日光温室芹菜外观形态及干物质积累分配模拟模型

为实现日光温室芹菜外观形态与干物质积累分配预测。该研究依据芹菜(Apium graveolens L.)生长发育的光温反应特性,以‘尤文图斯’为试验品种,利用2年2茬分期播种试验观测数据,依据温室芹菜外观形态生长与关键气象因子(温度和辐射)的关系,以单株辐热积(Photo-ThermalIndex,PTI)为自变量构建了外观形态模拟模型;并建立了基于PTI的干物质分配模拟模型;结合叶面积指数模拟模块、光合作用和呼吸作用模拟模块,构建了干物质积累模拟模型;结合各器官各个发育阶段内的相对含水量,可计算鲜物质积累模拟模型。基于各子模块共同组成了日光温室芹菜外观形态及干物质积累分配模拟模型,确定了模型品种参数,利用独立试验数据对模型进行验证。结果表明,1)在外观形态模拟模型中,对根长、主茎茎粗、主茎茎长、株高、整枝和自然管理方式下叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)形态指标均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为2.46 cm、1.49 mm、6.72 cm、11.08 cm、0.74 m~2/m~2和0.77 m~2/m~2,归一化均方根误差(Normalized Root Mean Square Error,NRMSE)分别在16.63%～20.63%之间。2)在干物质分配模拟模型中,各器官的干物质分配指数NRMSE在8.24%～27.19%之间,RMSE在0.60%～7.01%之间。3)在干物质积累模拟模型中,不同器官(根、茎、叶、总茎、总叶、主茎、叶柄、整枝和自然管理方式下地上部)的干物质质量RMSE在3.85～85.80 g/m~2之间,NRMSE分别为14.21%～23.13%之间,说明干物质积累模拟模型对不同器官的干物质模拟均有较高的模拟效果。表明模型能够较准确模拟芹菜外观形态与干物质积累分配,系统化定量地表现出日光温室芹菜的生长动态过程。     

冬小麦植株生长的形态构造模型研究

植物的结构与其生理功能关系密切。考虑植物经历的平均气候条件，在生长单元周期的水平上，建立了无水肥胁迫环境中冬小麦生长的形态构造模型，模拟了小麦地上植株拓扑结构的生成、鲜物质的生产和分配过程；根据实验数据估算模型的参数，模拟出了冬小麦在不同生长阶段的结构。该模型经完善后可用于指导农业生产。     

番茄形态结构模型参数的多目标拟合估算方法研究

对番茄生长模型参数进行准确估算是模型得以验证和面向应用的前提条件。基于番茄拓扑结构，采用非线性最小二乘优化方法，通过对植株形态数据的多目标拟合，实现模型参数的最优估计和校准。非线性最小二乘法的权值根据目标数据自动调整，使得不同量纲和不同数值范围的观测数据可以在同一水平上进行，提高了计算的精度和稳定性；另一方面用差商近似代替导数加快了算法的收敛速度。通过应用拟合优度检验，得出模型输出对观测值的拟合程度较好，说明模型合理，参数可靠。实践表明该估算方法是对模型进行验证的一个行之有效的方法。     

整株干物质量分配指数模型模拟冬小麦各器官形态参数

作物生长机理模型可以定量描述作物生长发育及其与环境因子的动态关系,具有通用性、动态性和预测性的特点,但基于生长机理模型模拟结果的作物虚拟技术与方法尚缺乏研究。针对基于生理过程的小麦功能模型与三维结构模型之间不能很好衔接的问题,该文开展越冬期后不同小麦品种的主茎干物质量在不同器官之间的分配研究,以有效积温和干物质量为连接纽带,构建小麦叶片、叶鞘、茎秆、穗各器官的几何特征模拟模型,并用独立数据进行了验证。结果显示:穗干物质量分配指数模拟效果最好,RRMSE值和EF值分别为6.58%和0.98;叶片、叶鞘和茎秆的分配指数模拟效果较好,RRMSE值分别为13.86%、10.83%和14.87%,EF值分别为0.98、0.97和0.91。麦穗形态参数模型和叶鞘长度模型具有非常好的模拟性能;叶片长度和最大叶宽模型、茎秆长度和直径模型具有较好的模拟性能;叶鞘形态参数模型对于叶鞘展开宽度的模拟效果一般,需要在后续研究中对拟合方程和模型参数进一步修正。该系列模型以干物质量为参数输入,能够生成小麦主茎三维形态模拟所需的各器官逐日几何特征参数,参数反映了品种特性、生长环境及气象因素对作物生长的影响,是一种实现小麦功能模型与结构模型实际结合的有效方法。     

