第 卷 第 期 年 月 地 球 信 息 科 学 学 报! "## $%&' %' ' 基 于 虚 拟 植 物 的 幼 龄 杉 木 生 长 模 拟 唐 丽 玉 林 定 黄 洪 宇 邹 杰 陈 崇 成 杜 云 虎 福 州 大 学 空 间 数 据 挖 掘 与 信 息 共 享 教 育 部 重 点 实 验 室 福 建 省 空 间 信 息 工 程 研 究 中 心 福 州 ( 摘 要 为 估 算 树 木 在 不 同 生 长 环 境 下 的 生 长 量 及 评 价 树 木 与 环 境 之 间 的 相 互 关 系 本 文 以 幼 龄 杉 木 为 对 象 从 个 体 尺 度 上 根 据 形 态 结 构 生 长 发 育 规 律 定 义 了 幼 龄 杉 木 生 长 的 基 本 单 元 耦 合 用 于 表 达 树 木 形 态 发 育 的 系 统 和 生 理 生 态 模 型 形 成 了 系 统 的 杉 木 结 构 功 能 模 型 在 "! 软 件 基 础 上 集 成 光 合 作 用 生 物 量 分 配 等 模 型 扩 展 了 冠 层 光 合 有 效 辐 射 的 空 间 分 布 模 拟 计 算 每 个 叶 片 上 分 布 的 值 为 光 合 作 用 模 型 提 供 核 心 参 数 以 福 州 ( 年 生 杉 木 的 生 长 盛 期 为 例 计 算 不 同 时 刻 净 光 合 速 率 从 而 计 算 各 生 长 阶 段 的 生 物 量 再 把 生 物 量 分 配 到 各 器 官 在 生 物 量 驱 动 下 树 木 形 态 结 构 发 生 变 化 通 过 迭 代 实 现 生 物 量 驱 动 下 的 树 木 动 态 生 长 模 拟 净 光 合 速 率 估 算 结 果 与 已 有 相 关 研 究 对 比 比 较 合 理 这 种 方 法 可 定 量 分 析 解 释 植 物 与 环 境 之 间 关 系 关 键 词 虚 拟 地 理 环 境 虚 拟 植 物 杉 木 系 统 生 长 模 拟 '() " '')'' 引 言 森 林 生 态 系 统 是 一 个 复 杂 的 巨 系 统 从 组 成 对 象 上 可 分 为 几 个 层 次 如 个 体 种 群 群 落 和 生 态 系 统 森 林 与 环 境 因 子 存 在 互 反 馈 作 用 森 林 的 生 长 周 期 长 造 成 田 间 实 验 成 本 高 费 时 又 费 力 采 用 虚 拟 地 理 环 境 分 析 植 物 与 环 境 间 相 互 关 系 是 一 种 新 途 径 光 是 植 物 光 合 作 用 的 基 础 有 些 学 者 已 采 用 虚 拟 植 物 模 拟 冠 层 内 的 光 分 布 为 定 量 分 析 冠 层 光 合 作 用 提 供 新 方 法 随 着 计 算 机 软 硬 件 技 术 的 发 展 及 其 在 农 林 信 息 化 领 域 的 不 断 交 叉 渗 透 虚 拟 植 物 生 长 模 拟 已 把 植 物 的 结 构 与 功 能 模 型 耦 合 起 来 这 样 有 利 于 研 究 植 物 与 环 境 之 间 的 交 互 作 用 比 较 成 熟 的 结 构 功 能 模 型 有 - +2 #3 等 - +2 模 型 是 基 于 双 尺 度 自 动 机 的 一 个 较 为 完 整 的 虚 拟 植 物 结 ( 构 功 能 模 型 实 现 植 物 生 长 的 可 视 化 模 拟 该 模 型 已 应 用 于 小 麦 油 松 等 模 拟 研 究 #3 模 型 是 基 于 系 统 的 结 构 功 能 模 型 其 定 义 了 芽 产 生 新 的 枝 段 叶 子 果 等 而 器 官 形 态 变 化 是 根 据 植 物 生 长 量 驱 动 的 模 型 重 点 强 调 了 整 个 树 体 内 的 碳 循 环 过 程 碳 循 环 的 核 心 过 程 是 光 合 作 用 对 碳 的 同 化 呼 吸 作 用 对 碳 的 分 ) 解 结 构 功 能 模 型 中 基 本 生 长 单 元 定 义 的 合 理 性 是 很 重 要 的 目 前 大 部 分 基 本 生 长 单 元 假 定 为 ) 年 结 构 功 能 模 型 研 究 主 要 集 中 在 农 作 物 方 面 林 木 结 构 功 能 模 型 的 研 究 还 不 多 见 本 文 以 植 物 个 体 为 对 象 根 据 幼 龄 杉 木 枝 条 轮 生 的 形 态 结 构 生 长 发 育 规 律 定 义 生 长 的 基 本 单 元 采 用 虚 拟 植 物 方 法 估 算 生 长 量 并 模 拟 其 生 长 基 于 系 统 的 树 木 结 构 功 能 模 型 系 统 是 以 植 物 形 态 结 构 自 相 似 性 定 义 的 通 过 字 符 重 写 规 则 的 海 龟 几 何 解 译! & - 4 +,%- 形 成 三 维 模 型 只 要 找 出 自 相 似 性 的 基 本 单 元 与 生 长 的 基 本 单 元 的 映 射 关 系 就 容 易 实 现 植 物 生 长 的 动 态 模 拟 基 于 系 统 的 树 木 结 构 模 型 系 统 是 一 个 并 行 模 型 有 利 于 模 拟 植 物 的 生 长 发 育 过 程 它 能 较 准 确 地 表 达 植 物 形 态 建 成 比 收 稿 日 期 修 回 日 期 基 金 项 目 国 家 ( 计 划 课 题 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( )( 福 建 省 产 学 研 重 大 项 目 福 建 省 自 然 科 学 基 金 项 目 作 者 简 介 唐 丽 玉 ) 女 福 建 人 博 士 副 研 究 员 主 要 从 事 地 学 可 视 化 与 虚 拟 地 理 环 境 虚 拟 植 物 方 面 的 研 究 *+,& +-.&/01 -
) 地 球 信 息 科 学 学 报 年 如 规 则 中 拓 扑 结 构 信 息 表 明 树 木 的 分 枝 规 律 下 面 为 系 统 字 符 规 则 45 5 6+755 +755 6+755 6+755 此 规 则 表 示 主 轴 的 顶 点 在 每 一 步 推 导 中 产 生 一 个 向 上 主 干 节 间 和 个 侧 枝 顶 点 7 系 统 字 符 规 则 使 用 海 龟 几 何 解 译 理 论 通 过 迭 代 生 成 三 维 模 型 在 迭 代 过 程 即 生 长 发 育 过 程 中 分 枝 角 度 和 枝 干 长 度 枝 干 半 径 都 可 随 迭 代 次 数 发 生 变 化 能 比 较 逼 真 地 表 达 树 木 形 态 结 构 确 定 性 上 下 无 关 系 统 可 以 充 分 表 达 树 木 的 分 枝 结 构 和 器 官 的 三 维 模 型 但 未 充 分 表 达 树 木 生 理 生 态 特 性 树 木 的 功 能 模 型 功 能 模 型 主 要 包 括 光 合 作 用 呼 吸 作 用 以 及 生 物 量 运 转 分 配 等 生 理 生 态 过 程 模 型 为 了 使 功 能 与 结 构 模 型 相 耦 合 将 系 统 规 则 中 的 迭 代 步 长 间 隔 时 间 同 实 际 生 长 周 期 时 间 相 关 联 '' 生 物 量 估 算 树 木 生 物 量 累 积 量 多 少 直 接 影 响 树 木 的 长 势 光 合 有 效 辐 射 是 影 响 植 物 产 量 的 重 要 因 子 本 文 采 用 光 线 跟 踪 算 法 模 拟 太 阳 直 射 在 树 木 冠 层 的 空 间 分 布 采 用 龟 形 算 法! & &.