项目名称: 基于虚拟植物的枇杷冠层光环境模拟与分析

项目编号: No.41471334

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 天文学、地球科学

项目作者: 唐丽玉

作者单位: 福州大学

项目金额: 90万元

中文摘要: 光是植物光合作用最基础的资源,是影响果树生长、发育和果实产量、品质的重要生态因子。果树冠层形态结构决定着对光的截获和分布。本项目以枇杷为对象,分析冠层的形态结构特征和生长发育规律,旨在通过冠层局部精细几何建模与植物规则建模相结合,建立不同树龄不同物候期的枇杷精细三维模型。模拟冠层内光辐射传输过程,计算器官尺度上的辐射强度;结合光合作用模型,分析各种不同冠形的枇杷对光的截获能力和净光合速率,探索对生产有指导意义的科学合理冠形;研究冠层各部位光辐射时空变化规律,揭示光辐射与果实病害之间的定量关系,阐明光环境对果实品质的影响。按照不同种植密度、行植方向、整形修剪方法、模拟不同生境的三维果园和光环境,定量分析果园群体对光的利用率,探索合理的、高光效的果园栽培管理方法。研究成果将为冠形分析提供定量分析新方法,为果树生产能力预测、果园群体结构调整等精细农业管理措施提供理论依据。

中文关键词: 虚拟地理环境;虚拟植物;地理仿真;光截获;可视化分析

英文摘要: As one of the most important resourses for plant photosynthesis, light is a key ecological factor affecting the fruit tree growth, development, fruit yield and quality. The canopy structure determines the light interception and distribution. Using loquat as study object, We will systematically analyze a number of loquat canopy structure and find out structural development law.The plant modeling method will combined partial digitizing of tree structure with reconstruction rules for non-digitized organs. Several detailed three-dimensional(3D) canopy models will be constructed, which would show loquat canopy characteristics at different growth stages and growing seasons.The light interception and distribution within canopy on organ level will be simulated based on the physical process of light transmission.The simulation consists of an architecturally accurate virtual plant coupled with 3D light transfer models and a leaf photosythesis module. Different scenarios of local light interception and distribution, incident light and photosynthesis will be modelled and calculated within the canopy in order to explore the reasonable canopy shape for procuction planting. The spatial and temporal distribution patterns of soalr radiation within the canopy can help undersatnd the relationships between solar radiation and and fruit diseases,and clarify the light environment how to affect fruit quality.In order to explore a sound orchard cultivation and management method with improved light use efficiency, scenarios of different tree plantation density, direction of row planting and pruning intensity will be constructed, the light environment within orchard will be simulated and analyszed accordingly. The main objective of this research is to provide a novel useful tool for quantitative analysis of canopy structure and pruning effect. The research result will be helpful for explaining loquat diseases mechanism and finding out reasonable preventive measures, as well as providing theoretical basis for orchard production capacity forecast, orchard population structure adjustment, etc. on precision agriculture management measures.

英文关键词: virtual geo-environment;virtual plant;geographic simulation;light interception;visualization analysis

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