不同年份地下水位大麦参数模型与产量动态模拟

本文研究了不同地下水位下大麦生长期叶面积指数、地上部各营养器官、储藏器官、总生物量干重的变化动态,植株各器官的干物质积累量和分配率,不同时期植株各器官的氮素含量和可溶性糖含量的变化动态;运用模型对大麦各器官干物质重及产量动态进行了模拟,并对模拟结果与实测结果进行了相关性分析,最后对大麦产量进行了模拟,结果得到各个不同年份不同地下水位处理大麦的产量与降水量之间存在着比较明显的负相关。     

北方水稻动态水分生产函数研究

研究采用蒸渗仪和盆栽相结合的方法，在分析水稻干物质生长规律的基础上，提出了干物质随时间累计的数学模型和干物质累计量与籽粒产量之间关系的数学模型，在此基础上，参考前人旱作物动态产量模型，构造了水分亏缺影响函数，对分阶段线性函数、指数乘子式函数和三次式函数进行参数拟合，提出了水稻动态产量数学模型，求出了沈阳地区水稻水分生产函数动态产量模型参数，并利用1999年实测资料对模型进行了检验和灵敏度分析。     

玉米生育综合动力模拟模式研究Ⅱ.玉米发育子模式

提出的玉米发育子模式,由发育期动态模型、发育动态参数确定模型、叶龄动态模型和器官形成模型四部分组成。模式中考虑了前期的土温、土壤湿度和整个生长季内的气温３个环境因子,可以模拟出玉米出苗速度、发育速度、发育进程、叶龄指数以及各器官的发育特征等。模式还给出了发育动态参数确定方法,并讨论了参数的生物学意义。最后利用４年发育期观测资料确定了３个品种的发育参数,并对模式进行了检验,结果很好。     

涝渍胁迫条件下Morgan模型的试验研究

涝渍胁迫条件下的作物水分生产函数对于正确评估减灾效益,合理制定涝渍灾害治理对策具有重要现实意义。作物水分生产函数按照模型形式可分为动态模型与静态模型,其中动态模型能模拟作物生长过程,具备一定的作物生理学基础,但鲜有见到关于涝渍胁迫条件下动态模型的研究。该文以水分亏缺条件下的作物水分生产函数动态模型(Morgan模型)为基础,通过利用涝渍指标进行转换,建立了适用于涝渍胁迫条件下的动态产量模型。该模型选用的指标包括常用的空间划分型涝渍分离指标(累积超标准地下水深SEW30、地面累积淹水深度SFW)与涝渍综合指标SFEW30,并为了克服前者在计算过程中涝害指标权重偏小的问题,引入时间划分型涝渍分离指标(累积超标准地下水深SEW30、受涝期间涝渍综合指标SWFDH)。根据连续多年的棉花涝渍胁迫试验数据对模型进行参数率定与验证,结果表明该模型预测效果良好,并推荐优先使用涝渍综合指标SFEW30。同静态模型相比,该模型参数在年际之间也表现出更好的稳定性。     

基于模型的可视化水稻生长系统的构建与实现

在气象因子、土壤条件、品种参数和栽培措施等基础数据的支持下,通过耦合水稻生长模拟模型、形态结构建成模型和虚拟显示模型及策略分析评价模型、气象资料生成模型、品种参数调试模型,利用计算机软构件技术和动态图形技术,建立了基于模型的可视化水稻生长系统。系统在.NET平台上运用C#语言进行开发,接入OpenGL作图工具,初步实现了不同生态环境、品种类型、生产技术条件下水稻生长的动态模拟和逼真显示,具有数据管理、生长模拟、方案评估、因苗预测、时空分析、系统帮助等功能。研究结果将有助于提升农作生长系统表达的数字化和可视化水平,为虚拟农业的发展奠定基础。     