%, 8*9 模 拟 天 空 散 射 在 冠 层 的 分 布 计 算 每 个 叶 子 获 得 值 结 合 单 叶 光 合 作 用 模 型 计 算 某 时 刻 冠 层 总 光 合 速 率 从 而 可 以 估 算 一 定 周 期 一 定 环 境 下 单 株 木 生 物 量 累 积 量 为 了 估 算 一 段 时 间 冠 层 生 物 量 积 累 量 将 时 间 分 为 日 尺 度 和 周 期 尺 度 在 日 尺 度 内 可 以 设 置 时 间 间 隔 长 度 每 隔 多 长 时 间 如 小 时 计 算 一 次 同 理 周 期 尺 度 内 也 可 以 设 置 周 期 时 间 间 隔 长 度 每 隔 几 日 计 算 一 次 根 据 环 境 因 子 和 树 木 光 合 作 用 生 理 生 态 参 数 计 算 多 个 离 散 时 刻 点 的 虚 拟 冠 层 值 再 计 算 各 离 散 时 刻 点 虚 拟 冠 层 光 合 作 用 速 率 通 过 积 分 计 算 一 周 期 内 的 生 物 量 光 合 作 用 模 型 采 用 非 直 角 双 曲 线 数 学 模 型.*+:, *+: 式 中 为 量 子 速 率 *+: 为 最 大 光 合 速 率 为 曲 线 凸 度 *+: 受 2,9 % 限 制 其 大 小 为 *+: * 式 中 * 为 一 定 温 度 条 件 下 单 位 面 积 上 2,9 % 的 最 大 催 化 能 力 为 2,9 % 反 应 中 的 # 米 氏 常 数 % 为 2,9 % 反 应 中 的 米 氏 常 数 为 叶 内 # 分 压 ( 植 物 一 般 取 值 为 ( 为 # 补 偿 点 + 为 冠 层 空 气 分 压 各 参 数 计 算 使 用 文 献 公 式 '' 生 物 量 分 配 生 物 量 的 分 配 过 程 是 植 物 生 长 的 关 键 环 节 源 汇 模 型 是 最 具 有 机 理 性 可 以 模 拟 任 何 器 官 的 同 化 物 分 配 已 得 到 较 为 广 泛 应 用 的 生 物 量 分 配 模 型 如 - +2 ( #3 模 型 等 本 文 以 源 汇 模 型 为 基 础 把 整 个 树 体 累 积 的 生 物 量 分 配 到 树 体 不 同 部 位 生 物 量 分 配 量 直 接 同 树 体 内 各 种 类 型 器 官 的 生 长 强 度 和 汇 强 相 关 联 分 配 模 型 做 了 以 下 假 设 先 在 系 统 规 则 字 符 表 示 的 基 本 单 元 中 分 配 再 在 这 个 基 本 单 元 中 不 同 器 官 间 分 配 不 考 虑 果 实 和 花 假 定 叶 片 数 量 同 叶 片 所 在 枝 干 的 长 度 呈 比 例 关 系 ( 分 配 模 型 中 的 器 官 类 型 为 根 部 叶 枝 干 忽 略 了 花 果 实 这 三 种 器 官 类 型 相 互 影 响 根 系 与 叶 片 对 生 物 量 的 需 求 存 在 一 定 比 例 关 系 本 模 型 中 不 同 生 长 年 龄 器 官 的 扩 展 率 采 用 整 数 型 7+ 分 布 概 率 密 度 函 数 汇 强 为 植 物 体 内 各 器 官 获 得 植 物 体 内 生 物 量 能 力 的 大 小 在 - +2 中 其 被 表 达 为 一 个 无 量 纲 如 幼 龄 油 松 生 理 年 龄 为 时 其 第 个 生 长 周 期 新 梢 上 针 叶 的 汇 强 为 则 节 间 汇 强 为 ' 在 本 模 型 中 器 官 的 汇 强 根 据 它 们 干 物 质 的 质 量 比 某 一 生 长 周 期 内 各 类 型 器 官 生 物 分 配 量 按 以 下 两 种 方 式 分 配 生 长 周 期 内 若 树 体 内 生 物 量 供 给 量 大 于 树 体 的 需 求 量 则 各 器 官 的 生 物 分 配 量 即 为 其 潜 在 需 求 量 生 长 周 期 内 若 树 体 内 生 物 量 供 给 量 小 于 树 体 的 需 求 量 则 每 个 节 点 单 元 的 生 物 量 分 配 量 为 ( 式 中 为 第 个 生 长 周 期 第 个 节 点 的 生 物 分 配 量 为 该 节 点 单 元 的 生 物 量 潜 在 需 求 量 为 第 个 生 长 周 期 全 部 潜 在 需 求 量 为 该 生 长 周 期 内 生 物 量 的 供 应 量 生 物 量 分 配 至 节 点 之 后 再 在 节 点 单 元 中 按 器 官 类 型 分 配 分 配 方 法 与 公 式 ( 类 似
