基于结构-功能互反馈机制的植物生长可视化建模与仿真(简报)

为确定植物生长可视化建模的一般方法,在总结国内外相关研究成果的基础上,归纳了基于结构-功能反馈机制的植物生长可视化建模的步骤,研究了建模过程中涉及的植物形态结构描述模型、结构模型与功能模型的结合、可视化模型以及模型的有效性检验等关键性技术问题,最后以具体作物生长可视化建模为例阐述了该技术的应用,并对关键性技术问题进行了讨论.研究结果表明,基于结构-功能反馈机制的作物生长模型,不但能可视化模拟不同环境因素下作物的生长发育状况,而且可在作物理想株型培育、群体产量预测、栽培管理等领域发挥实际作用.     

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。     

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。     

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。     

土壤微生物在促进植物生长方面的作用

土壤微生物与植物的根系形成一个稳定的动态系统,在这个系统中它们之间相互作用,相互影响。植物的根系为土壤微生物提供养分,土壤微生物反过来也促进了植物根系的发育,从而促进了植物的生长,从而促进了植物的生长。本文就土壤微生物生长特性,从7个方面阐述了土壤微生物对植物的促进作用。     

水土保持优势植物生长的分析研究

在第四纪红粘土水土流失区水土保持坡面绿化实践中。总结出实现生物多样性的植物群落组合系列。主要有刺槐-胡枝子-百喜草系列;柏木-紫穗槐-长叶画眉草系列;木荷-胡枝子-假俭草系列;樟-多花木兰-百喜草系列;枫香-胡枝子-百喜草系列等。生物多样性群体的建立有利于增大环境容量,抑制植物虫害发生和缓解植物的早衰现象发生。利用优选植物种实现土壤流失坡面绿化,必须采用正确的实施方法,而公顷施750～1125kg钙镁磷肥是不可缺少的。     

基于虚拟生长模型的温室番茄栽培管理专家系统

为改进传统农业专家系统的决策性能,动态表达其决策结果,提出并实现了基于虚拟生长模型的温室番茄栽培管理专家系统.介绍了系统的总体框架与功能模块,分析了系统实现的若干关键技术,如开发工具、知识表示方法、知识库的构建、虚拟番茄生长模型等.系统综合运用推理、预测、可视化与解释等机制帮助用户设计栽培管理方案,可视化模拟和预测温室番茄的生长发育进程.基于虚拟生长模型的温室番茄栽培管理专家系统初步实现了积温模型、形态发生模型与专家系统知识模型的综合集成,更适合温室番茄栽培管理的实际需要.试验表明该系统具有较好的应用前景.     

近期激光对植物生长调节效应的研究进展

分析了激光对植物生长调节效应的研究进展,发现研究明显具有以下特点:早期研究主要集中在激光预处理种子对种子萌发、幼苗生长发育、生理生化效应的影响以及激光处理机制的初步讨论;近年来的研究集中于激光处理对环境胁迫下植物生理生化效应影响,环境胁迫因子涉及增强UV-B辐射、干旱与冷冻,其中多数研究集中于激光对增强UV-B辐射下植物生理生化效应的影响,发现激光能增强植物抗UV-B辐射损伤,提高植物抗干旱逆境及抗冷冻能力,并对其作用机理及机制进行了探讨。今后可围绕全球生态环境变化背景下,激光处理对植物生理生化效应的影响进行研究,并深入研究激光影响的分子生物学机制机理。     

