának növekedésével a maximális levélszám is nő.

27 75%-os nővirágzás, levélnövekedés vége A tenyészőcsúcson indukálódott összes levélnek meg kell jelennie. Egy levél megjelenéséhez 38.9 °Cnap szükséges. Az első két levél megjelenéséhez viszont 96 °Cnap kell.

28 Az effektív szemtelítődés kezdete A nővirágzástól az effektív szemtelítődésig, hibridtől függetlenül 170 °Cnap-ra van szükség. Itt kell meghatározni az egy csövön lévő szemek számát. Mivel legtöbb modellben egy növényen egy cső fejlődik, ezért a csövek száma egyenlő a növények számával. Meg kell határozni a meddő szemek számát, amihez a csőnövekedési modellre is szükség van. A csőnövekedést a hőösszeg és a felvehető nitrogén befolyásolja. A felvehető nitrogént a potenciálisan felvehető nitrogén mennyisége és a talaj aktuális nedvességtartalma határozza meg.

29 Az effektív szemtelítődés vége Az effektív szemtelítődés vége a hibrid genetikai sajátosságától függ, a P5 paraméterben megadott hőidő függvényében. Amikor ennek 95%-át eléri a fejlődés során, a szemtelítődés befejeződik. A szemtelítődéshez szükséges hőidő (pl. 800 °Cnap).

30 A fiziológiai érés A fiziológiai érés a P5 genetikai paraméterben megadott hőidő eltelte után következik be. Ha a napi átlaghőmérséklet 2 °C-nál kisebb, további feltételek nélkül is egyből a fiziológia érés stádiumába kerül a növény.

31 A növényi növekedés

32 Összes termés

33 A növényi növekedés sebessége  W: Növekedés sebessége(kg szárazanyag ha -1 nap -1 ) A: Bruttó asszimiláció sebessége(kg CH 2 O ha -1 nap -1 ) R m : Önfenntartó légzés sebessége(kg CH 2 O ha -1 nap -1 ) C e : Asszimiláták átalakításának hatékonysága(kg szárazanyag kg -1 CH 2 O)

34 A zöldtömeg sugárzáskioltása 1. Határfeltételek: függőleges világítás, a vízszintes levelek véletlenszerűen jelennek meg egymástól függetlenül. Nincs levélborítás, a sugárzás 100%-a eléri a talajt. A besugárzott terület 1m 2. Ha egyetlen levél van, akkor a LAI egyetlen levél területét jelenti. A sugárzás talajra érkező hányada: A sugárzás növényre érkező hányada: P t = 1-LAIGC = 1-(1-LAI)

35 A zöldtömeg sugárzáskioltása 2. Két levél esetén az egy levélre jutó levélterület: „n” számú levél esetén az egy levélre jutó levélterület: A sugárzás talajra érkező hányada: A sugárzás növényre érkező hányada: A sugárzás talajra érkező hányada (P t ): A sugárzás növényre érkező hányada (GC):

36 A zöldtömeg sugárzáskioltása 3. Ha a levelek száma nagyon sok: Ha a levelek  szöget zárnak be a szárral:   szár talaj T

37 A növénnyel borított felszín albedójának kiszámítása SALB a talaj, PALB a növény albedója. Kiemelés után: vagy (CERES)

38 Nyílt és zárt növényállományok Mi az elsődleges sugárzáselnyelő közeg? –talaj vagy növény? Zárt állomány, ha a növény. Nyilt állomány, ha a talaj.

39 Zárt növényállomány Ha a LAI > 3. (régi meghatározás). GF < 0.05 ha a direkt sugárzás 5%-nál kisebb valószínűséggel éri el a talajt, a nyílások gyakorisága kisebb, mint 0.05.