期 唐 丽 玉 等 基 于 虚 拟 植 物 的 幼 龄 杉 木 生 长 模 拟 ) ''( 器 官 形 态 几 何 参 数 变 化 在 生 物 量 驱 动 下 树 木 形 态 结 构 不 断 生 长 变 化 可 由 生 物 量 密 度 推 算 器 官 几 何 参 数 叶 片 几 何 变 化 模 型 假 设 叶 片 密 度 为 叶 片 厚 度 为 叶 片 最 大 扩 展 面 积 为 若 第 个 生 长 周 期 内 树 体 上 某 一 叶 片 获 得 的 生 物 分 配 量 为 则 叶 片 变 化 的 比 例 系 数 为 节 间 几 何 变 化 模 型 采 用 圆 柱 体 表 达 节 间 模 型 假 设 当 前 节 点 表 达 的 圆 柱 体 半 径 为! 长 度 为 " 该 生 长 周 期 结 束 之 后 节 点 半 径 变 为!# 若 生 长 周 期 内 该 节 点 生 物 量 分 配 量 为 $ 节 间 干 物 质 密 度 为 该 生 长 周 期 结 束 时 节 间 长 度 增 加 值 为! "$!# " 图 单 个 节 间 几 何 三 维 图 形 叶 片 附 着 于 枝 干 之 上,.'(. %*, *%&%09.* - 5, 8& +; 9 '#'5 7' 5' #5 5 ' 55' 树 木 三 维 模 型 的 各 部 分 生 长 年 龄 和 生 理 年 龄 如 图 所 示 基 本 生 长 单 元 定 义 合 理 的 基 本 生 长 单 元 是 建 立 结 构 功 能 模 型 的 核 心 问 题 是 联 接 结 构 与 功 能 的 桥 梁 和 纽 带 ", ; - - 等 提 出 了 理 想 化 基 本 单 元 +&,1 & * - + /-, 的 概 念 认 为 既 能 表 达 三 维 形 态 结 构 又 能 表 达 生 理 生 态 过 程 一 个 成 功 的 定 义 应 是 现 实 生 理 生 态 过 程 的 简 化 和 抽 象 同 时 能 满 足 树 木 形 态 结 构 建 模 需 求 本 文 以 系 统 规 则 字 符 所 代 表 的 枝 条 节 间 为 基 本 生 长 单 元 在 系 统 字 符 规 则 中 定 义 了 两 种 基 本 结 构 单 元 即 芽 节 间 两 种 类 型 芽 发 育 成 节 间 和 叶 片 节 间 可 包 括 带 叶 和 不 带 叶 的 节 间 的 信 息 包 括 节 间 直 径 节 间 长 度 生 理 年 龄 叶 片 大 小 分 布 密 度 经 过 几 何 图 形 解 译 生 成 单 个 节 间 的 几 何 三 维 图 形 如 图 所 示 当 迭 代 步 长 为 ( 时 生 成 图 的 模 型 其 系 统 规 则 如 下 '(' 5 5 ' 6 6 7'5') )6 7'5') )6 7'5') ' 5' 75 5 '#'5 图 系 统 生 成 树 木 模 型 几 何 与 生 理 特 征 迭 代 周 期 (,.' 9/9*92+9. %*, *%&+- 48/9,%&%., +&0 +9(, +,%-,* 9 结 构 功 能 模 型 的 耦 合 本 文 将 树 木 的 主 要 生 理 生 态 过 程 同 树 木 的 结 构 模 型 相 结 合 这 两 者 之 间 结 合 的 思 路 如 图 ( 所 示 L- 系 统 构 建 的 树 木 结 构 模 型 结 构 信 息 传 入 更 新 L- 系 统 规 则 树 木 功 能 模 型 图 ( 虚 拟 树 木 结 构 与 功 能 模 型 耦 合 示 意 图,.'(" 8 *+, 49 - +,%-%0&,-,-. 9+- 0 -,%- 一 方 面 由 树 木 的 功 能 模 型 计 算 出 生 物 累 积 量 树 木 各 类 型 器 官 的 数 量 几 何 参 数 等 信 息 用 于 更 新 系 统 规 则 生 成 具 有 几 何 信 息 的 树 木 模 型
