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番茄生长拓扑功能—结构模型的构建

吴正鹏  
【摘要】:番茄营养丰富,味道鲜美,是世界上栽培面积最大的蔬菜之一。在逐渐重视品质与营养的当今社会,研究番茄生长规律和与环境的交互作用具有重要的理论与实践作用。根据作物生长过程中器官功能-结构的互反馈机理,构建模拟番茄生长的拓扑功能-结构模型,探索番茄生长内在机理。具体研究内容和结果如下:1.构建统一模式下的番茄作物生长的功能-结构模型:根据器官表型(器官的外在表现特征)来划分基本生长单元,构建番茄的拓扑结构模型;通过绿色植物对光合有效辐射的响应,以光量子的利用率来计算出番茄生长的光合速率,并结合番茄基本生长单元的几何形态特征构建光合生产模型;基于库源理论,根据库强与生长单元的扩展率的乘积来构建同化产物分配模型;根据基本生长单元的几何形态特征,结合作物生长的异素生长规则构建作物空间几何形态模型。2.模型的参数化和调整:通过观测分析地上器官的发育与积温的对应关系,实现拓扑结构的参数化;通过田间实验和计算机反求,实现光合产物模型的参数化;通过取样观测获取基本单元的生物量,结合观测数据实现光合产物分配模型参数化;根据基本单元的基本信息(叶长、叶宽、叶面积等)与干物重的内在关系,实现基本单元的空间几何结构参数化。最后,运用VBA和VC++的编程,实现番茄地上器官及根系一体化的生长过程的模拟。3.采用水培试验能非常好观测番茄基本生长单元的表型,并且有助于作物取样的完整性和准确性,很好的对构建的番茄生长模型进行验证。结果表明,实验模拟参数与实测值有较好的一致性,模型能很好的模拟出番茄基本单元的表型。


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