溫度驅(qū)動的溫室甜瓜植株地上部形態(tài)建成模型研究.pdf

1、虛擬植物可以通過以下幾個步驟實(shí)現(xiàn)，植物生長數(shù)據(jù)的實(shí)際測量-建立植物生長模型（依靠作物學(xué)知識和數(shù)學(xué)建模思想）-模型庫的管理（模型庫管理平臺）-模型的可視化的實(shí)現(xiàn)，最后在計算機(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，植物的生長過程計算即植物模型的建立是虛擬植物研究的首要環(huán)節(jié)。溫室作物的生長受多個因素的影響，如溫度、光照、濕度、CO2濃度、品種、營養(yǎng)水平等，累積熱量單位(∑TU)的計算可以克服傳統(tǒng)方法如生長度日(GDD)對超過

2、作物適宜溫度以上部分對生長發(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生長發(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，通過連續(xù)測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)肥處理下對溫室甜瓜地上部器官生長發(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)測了不同基因型甜瓜在不同

3、有機(jī)肥處理條件下生長發(fā)育的特點(diǎn)，為進(jìn)一步的溫室甜瓜虛擬生長的系統(tǒng)的建立奠定了基礎(chǔ)。 建立溫室甜瓜葉片生長過程的模擬模型，是實(shí)現(xiàn)甜瓜葉片虛擬生長的關(guān)鍵。本研究通過連續(xù)觀測獲取不同三個品種和四個不同有機(jī)肥處理下溫室甜瓜不同葉位葉長、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過程的動態(tài)模擬模型。結(jié)果表明：甜瓜葉長、葉寬隨累積熱量單位（∑TU）的動態(tài)伸長規(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)和生長速率均存在顯著差異；利用對數(shù)方程和二次曲線方程描述了葉片定長后的葉長和葉寬隨葉位的動態(tài)變化過程；用二元回歸方程描述了葉面積隨葉長和葉寬伸長的動態(tài)變化過程。另外，以葉片氮素模型描述了不同有機(jī)肥水平對葉片形態(tài)建成過程的定量影響。同時利用獨(dú)立的甜瓜田間試驗(yàn)資料對所建模型進(jìn)行了測試和檢驗(yàn)，最終模擬結(jié)果顯示不同∑TU時刻的葉長、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形態(tài)模型的重要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)甜瓜生長可視化的重要內(nèi)容。通過連續(xù)觀測四個不同水平有機(jī)肥處理下三個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)定時觀測，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)間及葉夾角生長過程的動態(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態(tài)伸長過程；利用對數(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生長發(fā)育周期隨累積熱量單位動態(tài)變化特點(diǎn)。最后，以葉片氮素模型描述了不同有機(jī)肥水平對節(jié)間及葉片夾角形態(tài)建成過程的定量影響。最后利用獨(dú)立的甜瓜田間試驗(yàn)資料對所建模型進(jìn)行了測試和檢驗(yàn)，結(jié)果顯示不同∑TU時刻的節(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)生長形態(tài)模型是構(gòu)建溫室