溫度驅(qū)動(dòng)的溫室甜瓜植株地上部形態(tài)建成模型研究.pdf

1、虛擬植物可以通過(guò)以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)，植物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)際測(cè)量-建立植物生長(zhǎng)模型（依靠作物學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)建模思想）-模型庫(kù)的管理（模型庫(kù)管理平臺(tái)）-模型的可視化的實(shí)現(xiàn)，最后在計(jì)算機(jī)世界中實(shí)現(xiàn)虛擬植物。因此，在實(shí)現(xiàn)植物的可視化仿真模型中，植物的生長(zhǎng)過(guò)程計(jì)算即植物模型的建立是虛擬植物研究的首要環(huán)節(jié)。溫室作物的生長(zhǎng)受多個(gè)因素的影響，如溫度、光照、濕度、CO2濃度、品種、營(yíng)養(yǎng)水平等，累積熱量單位(∑TU)的計(jì)算可以克服傳統(tǒng)方法如生長(zhǎng)度日(GDD)對(duì)超過(guò)

2、作物適宜溫度以上部分對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育的作用難以描述的弊端；根據(jù)不同基因型的甜瓜整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育周期的需要的熱量是一定的，本研究基于溫室甜瓜生長(zhǎng)的生物學(xué)規(guī)律并考慮模型建立的穩(wěn)定性，以累積熱量單位為模型驅(qū)動(dòng)，通過(guò)連續(xù)測(cè)量不同品種和不同有機(jī)肥處理下溫室甜瓜地上部器官的形態(tài)特征，綜合研究分析了不同品種和有機(jī)肥處理下對(duì)溫室甜瓜地上部器官生長(zhǎng)發(fā)育的影響，借助數(shù)學(xué)建模方法構(gòu)建了溫室甜瓜地上部各器官建成的形態(tài)結(jié)構(gòu)模擬模型，并很好的解釋和預(yù)測(cè)了不同基因型甜瓜在不同

3、有機(jī)肥處理?xiàng)l件下生長(zhǎng)發(fā)育的特點(diǎn)，為進(jìn)一步的溫室甜瓜虛擬生長(zhǎng)的系統(tǒng)的建立奠定了基礎(chǔ)。 建立溫室甜瓜葉片生長(zhǎng)過(guò)程的模擬模型，是實(shí)現(xiàn)甜瓜葉片虛擬生長(zhǎng)的關(guān)鍵。本研究通過(guò)連續(xù)觀測(cè)獲取不同三個(gè)品種和四個(gè)不同有機(jī)肥處理下溫室甜瓜不同葉位葉長(zhǎng)、葉寬和葉面積等形態(tài)指標(biāo)，綜合分析了甜瓜葉片形態(tài)指標(biāo)隨累積熱量單位的變化規(guī)律，由此構(gòu)建了溫室甜瓜葉片生長(zhǎng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬模型。結(jié)果表明：甜瓜葉長(zhǎng)、葉寬隨累積熱量單位（∑TU）的動(dòng)態(tài)伸長(zhǎng)規(guī)律符合Logistic

4、方程，不同基因型甜瓜品種在不同的有機(jī)肥水平下其葉片形態(tài)學(xué)指標(biāo)和生長(zhǎng)速率均存在顯著差異；利用對(duì)數(shù)方程和二次曲線方程描述了葉片定長(zhǎng)后的葉長(zhǎng)和葉寬隨葉位的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程；用二元回歸方程描述了葉面積隨葉長(zhǎng)和葉寬伸長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。另外，以葉片氮素模型描述了不同有機(jī)肥水平對(duì)葉片形態(tài)建成過(guò)程的定量影響。同時(shí)利用獨(dú)立的甜瓜田間試驗(yàn)資料對(duì)所建模型進(jìn)行了測(cè)試和檢驗(yàn)，最終模擬結(jié)果顯示不同∑TU時(shí)刻的葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積的均方根差均值分別為0.54 cm、1.1

5、9 cm、0.44 cm2。 溫室甜瓜節(jié)間及葉片夾角模擬模型，是建立甜瓜莖蔓生長(zhǎng)形態(tài)模型的重要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)甜瓜生長(zhǎng)可視化的重要內(nèi)容。通過(guò)連續(xù)觀測(cè)四個(gè)不同水平有機(jī)肥處理下三個(gè)不同基因型的甜瓜不同節(jié)位節(jié)間及葉夾角特征進(jìn)行連續(xù)定點(diǎn)定時(shí)觀測(cè)，綜合分析了甜瓜節(jié)間及葉片夾角幾何形態(tài)指標(biāo)在生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程中的變化規(guī)律，由此構(gòu)建了甜瓜節(jié)間及葉夾角生長(zhǎng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬模型。結(jié)果表明：不同基因型甜瓜在不同的有機(jī)肥水平下其節(jié)間和葉片夾角差異顯著，模型

6、用Logistic方程模擬了甜瓜節(jié)間隨累積熱量單位的動(dòng)態(tài)伸長(zhǎng)過(guò)程；利用對(duì)數(shù)方程、二次曲線方程、線性方程三段函數(shù)描述了葉片夾角在整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育周期隨累積熱量單位動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)。最后，以葉片氮素模型描述了不同有機(jī)肥水平對(duì)節(jié)間及葉片夾角形態(tài)建成過(guò)程的定量影響。最后利用獨(dú)立的甜瓜田間試驗(yàn)資料對(duì)所建模型進(jìn)行了測(cè)試和檢驗(yàn)，結(jié)果顯示不同∑TU時(shí)刻的節(jié)間、葉片夾角均方根差均值分別為0.21 cm、4.34°。 建立溫室甜瓜果實(shí)生長(zhǎng)形態(tài)模型是構(gòu)建溫室