盆栽番茄根系三維生長模型構建與實現(xiàn)

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1、２０１４年９月第３２卷第９期Ｓｅｐｔ．２０１４Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．９ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８５３０．１４．００３０盆栽番茄根系三維生長模型構建與實現(xiàn)１１２，３１冀榮華，李想，祁力鈞，王劍秦（１．中國農(nóng)業(yè)大學信息與電氣工程學院，北京１０００８３；２．中國農(nóng)業(yè)大學工學院，北京１０００８３；３．現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備優(yōu)化設計北京市重點實驗室，北京１０００８３）冀榮華摘要：為探明負壓地下灌溉條件下的盆栽番茄根系分布規(guī)律，通過試驗測定不同生長時期的盆栽番茄根系三維空間坐標和生長參數(shù)．統(tǒng)計分析

2、所測試驗數(shù)據(jù)，明確了番茄各級根長生長函數(shù)、分根點分布及其側生概率和側生方向．基于番茄根系拓撲結構和實際生長規(guī)律，提出利用微分Ｌ系統(tǒng)構建番茄根系三維生長模型以描述盆栽番茄根系生長規(guī)律及其邊界條件．文中以所構建的盆栽番茄根系三維生長模型為算法基礎，利用ＯｐｅｎＧＬ技術實現(xiàn)盆栽番茄根系三維生長可視化模擬系統(tǒng)，直觀地再現(xiàn)了負壓地下灌溉條件下盆栽番茄根系在不同生長時期的空間分布和生長情況．通過與試驗數(shù)據(jù)對比分析，對于幼苗期的盆栽番茄根系分布平均模擬擬合度約為８３％，而對于結果期的根系分布平均模擬擬合度約為

3、９１％．因此所建模型能夠有效模擬盆栽番茄的根系生長情況．基于微分Ｌ系統(tǒng)的盆栽番茄根系三維生長模型可以表達不同生長時期番茄根系的形態(tài)特征和生長規(guī)律，為進一步研究土壤水分與根系生長的互作用奠定基礎．關鍵詞：番茄根系；微分Ｌ系統(tǒng)；負壓地下灌溉；三維生長模型；溫室盆栽試驗中圖分類號：Ｓ２７７９；ＴＰ３９１９文獻標志碼：Ａ文章編號：１６７４－８５３０（２０１４）０９－０７９５－０７冀榮華，李想，祁力鈞，等．盆栽番茄根系三維生長模型構建與實現(xiàn)［Ｊ］．排灌機械工程學報，２０１４，３２（９）：７９５－８０１

4、．ＪｉＲｏｎｇｈｕａ，ＬｉＸｉａｎｇ，ＱｉＬｉｊｕｎ，ｅｔａｌ．Ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｇｒｏｗｔｈｍｏｄｅｌｌｉｎｇａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｐｏｔｔｅｄｔｏｍａｔｏｒｏｏｔｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＤｒａｉｎａｇｅａｎｄＩｒｒｉｇａｔｉｏｎＭａｃｈｉｎｅｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＪＤＩＭＥ），２０１４，３２（９）：７９５－８０１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）Ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｇｒｏｗｔｈｍｏｄｅｌｌｉｎｇａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｐｏｔｔｅ

5、ｄｔｏｍａｔｏｒｏｏｔｓｙｓｔｅｍ１１２，３１ＪｉＲｏｎｇｈｕａ，ＬｉＸｉａｎｇ，ＱｉＬｉｊｕｎ，ＷａｎｇＪｉａｎｑｉｎ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；３．ＯｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＭｏ

6、ｄｅｒｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｏｔｔｅｄｔｏｍａｔｏｒｏｏｔｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒｎｅｇａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ，ｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｐａｔｉａｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓａｎｄｇｒｏｗｔｈｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ

7、ｔｏｍａｔｏｒｏｏｔｓａｒｅｍｅａｓｕｒｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒｏｗｔｈｓｔａｇｅｓ．Ａｆｔｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ，ｔｈｅｒｏｏｔｇｒｏｗｔｈｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｌａｔｅｒａｌｐｏｉｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｌａｔｅｒａｌｒｏｏｔｂｉｒｔｈｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙａｎｄｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｒｅｃｌａｒｉｆｉｅｄ．ＴｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＬｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｔｏｍａｔｏｒｏｏｔｇｒｏｗｔｈｍｏｄｅｌａｎ

8、ｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｏｏｔｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｐａｔｔｅｒｎａｎｄａｃｔｕａｌｇｒｏｗｔｈｓｉｔｕａｔｉｏｎ．ＯｐｅｎＧＬｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｐｏｔｔｅｄｔｏｍａｔｏｒｏｏｔｇｒｏｗｔｈ，ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｔｈｅｒｏｏｔｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｇｒｏｗｔｈｓｔａｔｅｃａｎｂｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