植物根系竞争生长的三维可视化模拟

基于Simroot模拟系统的数学理论,结合Visual C++编程工具和OpenGL三维图形库技术,建立了一个虚拟植物根系竞争生长的三维可视化模拟系统.通过对作物大豆的根系竞争生长的模拟表明:本系统能够形象逼真地显现植物根系竞争生长的形态结构和生物特性,具有良好的通用性和适用性.     

可控式大豆拓扑结构建模及其可视化模拟的方法

为了完善作物形态结构动态模型建立的方法,在基于生长方程理论建模的基础上,提出了可控式模型的建立方法。为此,以大豆拓扑结构为例,通过建立主茎、叶柄和两者夹角的状态及其相对位置的关系方程,来反映植株器官间的相互制约关系。在可视化模拟过程中,结合关系方程控制拓扑结构形态变化,更加真实地模拟其生长发育特点,为进一步模拟环境对作物形态的影响奠定了基础。     

基于L系统的大豆根系模拟研究

随着虚拟植物研究的不断深入,对于虚拟植物研究的重点也从地上部分转入地下部分.根系是植物最重要的器官之一,在植物整个生长发育、生理功能和物质代谢中发挥着重要作用,因此对植物根系进行虚拟研究具有重要意义.为此,以大豆为例,通过对大豆根系形态及生长特点的分析,探讨了使用L系统进行大豆根系虚拟建模的方法,并在Visual C 环境下进行了算法实现.     

基于生长方程的虚拟大豆拓扑结构建模方法的研究

通过对大豆拓扑结构数据的采集及分析,提出了基于生长方程的虚拟大豆拓扑结构建模方法,建立了生长模型,并简单地实现了虚拟大豆的可视化。利用这种方法建立的模型可克服三维重建方法连续模拟方面的不足,符合植物体连续生长特点,具有一定生理学特征,对指导实际生产有重大意义。     

基于微分L-系统的水稻根系三维生长模型研究

植物根系结构是其根系的空间构型,水稻根系结构表现出高度的多样性。为了探明水稻根系结构和分布规律,利用水培法开展试验,测定不同生长时期的根系三维空间坐标和形态参数,对水稻根系结构进行高精度的测量。统计分析所测试验数据,确定了根节点的初始位置、各级枝根的生长方向以及根系的生长函数。通过整合水稻根系的拓扑结构,量化其生物学特征,提出基于微分L-系统的水稻根系三维生长模型,以描述水稻根系生长规律,并检验该模型输出结果的精度。借助Visual C++和Open GL标准图形库实现了水稻根系三维生长可视化模拟系统,直观再现了水稻根系动态的生长过程。对比分析表明,系统对总根长、根表面积和根体积的平均模拟拟合度分别为96. 82%、95. 86%和93. 96%。     

基于生长方程大豆叶片模拟方法的研究

针对大豆叶片的各项指标建立数学模型,叶片的轮廓采用贝塞尔(Bezier)曲线方程拟合,叶片长、宽与时间的生长模型采用理查兹生长方程模拟,设计出了能够真实反映大豆叶片特征的生长方程,基本实现了对大豆叶片生长的动态模拟.     

基于L系统的小麦根系可视化模拟研究

对小麦根系生长特征及模拟理论基础进行了分析,设计小麦生长实验,分析试验数据得到小麦根系生长的数学模型;对L系统进行了三维解释,通过观察分析小麦根系构型特征给出其三维L系统规则,同时考虑了根系生长过程中的随机因素.结合生长方程和L系统规则,以VC 6.0为平台,采用OPENGL开发,借助图形学知识实现了小麦根系生长的三维可视化模拟,利用这种方法可以很好地模拟小麦根系连续生长情况.     

