基于子結(jié)構(gòu)的植物功能結(jié)構(gòu)隨機(jī)模型.pdf

1、植物生長建模是植物學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多種學(xué)科相結(jié)合的課題.最近幾年中,植物模型研究的方向是將植物的內(nèi)在的生理過程和空間形態(tài)相結(jié)合的功能結(jié)構(gòu)形式.GreenLab模型是近年來一直在發(fā)展著的一個植物結(jié)構(gòu)功能模型,主要包括形態(tài)發(fā)生模型和生理模型兩部分;計(jì)算的結(jié)果為單株植物在各個周期產(chǎn)生的生物量、器官的大小、方向和空間位置等.以往的GreenLab模型是個確定性模型,不能反映植株個體之間的差異.該文的主要研究內(nèi)容是在GreenLab模型中引

2、入模擬芽的生長活動的隨機(jī)過程,并預(yù)測和模擬隨機(jī)植物結(jié)構(gòu)中器官個數(shù)和產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)特征.GreenLab模型中的形態(tài)發(fā)生模型為一個雙尺度自動機(jī),其中用"宏?duì)顟B(tài)"、"微狀態(tài)"及相互之間的跳轉(zhuǎn)關(guān)系模擬植物的生長單元、生長單元中的葉元以及它們的生長順序.在確定性生長的情況下,由于植物的分層組織特性,可以通過子結(jié)構(gòu)方法可以遞歸地算出由形態(tài)發(fā)生模型得到的器官(節(jié)間、花、葉、果)的個數(shù).計(jì)算所得的器官的個數(shù)將與GreenLab模型的生理模型的參數(shù)相結(jié)合,

3、例如器官的相對匯強(qiáng)、擴(kuò)張函數(shù)、異速生長系數(shù)等,用于計(jì)算每個生長周期總的生物量產(chǎn)量及分配,各種器官的重量、大小等等.根據(jù)得到的器官大小以及各種角度的定義可以構(gòu)造出植物的三維形態(tài).在GreenLab確定性模型框架基礎(chǔ)之上,該文在形態(tài)發(fā)生模型中引入與芽的生長活動相聯(lián)系的各種生長概率,即植物頂芽的存活概率、生長概率、葉元的出現(xiàn)概率和側(cè)芽的分枝概率等.這樣,每個周期的器官個數(shù)以及產(chǎn)生的生物量的變化都變成隨機(jī)過程.為計(jì)算隨機(jī)生長下的生物量的均值與方