【摘 要】
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谷子,是我国具有悠久栽培历史的农作物之一,作为山西的特色小杂粮,具有耐干旱、易储藏等优点,在旱作条件下是典型的环境友好型作物。在发展精准农业的过程中,作物生长模型构建能够精确模拟作物生长发育与环境条件的关系,为实现农业可持续发展提供重要手段。本文基于植物功能-结构模型中生理生态与形态结构相互反馈的机制,以晋谷21号为研究对象,生长周期为时间步长,叶元为基本结构单元,定量研究了谷子生长与外界环境之间
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谷子,是我国具有悠久栽培历史的农作物之一,作为山西的特色小杂粮,具有耐干旱、易储藏等优点,在旱作条件下是典型的环境友好型作物。在发展精准农业的过程中,作物生长模型构建能够精确模拟作物生长发育与环境条件的关系,为实现农业可持续发展提供重要手段。本文基于植物功能-结构模型中生理生态与形态结构相互反馈的机制,以晋谷21号为研究对象,生长周期为时间步长,叶元为基本结构单元,定量研究了谷子生长与外界环境之间的关系,构建了基于器官尺度的谷子功能-结构模型。本文通过武家堡村农高区试验地谷子的采样数据提取模型参数并设计算法编程实现,最终模拟了东阳试验地的谷子生长,并将实测数据与模拟结果比较,进而实现模型验证。本文研究内容及结论如下:1.田间试验:在大田种植谷子,记录作物生长状况与气象数据,定时定量进行破坏性取样,测量谷子各器官形态数据和生物量。2.模型构建:通过田间试验的观测数据,确定谷子生长基本单元,建立叶元与有效积温的关系,构建谷子的拓扑结构模型;谷子不同类型器官获取生物量的能力以及谷子相同类型器官在不同的生长周期获取生物量的能力分别用库强和扩展率表示,使用库强与扩展率的乘积作为谷子各器官的生物量理论需求,构建谷子生长发育过程中生物量分配与累积模型;根据谷子不同器官生长发育过程中的异速规则,构建谷子器官形态模型。3.模型参数化及实现:谷子的拓扑结构模型中确定叶元与有效积温之间的关系,求得发育参数为0.0286℃-1·d-1,一个生长周期对应的有效积温为35℃·d;结合谷子田间试验的观测数据与梯度下降法,反求谷子生物量分配模型中的隐含参数;通过谷子节间体积、叶片面积、谷穗和谷子干物质量之间的关系,获取谷子器官形态模型的形态参数,其中茎节的形态模型参数为4.0195,叶片的形态模型参数为0.0064,谷穗的形态模型参数为2.9261,17.26;使用C++编程语言,Visual Studio开发环境实现谷子生长的模拟。4.模型验证:以山西省农业科学院东阳试验示范基地的谷子采样数据作为模型验证,选取东阳试验地谷子第10 GC和第13 GC不同叶位谷子节间和谷子叶片的生物量模拟值与试验测定的真实值进行比较。利用编程软件模拟输出东阳试验地谷子地上部各个器官的生物量分配与累积结果和形态结构变化。结果表明,模拟结果与真实数据总体上较为吻合,验证了谷子功能-结构模型的有效性,能够较好的描述谷子地上部的生长发育过程。
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