虚拟桃树的可视化研究

虚拟植物是新兴的研究领域,目前用于构造植物形态的计算机模型很多,适合反映植物形态结构的动态变化规律的模型是动态结构模型,能模拟植物的动态生长过程,包括L系统和AMAP模型等。在研究的基础上,提出了一种用L系统建立植物模型,实现虚拟植物可视化的方法。     

基于功能-结构互反馈的虚拟植物建模研究

[目的]研究基于功能-结构互反馈的虚拟植物建模方法。[方法]在分析当前虚拟植物建模方法缺点的基础上,提出了基于功能-结构互反馈思想的建模方法,详细阐述了该方式建模的各个步骤,包括形态结构模型的确定、生物量生产模型的确定、生物量分配模型的确定、器官重建模型的确定以及形态结构模型与功能模型的融合方法。[结果]基于功能-结构互反馈的机制突破了生理生态模型与形态结构模型的界限,可以解决2类模型之间数据传输的困难,建立融合2者于一体的模型,能够有效的反映植物形态与功能之间内在的关联关系,更加符合植物的生长机理。该建模方式在动态模拟植物生长方面具有显著的优越性。[结论]基于功能-结构互反馈的虚拟植物建模方法为下一阶段植物生长状态的模拟提供了基础,对动态准确的模拟植物的生长过程有着重要意义。     

基于功能-结构互反馈的虚拟植物建模研究

[目的]研究基于功能-结构互反馈的虚拟植物建模方法。[方法]在分析当前虚拟植物建模方法缺点的基础上,提出了基于功能-结构互反馈思想的建模方法,详细阐述了该方式建模的各个步骤,包括形态结构模型的确定、生物量生产模型的确定、生物量分配模型的确定、器官重建模型的确定以及形态结构模型与功能模型的融合方法。[结果]基于功能-结构互反馈的机制突破了生理生态模型与形态结构模型的界限,可以解决2类模型之间数据传输的困难,建立融合2者于一体的模型,能够有效的反映植物形态与功能之间内在的关联关系,更加符合植物的生长机理。该建模方式在动态模拟植物生长方面具有显著的优越性。[结论]基于功能-结构互反馈的虚拟植物建模方法为下一阶段植物生长状态的模拟提供了基础,对动态准确的模拟植物的生长过程有着重要意义。     

基于Open L-System的植物生长模拟研究

为了真实地模拟植物生长发育过程，引入了Open L-System建模理论。在植物形态发生模型的基础上，根据植物生长时其形态特征及环境之间的相互作用，构建了综合考虑植物生长发育与环境影响的虚拟植物模型。     

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.     

油菜虚拟生长的研究

虚拟植物即应用计算机模拟植物在三维空间中的生长发育状况，是近20年来发展起来的一种新兴技术。本文通过对虚拟植物研究范围的探讨及虚拟软件L系统的介绍，分析了植物外部形态的特点，并结合油菜生长过程中各个器官形态变化规律的本质，动态地模拟出油菜在不同生长阶段的形态，尤其是在茎杆的模拟，实现了用户与虚拟油菜的交互式调控，总结了L系统和油菜分枝的数据结构，这更有利于准确动态模拟出油菜的主体形态结构。最后，本文对油菜与环境的相互作用及其相关方面等进行了展望。     

虚拟植物研究现状与建模方法分析

虚拟植物是现代数字化农业和精准农业核心部分之一,在计算机、农业、林业、教学等领域应用前景广阔。根据研究策略和研究难点不同将研究对象分为地表上植物模型和根系模型2个部分。针对地表上植物(茎叶系统)模型,在阅读大量国内外文献的基础上,按研究尺度不同将各学者研究成果分为植物整体形态模拟、植物器官三维建模、植物生长过程模拟、植物结构-功能并行模拟四大类,并分别综述其研究现状;针对根系模型,从农业角度出发,综述常见农作物根系生理生态模型的研究进展。综合以上植物模型的研究方法,对虚拟植物建模方法进行总结分析。最后简述了虚拟植物研究重点与难点并对其发展趋势进行展望。     

作物生长实现数字化分析

本项目研究人员经努力实现了玉米、水稻实株型结构数字化设计，为超高产育种、资源高效利用提供了先进的高新技术研究手段。提出了一种植物拓扑结构建模方法和基于结构一功能模型的虚拟植物生长的体系架构，建立了基于数字化技术的植物形态结构信息采集系统与植物器官形态描述模型，对玉米、水稻等主要农作物形态进行了三维数字化测定，构建了器官形态描述模型与参数库，实现了叶片生长过程中的3维空间取向规律与冠层空间光分布的3维模拟的定量分析，并基于双尺度自动机和马尔可夫过程原理，构建了根系生长的模拟模型。     