改进CERES-Rice模型模拟覆膜旱作水稻生长

覆膜旱作是节水稻作生产体系的重要措施之一,采用CERES-Rice模型模拟覆膜旱作水稻生长需另外考虑覆膜的增温效应和根系层土壤水分布差异及由此所带来的影响。该文借鉴部分旱地作物的相关研究成果,对原CERES-Rice模型中的积温和土壤温度、蒸发和土壤水分胁迫等模拟计算过程进行了改进,并进一步通过2个水稻生长季的田间试验予以验证。试验于2013、2014年在湖北房县进行,共涉及淹水(对照)、覆膜湿润栽培和覆膜旱作共3个水分处理,采用原模型和改进模型分别对2个生长季、2个覆膜处理的生育期、叶面积指数与地上部干物质质量的变化过程及产量进行模拟。结果表明:原CERES-Rice模型难以准确刻画覆膜旱作水稻的生长发育过程,经改进后,模拟效果大大改善,可有效反映环境变化(水分、温度)对覆膜水稻生育进程的影响和产量形成,维持生育期与产量模拟的相对误差在15%以内;覆膜水稻叶面积指数的动态模拟基本满足要求,其均方根差≤1.54 m~2/m~2、相对均方根差≤27%、建模效率≥0.85;对覆膜水稻地上部干物质质量变化过程的模拟也呈现出较好的效果,均方根差和相对均方根差分别小于1 490 kg/hm~2、16%,建模效率则高于0.95。总体而言,经改进后的CERES-Rice模型基本可满足要求,较好地用于模拟覆膜旱作水稻的生长发育规律。     

Plant density and nitrogen effects on growth dynamics,light interception and yield of maize

Maize (Zea mays L.) growth and yield are most sensitive to variations in plant density and nitrogen (N) in north-western Pakistan. This study was conducted on the Agricultural Research Farm of NWFP (North West Frontier Province) Agricultural University, Peshawar, from 2002–2004 to establish an accurate plant density and N management system aimed at high yield of maize. The 2 × 3 × 6 factorial experiment was designed having two plant densities (P1 = 60,000 and P2 = 100,000 plants ha^?1) and three nitrogen rates (N1 = 60, N2 = 120 and N3 = 180 kg N ha^?1) applied to the main plots, while six split application for N in different proportions were applied to subplots at different growth stages of maize in two equal (S1), three equal (S2), three unequal (S3), four equal (S4), five equal (S5) and five unequal splits (S6) at sowing and with 1st, 2nd, 3rd and 4th irrigation at two-week intervals. Growth rate and yield increased with elevated dose and number of N split applications. Improved endurance to high stands allowed maize to intercept and use solar radiation more efficiently, contributing to the remarkable increase in the crop growth rate and yield.     

基于实测水位和流量数据的渠道控制模型参数辨识与验证

针对传统渠道控制模型推导求解复杂,难以在实际工程中应用的问题,该研究以渠道积分延迟模型（Integrator Delay model,ID）和积分延迟零模型（Integrator Delay Zero model,IDZ）为研究对象,利用递推最小二乘法对2种渠道控制模型进行了参数辨识和分析。结果表明：参数辨识方法可以简单、有效地获取渠道系统的控制模型;在模型试验中,辨识误差基本分布在（-1,1）cm之间,在南水北调原型工程中,辨识误差基本分布在（-2,2）cm之间;2种辨识模型的均方误差达到了10-5级别,且针对水流变化复杂的大型渠道工程,IDZ模型的辨识精度和稳定性整体高于ID模型。文章的主要结论对于渠道控制建模理论及控制器设计方法具有一定的参考价值,可应用于灌区或调水工程的输配水渠道系统建模。     

秒尺度温室番茄作物-环境互作模型构建与验证

为了解决现有温室模型时间尺度不统一的问题,该研究建立了一个时间尺度统一的温室番茄作物-环境互作模型,描述作物与环境之间的相互作用,提高模型的精准性.首先,将番茄作物生长模型拆分成SUPPLY、PARTITION、GROWTH 3个子模块,针对3个模块在由天数量级时间尺度到秒数量级时间尺度变换时存在的问题,通过模型替换、...     