) 地 球 信 息 科 学 学 报 年 实 现 生 物 量 驱 动 下 形 态 结 构 的 变 化 另 一 方 面 树 木 形 态 结 构 影 响 冠 层 内 微 环 境 变 化 特 别 是 光 环 境 从 而 影 响 着 功 能 模 型 这 样 形 成 一 个 结 构 与 功 能 模 型 互 反 馈 的 框 架 模 型 此 框 架 模 型 有 几 个 假 定 条 件 树 木 主 要 的 生 理 生 态 过 程 以 树 体 内 碳 循 环 为 核 心 包 括 光 合 作 用 物 质 分 配 等 树 体 结 构 更 新 变 化 的 时 间 间 隔 为 生 长 周 期 时 长 ( 光 合 作 用 的 生 物 量 先 聚 为 一 处 再 按 各 器 官 的 汇 强 进 行 分 配 系 统 是 一 个 过 程 式 语 言 规 则 中 某 一 迭 代 步 长 下 的 字 符 规 则 集 可 解 析 生 成 某 一 生 长 周 期 下 的 植 物 结 构 模 型 迭 代 步 长 的 增 大 能 表 达 实 际 生 长 过 程 中 树 木 形 态 结 构 变 化 将 系 统 规 则 迭 代 步 长 间 的 时 间 间 隔 同 实 际 时 间 相 映 射 步 长 间 的 时 间 间 隔 即 为 生 长 周 期 时 长 迭 代 步 长 数 即 生 长 周 期 数 器 官 生 长 年 龄 对 应 于 其 所 经 历 的 生 长 周 期 个 数 与 每 个 周 期 时 间 的 乘 积 以 每 一 个 迭 代 步 长 作 为 结 构 功 能 模 型 耦 合 的 一 个 离 散 区 间 即 生 长 周 期 在 每 个 离 散 区 间 内 进 行 一 次 结 构 信 息 获 取 与 系 统 字 符 串 参 数 更 新 耦 合 过 程 中 规 则 中 的 为 树 木 结 构 模 型 的 基 本 生 长 单 元 结 构 参 数 信 息 的 获 取 与 反 馈 都 以 字 符 所 代 表 的 结 构 作 为 基 本 操 作 对 象 ( 幼 龄 杉 木 生 长 的 模 拟 ( 在 "! 单 树 建 模 工 具 软 件 基 础 上 采 用 $# 和 4 - 图 形 标 准 开 发 集 成 冠 顶 计 算 模 块 生 物 累 积 量 计 算 和 生 物 量 在 不 同 器 官 中 分 配 模 块 实 现 树 木 在 结 构 功 能 互 反 馈 作 用 下 的 动 态 生 长 模 拟 下 面 以 幼 龄 杉 木 为 例 模 拟 其 生 长 幼 龄 杉 木 生 长 特 征 杉 木 个 体 生 长 过 程 规 律 为 苗 木 定 植 后 年 地 下 部 生 长 快 地 上 部 生 长 较 慢 ( 年 株 高 生 长 迅 速 处 于 速 生 期 幼 龄 速 生 阶 段 杉 木 其 树 冠 形 成 许 多 层 次 明 显 的 枝 盘 年 生 长 轮 侧 枝 或 更 多 杉 木 一 级 分 枝 角 位 于 的 分 枝 个 数 最 多 二 级 分 枝 角 位 于 最 多 本 文 以 此 为 基 础 不 同 幼 龄 杉 木 分 枝 角 度 用 随 机 变 量 控 制 使 模 型 更 自 然 从 物 候 现 象 看 杉 木 在 生 长 盛 期 的 生 长 量 约 占 全 年 的 福 州 杉 木 生 长 盛 期 为 月 杉 木 叶 片 在 开 始 展 叶 后 一 个 月 左 右 长 成 以 