基于生物量的水稻叶片主要几何属性模型研究

 【目的】构建基于生物量的水稻叶片主要几何属性模型,为水稻株型设计与调控提供理论依据。【方法】以两优108、86优8、南粳43及扬稻6号为材料,设置品种、氮肥与密度田间试验,观测水稻主茎不同叶位叶片长度和宽度,分析了水稻主茎叶片长和宽的关系、比叶重（SLW）随叶位的变化规律,以及水稻叶片干重与叶长和叶宽的关系,构建基于生物量的水稻叶片主要几何属性模型。【结果】叶长与叶宽的关系可用幂指数方程表达,比叶重随叶位呈二次曲线变化。采用独立的试验资料检验模型,主茎叶片叶长、叶宽模拟值与实测值的根均方差（RMSE）分别为2.55和0.06 cm。【结论】几何属性模型可较好地模拟不同生长条件下水稻主茎不同叶位叶片的主要几何属性,为生长模型与形态结构模型的结合奠定了基础。     

水稻分蘖与主茎同伸叶片大小的定量关系及其对氮素的响应

为了建立基于同伸关系的水稻叶面积模拟模型,为虚拟植物的构建提供支撑,在盆栽条件下,以常规粳稻南粳44和杂交籼稻II优107为材料,设置不同施氮量处理并进行定株测量,分析了分蘖叶片叶长、叶宽与同伸主茎叶片叶长、叶宽的定量关系及其对氮素的响应。结果表明,同龄分蘖的同伸叶片具有相近的叶片大小,叶长宽比主要与叶片在分蘖上的叶位有关,而与分蘖的位置关系不密切;分蘖叶片与主茎同伸叶片的叶长宽比随叶片在分蘖上的叶位的提高而增大,约在叶位达到7时,叶长宽比达到1,这一关系可以用分段函数来描述,氮肥和品种对这一关系没有明显影响。     

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.     

水稻主茎出叶动态模拟研究

 【目的】研究水稻主茎各叶片出伸与有效积温的关系,建立水稻主茎出叶与有效积温关系的动态模拟模型。【方法】选用16个水稻品种分别在云南丽江、江苏南京两个生态地区进行播期试验,观察主茎各叶片出伸与有效积温的定量关系。【结果】主茎叶片出伸所需有效积温与叶位的关系总体随叶位的上升而增加,且在整个叶龄进程中出现两个拐点,第一个拐点出现在第3叶龄期,第二个拐点出现在第N-n-2叶龄期。据此,对叶龄进程进行分段模拟,建立叶龄模型。利用不同环境下播期试验的出叶动态数据对模型进行检验,不同类型品种模拟叶龄与实测叶龄的根均方差（RMSE）都小于0.1。【结论】以各叶位叶片出伸与有效积温的关系建立的叶龄分段函数模型具有较好的预测性和实用性。     

基于有效积温的冬小麦返青后植株三维形态模拟

【目的】基于有效积温,利用三维建模技术,实现小麦生长模型与形态模型的有机结合,真实表达环境因素对小麦生长发育和形态结构的影响,最终实现小麦生长过程的三维可视化,为小麦作物生长动态预测、栽培管理调控、作物株型设计等提供重要参考。【方法】以天津地区主要推广小麦品种衡观35、济麦22和衡4399为材料,于2015—2016年冬小麦生长季内开展不同小麦品种和施氮水平的田间试验,采集各品种冬小麦在不同施氮水平下的叶长和最大叶宽等形态数据,通过分析各品种冬小麦返青后形态数据和有效积温的定量关系,用Logistic方程构建了冬小麦返青后叶片叶长、最大叶宽模拟模型,并对该模型进行检验;基于该模拟模型,计算各品种冬小麦返青后每个生长日的形态数据,借助OpenGL和NURBS曲面造型技术,构建冬小麦几何形态模型,最终实现冬小麦生长模型与形态模型的结合,实现了冬小麦返青后生长过程可视化。【结果】在不同品种、不同施氮水平下,小麦叶长回归方程R2值在0.772—0.983之间,F值在10.153—340.191之间,且Sig小于显著水平0.05,最大叶宽回归方程R~2值在0.853—0.999之间,F值在17.371—4 359.236之间,且Sig小于显著水平0.05,表明上述模型拟合度和显著性均较好。经数据检验,叶长模型绝对误差在0—3.88 cm之间,根均方差(RMSE)值在0.24—1.95 cm之间,最大叶宽模型绝对误差在0—0.28 cm之间,RMSE值在0.02—0.15 cm之间,表明所建模拟模型精度较高,该模型对不同品种冬小麦返青后的叶片生长具有较好的预测性;基于所建模拟模型计算冬小麦返青后逐日形态数据,可构造不同品种、不同施氮水平下的冬小麦植株形态,可逼真模拟冬小麦返青后植株动态生长过程。【结论】基于有效积温构建的冬小麦返青后叶长和最大叶宽模拟模型,可较好预测冬小麦返青后叶片生长状态,可实现小麦生长模型和形态模型的有机结合,实现不同品种冬小麦在不同施氮水平下的叶片生长可视化。     