区域蒸散发分布式模拟及其遥感验证

随着遥感技术和水文模型集成技术的进步,在区域上进行蒸散发（ET）模拟和验证成为可能。为了探讨如何基于遥感监测ET进行正确的蒸散发模拟,使用1 km分辨率遥感监测ET对SWAT2000模型所模拟的漳卫南运河流域主要农业耕作区实际ET进行了率定分析,并探讨了SWAT模型农业耕作措施设置以及土壤和作物生长参数的合理取值问题。结果表明,SWAT模型模拟ET与遥感监测ET的确定性系数R2和Nash-Sutcliffe效率系数ENS分别达到了0.93和0.92;土壤蒸发与作物蒸腾的比例受土壤蒸发补偿系数（ESCO）影响较大,对于冬小麦-夏玉米轮作区,ESCO取值建议在0.8～1.0之间。利用遥感监测ET数据有助于蒸散发的正确模拟,从而有效地提高水文过程的模拟精度。     

Growth and functioning of roots and of root systems subjected to soil compaction. Towards a system with multiple signalling?

The effect of soil mechanical impedance on root growth is discussed on several levels from the apex to the root system. At the individual root level, the balance of pressures on the root apex cannot account for observed reductions in root elongation rate. Furthermore, soil mechanical impedance affects the elongation rate of non-impeded organs, such as leaves or non-impeded roots. A chemical message originating in roots could account for such an effect, probably via changes in cell wall rheological properties in all growing zones of the plant. Changes in carbon allocation could also have a role. At a whole-plant level, indirect effects linked to changes in the plant structure contribute in a major way to the effect of mechanical impedance on root growth. Although only a small proportion of roots of fieldgrown plants are in contact with compact soil, geometrical characteristics of root systems are considerably affected. In particular, root deepening is delayed and roots tend to have a clumped spatial arrangement. Experimental evidence and modelling suggest that this change in root system architecture could cause water stress, even in relatively wet soil, because of an increase in resistance to the soil-root water flux. As a consequence, root water status and water flux decrease, and stomatal conductance is reduced as a consequence of a chemical message originating in the roots. This secondary message is superimposed onto the direct message linked to mechanical impedance. Under some climatic conditions, whole-plant growth rate, carbon allocation and phenologic development can then be significantly affected by a compaction in the ploughed layer, while only small changes can be expected under more favourable conditions.     

Hydrus-1D模型在田间水循环规律分析中的应用及改进

为分析农田水分运移规律,以华北平原位山引黄灌区典型田间为研究对象,应用Hydrus-1D模型连续模拟了 2006－2009年的田间水分运移过程。对模型中表面阻抗的计算方法进行了改进,从而改善了蒸散发的模拟结果,与涡度相关系统的实测蒸散发数据对比表明了改进的合理性。对蒸散发的分析表明,对于种植季节性作物的农田,叶面积指数（leaf area index,LAI）是影响蒸散发季节变化过程的重要因素,而气象条件主要决定其在较短时间尺度（如一周）内的波动。与时域反射仪（time domain reflectometry,TDR）实测土壤含水率的对比表明,模型对土壤含水率的模拟精度较高。水量平衡分析结果表明,降雨和灌溉的80%由蒸散发消耗,在汛期农田通过排水发生田间渗漏损失。     

各国可持续农业发展道路与资源利用模式比较

阐述了可持续农业有关概念、定义及其实质内涵,并比较分析了国外一些国家和我国台湾省可持 续农业发展模式,论述了我国不同地区农业持续发展及资源利用模式,指出我国SARD模式已经展现了我国农业现代化方向和农业与农村经济可持续发展的道路。     

无压灌溉土壤湿润体含水率分布规律与模拟模型研究

该文通过室内试验,分析研究了无压灌溉土壤入渗率变化过程和土壤湿润体内含水率分布规律。试验结果表明：无压灌溉的累计入渗量与时间呈幂指数关系,土壤入渗率趋于零是无压灌溉过程结束的标志。同时,引进场的概念,结合土壤含水率试验数据,建立了无压灌溉土壤湿润体内含水率分布的理论模拟模型,并用实测值进行了验证。该模型简单、实用、精度高,实测值与预测值之间具有较高的相关性,相关系数达0.899以上。该研究结果对大田土壤水分调节和管理具有指导作用。