小麥植株形態(tài)建成的模擬模型研究.pdf

1、小麥植株形態(tài)建成的模擬模型，對實(shí)現(xiàn)小麥生長的可視化表達(dá)具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本研究基于小麥生長發(fā)育規(guī)律，以熱時間為主線，通過連續(xù)觀測不同氮肥水平下不同類型品種小麥地上部器官的形態(tài)特征，綜合研究了不同處理?xiàng)l件下小麥主要器官生長發(fā)育的動力學(xué)過程及其受氮素因子的影響，構(gòu)建了小麥植株主要器官形態(tài)建成的模擬模型，具有較好的解釋性和預(yù)測性，從而為進(jìn)一步建立虛擬小麥生長系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。 本研究以不同氮肥水平下不同類型小麥品種的兩年田間

2、試驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過連續(xù)觀測不同處理?xiàng)l件下小麥主莖和分蘗葉片形態(tài)指標(biāo)(包括葉長和葉形)，綜合分析了小麥葉片形態(tài)指標(biāo)隨生育進(jìn)程和環(huán)境條件的變化規(guī)律，并構(gòu)建了冬小麥葉片生長過程的動態(tài)模擬模型。小麥葉片的伸長過程符合S型曲線，而不同葉位葉片的最終長度符合雙峰曲線，且在不同氮肥處理之間均差異明顯。采用Logistic方程描述了葉片長度的動態(tài)變化過程，用二次曲線和線性方程來定量描述了葉形的動態(tài)變化過程，同時采用葉片氮含量量化了氮素對葉片生長特征的影響

3、。并利用不同小麥品種的田間試驗(yàn)資料對所建模型進(jìn)行了測試和檢驗(yàn)。主莖葉片定長葉長、不同時刻葉長和葉寬預(yù)測值的平均RMSE分別為8.4％、12.3％和8.9％；分蘗葉片的定長葉長、不同時刻葉長和葉寬預(yù)測值的平均RMSE分別為11.5％、11.2％和9.4％。本文基于不同處理?xiàng)l件下小麥主莖和分蘗葉片的葉曲線特征，通過定量分析葉片的受力模式，推導(dǎo)建立了小麥葉曲線方程，并進(jìn)行了影響系數(shù)的參數(shù)化和方程求解。進(jìn)一步利用三維數(shù)字化儀獲得的不同品種小麥拔

4、節(jié)期和孕穗期葉脈空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)對葉曲線方程進(jìn)行了模擬分析，結(jié)果表明葉曲線方程可以合理而可靠地定量描述小麥葉曲線特征的動態(tài)變化規(guī)律。 通過連續(xù)觀測不同處理?xiàng)l件下小麥主莖和分蘗葉片的SPAD，綜合分析了小麥葉片SPAD隨生育進(jìn)程的變化規(guī)律及其與RGB的關(guān)系，并構(gòu)建了基于SPAD的冬小麥葉色變化模擬模型。小麥葉片SPAD隨生育進(jìn)程的變化在生長初期和生長衰老期符合二次曲線的規(guī)律，葉片功能期SPAD保持不變，且在不同氮肥處理之間均差異明顯。

5、采用分段函數(shù)描述了葉片SPAD隨生育進(jìn)程的動態(tài)變化過程，并用線性方程定量描述了葉片SPAD與RGB的定量關(guān)系，同時采用葉片氮含量量化了氮素對SPAD變化規(guī)律的影響。利用不同小麥品種的田間試驗(yàn)資料對所建模型進(jìn)行了測試和檢驗(yàn)，不同時刻主莖和分蘗葉片SPAD預(yù)測值的平均RMSE分別為11.60％和9.03％。 基于不同處理?xiàng)l件下小麥主莖和分蘗葉鞘與莖稈的形態(tài)指標(biāo)(包括長度、粗度和莖葉夾角)，綜合分析了小麥葉鞘和莖稈隨生育進(jìn)程的變化規(guī)律

6、，并構(gòu)建了冬小麥葉鞘及莖稈生長過程的模擬模型。小麥葉鞘長度的變化過程在拔節(jié)前符合對數(shù)方程，拔節(jié)后符合S型曲線。節(jié)間長度的變化過程符合S型曲線，粗度的變化過程符合線性方程。莖葉夾角的變化過程在生長初期符合線性方程，葉片功能期保持不變，衰老期呈現(xiàn)無規(guī)律的變化，且在不同施氮水平之間差異明顯。采用Logistic方程描述了節(jié)間長度的變化過程；用分段函數(shù)描述了葉鞘長度和莖葉夾角的變化過程，用線性方程描述了節(jié)間粗度的變化過程；同時采用葉片氮含量量化

7、了氮素對葉鞘及莖稈生長特征的影響。利用不同小麥品種的田間試驗(yàn)資料對所建模型進(jìn)行了測試和檢驗(yàn)，顯示不同時刻主莖和分蘗葉鞘長度、節(jié)間長度、節(jié)間粗度和莖葉夾角預(yù)測值的平均RMSE分別為8.2％、10.4％、11.2％和13.2％。 基于不同處理?xiàng)l件下小麥主莖和分蘗麥穗的形態(tài)指標(biāo)(包括穗長、穗寬和穗厚)，分析了小麥麥穗形態(tài)指標(biāo)隨生育進(jìn)程和環(huán)境條件的變化規(guī)律，并構(gòu)建了冬小麥麥穗生長過程的動態(tài)模擬模型。小麥麥穗的伸長過程符合S型曲線，而不同

8、蘗位麥穗的最終長度符合二次曲線，且在不同氮肥處理之間均差異明顯。采用Logistic方程描述了麥穗長度的動態(tài)變化過程，用二次曲線和線性方程定量描述了穗形的動態(tài)變化過程，同時采用葉片氮含量量化了氮素對麥穗生長特征的影響。利用不同小麥品種的田間試驗(yàn)資料對所建模型進(jìn)行了測試和檢驗(yàn)，不同時刻麥穗穗長、穗寬和穗厚預(yù)測值的平均RMSE分別為4.3％、8.5％和8.4％。 通過定量分析不同處理下小麥冠層形態(tài)指標(biāo)之間的動態(tài)關(guān)系，構(gòu)建了普適性的冬

9、小麥冠層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型。小麥冠層結(jié)構(gòu)的變化過程符合S型曲線，且在不同施氮水平之間差異明顯?？梢圆捎肔ogistic曲線模擬器官伸長過程，并結(jié)合器官發(fā)育與PHYLL的關(guān)系，確定各器官的初始伸長時間，形成小麥植株冠層生長模型。同時，可以節(jié)間及其著生葉或穗為單位，將小麥植株分解成若干生長單元，來描述小麥植株的冠層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。利用不同小麥品種的田間試驗(yàn)資料對所建模型進(jìn)行了測試和檢驗(yàn)，顯示不同時刻預(yù)測值的平均RMSE為10.2％。表明模型總體上具有較