基于功能-结构模型的玉米大豆间作不同行向辐射分布研究

【目的】构建不同种植模式和行向的玉米大豆间作功能-结构模型,为解析玉米大豆间作系统的产量优势、生长发育规律及种植模式和行向对光截获、光分配和辐射利用效率的影响提供有力支持。【方法】基于不同种植模式的玉米大豆间作田间试验,解析种植行向如南北行向、东西行向、传统行向(梨树当地长期使用的种植行向,即南偏西40o)对作物生物量、产量和形态结构的影响,构建玉米大豆间作功能-结构模型,模拟不同种植模式和行向下作物群体生长发育和结构变化,量化种植行向对间作系统光截获量和辐射利用效率的影响,并探索玉米大豆间作高光截获量的最佳种植行向。【结果】玉米大豆间作系统的籽粒土地当量比(landequivalentratio,LER)南北行向最高(1.20±0.07),东西行向最低(1.16±0.09)。构建的模型较好地模拟了不同种植方式和种植行向下玉米和大豆的生长发育,与田间实测值相比,玉米株高、单株叶面积和冠层光截获系数的均方根误差(RMSE)分别为0.09—0.14 m、0.04—0.08 m^(2)·plant(-1)和0.07—0.12,大豆株高、单株叶面积和冠层光截获系数的RMSE分别为0.07—0.09 m、0.02—0.04 m^(2)·plant^(-1)和0.09—0.10。传统行向间作系统的累积光截获量最高,为(758.48±1.00)MJ·m^(-2),南北行向和东西行向的辐射利用效率比传统行向分别降低了7.18%、10.57%。【结论】间作种植可以提高玉米生物量和产量,降低大豆生物量和产量。玉米大豆间作种植模式中,种植行向对作物生长有显著影响,矮秆大豆通过改变叶片大小、节间长度和叶柄倾角规避高秆玉米的遮荫影响,以增加受光量和辐射利用效率,最终提高产量。种植行向对群体累积光截获影响较大,间作系统的辐射利用效率与累积光截获量均表现为传统行向>南北行向>东西行向。本研究有助于田间布局优化,为解释不同种植行向玉米大豆间作的光截获和光分配提供了数据支持。

玉米生长虚拟模型GREENLAB-Maize的评估

GREENLAB-Maize虚拟模型采用并行模拟植株功能与结构的机制来模拟玉米植株在不同环境条件(目前只考虑气象条件)下的生长。该模型逐时段模拟植株光合产量和光合产物向各个器官分配的数学公式的主要参数不能通过简单的方法确定,称为隐含参数,是通过将该模型与非线性最小二乘法结合,并以田间植株生长的测定值为目标文件而反求出的。本文首先对参数反求方法进行了改进,结果表明,以植株多个生长时段的测定数据为目标文件来反求参数值时,其变异系数明显比只用某一个时段的测定数据时低。从模型隐含参数的稳定性和模型模拟效果两方面对该模型进行了评估。对气象条件不同而其他条件相同的4组玉米试验、玉米不同生长阶段以及不同取样植株个体等情况下所反求的隐含参数值的稳定性统计分析表明,模型隐含参数值因气象条件、生长阶段以及植株个体差异而产生的差异均不显著,可以认为它们是植株生长内在的、稳定的参数。本文还对该模型的植株形态模拟模块进行了改进。模型较好地模拟了植株的生长状况,但还有必要对植株光合生产模块等进行改进。

应用三维数字化仪对玉米植株叶片方位分布的研究

采用三维数字化仪在田间原位测量了玉米（品种为农大108）植株生长过程中每个叶片中脉在空间坐标系中的位置,据此计算出植株每个叶片的方位角,应用对方向数据的统计分析方法对植株叶片的空间伸展方向规律进行了研究,并分析了单个叶片在生长过程中方位角的变化规律.结果表明：（1）单株叶位越高,叶片偏离植株方位平面的程度越大.叶片方位角从露尖到完全展开前3 d变化较大,最大可达150°,此后基本不变.（2）种植行向与行距相同（0.6 m）而株距不同（分别为0.3 m和0.6 m）的2个处理的玉米群体中各植株方位平面取向分布均匀,但株距影响叶片在植株方位平面附近的分散程度,株距小的植株叶片方向对植株方位平面的偏离大,其第9～13片叶分散程度与宽株距处理对应叶片差异显著,但没有发现上层叶片有明显转向行间的趋势.

