玉米生長的生理生態(tài)功能與形態(tài)結(jié)構(gòu)并行模擬模型.pdf

1、玉米是世界上最主要的種植作物之一,其形態(tài)結(jié)構(gòu)比較簡單,所以也是作物模型研究比較多的作物.從形態(tài)結(jié)構(gòu)特征分析可知,玉米是由許多葉元構(gòu)成的,而葉元由節(jié)間、節(jié)及其上的附屬器官(如葉子)組成,所以玉米的生長也可理解為葉元的產(chǎn)生與生長過程.該文基于植物的結(jié)構(gòu)與功能反饋機(jī)制,以生長周期GC為時間步長,葉元為結(jié)構(gòu)單元,建立了玉米生長的生理生態(tài)功能與形態(tài)結(jié)構(gòu)的并行模擬模型.模型分成發(fā)育模塊、同化物生產(chǎn)模塊、同化物分配和積累模塊、器官形態(tài)構(gòu)建模塊等幾個子

2、模塊.基于玉米生長過程中葉元數(shù)增加與積溫變化呈線性相關(guān)關(guān)系,發(fā)育模塊進(jìn)行玉米生育進(jìn)程的預(yù)測;基于玉米地上部凈同化物增加與累積蒸騰變化關(guān)系,同化物生產(chǎn)模塊進(jìn)行同化產(chǎn)量的估算;同化物分配模塊利用匯強(qiáng)P<,o>(o表示葉片、葉鞘、節(jié)間、雌穗和雄穗)表示不同類型器官獲取物質(zhì)能力,利用擴(kuò)展率函數(shù)表示某類器官的生長模式(該文假設(shè)所有同類器官具有相同的生長模式),定義匯強(qiáng)與擴(kuò)展率乘積為器官的物質(zhì)需求,每個器官根據(jù)其物質(zhì)需求占總物質(zhì)需求比率分配得到同化

3、物,各器官分配的同化物累加在一起形成生物量積累;基于葉片、葉鞘和節(jié)間的鮮重與其幾何形態(tài)關(guān)系,器官形態(tài)構(gòu)建模塊實(shí)現(xiàn)器官幾何形態(tài)的模擬.依據(jù)2000年試驗(yàn)和氣象數(shù)據(jù)分析,求得發(fā)育參數(shù)DR值為0.0155℃<'-1>·d<'-1>,求得同化物生產(chǎn)參數(shù)WUE值為6.71Kg/m<'3>.同化物分配參數(shù)的匯強(qiáng)和擴(kuò)展率難以通過試驗(yàn)直接測量,該文基于CornerFit擬合軟件和2000年試驗(yàn)數(shù)據(jù)來提取這個參數(shù).但利用此軟件提取的匯強(qiáng)則是玉米從出苗開始

4、生長至測定周期整個過程的匯強(qiáng)平均值,所以該文進(jìn)一步以每個周期的生物量為權(quán)重,基于試驗(yàn)測定周期的匯強(qiáng)平均值,反求出玉米生長過程中每個周期的匯強(qiáng)實(shí)際值.器官形態(tài)構(gòu)建參數(shù)包括葉和節(jié)間形態(tài)參數(shù),基于器官形態(tài)構(gòu)建原理和2000試驗(yàn)數(shù)據(jù),求得葉形態(tài)參數(shù)的ε<,b>為0.0284g/cm<'2>,k<,b>,γ分別為20.74和0.4609,λ為0.7233,ε<,p>為0.083g/cm<'2>,k<,p>,μ分別為2.7702和0.4642;節(jié)間

5、形態(tài)參數(shù)為b<,e>、β,除第8個節(jié)間比較特殊外,其它節(jié)間的β均比較接近,而b<,e>則隨節(jié)位上升而呈增長趨勢.以MatLab為編程工具,編寫了玉米生長模擬軟件Virtual-Maize.利用所求模型參數(shù),基于2001年氣象數(shù)據(jù),應(yīng)用該軟件模擬了玉米生長過程中的同化物在器官之間的分配和器官幾何形態(tài).為了驗(yàn)證模型,分別以2001年第22個GC和28個GC的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對模擬結(jié)果分別進(jìn)行比較,試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果總體上比較吻合.利用Virtual