辣椒叶片形态模拟模型研究(英文)

为构建辣椒形态结构模型,实现植株可视化,在田间试验的基础上,综合分析了温度对辣椒叶片形态发生的影响,量化了温度与叶片形态建成的关系,构建了基于有效积温(GDD)、以Logistic方程为基础的辣椒叶片长度、宽度及数量形态发生的动态模型,并利用独立的试验资料对模型进行检验。结果表明:辣椒叶片长度、宽度及数量的模拟值与观察值之间的均方根差分别为1.328cm、0.384cm和6.615片,辣椒叶片形态发生的观测值与模拟值具有良好的吻合度,模型具有较好的准确性和预测性。     

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。     

基于光温效应的温室小白菜生理指标动态模拟

[目的]研究温室环境下温度和光照与小白菜生理指标的动态关系,以期为小白菜生产的精准管理提供参考.[方法]以华冠小白菜品种为试材开展营养液膜技术(Nutrient film technique,NFT)栽培,于2019年6—9月分3个时段进行试验,试验期间自动采集温室内温度和光照等数据,每2d进行1次生理指标测定.以建模试验数据计算光温效应(LTF)、辐热积(TEP)和积温(GDD),将其与同时期测定的生理指标数据进行拟合,建立温室小白菜生理指标动态模拟模型,将模拟值与实测值进行比较,检验模型拟合效果.[结果]试验期间的日平均气温为33.26~34.51℃,日光合有效辐射为8.18~13.64 mol/(m2·d).小白菜叶片主要生理指标基本上随生长期间LTF的增加而增加,但可溶性蛋白含量在后期呈现略微下降趋势,硝酸盐含量则呈现升高、降低、再升高的变化.LTF模型的预测效果优于TEP和GDD模型;该模型对小白菜可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C、纤维素、蔗糖、淀粉、叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素和硝酸盐含量及根系活力的预测结果回归估计标准误差(RMSE)比后两者低,其各指标的RMSE为TEP和GDD模型的9.88%~49.91%和5.86%~93.42%,表明模型的预测精度较高.LTF模型预测结果与实测值之间R2均大于0.950,表明模拟值与实测值的匹配程度较好.[建议]光温效应法适用于对小白菜主要生理指标的模拟,模型对特定小白菜品种、特定影响因子、特定时间段、特定温室环境下的小白菜模拟效果较好,后期需要加强对多品种、多因素和多时空适用模型的系统性研究.     

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。     

辣椒叶面积指数与干物质生产模拟

【目的】研究辣椒叶面积增长与环境因子之间的关系及建立辣椒干物质生产模型,为辣椒数字化栽培管理提供理论依据。【方法】根据试验资料构建基于生理发育时间的辣椒叶面积模型,并将该模型与干物质生产模型相结合,构建辣椒干物质生产动态模拟模型。【结果】利用完全独立的试验数据对模型进行检验,辣椒叶面积模型的RMSE值在10%～20%,干物质生产模型的RMSE值在20%～30%。【结论】叶面积模型模拟效果较好,干物质生产模型模拟效果一般,有待进一步的改进和完善。     

温室网纹甜瓜叶面积与光合生产模拟模型研究

依据温室温光条件与甜瓜单株叶面积的关系,建立了甜瓜叶面积指数(LAI)模型,结合已有的光合作用驱动的作物生长模型,建立了适合我国种植技术的甜瓜光合作用与干物质积累动态模型。利用不同基质、品种和播期的试验资料对模型进行了检验。结果表明,本模型较用比叶面积和叶干重的SLA法及用积温与叶面积的函数的GDD法更能准确地模拟温室甜瓜的LAI和植株总干重。LAI的模拟值与实测值之间的决定系数(R2)和回归估计标准误(RMSE)分别为0.867和0.404,植株总干重的模拟值与实测值之间的R2和RMSE分别为0.887和645 kg.hm-2。用本模型模拟LAI的精度分别比SLA法和GDD法提高78%和40%;模拟植株总干重的精度分别比SLA法和GDD法提高57%和36%。本模型不仅改善了甜瓜叶面积和干物质生产的模拟精度,而且提高了模型的实用性。     