40 A zöld levél tulajdonságai elnyelés visszaverődés átbocsátás Forrás: Monteith, 1973

41 Sugárzás a növényállományban GRAD 100% Egy levél tulajdonságai: albedó 0,25 elnyelés 0,50 áteresztés 0,25 Csupasz talajfelszín albedója 0,13 Lombozat: albedó 23,75% elnyelés 47,50% áteresztés 23,75% Talaj: albedó 0,65% elnyelés 4,35% LAI = 3

42 Fény-fotoszintézis kapcsolata ε ALAL CO 2 (kg ha -1 h -1 ) I a (PAR W m -2 ) AmAm

43 A napi szárazanyag-termelés A növényállomány napi bruttó CO 2 asszimilációjának mértéke A növényállomány pillanatnyi bruttó CO 2 asszimilációja

44 A kukorica (Zea mays L.) levélterülete és asszimilációs teljesítménye virágzás után LevélszintLAI Asszimiláta mennyisége szervesanyagban Felső26%40% Középső42%35% Alsó32%25% Forrás: LÁNG G. (1976)

45 Gauss integrálás t h : A kiválasztott időpont(óra) D: Nappalhosszúság(óra) p: Gauss-féle integrálási pontok(-)

46 Napmagasság az óra függvényében  : Napmagasság(fok)  : Deklináció(fok) : Szélességifok(fok) t h : A kiválasztott időpont(óra)

47 A napi bruttó CO 2 asszimiláció A d. Összes bruttó asszimiláció(kg ha -1 nap -1 ) D: Nappalhosszúság(óra) A c : Pillanatnyi bruttó asszimiláció(kg ha -1 óra -1 )

48 CO 2 asszimiláció sebessége burgonyánál (Chapmann)

49 A fotoszintézis függése a fejlődési fázistól

50 A fotoszintézis függése a nappali hőmérséklettől

51 A nappali hőmérséklet (°C)

52 Éjszakai hőmérséklet (°C)

53 Szénhidrát képződés

54 Bruttó napi szénhidrát képződés R d 1 : Bruttó napi szénhidrát képződés (víz stressz nélkül)[kg ha -1 d -1 ] A d 1 : Bruttó napi CO 2 asszimilációs ráta (az alacsony hőmérséklettel korrigálva [kg ha -1 d - 1 ]

55 Transzspiráció R d : Bruttó napi szénhidrát képződés[kg ha -1 d -1 ] R d 1 : Bruttó napi szénhidrát képződés (víz stressz nélkül)[kg ha -1 d -1 ] T a : Tényleges párolgás [mm d -1 ] T p : Potenciális párolgás [mm d -1 ]

56 Önfenntartó légzés R m,r : Önfenntartó légzés 25°C-on (referencia) [kg ha -1 d -1 ] C m,i : A növényi szerv légzési koefficiense [kg ha -1 d -1 ] W i : A növényi szerv szárazanyag-tömege [kg ha -1 ] i: Levelek, raktározó szervek, szár, gyökér

57 Az önfenntartó légzés hőmérséklet függése R m,T : Önfenntartó légzés T °C-on [kg ha -1 d -1 ] R m,r : Önfenntartó légzés 25°C-on (referencia) [kg ha -1 d - 1 ] Q 10 : A légzés relatív növekedése 10 °C-onként T: Napi átlaghőmérséklet[°C] T,r : Referencia hőmérséklet (25 °C)[°C]

58 A növekedési légzés R g : Növekedési légzés [kg ha -1 d -1 ] R d : Napi szénhidrát termelés [kg ha -1 d -1 ] R m,T : Önfenntartó légzés T °C-on [kg ha -1 d -1 ]

59 A szárazanyag szétosztása C e : Az asszimiláták átalakításának hatékonysága az egész növényre [kg kg -1 ] C e,i : A szervek átalakításának hatékonysága [kg kg -1 ] pc i : Az i szerv szétosztási együtthatója [kg kg -1 ] i: Levél (lv), raktározó szervek (so), szár (st) rt: gyökér