基于光作用的虚拟植物生长模拟与可视化研究

虚拟植物生长模拟研究是数字林业的研究热点。为了在植物生长过程模拟中考虑植物的生理特征,真实地 反映不同光照条件对植物各组织器官形态结构及生长发育特征的影响。基于植物的光生长环境仿真,提出了一种 基于光照模型的植物器官形态结构动态演替生长算法。采用双三次Bezier 曲面构建植物叶片组织器官,并引入曲 面影响因子、植物光属性因子,对植物形态结构和叶序分布进行真实感建模。根据光照对植物叶片生长发育的影 响,提出了基于光作用的碳汇动力学仿真和植物分枝结构的动态演替方法。为了验证本算法的有效性,依据不同 光照条件下绿萝的生理特征数据,对该生长模型算法进行了有效验证,获得了较好的真实感效果。      

树干高度对苹果开心形树产量及品质的影响

高干、中干、低干开心形苹果树和自由纺锤形苹果树(对照)的研究结果表明,在初果期,对照及低干开心形树产量较高,分别比高干开心形树高20.9%和17.9%,其产量构成与公顷枝量呈正相关;在盛果期,高干和中干开心形树产量显著高于对照,分别比对照提高了17.4%和17.8%,其产量构成与树体枝轴长度呈正相关。果皮色素花色苷含量、果肉可溶性固形物含量(TSS)等指标在初果期不同树形处理无显著差异;在盛果期,高干和中干开心形树处理显著高于对照,果实综合品质优良。     

陕北山地苹果树形改造研究

为促进陕北丘陵沟壑区山地苹果的优质高效生产,本研究将传统稀植果园中主要采用的主干疏层形改造为小冠疏层形、纺锤形或圆柱形、高干开心形和开心形,测定不同树形的树冠透光率、树冠大小、一年生枝和结果枝的数量及组成比例、果实产量和品质等指标,并估算其产值。结果表明:与对照主干疏层形相比,高干开心形和开心形的树冠大而扁,树冠透光率较高。开心形的叶丛枝和短枝占全树枝条的61.21%,树势中庸偏上;主干疏层形、小冠疏层形和高干开心形的叶丛枝和短枝占全树枝条的70.00%以上,树势较弱。开心形的短果枝占结果枝的60.68%,中果枝占28.67%,利于连年优质丰产;主干疏层形的短果枝占结果枝的85.00%,中果枝仅占8.79%,易形成隔年结果。不同树形的果实产量以主干疏层形的最高,其次为开心形;果实品质、均匀度和价格均以开心形的最高,主干疏层形的最低;经济产值以开心形的最高,其次为主干疏层形,高干开心形的最低。综上,建议将陕北丘陵沟壑区山地稀植苹果园的主干疏层形改造为开心形。     

不同整形和密度对桃树生长和结果的影响

对桃树不同树形和不同密度组合的栽培试验研究表明 ,桃树产量受栽植密度和整枝方式的双重因素影响 ,在同一整枝方式下 ,密度越大 ,早期产量越高。在 3种不同的整枝方式中 ,12 45株 / hm2的 Y字形每公顷产量明显高于同一整形方式的 82 5株 / hm2的处理 ,同样比篱壁形和三主枝开心形的每公顷产量高出 5 0 %。整枝方式对桃树生长影响不大 ,栽植密度与生长呈负增长趋势。篱壁形光照分布均匀一致 ,果实着色好。Y字形树体结构简单 ,修剪量轻 ,节约用工 ,比其他两种树形具有明显优势 ,适宜在生产中推广应用     

