水稻三维形态生长模型构建的初步研究
近年来，植物模型的研究得到了迅猛的发展。本研究基于水稻生长发育规律，通过连续观测水稻地上部各器官的形态特征，综合研究了水稻生长发育的过程，结合植株相关生理过程，在GroIMP建模平台上初步构建了水稻三维形态生长模型。
本研究在试验观测的基础上，系统分析了水稻植株的生长发育和形态结构变化规律。采用S型曲线模拟了叶片的叶长和叶宽之间的关系;通过测量叶片与叶鞘之间的角度，分析了主茎和分蘖上的切角变化以及切角和张角之间的关系，结合叶片长度提出模拟叶片中脉曲线的方法;采用一元二次方程描述了叶片叶面积和叶长之间的变化规律，并分析了主茎上叶片的SPAD值变化;对于叶鞘和节间的形态模拟，分别应用一元二次方程和指数函数模拟叶鞘和节间长与叶位间的变化规律。根据试验结果，采用幂函数模拟水稻叶面积和积累的生物量之间的关系;分析了主茎各叶片比叶面积在叶位间的差异，结果显示比叶面积和叶位呈一元二次方程的关系。此外用S型曲线模拟了水稻植株在整个生长过程中的生物量积累过程。
本研究依据上述水稻形态模拟模型，同时构建了水稻的光合模型和源库模型，以Thornley光合模型模拟了水稻叶片的光合作用过程;源库模型中采用β函数方程计算植株各器官的库强，根据各时期器官库强的大小将光合作用获得的光合产物进行同化物的分配，调节植物的生长。利用GroIMP建模平台初步建立了水稻功能结构模型。模型基于RGG(Relative Growth Grammar)图形文法和拓展L系统(XL)建模语言，并兼容Java语言。模型中包含的形态结构和生理功能之间紧密联系并且相互影响，能够输出直观的水稻动态生长过程，具有一定的指导意义。
本研究采用的功能结构模型是新兴的模型构建方法，拥有广阔的发展前景。本研究建立的植物模型整合了植物结构和生理过程两方面的信息，且具备良好的扩展性，将会有助于我们理解作物在复杂环境中的表现，将来会在实践中得到越来越多的应用。
水稻;拓扑结构;形态建成;光合作用;源库模型;植物功能结构
浙江大学
硕士
作物学
周伟军
2012
中文
S511
70
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）