基于器官尺度虚拟玉米冠层直射光分布的快速计算模型

为了给精确农业研究中所需的植物冠层光分布快速计算提供解决方法,提出了一个基于虚拟相机的玉米冠层直射辐射分布快速计算模型。该模型主要包括一个能代表田间玉米植株群体空间结构特征的虚拟冠层和一个虚拟相机,采用虚拟相机从太阳入射方向拍摄冠层图像,通过图像判读计算出植株各器官的太阳直射辐射分布。从模拟精度与模拟时间两方面评估了该模型的有效性。结果表明,该模型能很好地模拟器官尺度的植株光分布,并且比现有模型明显地缩短了计算时间。在引入计算虚拟冠层最小复制植株数的算法后,该模型的计算时间还能进一步缩短。另外,还探讨了虚拟冠层的植株器官形态简化描述的可行性,结果表明过度简化会导致模拟误差的明显增加。

基于源-库互反馈的温室青椒坐果时空动态模拟

植株各节位果实的生长将直接影响无限生长型的温室青椒的产量。植株生长过程中各节位的果实同时竞争同化物的分配,源-库供应关系发生变化反馈影响各节位坐果的能力,因此明确源-库动态对坐果的反馈机理对理解产量形成机制具有重要意义。根据温室青椒每个节位器官生物量-形态的实测数据,反求了描述植株各个器官生长过程的参数值,构建了"源-库"互反馈关系的青椒生长模型,量化描述了植株生长过程中源-库动态变化与坐果的时空关系。当源-库比阈值为1.0时,最能反映植株的坐果时空变化规律,此时果实、叶片、叶柄和节间的模拟值与实测值的误差RMSE值分别为15.3、7.4、4.8、5.7g。模型通过源-库动态与坐果空间分布的虚拟模拟进一步解释了果实生长与源-库动态的交互作用效果。

基于多视角立体视觉的植株三维重建与精度评估

基于图像序列的植株三维结构重建是植物无损测量的重要方法之一。而对重建模型的精度评估方法大多基于视觉逼真程度和常规测量数据。该研究以精确的激光扫描三维模型为参照，采用豪斯多夫距离，从三维尺度上对基于图像序列的植株三维重建模型进行精度评估。同时，从植株表型参数（叶片长、宽、叶面积）方面，对植株三维重建模型进行精度评估。结果表明，基于图像序列的三维重建模型精度较高，豪斯多夫距离在0～10 mm之间，各试验植株豪斯多夫距离大多小于4.0 mm，各植株表型参数与其对照值的R2均大于0.95，且两者的无显著性差异（P＜0.05）。此植株三维结构重建方法能够应用于植物表型、基因育种、植物表型与环境互作等研究领域。

水稻冠层的田间原位三维数字化及虚拟层切法研究

【目的】旨在对水稻冠层空间结构精确定量化的方法进行探索。【方法】应用三维数字化技术在田间原位对灌浆期的水稻冠层结构进行测定,探讨该方法的可行性,并建立虚拟层切法以分析水稻的结构特征。【结果】使用三维数字化仪能够在田间原位精确的测定水稻各器官的空间位置和几何形态,从而获取田间水稻冠层的三维结构数据;应用虚拟层切法能够精确、多角度地分析冠层元素在三维空间的分布状况,但层切步长对计算结果有较明显的影响,需要根据具体对象进行合理的选择。【结论】三维数字化和虚拟层切法结合能够实现对水稻冠层结构的精确分析。

玉米冠层内太阳直接辐射三维空间分布的模拟

太阳直接辐射在植物冠层内的空间分布特征影响植物生理生态功能 ,是衡量植物群体结构是否合理的重要指标。利用田间实测的玉米冠层内植株各器官的三维空间坐标进行冠层结构分析 ,将冠层内的植株器官表面划分成小面元 ;根据几何光学中光的直线传播原理 ,利用面元沿太阳光线的平行投影和投影深度排序 (Z- buffer)算法计算冠层内面元受太阳光直接照射的情况 ,建立了太阳直接辐射在玉米冠层内三维空间分布的模拟模型。模型可计算出作物冠层内任选植株的器官表面或冠层内地面上的太阳直射光斑 (Sunflecks)分布 ,也可输出选定空间位置或范围上的太阳直接辐射的分布 ,同时可实现模拟结果的三维可视化。根据此模型的模拟结果可对太阳直接辐射在玉米冠层内的空间分布进行各种分析。利用玉米冠层内光斑的三维分布测定试验 ,在光合有效辐射 (PAR)波段对模型进行了检验。