拉枝、环割(剥)对干旱荒漠区富士苹果成花坐果的影响

【目的】研究拉枝、环割(剥)对干旱荒漠区富士苹果成花坐果的影响,为干旱荒漠区富士苹果促花促果技术的推广提供依据。【方法】以4年生富士苹果幼树为试材,采用拉枝+主枝环剥和拉枝+主枝、主干环割的方式促花促果。【结果】富士苹果幼树的树高较对照显著降低,冠径较对照显著减小,中心延长枝与主枝延长枝长度较对照显著缩短;1年生枝量分别是对照的1.99和2.59倍,短枝率分别比对照增加了20.87和23.42个百分点;单株成花率分别比对照增加了43.00和47.00个百分点,单株花芽量分别是对照的3.59和4.68倍,单株花序坐果率分别比对照增加了6.47和8.07个百分点;新梢叶片的叶长、叶宽及叶面积较对照显著减小,叶绿素SPAD值较对照显著降低。【结论】拉枝+主枝环剥和拉枝+主枝、主干环割处理既可控制富士苹果幼树的树冠大小,抑制新梢生长,增加枝量,促生短枝;又可提高单株、主枝以及长、中、短枝的花芽量、成花率、坐果率;还能抑制新梢叶片的生长和叶绿素的合成,其中以拉枝+主枝、主干环割处理的促花效果更好。     

柱型苹果生长特性及Co基因定位研究进展

柱型苹果是一类特殊的矮生类型突变体,其树体矮小、主干粗壮直立、节间短、短枝多,无需修剪、管理方便,是现代苹果产业实现矮化密植栽培获得高产的优良资源。自柱型苹果产生以来,其独特树形的生长特性一直是国内外研究者关注的焦点。当前国内外取得的研究成果主要包括:(1)柱型苹果的生长发育与其内源激素含量密切相关。柱型苹果腋芽中自由态IAA/总IAA的比值明显高于普通型。柱型苹果多发短枝的原因是顶芽和侧芽中玉米素类物质含量较高。柱型苹果树体生长矮小原因可能是赤霉素含量低。(2)苹果的柱形性状是由显性基因Co控制的质量性状,Co位点与枝干、分枝、叶片和果实品质等多种性状连锁成簇。Co精细定位于苹果第10号染色体18.52—19.09 Mb。(3)目前报道的Co有5个候选基因,其中最有希望的候选基因91071转入苹果和烟草中均表现节间变短,但Co是否介入减少侧枝和增加短枝的形成需要进一步验证。由于Co与植物激素代谢和信号传导均密切相关,通过RNAi及转基因等技术验证Co的详细功能,不但可以揭示柱型苹果独特树形生长特性的分子机理,还可以为选育优良品质的柱型苹果提供理论基础。     

SH6矮化中间砧‘富士’苹果不同树形对树体生长和果实产量、品质的影响

【目的】探讨矮化中间砧‘富士’(宫藤富士/SH6/平邑甜茶)苹果3种不同树形(自由纺锤形、V字形和篱壁形)的树体生长和果实产量、品质的差异,为矮化中间砧苹果的早果、优质最佳树形选择应用提供理论依据。【方法】以2010年春季定植的3年根1年干SH6矮化中间砧‘富士’成品苗(宫藤富士/SH6/平邑甜茶)为试材,单位面积种植株数相同,分别为自由纺锤形(2 m×4.5 m)、V字形(1.5 m×6 m)和篱壁形(3 m×3 m)3种方式建园,自栽植后分别采用相应的树形修剪方法,连续6年调查不同树形SH6矮化中间砧‘富士’苹果树体生长、枝类组成及果实产量、单果重、固酸比等品质指标。【结果】不同树形SH6矮化中间砧‘富士’苹果树体生长和果实产量、品质存在较大差异。自栽植后第3年开始,不同树形的树体总枝量和覆盖率开始呈现显著差异,自由纺锤形树体总枝量和覆盖率最大,V字形次之,篱壁形最小;3种树形的枝类组成差异不显著。种植后第4年初结果和5—6年结果期的单株产量和累计产量均为自由纺锤形最高,显著高于V字形和篱壁形;自由纺锤形果实的平均单果重最大,V字形最小;各树形果实的果形指数、可溶性糖含量、可滴定酸含量、固酸比和果肉硬度均无显著差异。【结论】SH6矮化中间砧‘富士’苹果树采用自由纺锤形树形与V字形和蓠壁形相比,具有幼树生长快、成形早、总枝量高、枝类组成合理,结果早、稳产丰产、大果比例高、果实单果重高等特点。自由纺锤形是苹果矮砧规模化生产的适宜树形。     