温室蝴蝶兰干物质分配及产品上市期模拟研究

为对温室蝴蝶兰生育过程的基本规律和量化关系有一个清楚的理解和认识,并对其生长系统的动态行为进行预测,从而辅助进行对蝴蝶兰生长和生产系统的适时合理调控,本研究根据温室蝴蝶兰器官生长与温度和辐射的关系,建立了基于分配指数的温室蝴蝶兰干物质分配及产品上市期的模拟模型,并利用试验资料对模型进行了检验。模拟系统是采用C Builder6.0为编程语言,在Pentium(R)4 CPU、512 MB内存计算机、中文Windows XP操作平台上开发的可执行模型系统。研究结果表明,模型对地上部分干重、根干重、茎干重、叶干重、花梗和花干重的模拟结果与实测值均符合较好,模拟结果与实测值之间的拟合度值分别为0.99、0.99、0.94、0.98、0.97和0.99(均为0.01水平显著相关),预测相对误差分别为1.19%、1.79%、5.66%、1.22%、2.90%和1.53%。与已有的温室作物生长模型相比,本研究建立的模型预测精度较高、功能全面,且模型参数易获取,具有较强实用性。模型能够预测温室蝴蝶兰干物质分配及产品上市期,从而为温室蝴蝶兰生产管理和环境调控的优化提供决策支持。     

小麦根系长度的估算方法与参数分析

构建小麦根系伸长过程的动态模型,并对模型参数进行定量分析,可为植株形态建成模拟和可视化显示提供关键技术。根据根系生长发育的基本结构单元,利用根系与地上部叶片生长之间的同伸关系,以生长度日为时间尺度,建立了小麦初生根、节根与分枝根发生过程的模型;通过计算不同类型根系的生理年龄,建立了不同类型根系发育阶段预测模型;以线性方程为基础,建立了不同类型根的伸长过程模型,并实现了对总根长变化过程的动态模拟。利用独立的试验资料对所建模型进行了检验,结果显示模型对小麦总根长和主轴数量的模拟值与观测值的均方根差分别为370.68 cm和1.27个,相对误差分别为0.27和0.16;对模型参数的灵敏性分析表明,模拟结果对参数变化的响应比较适中,可以较好地反映小麦根系长度和拓扑结构的动态变化过程。     

玉米生育综合动力模拟模式研究：Ⅱ.玉米发育子模式

提出的玉米发育子模式,由发育期动态模型,发育动态参数确定模型,叶龄动态模型和器官形成模型四部分组成,模式中考虑了前期的土温,土壤湿度和整个生长季内的气温３个环境因子,可以模拟出玉米出苗速度,发育速度,发育进程,叶龄指数以及各器官的发育特征等。最后利用４年发育观测资料确定了３个品种的发育参数,并对模式进行了检验,结果很好。     

ORYZA2000模型与水稻群体茎蘖动态模型的耦合

以水稻群体茎蘖动态模拟为例,采用单向耦合方法,将ORYZA2000模型模拟的逐日发育进程和生物量作为水稻群体茎蘖动态模型的输入,驱动茎蘖动态模型模拟,尝试将水稻群体茎蘖动态模型引入ORYZA2000模型中,作为该模型的子模块以扩展ORYZA2000模型对茎蘖动态、籽粒灌浆动态和叶龄动态等水稻生长要素模拟的功能。为检验耦合模型（ORY-TIL）,选用2012年杂交籼稻两优培九和扬稻6号5个播期的大田观测数据,在两模型参数定标的基础上,模拟2个播期水稻群体茎蘖动态,并对模拟结果进行误差分析。结果显示,ORY-TIL模型能较好模拟水稻发育速率、地上部总生物量和群体茎蘖动态,各项模拟值与实测值的相关系数均达0.95以上,且通过0.01水平显著性检验;扬稻6号和两优培九群体茎蘖密度模拟值与实测值的均方根误差分别为24.3条?m-2和34.9条?m-2,误差主要出现在茎蘖消亡阶段。总体来看,ORY-TIL模型具有较好模拟性能,提出的耦合方法对扩展水稻生长模型具有一定参考价值。     

棉花动态模拟模型研究进展

该文对棉花生理生态模型、棉花形态结构模型以及棉花结构功能模型的研究动态进行了综述，提出将形态结构和生理生态过程紧密结合的棉花结构功能模型的研究应是今后棉花模拟研究的重点，指出了目前生理生态模型和结构模型结合遇到的关键理论和技术问题：未能实现冠层微环境的精确模拟；物质分配和植株结构的结合研究还处于初步阶段；地上部分和根系耦合模拟还未实现。最后对该领域今后的研究趋势和内容进行了探讨：应基于形态结构模型进行冠层微环境的精确模拟；地上部分的物质分配可基于源－汇模型；地上部分和根系进行耦合模拟时，可将地上部分看作是“源”，根据根系各部分的“汇强”模拟物质分配和根的生长。     