氮水平对盆栽沙培番茄苗期根系三维构型与氮素利用的影响

为了研究施氮量对番茄苗期根系三维空间分布与氮素吸收利用的影响,以中杂109番茄幼苗为材料,采用沙培盆栽方式并设置3个氮素水平处理,利用^(15)N示踪法和三维数字化仪分别研究幼苗根际氮素吸收运转效率与根系三维构型。结果表明:施氮肥4 mmol/L处理番茄幼苗根系总长、根表面积和根系分支密度分别高于20 mmol/L处理16.5%、17.5%和^(15).5%;4 mmol/L处理幼苗根系三维构型是半径窄而深度深,20 mmol/L处理根系三维构型是半径宽而深度浅,4 mmol/L根系的平均深度较20 mmol/L处理高30%、但半径宽度较20 mmol/L处理低8%,12 mmol/L处理下幼苗根系半径宽度与深度均匀分布;高氮浓度会提高根系^(15)N吸收率与分配率,各器官^(15)N分配率为叶>茎>根,说明根际氮素转运对叶的贡献率最大;12 mmol/L处理幼苗^(15)N转运量与氮素利用率最高分别为508.3 mg/株和8.9%,20 mmol/L处理较4 mmol/L处理^(15)N转运量高128 mg/株,但是氮素利用率却降低2%。研究表明苗期管理上可以适当降低施氮量,番茄幼苗会主动改变根系三维构型来提高氮素利用效率。

烟草功能-结构模型GreenLab-Tobacco的构建

为定量研究烟草生长和形态结构特点,构建准确描述烟株生长的功能-结构模型。基于烟株拓扑结构进行了田间原位动态观测和器官尺度生物量的破坏性测定,连续两年定量分析了不同烟草品种田间烟株的生长发育差异;基于源-库关系建立了烟草功能-结构模型Green Lab-Tobacco,并对模型进行了初步校验。结果显示:光合生产的模拟值与实测值的均方根误差RMSE值在41.02~125.32 g·m^(-2)之间;分配到单个器官的生物量模拟值与实测值RMSE值在0.31~9.06 g·m^(-2),符合指数d值均在0.63以上,R^2均在0.68以上。该基于源-库关系的烟草功能-结构模型具有普遍适用性,可用于定量分析不同品种的烟草生长发育特征。

基于三维坐标数据的烟草植株叶曲线拟合研究

为定量化描述烟草株型特征,构建准确的烟草叶曲线拟合方法。采用三维激光扫描技术获取了精确的烟株叶曲面结构数据,由此提取了表征叶片空间伸展特征的叶中脉曲线的空间坐标。对不同品种、不同生育期烟株的不同叶位叶曲线进行了提取。将叶曲线三维空间坐标变换到二维平面,采用不同形式的圆锥曲线方程对其进行拟合。结果表明:对于叶尖无回勾现象的叶曲线,使用抛物线方程拟合能够满足要求且方程表达式简单、稳定性高;对于叶尖有回勾现象的叶曲线,采用抛物线和椭圆组合分段拟合能够得到很好的效果。该方法具有普遍适用性,可准确描述烟草叶曲线的形态特征。

条带间作下矮秆作物行间辐射差异的模拟与分析

间作是未来中国解决粮食安全的一种重要途径,提高间作内光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR)的利用效率对于提高作物单产具有重要意义。该文针对Munz模型中对于窄条带间作下模拟精度降低的问题,引入了玉米叶面积密度随冠层深度的分布函数,并基于试验测量的辐射重新获取了散射辐射消光系数,实现了窄条带间作系统中不同行矮秆作物冠顶瞬时PAR的模拟。试验设置了3∶6和2∶3两种玉米/大豆间作处理,并进行不同天气条件下各行大豆冠顶PAR模拟值与测量值的比较。结果显示:两者之间具有较好的一致性,决定系数(R2)的范围为0.76~0.99,3∶6间作大豆中行的均方根误差(root mean square error,RMSE)范围为59.1~76.4μmol/(m2·s),内行为76.8~99.7μmol/(m2·s),边行为97.2~157.8μmol/(m2·s);2∶3间作大豆中行RMSE的范围94.9~129.5μmol/(m2·s),边行为125.8~181.0μmol/(m2·s)。结果表明:模型能够较好模拟一天中各行大豆冠顶PAR的变化规律,并能基本反映各行全天累积PAR的差异,且3∶6间作的模拟精度优于2∶3间作,内行优于边行。研究可为条带间作系统内不同行矮秆作物的生长及产量差异提供理论基础和依据。

