水稻叶片几何参数无损测量方法研究

【目的】提出实现自然生长状态下的水稻叶片几何形态参数视觉无损测量,为实时监控水稻的生长状况提供准确的数据,也为农学研究者提供新的技术手段。【方法】类似曲线长度细线测量方法,在叶脉上通过手势交互绘制确定一组控制点,插值生成过控制点的3次B样条曲线,调整控制点使得B样条曲线逼近叶脉方式实现水稻叶片长度测量。在叶片最大叶宽处绘制1次B样条曲线实现水稻叶片最大叶宽测量。采用基于4个方向模板运算的距离变换算法对茎叶夹角图像进行骨架信息提取,并利用Hough变换对提取的骨架信息进行直线检测实现茎叶夹角计算。应用BP神经网络、支持向量机回归和随机森林回归算法对样本数据进行训练,以水稻叶片长度、叶片最大宽度作为输入变量对水稻叶面积进行估测。【结果】B样条曲线逼近方式计算的水稻叶长的平均绝对误差和平均相对误差分别为0.523 3 cm和2.33%,叶宽的平均绝对误差和平均相对误差分别为0.055 2 cm和6.66%。Hough变换计算的茎叶夹角平均绝对误差和平均相对误差分别为1.27°和2.46%;通过对金优458和中早35两个不同品种结果对比,相较于其他模型,发现BP神经网络模型对叶面积估测结果的均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差分均为最低,其中JY458品种的均方根误差、平均绝对误差及平均相对误差分别为1.189 2 cm2、1.061 cm2和4.95%,ZZ35品种的均方根误差、平均绝对误差及平均相对误差分别为1.143 1 cm2、0.959 5 cm2和4.85%。【结论】从图像采集到测量操作过程都不与被测叶片器官进行接触,真正意义上实现了对水稻叶片几何形态参数的无损测量,且操作便捷,测量精度高,误差小,完全能够满足农学研究的需求,为其他植物器官的几何形态参数无损测量提供了一种新的普适方法。     

不同品种和氮肥条件下水稻根系主要几何参数动态量化

目的建立基于生物量的水稻根系主要几何参数动态模型,为水稻功能-结构模型的研究奠定基础。方法于2008和2009年设置3个品种[两优108(V1,杂籼)、86优8(V2,杂粳)和南粳43(V3,常规粳稻)]和2个氮肥水平盆栽试验获取根系形态及根干重等指标,采用SPSSv13.0与Excel2007处理试验数据,RMSE检验模型。结果利用2008年观测资料,通过分析不同品种与施肥处理下水稻单株总根长及根直径与生物量间的定量关系,建立了基于生物量的水稻单株总根长动态模型;根据立体几何原理,构建了基于生物量的水稻总根体积与总根表面积动态模型。经2009年独立试验资料检验,单株总根长、总根体积及总根表面积的实测值与模拟值的RMSE分别为490.660cm/plant、131.859cm2/plant和2.532cm3/plant,说明模型拟合度较好。结论所建水稻根系主要几何参数模型具有一定机理性、解释性和通用性,对水稻功能-结构模型研究及水稻可视化奠定了基础。     

基于多段式等比例点的水稻叶片几何模型研究与三维实现

在试验观测的基础上,通过对水稻叶片在不同时期、等比例截断点的叶长与叶宽之间定量关系的分析,利用一条二维曲线与多段3阶B样条联合曲线共同构建水稻叶片几何模型,以便更准确地模拟出水稻叶片的虚拟生长.实践证明:该方法能够较为准确地根据叶长、叶宽、叶形等参数模拟水稻生长叶片,且与生产中水稻叶特征变化相一致.利用水稻叶片在各时期的空间坐标试验数据对叶曲线方程进行模拟分析,结果表明基于多段式等比例点的叶曲线方程可以更加准确、可靠地表现水稻叶曲线特征.     

水稻叶片反射率模拟

利用1999年实测的水稻叶片生物化学组份,通过PROSPECT 模型,建立水稻叶片反射率模拟模型,对不同生育期的水稻叶片光谱进行模拟,其反射率的实测值与模拟值的相关系数大于99.5%,均方根误差RMSE值小于0.0212.     