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。     

基于光温效应的温室小白菜农艺指标动态模拟

【目的】研究小白菜在温室环境下的农艺指标动态,揭示小白菜形态和产量形成过程。【方法】以耐热品种华冠小白菜为试材,在薄膜温室内开展水培试验。试验过程中,实时采集温室环境数据,并定期测定小白菜农艺指标。根据小白菜农艺指标与温度和光合有效辐射的关系,构建基于光温效应(LTF)的温室小白菜农艺指标动态模拟模型,并应用不同播期的试验数据对模型进行验证。【结果】结果表明,小白菜株高、叶数、叶面积、茎粗、根长、鲜重等农艺指标均随LTF的增加而增长,拟合方程可用S型生长曲线函数描述。LTF模型的预测效果优于辐热积(TEP)模型和积温(GDD)模型;其不仅改善了农艺指标的模拟精度,且拟合度较佳。各项农艺指标模拟值与实测值之间的决定系数(R2)为0.907～0.984;回归估计标准误差(RMSE)为0.540～34.393,相对误差(RE)为6.79%～12.66%,RMSE和RE分别为TEP、GDD模型的5.29%～59.98%、31.30%～96.23%。【结论】基于LTF的模型预测值与实测值吻合度较好,预测精度较高,可为温室小白菜生长模拟提供参考。     

不同品种和氮素条件下水稻茎鞘夹角动态模拟

【目的】建立水稻主茎上不同叶位叶片茎鞘夹角动态变化的模拟模型。【方法】基于不同株型品种和氮肥处理的水稻试验,连续观察并记录各处理不同生育时期、不同叶位的茎鞘夹角,进一步利用动态建模技术构建水稻主茎不同叶位茎鞘夹角的动态模拟模型。【结果】水稻茎鞘夹角随生长度日（GDD）不断加大,夹角从开始形成到基本稳定大致经历3个叶龄,且随氮肥施用量的增加而增大;最大茎鞘夹角随叶位的增加呈先增加后减小的趋势,第三叶的最大茎鞘夹角最大。利用Logistic方程可以描述不同品种、不同氮肥处理下,水稻茎鞘夹角随GDD的变化过程,使用直线型分段函数可以描述最大茎鞘夹角随叶位的动态变化规律,通过引入品种参数（第三叶位茎鞘夹角的最大值）量化了品种对茎鞘夹角的影响,同时在模型中添加氮素影响因子来体现氮素对茎鞘夹角的影响。【结论】利用独立的桶栽和池栽试验数据分别对模型进行检验,结果显示茎鞘夹角模拟值与观测值之间的均方根差RMSE分别为2.31°和2.87°;相对均方根差RRMSE分别为11.56%和14.77%,表明模型对水稻主茎茎鞘夹角的动态变化过程具有较好的预测性,可为水稻植株的可视化提供良好的技术支撑。     

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。     

不同埋干深度对1年生楸树生长和生物量的影响

[目的]研究4种埋干深度对1年生豫楸1号生长和生物量的影响。[方法]埋干深度设计4种处理(10、20、30和40 cm),各处理分别选3株平均木,调查其一级侧枝的数量、长度和粗度,测量其胸径、树高及地上和地下生物量。[结果]4种埋干深度间,1年生楸树的侧枝数量、长度和粗度差异不显著,供试材料以埋干10 cm的平均枝条数和平均枝条粗度最大,埋干30 cm的平均枝条长度最大。各处理间胸径和树高总体随埋干深度的增大而变小,胸径差异呈显著性,树高差异不显著。地上生物量、茎生物量和枝生物量差异处理间达极显著,根生物量间差异显著,地上生物量和根生物量均随埋干深度的增加而减小。[结论]4种埋干深度对参试豫楸1号的胸径和生物量有不同程度的影响,埋干10 cm时,参试材料的胸径和生物量相对最大。     

不同株高化控对大果花生主要性状和产量的影响

[目的]探索大果花生适宜的化控时期。[方法]以商花6号为试验材料,采取裂区设计,研究不同株高化控对大果花生主要性状和产量的影响。[结果]对不同株高化控,花生在常规密度和高密度种植条件下,其主茎高、侧枝长、总分枝数、结果枝数和单株饱果数均随植株化控高度增加而增加;常规密度种植条件下花生的单株饱果数、单株生产力大于高密度种植条件下的植株,饱果率和出仁率则相反;花生无论是常规密度还是高密度种植,其产量均随株高的增加而增加,且花生株高达40cm时,产量最高,化控效果最佳。[结论]该研究为花生高产栽培提供了理论依据。     

君迁子实生群体生长性状的相关性和主成分分析

[目的]筛选能够代表君迁子营养生长特性的核心性状,为君迁子的分类和目标性状的早期选择提供依据。[方法]调查了500株1年生君迁子实生苗混杂群体休眠期的7个生长性状(地茎粗、株高、分枝数、主干节数、节间长、主根长、分根数),进行了性状间的相关性和主成分分析,并就易于观察的4个地上生长性状进行了次数分布研究。[结果]君迁子实生苗群体尽管存在多样性表现,但各生长性状之间存在显著的相关性。[结论]地茎粗、株高及分枝数3个生长性状与其他性状间的相关性最为显著,可以作为核心生长指标用于君迁子资源的早期筛选和评价。     

