应用于GreenLab模型构建的测树方法

GreenLab模型是目前研究最为深入的植物功能--结构模型,但传统的测树学方法难以满足GreenLab模型构建所需要的外观形态参数和生物量参数。因此,该文提出了一套能够满足GreenLab模型构建需求的测树方法。首先分析了GreenLab模型的参数需求,然后以欧美杨107为测量实例,详细探讨了树木的参数测量步骤以及测量过程中的关键问题,形成了一套科学而系统的参数测量方案。结果表明:该测量方案可以快捷有效地实现参数的测量,其测量结果可以满足GreenLab模型构建的需求。

从群体到个体尺度——基于数据的DSSAT和GreenLab作物模型连接探索

作物模型的研究涉及作物生长发育的复杂过程,空间上从分子到细胞、组织、器官、个体、群体等不同尺度,时间尺度上可以从秒到年。基于不同的研究需求,切换作物模型尺度,可使得作物模型的适用性更广泛灵活。其中,如何从群体尺度的作物模型转入个体尺度的作物模型是本研究的内容。本研究基于四个玉米品种的两个处理(灌溉和雨养)的已有的实验数据和基于这些数据的DSSAT系统的模拟数据,校准功能结构模型GreenLab的参数,以计算结果一致为指标,探索不同空间尺度模型建立接口的方法,比较不同模型的特点。结果表明,GreenLab模型可以复现DSSAT系统的模拟数据和实际测量数据,进一步可以反演出各种器官之间生物量的分配并进行三维可视化展示。最后讨论了不同空间尺度模型结合的优势及应用领域。

GreenLab模型20余年研究回顾与展望

【有关概念】GreenLab是器官尺度的植物功能结构模型(Functional-Structural Plant Model,FSPM),采用离散动态系统的形式来描述植物的生长和发育过程,包括植物生物量产生和分配,以及结构形成等,是融合植物学、数学、农业、计算机、自动化领域学科知识的通用模型。【目前研究现状】自1998年以来,基于中法合作,围绕GreenLab模型发展了包括双尺度自动机理论、分枝结构植物的参数反求方法、随机的植物功能结构模型以及理论计算、植物快速建模与可视化算法,开发了SciLab以及MatLab环境下的作物生长模拟与拟合软件,以及基于c++的面向复杂植物计算的软件。目前,GreenLab模型已应用于玉米、小麦、黄瓜、番茄、油菜、菊花、松树、枫树等具有不同特点的几十种植物,涵盖的植物类型从草本作物到复杂的树木。模型特色在于可通过观测植物的器官生物量和数量等数据,反求影响生物量产生和分配的模型内部源库参数;对于单枝或分枝结构、确定性或随机性结构,均能采用通用的器官尺度的数据进行模型校准。【本文的内容概括】本文回顾GreenLab模型的发展历程及其最新进展,介绍模型的基本概念和主要方法,包括双尺度自动机、器官序列,以及通用的植物拟合目标。详细介绍了GreenLab模型中所包含的结构模型(器官数量的计算、器官产生的随机性模拟等)、功能模型(植物和器官需求、生物量产生和分配、器官生长等),以及二者相结合进行参数反求的计算方法。【展望】随着植物表型技术的成熟和普及,GreenLab模型可用于平行农业种植系统的构建,服务植物与环境关系的深入理解,以及生产管理与控制中的智能决策支持。

基于Greenlab模拟玉米生长应用研究

植物生长模拟模型是定量化研究植物的生长规律的重要手段之一,涉及到植物学、农学、林学、应用数学、物理学和计算机信息科学等多学科领域。Greenlab基于植物结构一功能反馈机制的虚拟植物模型,文章基于Greenlab框架构建了玉米生长虚拟模型。

基于GreenLab理论的水杉结构-功能模型

GreenLab模型作为一个通用的植物生长模型,将植物的生理生态过程和形态结构的建模有机的结合到一起。文章以幼龄水杉为研究对象,基于GreenLab模型的源-汇机制构造了水杉的功能模型,基于双尺度自动机原理构造了水杉的结构模型,并实现了水杉生长的可视化模拟。

不同种植密度番茄生长行为的结构功能模型模拟

为研究不同密度下温室番茄的生长行为,对结构功能模型GreenLab进行改进,在提高拟合度的基础上,获得不同密度下番茄生长参数,通过参数分析将环境与番茄植株生长行为相联系。结果表明密度影响同化物产生与分配,通过外在形态,如出叶速率、叶厚、坐果率等表现,GreenLab模型可以重建这种生长行为变化。

植物器官生理年龄划分方法的研究

生理年龄是植物学家为描述植物生长过程而提出的,它的合理划分对于分析树木的生长变化规律、构建树木的生长模型具有重要意义。对于拓扑结构复杂的多年生高大树木而言,生理年龄的划分并不简单,目前还没有一个系统的划分方法。为了快速、合理地划分植物各器官的生理年龄,基于欧美杨107的实测数据,根据生理年龄的概念,提出了一种自动划分多年生高大树木生理年龄的新方法。结果表明:本文提出的划分方法是可行的,并在一定程度上克服了人工方法存在的误差大、操作复杂等问题。该方法也可以被借鉴应用于其他多年生树木生理年龄的确定。

虚拟植物的研究进展

植物的形态结构是生命物质最突出的特征之一,在很大程度决定了生命物质的功能特性。人们从科学研究的视角来定量地描绘植物,但由于研究手段的匮乏而受到制约。近年来,信息技术的飞速发展为植物形态结构的研究带来了全新的数据采集和数据表达方法,从而产生了一个新的研究领域—虚拟植物。为此,通过概述虚拟植物的特征意义,从植物的生理生态过程和形态结构的角度描述了虚拟植物的模拟方法;简述了国内外研究现状及虚拟植物研究的新趋势;同时还介绍了GreenLab模型的基本概念。

植物功能结构模型研究的回顾与展望

植物功能结构模型(Plant Functional-Structural Model,FSPM)是一类对植物形态结构、生物量的产生和分配以及两者的内在联系进行建模的植物模型的总称,是在单个器官层次对植物这一复杂系统的建模与仿真。介绍植物功能结构模型的应用领域,回顾其中的结构模型、功能模型以及光照模型的发展,梳理当前植物功能结构模型的研究现状,探讨未来的研究方向。