盆栽番茄根系三维生长模型构建与实现

为探明负压地下灌溉条件下的盆栽番茄根系分布规律,通过试验测定不同生长时期的盆栽番茄根系三维空间坐标和生长参数.统计分析所测试验数据,明确了番茄各级根长生长函数、分根点分布及其侧生概率和侧生方向.基于番茄根系拓扑结构和实际生长规律,提出利用微分L系统构建番茄根系三维生长模型以描述盆栽番茄根系生长规律及其边界条件.文中以所构建的盆栽番茄根系三维生长模型为算法基础,利用OpenGL技术实现盆栽番茄根系三维生长可视化模拟系统,直观地再现了负压地下灌溉条件下盆栽番茄根系在不同生长时期的空间分布和生长情况.通过与试验数据对比分析,对于幼苗期的盆栽番茄根系分布平均模拟拟合度约为83%,而对于结果期的根系分布平均模拟拟合度约为91%.因此所建模型能够有效模拟盆栽番茄的根系生长情况.基于微分L系统的盆栽番茄根系三维生长模型可以表达不同生长时期番茄根系的形态特征和生长规律,为进一步研究土壤水分与根系生长的互作用奠定基础.     

大豆垄上双行免耕播种机锯齿式开沟器设计与试验

在玉米-大豆轮作免耕种植模式下,针对玉米根土结合体较大且垄向分布不均匀,阻碍大豆垄上双行播种开沟器垄向运动,导致播种深度均匀性和行距一致性较差等问题,设计了一种锯齿式大豆垄上双行播种开沟器。在阐述锯齿式大豆垄上双行播种开沟器结构和工作原理的基础上,对前刀曲线进行了设计,推导出前刀曲线方程;分析了侧刃切割根系力学模型,确定侧刃为锯齿形;对玉米根土结合体进行农艺学测量,确定了锯齿形侧刃的关键参数;根据大豆播种的农艺要求,明确了开沟器主体内导种管以交错形式布置,同时确定了锯齿式开沟器的入土隙角为5°。离散元仿真试验结果表明:锯齿式开沟器能有效切断玉米根系且有较优的工作稳定性,进而验证了设计的合理性。在机组前进速度7 km/h、开沟深度50 mm条件下,以根系切断率为主要指标进行田间性能试验,结果表明:锯齿形侧刃有较强的锯切能力,平均根系切断率达97.25%。与双圆盘开沟器进行田间对比试验,结果表明:锯齿式开沟器比双圆盘开沟器开沟深度变异系数降低43.33%、种子横向距离变异系数降低60.81%。仿真试验和田间试验均表明锯齿式开沟器满足免耕大豆垄上双行播种农艺要求。     

黑龙江省大豆玉米轮作轮耕机械化生产工艺方案设计

随着种植大豆玉米效益的变化,黑龙江省垄作区种植结构也相应进行了调整。因此,根据玉米、大豆种植比例及生长需求,研究轮作轮耕制度及对应的机械化作业工艺与规范对地区农业生产及农业机械化发展具有重要意义。在充分调研和查阅大量文献的基础上,以构建黑龙江省土壤合理耕层结构,保证大豆、玉米生产需求为目标,筛选和凝炼了适合目前种植结构的大豆-玉米轮作方式,并结合大豆、玉米收后茬地特点及后茬作物生长需求,确定该区域不同轮作制度对应的机械化耕整地技术与模式,并以此为基础,研究确定与轮作耕作制度相应的大豆、玉米生产机械化作业工艺过程及规范。本研究旨在为推进黑龙江省垄作区大豆玉米生产机械化生产水平提供依据,为提高农业效益、促进种植结构调整提供技术基础。     

复合型大豆生长营养调理剂LYR-2对大豆生长发育及产量的影响

为检验复合型大豆生长营养调理剂在大豆生产上的应用效果,特进行田间试验,考察其对大豆生长发育及产量的影响。结果表明:复合型大豆生长营养调理剂可不同程度地增加大豆的株高、茎粗、根体积及产量,效果显著,值得大面积推广应用。     

