基于生物量的水稻地上部植株形態(tài)結(jié)構(gòu)模型及可視化研究.pdf

1、虛擬作物是對作物在三維空間中的形態(tài)結(jié)構(gòu)與生長過程的計算機(jī)仿真，是植物學(xué)家進(jìn)行模擬研究的重要工具。它是計算機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的一個方面，也是作物栽培、作物生理生態(tài)和作物育種研究的一個新方向。虛擬作物可促進(jìn)人們對作物生長過程的理解和感知，為分析作物結(jié)構(gòu)功能關(guān)系、設(shè)計理想株型以及調(diào)控生長模式等提供技術(shù)支撐。本研究運用系統(tǒng)分析方法，結(jié)合水稻生長模型相關(guān)輸出，基于生物量構(gòu)建了水稻器官結(jié)構(gòu)形態(tài)模型，以期為作物生長模型與形態(tài)結(jié)構(gòu)模型的結(jié)合及功能結(jié)構(gòu)水

2、稻模型研究奠定基礎(chǔ)。 在2007年和2008年江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院部試驗田試驗觀測的基礎(chǔ)上，分析了四個品種水稻葉片葉角動態(tài)變化規(guī)律、葉長與葉寬關(guān)系以及主莖與分蘗同伸葉片的長度關(guān)系、比葉重隨葉位變化規(guī)律。結(jié)果表明：葉角隨葉齡發(fā)育可分四個變化階段；葉長與葉寬的關(guān)系可用冪指數(shù)函數(shù)描述；比葉重隨葉位變化可用二次曲線擬合。結(jié)合水稻葉片比葉重(Specific leaf weight，SLW)，構(gòu)建了預(yù)測水稻葉片幾何參數(shù)(葉長、葉寬)的動態(tài)模

3、型。實測資料對橫型的檢驗表明，葉長、葉寬的實測值與模擬值的根均方差(Root Mean Square Error，RMSE)分別為2.55cm和0.06cm，葉片幾何屬性模型可較好地模擬不同環(huán)境條件下水稻不同葉位葉片的幾何屬性。 同時，本文分析了水稻莖稈節(jié)間長度隨節(jié)位變化以及葉鞘隨葉位的變化規(guī)律，探討了主莖與分蘗莖稈長的關(guān)系。結(jié)果表明，相對節(jié)間長度隨伸長節(jié)間的變化規(guī)律可用冪指數(shù)方程描述，葉鞘長隨葉位可用線性方程擬合。結(jié)合生長模型

4、輸出的生物量，構(gòu)建了葉鞘、節(jié)間的形態(tài)建成模型，并利用試驗資料對模型進(jìn)行了可靠性檢驗，葉鞘、節(jié)間的實測值與模擬值的根均方差(RMSE)分別為1.82cm和3.35cm，模型預(yù)測效果較好。 此外，在連續(xù)觀察不同品種、不同氮肥和密度條件下水稻穗結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對水稻穗結(jié)構(gòu)的特征進(jìn)行了定量分析及參數(shù)化處理。結(jié)果表明；一次枝梗長與穗長之比隨穗軸節(jié)位呈二次函數(shù)變化，不同品種類型之間的參數(shù)變異較大；一次枝梗上的二次枝梗數(shù)與一次枝梗長度呈線性變化