A növényi modell felépítése

1. A növényi modell felépítése Fényhasznosítás Levélterület 3 szint, vegetáció hossza Sugárzás Bruttó potenciális fotoszintézis Tp/Ta Légzés önfenntartó Légzés Aktuális bruttó fotoszintézis növekedéshez Növekedés (szárazanyag) Gyökér (élő) holt Elosztás Levél (élő) Szár (élő) Raktározó szerv (élő) holt 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) Növekedés Fejlődés Tömeg Kiterjedéses (térfogat, LAI) Fázisos (fiziológia) Morfológiai Fő környezeti tényező Napsugárzás (energia) Hőmérséklet Hőmérséklet, Fotoperiódus Hőmérséklet A fajták változékonysága Alacsony Alacsony Magas Alacsony Víz stressz Alacsony légzés Mérsékelt levélfonnyadás és sodródás Magas a vegetatív, alacsony a szemtelítődés stádiumában Csekély késés a vegetatív stádiumban Alacsony szár/törzs, több mellékhajtás és ág Nitrogén stressz Alacsony Magas Alacsony Alacsony szár/törzs, több mellékhajtás és ág 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 • Q10 : tíz fok hőmérséklet emelkedés mennyivel gyorsítja a fejlődést?

11. A hőidő fogalma Mértékegysége: oCnap Ta: a levegő napi átlagos hőmérséklete Tb: 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. ISTAGE=7 START OLVASÁS AZ IDŐJÁRÁS FÁJLBÓL SUMDTT SZÁMÍTÁSA SUMDTT SZÁMÍTÁSA SUMDTT SZÁMÍTÁSA SUMDTT SZÁMÍTÁSA SUMDTT SZÁMÍTÁSA IGEN VÉGE A FÁJLNAK? STOP NEM SIND SZÁMÍTÁSA SUMDTT SZÁMÍTÁSA ISTAGE = 7 SUMDTT >P3? SUMDTT >170? VETÉS NAPJA? SUMDTT >0,95xP5? SUMDTT>P5? SIND>1.0? SUMDTT >P1? SUMDTT >45? IGEN ISTAGE ÉRTÉKE? ISTAGE = 8 ISTAGE = 9 NEM ISTAGE = 1 ISTAGE = 2 ISTAGE = 7 CUMDTT=0 ISTAGE = 6 ISTAGE = 5 ISTAGE = 3 ISTAGE = 4 TLNO ÉS P3 SZÁMÍTÁSA SUMDTT=0 SUMDTT=0 A kukorica fejlődés modellezése

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 CH2O ha-1 nap-1) Rm: Önfenntartó légzés sebessége (kg CH2O ha-1 nap-1) Ce: Asszimiláták átalakításának hatékonysága (kg szárazanyag kg-1 CH2O)

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 1m2. Ha egyetlen levél van, akkor a LAI egyetlen levél területét jelenti. A sugárzás talajra érkező hányada: A sugárzás növényre érkező hányada: Pt = 1-LAI GC = 1-(1-LAI)

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

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

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 átbocsátás elnyelés visszaverődés Forrás: Monteith, 1973

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

42. Am CO2 (kg ha-1 h-1) AL ε Ia (PAR W m-2) Fény-fotoszintézis kapcsolata

43. A napi szárazanyag-termelés • A növényállomány napi bruttó CO2 asszimilációjának mértéke • A növényállomány pillanatnyi bruttó CO2 asszimilációja

44. A kukorica (Zea mays L.) levélterülete és asszimilációs teljesítménye virágzás után Forrás: LÁNG G. (1976)

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

46. Napmagasság az óra függvényében : Napmagasság (fok) : Deklináció (fok) : Szélességifok (fok) th : A kiválasztott időpont (óra)

47. A napi bruttó CO2 asszimiláció Ad . Összes bruttó asszimiláció (kg ha-1 nap-1) D : Nappalhosszúság (óra) Ac : Pillanatnyi bruttó asszimiláció (kg ha-1 óra-1)

48. CO2 asszimiláció sebessége burgonyánál (Chapmann)

49. A fotoszintézis függése a fejlődési fázistól

50. A fotoszintézis függése a nappali hőmérséklettől