后 叶 面 积 不 再 增 加 而 且 针 叶 在 枝 条 上 按 一 定 距 离 排 列 此 距 离 随 枝 条 年 龄 增 加 和 直 径 增 粗 变 化 很 小 不 同 年 龄 枝 条 相 同 长 度 枝 条 的 叶 量 基 本 接 近 如 ) * 长 枝 条 叶 片 数 大 致 片 左 右 总 叶 面 积 * 左 右 本 文 选 择 福 州 << ( 年 生 的 杉 木 模 拟 其 生 长 盛 期 的 动 态 生 长 幼 龄 杉 木 生 物 量 估 算 根 据 幼 龄 杉 木 的 生 长 发 育 特 征 模 拟 虚 拟 冠 层 每 个 叶 片 截 获 的 值 再 根 据 环 境 条 件 利 用 单 叶 光 合 作 用 模 型 估 算 每 个 阶 段 的 生 物 量 幼 龄 杉 木 的 形 态 结 构 建 模 根 据 ( 年 生 的 杉 木 形 态 结 构 发 育 特 征 和 野 外 实 地 调 查 ( 年 生 的 杉 木 高 一 般 为 (* 本 模 拟 假 设 ( 年 生 杉 木 生 长 盛 期 生 长 盘 侧 枝 采 用 ( "! 单 树 建 模 工 具 软 件 建 立 ( 年 生 月 份 杉 木 三 维 形 态 结 构 模 型 该 模 型 株 高 ('* 冠 幅 ('(* 冠 层 叶 面 积 (' * 叶 子 的 数 量 总 计 为 ( ) 片 单 叶 面 积 为 ' * 环 境 因 子 的 确 定 天 气 既 影 响 冠 顶 太 阳 辐 射 强 度 又 影 响 植 物 光 合 作 用 本 文 以 福 州 年 月 的 气 温 参 数 为 例 8 4555' -&9=*' %* 4%9))'8 *& 日 出 和 日 落 时 间 由 中 国 科 学 院 国 家 授 时 中 心 日 出 日 没 时 刻 网 站 8 4555',* '+ ' - 9; 9 -,9 9 获 取 ( 幼 龄 杉 木 单 叶 光 合 作 用 参 数 确 定 根 据 文 献 ) 对 不 同 叶 龄 针 叶 光 响 应 曲 线 的 描 述 将 值 设 为 '( 杉 木 不 同 部 位 和 叶 龄 针 叶 光 响 应 曲 线 拟 合 的 参 数 表 观 量 子 效 率 取 值 范 围 为 ' 至 ' 根 据 其 分 布 特 征 将 幼 龄 杉 木 叶 片 内 禀 量 子 效 率 的 值 假 设 为 '( 根 据 文 献 对 不 同 种 源 杉 木 光 合 特 性 的 比 较 中 得 出 的 # 补 偿 点 的 描 述 将 幼 龄 杉 木 的 # 补 偿 点 假 定 为 & 根 据 文 献 当 温 度 为 > 时 2,9 % 酶 的 最 大 羧 化 能 力 * 值 为 *%& * 9 根 据 文 献 计 算 和 % 虚 拟 冠 层 单 叶 计 算 单 叶 计 算 是 为 了 获 取 每 个 叶 片 上 分 布 的 的 值 这 利 于 与 单 叶 光 合 作 用 模 型 结 合 日 尺
期 唐 丽 玉 等 基 于 虚 拟 植 物 的 幼 龄 杉 木 生 长 模 拟 )( 度 内 每 隔 小 时 在 中 间 正 点 时 刻 设 置 一 个 辐 射 点 以 )? 开 始 )? 结 束 以 半 月 为 周 期 尺 度 将 每 月 的 第 ( 日 设 置 为 该 月 的 一 个 辐 射 模 拟 日 期 假 设 天 气 均 为 晴 朗 首 先 根 据 天 文 计 算 公 式 计 算 各 时 刻 冠 顶 辐 射 强 度 然 后 采 用 光 线 跟 踪 算 法 和 龟 形 算 法 模 拟 各 时 刻 虚 拟 冠 层 的 空 间 分 布 计 算 每 个 叶 片 上 分 布 的 值 图 为 虚 拟 冠 层 光 分 布 效 果 图 不 同 颜 色 代 表 不 同 辐 射 强 度 对 浙 江 横 贩 公 社 林 场 年 生 杉 光 木 合 作 用 强 度 测 定 