不同树龄苹果高纺锤形树体结构及产量的研究

以3、6、9、11 a生的高纺锤形苹果树为试材,测定了不同树龄的枝量、树体结构及产量。结果表明:不同树龄的干周、冠径、树冠体积、树叶密度随着树龄的增加而增加,天空可视度则随着树龄的增加而减少;不同树龄的中、长枝比例均较小,短枝比例大。其中3 a生树长枝比例较大,短枝比例较小,6、9、11 a生的枝类比相差不大。3、6、91、1 a生总枝量分别为28.1、87.8、119.4、110.4万条.hm-2;3、6、91、1 a生树产量分别为5 760、25 8005、6 220、57 645 kg.hm-2,表现为在结果初期,随着树龄的增加产量迅速增加,到结果盛期时产量趋于稳定。综合分析表明苹果高纺锤形具有结果早,且不同树龄段树势较稳定,产量高等优点。     

苹果不同植株类型和不同势力枝条碳素同化物分配习性研究

以盆栽4年生苹果和大树4年生枝组为处理单位,分三个时期标记不同的植株类型和枝类。通过测定碳素同化物的分配动向,了解分配习性。结果表明:壮树分配到多年生枝和根系的碳素同化物,周年稳定,呈逐期增加的趋势。各期都有明显的两极分配。相对比强,叶>枝,上位枝叶>下位枝叶,短枝叶>长枝叶,近距根>远距根,细根>母根>粗根;而弱树和多果树分配到多年生枝和地下部根的同化物,周年被动大,并且少而不稳;壮长枝的碳素同化物在向外输出上比弱长枝常年多而稳,是与地下根营养交换的主要来源;短枝前期(新梢旺长期)养分输出的多,后两期输出的较少,主要供木枝的花芽分化和后期的进一步充实。     

直立中央领导干树形条件下幼年苹果树体生长特性的研究

 在直立中央领导干树形条件下 ,M7、MM10 6、M 2 6中间砧幼年苹果树中心干生长速度快 ,4年生树高达到 2 .7～ 3.6m。中心干上抽生的侧枝数量多 ,红富士、王林、新红星和乔纳金 4个品种在 4年生时分别在 2 0～ 30 .5个之间 ,且主要在 2年生或者 2年生和 1年生中心干段上抽生侧生分枝。 4年生树相指标能满足生产上早果丰产的需要 :单株枝量大 ,乔纳金为 6 31个 ,红富士和王林 4 80个左右 ,新红星 312个 ;短枝比率高 ,红富士短枝占总枝量的 6 1% ,乔纳金和王林分别为 71%和 74 % ,新红星 81% ;侧生分枝角度开张 ,在 4 3°～ 6 9°之间 ;中心干及侧生分枝的生长势能够很快趋向缓和 ,在不采用任何人工控制生长措施的条件下 ,定植后的第 4年 ,主干的延迟生长量显著大幅度减弱 ,侧生分枝生长量在抽生的第 3年甚至是第 2年也显著地减小。     

密闭苹果园树体优化改造对树体结构及产量品质的效应

以富士苹果为试材,研究了密闭果园树体优化改造对树体结构和群体结构及果品产量品质的影响。结果表明:改造后666.7m2枝量由改造前的105 392条下降到78 288条,减少了27 104条,降幅为25.7%;改造后短枝和叶丛枝占总枝量的比例分别由改造前的28.3%和25.5%提高到31.3%和26.3%,分别提高了3.0个百分点和0.8个百分点;改造后群体结构有了明显改善。优化改造树产量比密闭树降低15.8%,而单果重、着色指数、光洁度指数、果肉硬度、可溶性固形物含量等指标则有明显提高。     

Vegetative Growth Characters of the Young Apple Trees Trained in Vertical Axis System

Vegetative growth of young apple trees trained in vertical axis were studied with ‘Red Fuji',‘Jonagold’, ‘ Orin’ and ‘ Starkrimson’on M7, MM106, M26 interstocks in northern China. About 30branches sprouted from the central leader of the trees during the 4 years after planting for ‘Red Fuji’ and‘Jonagold’, and 26.7 and 20 branches respectively for ‘Orin' and ‘Starkrimson. Moreover the 2-year-old section of the central leader had the strongest capacity to sprout new branches (and sometimes the 1-year-old section too), and sprouted more new shoots than the other section. The total new shoots including spurs on the4-year-old trees reached 631 per tree for ‘ Jonagold', about 480 for ‘ Red Fuji’ and ‘ Orin’, and 312 for‘Starkrimson’. Percentage of spurs was about 61% for ‘Red Fuji’, 73% for ‘Jonagold’ and ‘Orin’, and81% for‘Starkrimson’. Growth vigor of the central leader and limbs of the young apple trees could quickly decline: the growth of the central leader decreased markedly in the fourth year after planting, and branches from the central leader grew vigorously only in the current growth season or in the first two years after branching.