基于高斯函数的水稻叶曲线动态模拟

【目的】以高斯函数为基础构建空间曲线模型,模拟研究水稻叶曲线空间变化特征。【方法】基于不同年份与施氮水平的水稻桶栽试验,定期利用三维激光扫描仪FastScan获取水稻主茎不同叶位叶曲线空间坐标数据,并利用动态建模技术构建水稻主茎不同叶位叶曲线动态模拟模型。【结果】水稻主茎不同叶位叶曲线末端与y轴正方向的夹角（AH）随生长度日（GDD）呈快-慢-快的变化趋势,符合S型曲线;从第1叶到第7叶,AH的最大值随叶位增加而增加,随后随叶位增加而减小;鞘叶夹角∠BFC与AH呈极显著线性关系。本文利用Logistic方程分别描述了不同施氮水平下水稻主茎各叶位叶曲线对应的AH以及叶曲线模型参数Sm随生长度日GDD的变化;使用分段函数描述了AH最大值随叶位的变化;将适宜施氮条件下水稻主茎第7叶位叶曲线末端与y轴正方向的夹角作为品种参数量化品种对叶曲线的影响,引入氮素影响因子量化不同氮素水平对叶片披垂度的影响。利用独立田间试验资料对所建立的模型进行检验后显示,不同施氮水平下主茎不同叶位叶曲线实测点到模拟曲线的改进Hausdorff距离（LTS-HD）的均值在分蘖中期和拔节期分别低于0.88 cm和1.18 cm。【结论】模型对水稻主茎叶曲线的空间动态变化过程具有较好的预测性,研究结果为进一步提高水稻叶片及植株的可视化效果提供了技术支持。     

冬小麦叶色动态的量化研究

 【目的】模拟小麦叶色变化的动态过程,为实现小麦生长的可视化表达奠定基础。【方法】以不同施氮水平下不同类型小麦品种的两个生长季田间试验为基础,通过连续测量不同处理条件下小麦主茎和分蘖不同叶位叶片的SPAD值,综合分析小麦叶片SPAD值随生育进程的变化规律及其与RGB值的关系,进而构建基于SPAD的冬小麦叶色变化动态的模拟模型。【结果】模型采用分段函数描述叶片SPAD值随生育进程的动态变化过程：第1阶段为基于二次曲线的叶色增强过程;第2阶段为相对稳定的功能期叶色维持过程;第3阶段为基于二次曲线的叶色减弱过程;并基于叶片氮含量表达了氮素供应水平对叶片SPAD值变化规律的影响,同时用线性方程描述了叶片SPAD值与RGB值之间的定量关系。利用独立的小麦田间试验资料对所建模型进行了测试和检验,显示不同时刻主茎和分蘖叶片SPAD预测值的平均RMSE分别为11.60%和9.03%。【结论】本模型具有较强的动态预测性和可靠性,为进一步建立虚拟小麦生长系统奠定了基础。     

水稻叶鞘和节间生长过程的动态模拟

通过对不同水分和氮素水平下不同类型水稻品种叶鞘和节间伸长过程的连续观测和定量分析,构建了水稻主茎和分蘖叶鞘与节间生长的模拟模型。采用Logistic方程描述了主茎和分蘖叶鞘及节间的动态伸长过程;基于同伸叶鞘问的关系用二次曲线描述了分蘖叶鞘长度的变化;基于节间长度与直径的线性关系描述了节间直径的变化。另外,用叶片含水量和含氮量描述了不同水分和氮素水平对叶鞘和节间生长的影响。利用独立的水稻田间试验资料对所建模型进行了测试和检验,结果显示,主茎和分蘖叶鞘（一级分蘖和二级分蘖）长度模拟值的根均方差（RMSE）分别为0．65、0．52和0．46cm;节间长度和直径模拟值的RMSE分别为0．42、0.15cm。本模型具有较好的预测性,能定量描述不同品种和环境条件下水稻叶鞘和节问的动态伸长过程。     

甘肃啤酒大麦叶片生长特征模拟模型研究

通过对3种不同品种甘肃啤酒大麦叶片的生长过程的连续观测和系统分析,采用Richards方程描述了不同叶位叶片的叶长、叶宽和叶面积的动态生长过程,构建了大麦叶片生长特征的模拟模型,并用不同品种的大麦进行检验.结果表明:模型对不同品种大麦叶片叶长的RMSE值在0.76~2.74cm之间,叶宽的RMSE值在0.013~0.35cm之间,表明模型具有较好的相关性和预测可靠性.     

