烤烟地上部器官形态模型研究

论文摘要

烟草是我国重要的经济作物,其面积和总产量居世界第一位。烟草的形态结构比较简单,从形态结构特征分析可知,烟草是由许多叶元构成的,而叶元由节间、节及其上的附属器官（如叶子）组成,所以烟草的生长也可理解为叶元的产生与生长过程。本文以2006、2007年两年的试验资料和广泛搜集的相关信息资料为基础,根据植物的结构与功能反馈机制,以生长周期（GC）为时间步长,叶元为结构单元,建立了烟草生长的生理生态和形态结构的模拟模型,包括生长发育模型、同化物生产模型、同化物分配和积累模型、器官形态构建模型等。基于烟草生长过程中叶元数增加与积温变化呈线性相关关系,生长发育模型进行烟草生育进程的预测:基于烟草地上部净同化物增加与生长周期的变化关系,同化物生产模型进行同化物的估算。依据2006年试验和气象数据分析,求得发育参数DR值为75.76（℃-1）,形态构建参数包括叶和节间形态参数,基于器官形态构建原理和2006试验数据,求得叶形态参数ξb的值为0.045 g/ cm2,叶长与鲜重的关系k i为11.328,拟合系数r为0.4153,节间形态系数be随节位上升出现两个峰值,节间形态系数β随节间位置的上升而上升。为了验证模型,分别以2007年第12个GC和20个GC的试验数据对模拟结果分别进行比较,试验数据与模拟结果总体上比较吻合,相关系数在0.735以上。采用某一时刻烟草植株地上部总重与生物量的比例来计算地上部的分配指数,采用地上部各器官的重量与地上部总重的比例来计算地上部各器官的分配指数,并以分配指数和生物量为基础模拟了烟草各器官干物重的变化动态。首次构建了地上部、绿叶、茎、分配指数与生长周期之间的动态关系,从而较真实地展示了随着烟草生育进程植株各器官分配指数的连续变化规律,提高了模型的解释性和机理性。通过连续观测烟草叶片的叶绿素含量的变化,综合分析了烟草叶片叶绿素含量随生育进程的变化规律及其与RGB的关系,并构建了基于叶绿素含量的烟草叶色变化模拟模型。烟草叶片叶绿素含量随生育进程的变化在生长初期和生长成熟期符合二次曲线的规律,叶色变化的第二阶段叶片叶绿素含量基本保持不变,不同叶位叶片在此阶段的叶绿素含量与叶位呈线性关系。采用分段函数描述了叶片叶绿素含量随生长周期进程的动态变化过程,并用线性方程定量描述了叶片色素含量与RGB的定量关系,叶片色素含量预侧值的模拟值与实测值的相关系数均在0.763以上。本研究实现了农学与计算机技术的结合,所建立的烟草地上部器官形态模型不但有较强的生物学意义和较高的模拟精度,而且具有系统性、机理性的特点。本研究可与根系模型挂接,使作物模型的研究更加完整。也可做为构建烟草虚拟生长的理论依据。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 文献综述
• 1.1 作物生长模拟的国内外研究概况
• 1.1.1 作物模拟模型的涵义和类型
• 1.1.2 作物模拟研究现状
• 1.2 虚拟植物的国内外研究概况
• 1.2.1 生成植物图形的方法
• 1.2.1.1 L 系统
• 1.2.1.2 分形方法
• 1.2.1.3 参考轴技术
• 1.2.1.4 植物三维重建法
• 1.2.2 植物生长过程的动态模拟研究
• 1.3 农业信息技术在烟草生产领域的应用现状
• 1.3.1 农业信息技术在我国烟叶生产领域的应用现状
• 1.3.1.1 数据库技术
• 1.3.1.2 专家系统和模拟模型
• 1.3.1.3 烟叶烘烤工艺的信息化
• 1.3.1.4 烟叶检测与分级的信息化
• 1.3.1.5 烟叶综合管理信息技术
• 2 引言
• 3 材料与方法
• 3.1 田间试验设计
• 3.2 测定项目与方法
• 3.3 模型的构思与组建
• 3.4 模型的检验
• 3.4.1 数值比较
• 3.4.2 统计检验
• 4 模型的构建
• 4.1 模型构建的依据
• 4.2 烤烟形态结构分析
• 4.3 建模中的几个概念
• 4.4 烤烟生长过程及其建模
• 4.4.1 环境条件对大田烟草生长发育的影响
• 4.4.1.1 温度
• 4.4.1.2 光照
• 4.4.1.3 水分
• 4.4.1.4 其他
• 4.4.2 主要生长过程及其建模
• 4.4.2.1 烤烟发育及其建模
• 4.4.2.2 烤烟总干物质积累模型
• 4.4.2.3 烤烟总干物质分配模型的描述
• 4.4.2.4 烤烟节间形态的描述
• 4.4.2.5 烤烟叶片形态的描述
• 4.4.2.6 叶色模型的构建
• 4.5 模型的检验
• 4.5.1 模型参数的确定
• 4.5.2 模型的检验
• 4.5.2.1 烤烟发育模型的检验
• 4.5.2.2 烤烟总干物质积累和分配模型的检验
• 4.5.2.3 烤烟节间形态和叶形态模型的检验
• 4.5.2.4 烤烟叶色模型的检验
• 4.5.2.5 烤烟叶片叶绿素含量与颜色特征模型的检验
• 5 结论与讨论
• 5.1 本文的主要结论
• 5.2 本研究的局限性及今后的打算
• 参考文献
• 英文摘要