氮素对大豆旱后补偿生长影响研究

在大豆生殖生长期水分胁迫,营养生长期复水的条件下,研究氮素对大豆复水后补偿生长及产量的影响。结果表明:在干旱解除后的后续生长过程中,适量氮肥能有效消除水分胁迫对株高叶面积的抑制作用,复水后补偿生长显著。同一水分条件下,低氮处理的大豆株高、叶面积的补偿生长量是高氮处理的1倍,根重和经济产量也明显超过高氮处理的大豆。     

水稻根系吸水模型的初步研究

以沈农9660号水稻品种为试材,随机选取一个蒸渗仪(面积为2.5m×2m)进行根系生长观测试验。采用水洗法,测定水稻根系重量根密度。运用非称重式钢筋混凝土蒸渗仪的蒸腾量观测结果,在总结国内外作物根系吸水模型研究的基础上,运用有限差分法对有根系吸水条件下的稻田土壤水分运动进行了模拟,导出了水稻根系吸水模型。     

基于多角度成像数据的大豆冠层叶绿素密度反演

利用多角度观测系统采集田间不同生育期大豆冠层的图谱数据,通过提取影像中土壤背景、大豆植株、光照叶片等不同目标地物的反射光谱,对比分析不同观测角度下成像光谱数据反演大豆冠层叶绿素密度的效果,探讨土壤、阴影叶片及角度变化对群体叶绿素密度反演的影响.结果表明:(0°,20°,40°,60°)的天顶角组合有最高的预测模型决定系数(R2为0.834)和最小的均方根误差(RMSE为6.13);(20°,40°,60°)天顶角组合的决定系数值高于(0°,20°,40°)的组合,且在混合植被、纯植被、光照植被3类数据中有一致的趋势.40°天顶角是反演叶绿素密度的最优角度.0°方位角(太阳主平面的后向观测)是反演叶绿素密度的最优角度.天顶角变化是影响大豆冠层叶绿素密度反演的主要因素.     

木薯形态及其收获起拔力分析

为了得到木薯机械化收获中的挖拔零部件的设计参数和木薯全株各种形态特征之间的关系,采用了实地田间抽样的调查统计方法,对木薯关键形态特征(全株重量、根块俯视投影面积,茎秆截面面积)进行了统计分析。以统计数据和相关公式计算为前提,进行数学建模,得出可靠的木薯块根的最大起拔力。结合木薯的主要形态特征和最大起拔力要求,可为挖拔式木薯收获机提供设计参考数据。     

间作种植模式下冬小麦根系生长的时空分布及变化规律研究

针对冬小麦/春玉米间作种植模式下冬小麦的根系分布特征进行研究,分析冬小麦在间作种植模式下根系的空间变化规律及随生育时期的增长规律。研究表明,间作冬小麦根系在垂直方向上随深度的增加呈幂函数衰减规律,在水平方向上呈指数递减规律。在对根系变化规律进行统计分析的基础上,建立了衰减数学模型。同时对比分析了间作和单作2种不同种植模式下冬小麦根长密度的垂直分布。对根系生物量随时间的增长分析结果表明,2种种植模式下冬小麦根系生物量的增长均呈现“S”型曲线。     

Determination of potential yield-limiting factors of soybeans using SOYMOD/OARDC

SOYMOD, a computer model of the soybean plant, was upgraded and used to simulate growth at the plant part level. Sensitivity analyses were conducted on twenty-six plant parameters and on three weather parameters. The results showed excellent consistency and indicated that translocation of photosynthate to the root system and the efficiency of use of this photosynthate to produce assimilated nitrogen compounds are of considerable importance in determining eventual plant yield. In particular, those parameters that controlled the plant processes that competed with translocation for allocation of photosynthate (i.e. stem growth rate) had the largest effects on plant productivity. On the basis of these results, several suggestions for potential genetic modifications in order to achieve an ‘ideal’ soybean plant are presented. The results and suggestions should serve as useful guidelines for future research efforts.