基于机器视觉的大田植株生长动态三维定量化研究

高通量植物三维表型的研究对判定植株表型特征至关重要。基于机器视觉的植株三维表型获取方法在温室中已广泛应用,能够动态监测植株生长过程,但在大田复杂环境中应用较少。以大田生长的玉米、大豆植株为研究对象,基于机器视觉分析方法对不同生长时期玉米、大豆植株进行个体和群体的三维重建,并基于手动测量值对叶长、叶最大宽进行精度评估。研究结果表明,叶长、叶最大宽的计算值与手动测量值的R2均大于0.97,精度较高,表明大田环境下此方法可以满足作物表型三维构建参数提取的精度要求,但是当冠层遮挡较严重时,三维重建精度将明显下降。进一步自动提取了株高、冠幅和器官生长动态,结果可为与基因型相关的表型高通量分析提供方法,并可进行株型与冠层辐射的精确评价。

银杏

别人都说秋天的枫叶很美，我却觉得秋天的银杏叶也很美。 初秋，天气还有些炎热，银杏已经听到了秋天的脚步，浓绿的扇形叶面镶上了金黄色牙边，就像给碧绿的叶子戴上了一个金色的画框。随着秋意渐浓，镶了金黄色牙边的绿叶完全变成金黄色，远远望去满树金黄。

利用多视角图像法分析番茄幼苗根构型对氮水平的响应

【目的】根系作为植物从环境中获取氮素的重要器官,如何无损并高效地获取其特征参数值是当今研究热点。随着高清成像技术的迅速发展,基于多视角图像法是研究植株根构型无损测量的新型方法。本研究对根系多视角成像系统和GIARoot软件平台相结合的多视角图像分析法精度进行了较系统的评估。并利用此套系统动态定量分析了不同氮素水平对番茄幼苗根构型的影响,为进一步研究植物根构型与矿质元素互作提供新的手段和依据。【方法】本研究以"中杂109"番茄为材料进行水培试验,设置4、12、20 mmol/L 3个氮处理,分别以N4、N12、N20表示,定植于透明玻璃柱中16 d。利用自行设计的根系多视角成像系统获取每天根系360°图像序列,并基于GIARoot软件平台对图像序列进行根系特征参数的定量计算,在第16 d时将根系进行破坏性取样,将GIARoot基于无损测定分析的图像系列结果与Win RHIZO Pro的破坏性取样根系扫描图的计算结果进行对比评估。【结果】GIARoot与Win RHIZO Pro根系特征参数评估结果总体上线性回归斜率在0.96~0.99,R2均为0.99,RE为2.95%~12.69%,根总长、根总表面积、根总体积和根平均直径的RMSE分别为44.73 cm、4.96 cm2、0.09 cm^3、0.05 mm,各个根系特征参数差异均不显著(P>0.05)。在N4、N12、N20 3个氮处理下,番茄幼苗定植16 d内各根系特征参数值均为N12处理最大,且N20的根总长、根总表面积、根垂直投影面积、根总体积分别比N4的高14.2%、13.2%、35.8%、27.7%,而N4的横截面最大根个数、一级侧根个数分别比N20的高28.2%、30.4%。不同氮水平间,第4 d根总长、根总表面积、根垂直投影面积出现显著性差异(P<0.05),N12分别比N20显著高113.9%、153.7%、113.8%。第12 d根总体积、横截面最大根个数出现显著性差异(P<0.05),N12分别比N20显著高57.0%、117.9%。而根平均直径16 d内无明显差异(P>0.05),均在0.42~0.54 mm。【结论】利用将多视角成像系统和GIARoot软件平台结合的多视角图像法,进行无损测量获取根系特征参数值是可行的。通过对不同氮水平下番茄幼苗各根系特征参数分析表明,适当提高氮浓度可以促进番茄幼苗根系生长,20 mmol/L的高氮对根系生长具有抑制作用,且相对于根总长、根总表面积、根垂直投影面积、根总体积,这种抑制对侧根数量尤为明显,氮素浓度对根平均直径影响最小。

便携式护眼写字板

书法是中华民族的文化瑰宝，也是人类文明的宝贵财富。为继承和弘扬中华民族优秀文化，围家教育行政部门要求：“在义务教育阶段的语文课程中，要按照课程标准要求开展书法教育。”

多功能手指力量训练器

在我国，家长让孩子从小学钢琴已经成为一个很普遍的事情。被称为“乐器之王”的钢琴在名目繁多的音乐王国中拥有最明亮的光环。它音色优美动听，十分迷人，但要学好难度却很大。

我发明了“乒乓球拣球器”

2008年5月，我开始跟随一位从省专业队退役的于教练学乒乓球，每周训练2-3次，虽然很累，但我的进步可是飞快。

美丽的蝴蝶园

我们的校园很美，校园一角的蝴蝶园更美！

南郭先生新传

话说南郭先生＂滥竽（yú）充数＂被齐湣（mǐn）王识破后,从宫中逃出,齐湣王很生气,就下令让人到处抓他？到这个消息,南郭先生害怕极了,就决定去拜师学艺。