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現(xiàn)，植物生長數(shù)據(jù)的實際測量-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）-模型的可視化的實現(xiàn)，最后在計算機世界中實現(xiàn)虛擬植物。因此，在實現(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、有機肥處理條件下生長發(fā)育的特點，為進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，綜合分析了甜瓜葉片形態(tài)指標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肥水平下其葉片形態(tài)學(xué)指標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肥水平對葉片形態(tài)建成過程的定量影響。同時利用獨立的甜瓜田間試驗資料對所建模型進行了測試和檢驗，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)間及葉夾角特征進行連續(xù)定點定時觀測，綜合分析了甜瓜節(jié)間及葉片夾角幾何形態(tài)指標在生長發(fā)育進程中的變化規(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。最后，以葉片氮素模型描述了不同有機肥水平對節(jié)間及葉片夾角形態(tài)建成過程的定量影響。最后利用獨立的甜瓜田間試驗資料對所建模型進行了測試和檢驗，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°。 建立溫室甜瓜果實生長形態(tài)模型是構(gòu)建溫室