留茎高度对红芪产量和土壤水分的影响

[目的]研究留茎高度对红芪产量和土壤水分的影响。[方法]采用单因素随机区组法,在甘南高原地区研究了红芪留茎高度对其产量和土壤水分的影响。[结果]在7月上旬现蕾前进行剪茎,且留茎50 cm的红芪的水分利用效率最高,主根长、根径、单株根鲜重等经济性状和产量最高,且产量比CK明显提高了30.86%。[结论]红芪留茎高度在50 cm左右时较为理想,既可以节水又能达到增产的效果。     

乐昌含笑生长规律的研究

[目的]研究乐昌含笑的生长规律。[方法]通过对乐昌含笑播种苗及2年生以上苗木的生长情况观测,研究乐昌含笑苗木的生长规律。[结果]1年生苗高平均89.6 cm,平均地径1.40 cm,主根长32.1 cm,根冠34.6 cm×30.9 cm,>5 cm长I级侧根数13.8根。11年生平均胸径(30.07±3.63)cm,树高(935±117.83)cm,冠幅(548±41.42)cm。生长速度快,每年6～8月是高、径生长最快时期;肥水条件好年胸径生长量可达4.91 cm,树高达121 cm,冠径为79 cm。[结论]该研究为制定科学合理的乐昌含笑苗木培育技术等提供参考,有利于其推广利用。     

不同基质对郁金香切花主要性状的影响

[目的]探索栽培基质对郁金香切花主要外观品质的影响。[方法]以菜园土、草炭及珍珠岩等基质为试材,按单一或不同比例进行混合配制成7种栽培基质,研究不同栽培基质对郁金香切花茎高、茎粗及花朵纵径等主要性状的影响。[结果]在菜园土∶草炭=1∶1基质中郁金香花茎最长、茎最粗,分别达53.78和0.95 cm,在菜园土∶珍珠岩∶草炭=1∶1∶1的基质中郁金香花朵纵径最长,为7.91 cm。[结论]在7种栽培基质中,以菜园土∶草碳土=1∶1为栽培基质较好,可以在连云港市推广使用。     

UV-C照射对辣椒种子发芽及幼苗生长的影响

[目的]为了研究UV-C照射对辣椒种子发芽及幼苗生长的相关影响.[方法]按照农作物发芽标准,测定种子发芽率、发芽势,并测定株高、茎粗、干鲜重等指标.[结果] UV-C辐射能使辣椒种子发芽势降低1.5％ ～10.6％,但对发芽率没有影响.10、20 h处理使辣椒种子的出苗率分别提高18％和17％.通过测定生长指标,发现10 h处理能使辣椒幼苗的茎粗增加,植株高度降低,干鲜质量增加,壮苗指标有所提高.[结论]UV-C照射处理辣椒种子10 h的效果最好.     

播期?密度和施肥量对直播油菜国豪油8号产量及其农艺性状的影响

[目的]研究直播油菜不同播期、种植密度和施肥量的最佳组合,为油菜的高效栽培和四川丘陵区直播油菜生产提供理论依据。[方法]采用三元二次通用旋转组合设计,研究影响直播双低油菜产量的农艺措施,建立双低油菜国豪油8号在四川丘陵区直播种植的高产栽培数学模型,并对8个重要农艺性状与小区产量之间进行通径分析。[结果]在四川丘陵区,直播播期、密度和施肥量对国豪油8号产量均有显著影响,在试验条件下,该品种直播栽培获得产量2 799 kg/hm2的农艺方案:9月25—30日播种,密度45.0万~52.5万株/hm2,施肥量0~750 kg/hm2。农艺措施增产效应由大到小依次为播期、密度、播期与施肥量、施肥量。8个农艺性状对油菜产量的直接影响由大到小依次为单株有效角果数、主花序有效段长、二次有效分枝数、有效分枝高度、千粒重、株高、根茎粗、一次有效分枝数。[结论]直播油菜的二次有效分枝、根茎粗是影响油菜产量的重要农艺性状,二次有效分枝对产量起直接作用,而根茎粗主要是通过间接作用起到增产效果。     

玉米千粒重与主要农艺性状的灰色关联分析

[目的]计算玉米(Zea mays L.)千粒重与主要农艺性状的灰色关联度,并进行排序,为玉米育种性状选择提供理论依据。[方法]用灰色关联分析的方法研究了玉米杂交种的行粒数、抽丝期、株高、穗行数、穗长、穗粗、秃尖长、雄穗1级侧枝数目和穗位比率9个主要农艺性状与千粒重的关系。[结果]秃尖与千粒重的灰色关联度最大,其次是雄穗1级侧枝数目,再次是穗粗,穗位比率和千粒重的灰色关联度最小。[结论]玉米育种工作在保证穗行数较多、穗较长、较粗的基础上,应主攻秃尖小,雄穗1级侧枝数目多,并协调各穗粒性状。