温室黄瓜干物质分配与产量预测模拟模型初步研究

依据温室黄瓜(Cucumis sativus)器官生长与温度和辐射的关系，建立了基于分配指数和采收指数的温室黄瓜干物质分配与产量预测模拟模型，并利用不同品种和基质的试验资料对模型进行了检验。结果表明，模型对黄瓜地上部分干重、根干重、茎干重、叶干重、果实干重的预测结果与1∶1直线之间的R²分别为0.98，0.73，0.83，0.92，0.94；RMSE分别为232，6.8，157.6，173.9，196.8 kg/hm²。模型对黄瓜产量的预测结果与1∶1直线之间的R²为0.80，RMSE为7526.4 kg/hm²。本模型对不同基质、品种的黄瓜干物质分配和产量的预测值与实测值符合度均较高，说明本模型的普适性较好。模型不仅能较好地预测中国现有生产水平下温室黄瓜的干物质分配及产量，而且可以为实现中国温室黄瓜生产环境优化调控和模式化栽培管理提供决策支持。     

基于生长模型的玉米三维可视化研究

为了实现对玉米形态结构的定量化和可视化描述，提出了基于生长模型的玉米形态模拟及三维可视化的技术框架。通过资料收集和田间观测研究，构建了可描述不同玉米品种叶片、叶鞘和节间等器官的主要形态结构参数随叶序变化的形态知识模型。在玉米生长模型框架内，整合玉米形态知识模型和基于形态特征参数的器官几何模型，使玉米生长模型可输出玉米拓扑结构和各器官的形态特征参数，实现了对玉米形态建成过程的定量化模拟，并进一步驱动几何模型进行玉米植株和冠层的三维重建。根据上述“生长模型-形态模型-数学模型-显示模型”的思路，模拟了玉米“农大108”的三维形态建成过程及冠层的三维形态，具有较强的真实感，为玉米形态结构研究提供了新的思路和手段。     

作物单产估算模型研究进展与展望

作物单产估算是服务现代农业的一项重要内容,也是农业监测的难点之一,及时准确的产量模拟对国家农业决策、农田生产管理、粮食仓储安全等都有重要意义。利用模型对作物生长发育和产量形成过程进行动态模拟是当前产量估算的主流方式。本文通过对比当前主流模型构建的理论基础,将估产模型分为经验统计模型、作物生长模型、光能利用率模型和耦合模型4种类型,并对比分析4种模型的优缺点,得到了各个模型的优势和不足。同时分别分析了遥感技术在4种估产模型中的应用,对模型中遥感数据的使用方法、限制因素、解决办法等进行了总结,并分析了遥感技术在作物估产模型方面使用的优势、不足和应用前景。分析了模型发展过程中存在的问题和限制因素,最后对模型的研究热点和发展趋势进行了展望,总结了遥感数据的使用方法、不同模型的耦合、现有模型的优选3个作物估产模型研究需要重点关注的方向。     

内蒙古草甸草原羊草生长的动态模拟模型

依据作物生长模拟的理论，结合天然牧草的生长特性，建立了呼伦贝尔盟草甸草原羊草种群生长和产量形成的动态模拟模型。该模型包括３个子模型：（１）光合作用与呼吸作用，（２）同化物分配，（３）叶面积动态。利用实测资料对该模型进行的验证表明，该模型可以较好地模拟羊草种群地上生物量的时间动态规律，比较客观地反映气象条件对牧草生长和产量形成的影响。     

基于L系统虚拟植物生长模型的研究

器官是植物形态构建的关键因子。本文从虚拟植物生长工作基本原理,并从基于L系统技术来虚拟植物的生长出发,针对植物形态结构的复杂,虚拟植物生长的各器官之间存在着很强的交互性和协调性,及目前虚拟植物模型构建方法可能带来的非结构化等问题,提出了利用L系统构建虚拟植物模型的技术,结合油菜生长的具体实际,虚拟植物的生长;最后对虚拟植物各个器官之间的关系和不同环境的适用性等方面进行了展望。     

内蒙古草甸原羊草生长的动态模拟模型

依据作物生长模拟的理论，结合天然牧草的生长特性，建立了呼伦贝尔盟草甸草原羊草种群生长和产量形成的动态模拟模型。该模型包括３个子模型。（１）光合作用与呼吸作用，（２）同化物分配，（３）叶面积动态。利用实测资料对该模型进行的验证表明，该模型可以较好地模拟羊草种群地上生物量的时间动态规律，比较客观地反映气象条件对牧草生长和产量形成的影响。