基于叶片反射光谱和叶绿素荧光估测水稻叶片含水量

水稻冠层叶片含水量(leaf water content, LWC)快速无损监测对指导稻田精准灌溉和提高水稻水分利用效率具有重要意义。试验设置3个不同水分处理(传统淹灌、轻度干湿交替-15 kPa、重度干湿交替-30 kPa),于水分敏感期(抽穗-灌浆期)动态监测顶1叶(L₁)、顶2叶(L₂)和顶3叶(L₃)的光谱数据和叶绿素荧光参数,通过全光谱波段筛选出水分敏感波段,建立新型植被指数,结合叶绿素荧光参数,以期建立基于叶位组合的水稻冠层LWC精准监测模型。结果表明：水稻叶片水分敏感波段在近红外波段(1 000～1 400 nm),所构建新型植被指数NDSII₍(1114,1387))较传统植被指数能更好地监测LWC;通过筛选与LWC有高相关性的荧光参数,基于实际光量子产量Y(Ⅱ)和植被指数NDSII₍(1114,1387))的耦合监测模型较单一植被指数NDSII₍(1114,1387))模型精度提高71.807%～83.976%。与单叶相比,L_2...     

基于B样条曲线的水稻叶片几何参数测量系统

基于B样条曲线的水稻叶片几何参数测量系统能无损、精确获取水稻叶片几何参数,可为农学研究提供精准数据。该研究分析了B样条曲线拟合基本原理,采用1次B样条曲线获取水稻最大叶宽,基于3次B样条曲线交互绘制手势轨迹曲线逼近叶脉获取水稻叶长,控制点数量和位置可人工干预,实现轨迹曲线实时调整。运用变异系数和均方根误差评价测量结果,结果显示,叶长变异系数为2.4%,叶宽变异系数为5.4%,均小于15%,测量结果精度较高;建立系统预测值和实测值线性回归拟合模型,水稻叶长均方根误差为1.534 0 cm,叶宽均方根误差为0.101 9 cm,系统预测能力较好。利用B样条曲线测量叶片几何参数,前期图像获取简便,能够真正实现便捷、无损、准确获取水稻叶长、叶宽,为水稻叶片几何参数的测定提供了一种新的测量方法,可满足农业科学研究基本需要。     

苹果叶片生长模拟模型的建立

以有效积温为自变量,以叶片面积、叶片日龄和叶片数量为依变量建立苹果叶片生长模型。该模型包含有效积温子模型、单叶面积子模型、单枝叶面积子模型、单枝叶片日龄子模型、单枝叶片数量子模型和单树叶片生长子模型。通过D e lph i程序将各子模型联接,逐日计算单树叶片总面积、单树叶片日龄和单树叶片总数量。对田间实测数据与模型模拟数据进行相关性分析,以检验模型的准确度。结果表明,相关系数分别为0.997,0.972和0.974,说明该模型结构合理并具有较高的准确度。     

水稻叶片营养的光谱诊断研究

通过测定不同氮肥水平下2个水稻品种的叶片营养数据和光谱数据,分析了遥感参量与叶片营养参数间的相关性.结果表明:在400～1 250 nm波段,叶片光谱反射率与SPAD、CHL呈显著负相关;在720～1 000 nm和1 450～1 500 nm波段,叶片光谱透射率与LWC间呈显著正相关;在400 ～ 650 nm波段,叶片光谱吸收率与CHL、SPAD和CAR呈显著正相关;分别构建了以NDVI、NDWI、GreenNDVI和NRI为自变量、叶片营养为因变量的光谱诊断模型,经检验,模型预测性较好,尤其利用NDWI(860,1 240)诊断LWC具有相对最大R2、最小RMSE和最小RE,表明此模型预测能力最强.     

基于NURBS的植物叶片几何建模

植物叶片属于非刚性物体,形态比较复杂,对其快速准确的建模对于虚拟植物生长可视化研究具有重要意义。笔者以板蓝根叶片为例探讨了基于少量三维实测数据,结合OpenGL求值器机制和NURBS函数建立叶片几何模型,研究了叶片几何模型的建立过程。     

水稻叶片三维可视化建模

根据水稻叶片的三维形态特征,应用Hermite曲线描述的水稻叶片边缘信息和简单一元二次曲线描述的叶中脉空间曲线,构建了一种符合生物学规律的水稻叶片弯曲三维模型。并且通过对叶片边缘点绕叶中脉的旋转构建了叶片的扭曲模型,较真实地反应了自然条件下水稻叶片的三维空间形态。     

水稻叶片衰老生理的研究进展

总结了近年有关水稻叶片衰老生理的研究进展,包括水稻叶片衰老的生理机制,衡量水稻叶片衰老的常用生理生化指标及其变化以及水稻叶片衰老调节等研究成果,进而对今后水稻叶片衰老研究中着重应解决的一些问题进行了讨论。     