级 级 级 的 杉 木 光 合 作 用 强 度 分 别 为 '(# *%& * 9 ' # *%& * 9 ' # *%& * 9 在 *%& * 9 固 定 光 照 下 幼 龄 ( 年 生 的 光 合 作 用 强 度 为 ('))(# *%& * 9 从 平 均 值 可 以 看 出 这 个 估 算 值 比 较 合 理 具 有 一 定 的 可 信 度 生 物 量 分 配 及 形 态 参 数 计 算 若 估 测 的 生 物 量 大 于 潜 在 需 求 量 则 模 型 按 潜 在 生 长 速 率 生 长 即 模 型 随 迭 代 步 长 增 大 而 生 长 若 估 测 的 生 物 量 小 于 潜 在 需 求 量 则 将 系 统 规 则 链 表 节 点 中 的 几 何 参 数 长 度 按 比 例 缩 小 杉 木 器 官 的 密 度 采 用 油 松 测 定 参 数 叶 比 重 设 为 '.* 枝 干 干 重 密 度 为 ').* ( 图 幼 龄 杉 木 虚 拟 冠 层 太 阳 直 射 三 维 分 布 效 果 图 年 月 ( 日 时,.'"-98% %0,9%&++,+,%-,9,2,%-,- ;, +&/% -.#8,- 9 0,+-%4/ 4* - ( 生 物 量 计 算 根 据 模 拟 周 期 内 各 时 刻 虚 拟 冠 层 太 阳 环 境 因 子 和 杉 木 光 合 作 用 参 数 计 算 冠 层 净 光 合 作 用 生 产 率 再 乘 以 时 间 长 度 得 出 生 物 量 累 积 量 月 日 冠 层 净 光 合 率 从 早 到 晚 依 次 为 ')# *%& * 9 ('(# *%& * 9 (' )(# *%& * 9 (' ( # *%& * 9 ('# *%& * 9 '# *%& * 9 一 天 中 的 平 均 净 光 合 速 率 为 ('( # *%& * 9 文 献 幼 龄 杉 木 动 态 生 长 的 模 拟 将 几 何 大 小 比 例 作 为 修 正 值 在 下 步 迭 代 的 系 统 规 则 解 析 链 表 节 点 中 逐 一 将 新 生 节 点 长 度 值 乘 以 修 正 值 完 成 模 型 修 正 修 正 后 的 结 果 即 为 已 考 虑 生 物 积 累 量 之 后 的 杉 木 生 长 发 育 模 型 每 个 生 长 周 期 模 拟 完 成 之 后 用 新 的 冠 层 模 拟 分 布 计 算 每 个 叶 片 上 分 布 的 值 估 算 下 一 生 长 周 期 的 生 物 量 并 分 配 到 各 器 官 最 后 计 算 形 态 结 构 的 几 何 尺 度 变 化 更 新 模 型 如 此 循 环 完 成 幼 龄 杉 木 的 动 态 生 长 模 拟 图 为 ( 年 生 的 杉 木 生 长 盛 期 的 生 长 过 程 的 序 列 图 即 为 年 ) 各 月 中 旬 的 形 态 结 构 大 致 生 长 状 况 结 论 根 据 幼 龄 杉 木 生 长 发 育 规 律 不 考 虑 地 下 部 图 ( 年 生 幼 龄 杉 木 生 长 模 型 序 列 图 + 盘 轮 枝 2 盘 轮 枝 ( 盘 轮 枝 盘 轮 枝 盘 轮 枝,.'",+&9,* &+,%-%0( %/ + %& #8,- 9 0, + % - 2 +- 8 92 % - 2 +- 8 9 ( % - 2 +- 8 9% - 2 +- 8 9+- % - 2 +- 8 9