基于积温变化的水稻叶形态伸展过程可视化模拟

通过分析水稻叶片生长过程中的几何形态数据,构建了水稻叶片几何形态参数与有效积温之间的动态关系模型和水稻叶片空间形态三维模型.结合水稻植株分蘖拓扑结构,利用OpenGL图形接口,在计算机上实现了水稻穗前形态随环境温度动态生长过程的可视化模拟,具有较强的真实感,为构建虚拟水稻生长系统奠定了基础.     

早稻品种生长发育特性的差异研究

选用近年选育和已在生产上大面积推广应用的16个早稻品种（组合），比较分析了各早稻品种（组合）之间的干物质积累、茎叶生长特性、根系生长特性的差异。结果表明：不同早稻品种（组合）的地上部干物质重、地下部干物质重、叶面积、绿叶数、苗高、主茎叶挺长、主茎茎基宽、单株分蘖数、最长白根长、白根数、最长黄根长与黄根数等农艺性状均存在明显的品种间遗传差异；而且这些农艺性状早期的生长速率均明显高于后期的生长速率，大部分性状在生长发育后期出现了负向增长。     

基于形态模型的棉花（Gossypium hirsutum L.）虚拟生长系统研究

 【目的】基于棉花形态器官形成过程的定量描述,模拟棉花三维生长过程,为虚拟棉作研究提供技术基础。【方法】基于2005－2006年棉花品种、播期、氮素、水分和DPC化控试验,将系统分析方法和数学建模技术应用于棉花植株的形态建成,通过对棉花形态数据的定量分析,构建了棉花形态建成模型,主要包括：主茎叶长宽、主茎叶柄长、主茎节间长粗、果枝叶长宽、果枝叶柄长、果节长粗以及棉铃高度和直径等模型。结合OpenGL技术,在Visual C++6.0平台上实现了棉花虚拟生长系统VGSC（virtual growth system for cotton）。【结果】棉花形态模型采用Logistic方程描述各器官尺寸随GDD（生长度日,℃?d）、氮素、水分及DPC的动态变化过程,利用2006年的试验数据对模型进行检验,棉花主茎叶长宽、主茎叶柄长、主茎节间长粗、果枝叶长宽、果枝叶柄长、果节长粗以及棉铃高度和直径的观测值与模拟值的根均方差分别为0.85、0.82、0.87、0.57、0. 086、0.65、0.74、0.8、0.73、0. 016、0.36和0.4 cm,模型预测性好。此外,以NURBS（non-uniform rational B-spline, 非均匀有理B样条）曲面模拟棉花叶片及棉铃形状,以圆柱体实现茎（节）可视化表达,构建的虚拟生长系统主要包括模型库、数据库和人机界面。【结论】用户输入系统所需的相关参数值,就可较好地模拟显示棉花器官、个体和群体的三维动态生长过程。     

不同栽培方式下水稻形态发生比较研究

[目的]比较不同栽培方式下水稻(Oryza sativa L.)形态特性,研究不同水稻品种间器官生长和发育特征动态。[方法]通过连续性观察和破坏性取样,获得叶片长度、节间数、株高、分蘖数、叶片角度、叶面积和比叶重等数据,从而比较白稻(籼稻)、金南凤(粳稻)、9325(粳稻)和9915(粳稻)4个水稻品种在江苏南京卫岗大田、卫岗盆栽和江浦大田3种栽培方式下器官形态差异。[结果]每个节位的最大叶长在生长早期逐步上升,后期逐渐下降,可以用方程y=axb和y=ax+b来描述最大叶长和节位的关系;卫岗盆栽水稻的节间数、生长期、叶长和株高比其他2种大田种植的数值小;可以用方程y=ax+b来描述株高与日照时数和有效积温的关系,增加1 cm株高需要19.23℃.d≥10°C积温、8.12 h日照时数;籼稻的株高、分蘖数和叶面积比其他3个粳稻品种多,但比叶重和叶角比其他3个粳稻品种小。[结论]比较水稻品种间形态特征差异,是选择节水耐旱品种的一个重要方面。该研究结果若被整合进一个水稻功能结构模型,即可通过模拟三维空间内水稻器官生长动态为节水耐旱品种选育提供株型参考。     