水稻叶龄动态的模拟及应用

对４个水稻品种插秧至抽穗期的出叶动态进行了模拟，结果表明，各品种模拟值与实际观察值吻合较好。根据叶龄与根、蘖、穗等器官的同伸关系，用叶龄模型预测各器官的发育进程，可用以编制水稻生长日历，同时提供相应的促、控措施，使水稻品种的高产潜力得到充分发挥。     

水稻叶色突变体的研究进展

水稻叶色突变体较为常见,对水稻叶色突变基因进行定位、克隆与功能研究,探讨水稻叶色突变机理,对促进水稻遗传改良与水稻高产育种具有重要意义。据此,文中综述了近年来水稻叶色突变体的发掘、基因定位与克隆、功能研究及育种利用方面的进展。     

五种药剂防治水稻稻纵卷叶螟药效试验

采用五种药剂防治水稻稻纵卷叶螟药效试验,结果表明,15%强农EC、2%叶不倦、20%快枪击EC、天诺高甲对稻纵卷叶螟防治效果都较理想,药后5d防效幅度为91.94~95.16%,药后12d防效幅度为91.97~98.64%。杀虫双对稻纵卷叶螟防治效果较差,药后5d、12d防效分别为76.59%、67.32%。     

基于图像处理的水稻叶片三维可视化研究

介绍利用数字图像处理技术提取水稻叶片几何参数及边缘轮廓曲线的方法,分别利用三角网格化技术和贝塞尔曲线来描述叶片边缘信息,并对2种方法进行比较。通过二次生长曲线方程实现了水稻叶片的三维建模及可视化表达。     

Regulation and Genetic Analysis of Leaf Source Capacity in Rice

The highest value of photosynthetic rate and active photosynthesis duration in flag leaves could be increased in a range of 3.55% and 3 d by dressing N (112.5 kg/ha) at heading stage in hybrid rice variety cv. Shanyou63 compared with control (no dressing N at heading), respectively. This resulted in the 7.93 percentage and 5.70 percentage increases of its leaf source capacity (LSC) and yield, respectively. Furthermore,genetic analysis of LSC was made by 4 × 4 incomplete diallel cross-design with 4 sterility lines and 4 resilience lines. The results showed that hB2 and hN2 in LSC for rice were higher than 70 percentage and 30 percentage,respectively, suggesting that it may be used as an index for selecting varieties with high photosynthetic efficiency in rice breeding. There were the similar effects of the additive and non-additive variations on LSC in hybrid rice. LSC was mainly influenced by sterility line and resilience interactions. The adding effect value of general combining ability for its parents may be used to forecast the phenotype of LSC in hybrid rice.     

水稻拔节至抽穗期叶片着生状态的数学模型模拟比较研究

[目的]为了寻找描述水稻叶片着生状态特性的最佳数学模型,更好地揭示水稻生长过程中株形特性。[方法]以杂交稻品种B优827为试验对象,用Logistic、渐进回归、二次曲线、S曲线、逻辑斯蒂和Gauss 6个方程分别对水稻叶片着生角度进行拟合,并比较了不同方程的拟合效果。[结果]6个方程对B优827的叶片着生角度都能拟合且达到极显著水平(P<0.01)。相比之下,Gauss模型拟合决定系数最大。[结论]Gauss模型拟合效果最好,能更好地反映品种的叶片着生状态特性。     

铁十字海棠叶片外植体诱导与快速繁殖研究

[目的]为铁十字海棠的产业化生产提供参考依据。[方法]以铁十字海棠叶片为外植体,通过诱导与分化、生根和壮苗等组织培养获得铁十字海棠幼苗,研究其外植体诱导与快繁技术。[结果]铁十字海棠的外植体对愈伤组织诱导率达95%以上,且愈伤组织易于分化,经生根和壮苗后得到铁十字海棠幼苗,单个组织块的愈伤组织最多可分化出30株幼苗。[结论]铁十字海棠叶片可诱导大量愈伤组织并分化成幼苗,且分化率较高,这可能与铁十字海棠的生物学特性有关。铁十字海棠叶片可作为铁十字海棠工业化生产的材料。     

声波处理对加工型番茄叶片光合参数的影响

[目的]为加工番茄高产栽培技术提供新的突破口.[方法]研究了声波对加工番茄为合参数的影响.[结果]声波处理使得加工型番茄Pn值明显提高,同时显著提高加工番茄叶片Gs、Tr、Ci、WUE值.[结论]该研究可以为加工型番茄高产、优质、高效栽培提供新的手段.