60 A LAI és a fényhasznosítás közötti összefüggés

61 A levélszám és LAI közötti összefüggés

62 A tenyészidő és levélterület közötti összefüggés

63 A kukoricacső növekedése

64 Az egy csövön található magok száma (kukorica)

65 A genetikai haladás hatása az egy csövön lévő szemek számára

66 Talaj-növény-atmoszféra modellek

67 Talaj-növény-atmoszféra modellek 1. H. Bossel (Németország) által kifejlesztett, a növényi növekedést a víz és a nitrogén ellátás limitációjára építő dinamikus szimulációs modell. Nyolc növény: búza, kukorica, burgonya, répa, borsó/bab, repce, lucerna (gyep). CERES Modeling plant and soil systems, John Hanks, J. T. Ritchie, Madison, Wisconsin USA Neve: Crop- Environment Resource Syntesis GROPGRO, Jones, szója, földi mogyoró, bab, később Hoogenboom G. foglalta össze egy általános hüvelyes modellbe DAISY soil plant system simulation model WOFOST Hollandia, Wageningen. A validálás Kenyában, Zambiában, Délkelet-Ázsiában és a Fülöp szigeteken folyt. SUCROS HYSWASOR, P. Koorevar és Dirksen, Department of Water Resources Wageningen Agricultural University

68 Talaj-növény-atmoszféra modellek 2. SOIL model, Uppsala (1991, július 2.) Per-Erik Jansson, Department of Soil Sciences, P.O.Box 7014, S Uppsala, Sweden EPIC, széleróziós modell. J. R. Williams és munkatársai (1984) dolgoztak ki, szintén Blackland Kutató Központban, itt is fejlesztik tovább. Döntéstámogató rendszerek: DSSAT Decision Support System for Agrotechnology Tansfer. A CERES és CROPGRO modelleket a 10 évig működő IBSNAT project fogta össze a Hawaii Egyetemen. A rendszer egybefogta a modelleket, közös input, output formátum és adatbázis által, valamint a futások eredményeinek tárolására és grafikai megjelenítésre alkalmas környezetbe helyezte

69 CERES Kezelések, beállítások Input adatok ellenőrzése, induló feltételek Output gyakoriságok beállítása Időjárási adatok Talajhőmérséklet, víz, nitrogén inicializálás Időjárási adatok Talajhőmérséklet számítása Nitrogén átalakulás Vízmérleg számítás Növekedés rutin Fenológiai fázisok Érés, outputok ciklus

70 Növények? Búza Kukorica Árpa Köles Rizs Cirok Szárazbab Borsó (magyar) Szója Földi mogyoró Csicseri borsó Burgonya Cukornád Paradicsom Napraforgó Legelő, rét

71 Input paraméterek A növény genetikai tulajdonságai Időjárási adatok Talajtulajdonságok Agrotechnikai jellemzők

72 WOFOST Időzítő (timer) Időjárás Növény növekedése Vízmérleg

73 Problémák Differenciál egyenletek numerikus közelítései, megoldásai Biológiai folyamatok sztochasztikus leírása Idő- és térbeli lépték (skálahiba) Részfolyamatok egymáshoz kapcsolása Határfeltételek definiálása

74 A 4M modell 1. NEDVESSÉGFORGALOM  evaporáció  transzspiráció  felszíni vízelfolyás  beszivárgás  kapilláris vízemelés 2. NITROGÉNFORGALOM  nitrogénmozgás  mineralizáció  nitrifikáció  denitrifikáció  nitrogénfelvétel 3. NÖVÉNYI FEJLŐDÉS ÉS NÖVEKEDÉS  fenológia  asszimiláció  asszimiláták elosztása  szeneszcencia  biomassza-gyarapodás

75 A 4M modell vázlatos működése


Letölteni ppt "A növényi modell felépítése Sugárzás Tp/Ta Fényhasznosítás Levélterület 3 szint, vegetáció hossza Raktározó szerv (élő) Bruttó potenciális fotoszintézis."

Hasonló előadás


Google Hirdetések