两个强优势多倍体籼粳亚种杂交稻生长习性研究

【目的】利用远缘杂交和多倍体双重优势选育超级稻是水稻育种的新战略。在获得一批多倍体籼粳亚种杂交稻株系的基础上，为了更大规模地展示这种杂种优势和更全面地研究多倍体籼粳亚种杂交稻的特点。【方法】以PSR073和PSR120为材料，对其叶龄、分蘖、开花习性及外部形态等进行观察统计，研究其生长习性。【结果】PSR073、PSR120在株高、穗长、粒长、粒宽、千粒重等农艺性状上均表现出明显的多倍体优势，并且具有高达83%以上的结实率；叶龄、分蘖及开花习性等方面表现出与二倍体水稻相似的特点。【结论】这两个多倍体水稻杂种的特点与以前报道的多倍体水稻的情况明显不同，远缘杂交和多倍体化并没有对其生长习性产生不利影响，相反具有强大的杂种优势，这为其应用于生产提供了理论和实践依据。     

水稻超高产潜力鉴定重要农艺性状因子分析

[目的]研究水稻(Oryza sativa L.)超高产品种的重要农艺性状及其相关性,明确水稻高产机理。[方法]选取有完整观测数据的水稻品种58个(含对照),2011年在云南永胜水稻综合试验站实施了水稻新品种高产潜力鉴定及筛选试验,考察全生育期、茎蘖数、主茎绿叶数、株高、茎高、茎基宽、剑叶高、穗高、穗颈高、伸长节间数、高峰苗、有效穗、成穗率、总粒数、结实率、千粒重、产量等指标。[结果]水稻在超高产条件下,生物产量因子的改进是提高水稻产量的重要手段;将产量分为有效穗与穗重两部分选择较合理,能最大程度地防止变量间的相关影响,还能针对不同时期有所侧重地选择指标,增加可操作性;重视水稻苗期生长势及生物产量选择。[结论]该研究可为水稻超高产育种及栽培提供理论依据。     

不同氮肥和赤霉素水平解除PP333对高羊茅生长影响的研究

[目的]探讨解除温室环境下PP333对高羊茅（Festuca arundinace）生长抑制的措施。[方法]在高羊茅移出温室后用不同水平的氮肥和赤霉素对其进行处理,观察高羊茅生长变化情况。[结果]氮肥能提高高羊茅的株高、茎粗、叶长和叶宽,增加分蘖数,但与对照相比这种效果差异不显著,同时根长与对照相当;赤霉素能提高高羊茅株高、叶长,且与对照相比差异达到极显著水平,但施用赤霉素的处理茎粗、分蘖数和叶宽小于对照,根长与对照相当。施用氮肥的处理与移栽前的高羊茅相比,各指标的增幅变化不大,而施用赤霉素的处理,株高和叶长与移栽前的高羊茅相比增幅变化很大,分别达450%~650%。[结论]在施用赤霉素时,同时施用适量的氮肥,能使赤霉素解除PP333对高羊茅生长抑制的效果更好。     

茖葱主要性状的初步研究

[目的]研究野生茖葱的主要性状,为其开发利用及科学研究提供依据。[方法]通过物候期的调查、形态特征的观测以及染色体数目、品质性状等的测定,对茖葱主要性状进行了研究。[结果]茖葱为二倍体作物,生育期在3~7月,叶片以2~3片为主,椭圆形或长椭圆形,长5~15 cm,宽2~5 cm。在种植后的前半个月内,叶片生长速度较快,叶长、叶宽与种植后天数呈直线增长趋势,之后增长速度逐渐减慢,1个月后叶长、叶宽达到最大值。Vc含量在抽薹期达最高,为0.68 mg/g。可溶性蛋白和可溶性糖含量在展叶期最高,分别为0.707、8.8 mg/g。纤维素含量则随着生育期的延长而升高。[结论]茖葱具有很高的营养价值,开发前景良好。     

薏苡叶片的生长与叶面积的研究

本文以两个不同来源的品种为材料，分析了薏苡叶片的大小、叶面积的测定方法及叶面积的变化与组成，结果表明：薏苡叶片的大小因品种和着生部位（叶序）而异，一般中上部叶片较宽大，基部叶较短小；用长宽法测定叶面积的校正系数也因叶序不同而有一定差异，以中上部和基部叶较大，中下部叶较低，两品种的总平均为０．７２７；叶面积（Ｙ）与叶片的长宽乘积（Ｘ１）和长宽比值（Ｘ２）呈极显著正相关，回归方程分别为Ｙ＝－０．２８６＋０．７３０５Ｘ１和Ｙ＝－６．９２８＋４．９２６８Ｘ２；薏苡一生中叶面积的变化呈一元三次曲线，大约在抽穗末期达最大值，一生都处于淹水条件下的单株叶面积和比叶面积均较低；薏苡在中后期分枝分蘖叶面积占全株的比重大，中上部主茎叶面积占主茎叶面积百分比较高