) 地 球 信 息 科 学 学 报 年 分 把 杉 木 基 本 生 长 单 元 定 义 为 轮 生 基 本 生 单 元 分 为 节 间 和 芽 种 节 间 分 带 叶 的 和 不 带 叶 的 芽 发 育 成 节 间 或 叶 以 基 本 生 长 单 元 为 连 接 树 木 结 构 与 功 能 的 桥 梁 纽 带 在 系 统 基 础 上 耦 合 生 理 生 态 模 型 形 成 了 基 于 系 统 的 杉 木 结 构 功 能 模 型 模 拟 了 幼 龄 杉 木 生 长 盛 期 的 动 态 生 长 过 程 在 "! 单 株 木 三 维 建 模 工 具 软 件 的 基 础 上 扩 展 了 虚 拟 冠 层 三 维 空 间 模 拟 计 算 每 个 叶 片 上 分 布 的 值 并 作 为 单 叶 光 合 作 用 模 型 的 核 心 参 数 估 算 植 物 生 长 量 集 成 了 植 物 光 合 作 用 物 质 分 配 等 生 理 生 态 模 型 以 福 州 ( 年 生 幼 龄 杉 木 为 模 拟 对 象 估 算 了 不 同 时 刻 杉 木 的 净 光 合 速 率 与 相 关 文 献 研 究 相 比 估 算 结 果 比 较 合 理 本 方 法 可 为 估 算 不 同 生 长 环 境 下 的 人 工 林 生 长 量 提 供 一 种 新 方 法 同 时 可 模 拟 植 物 与 环 境 之 间 互 反 馈 过 程 从 机 理 上 解 释 植 物 与 环 境 之 间 的 相 互 关 系 "! 系 统 具 有 较 好 的 扩 展 性 根 据 不 同 植 物 形 态 结 构 发 育 特 征 生 理 生 态 学 参 数 生 境 特 征 和 地 理 位 置 调 整 这 些 参 数 可 估 算 不 同 环 境 下 植 物 生 长 量 和 动 态 模 拟 生 长 过 程 参 考 文 献 王 占 刚 庄 大 方 明 涛 林 木 冠 层 光 合 有 效 辐 射 分 布 模 拟 的 研 究 地 球 信 息 科 学 ) ) 邹 杰 林 郁 欣 陈 崇 成 等 基 于 虚 拟 植 物 冠 层 的 直 射 光 合 有 效 辐 射 三 维 分 布 模 拟 研 究 福 州 大 学 学 报 自 然 科 学 版 ( ( ( 3 70/@8+%A%&'- +2 % 5+9+ - 5 *8% %&%./ %5+9 4&+- 0 -,%-+& 9 +& *%&9 +&+94#- -+,%-+& "/*4%9, * %- &+- %5 8 %&,-.",* &+,%- $,9 +&,1+,%-+-44&, +,%-9#8,- 9.,& +& -,;9, /7,=,-.( ( B+-. @ ;97$%9%&'!8,;+,%-%0 9,- 0 -,%-9%0 58 + %.+-9 9,-. 8 - +2 *%&--+&9%07% +-/ 国 红 雷 相 东 %$ 等 基 于 - +2 的 油 松 结 构 功 能 模 型 植 物 生 态 学 报 (( ) & -! 9,-, 5, 1 =%-.! 9,-. 9/9*90% *%&,-.9%9,-,- +,%-9+8, +- 48/9,%&%./%0. %5,-.9 8 #3 *%& 5 8/ %&%.,9 )- -", ; - -,,-*++ + *%& %*2,-,-. 8 9+-8 0 -,%-,-.%0 9 %&%., +& %&,-. 于 强 王 天 铎 刘 建 栋 等 玉 米 株 型 与 冠 层 光 合 作 用 的 数 学 模 拟 研 究 模 型 与 验 证 作 物 学 报 ) 张 佳 华 姚 凤 梅 陆 面 模 式 的 植 物 叶 光 合 生 理 的 数 值 模 拟 试 验 及 分 析 气 象 科 学 )) 0/7&+,9 #+&,2 +,%-%0+8/+ &, +8, 2+9. %5 8 *%&%0 % %- 4&+- 9. %-%*, ", ; - -,,-*++/.- %&'#%*4% - - 9%00 -,%-+&9 +&*%&9--+&9 %0 %9 ", -) ( 林 郁 欣 唐 丽 玉 陈 崇 成 等 基 于 组 合 型 系 统 的 单 树 建 模 工 具 的 设 计 与 实 现 农 业 工 程 学 报 ) ( ( 陈 刚 唐 丽 玉 陈 崇 成 等 基 于 系 统 物 幼 龄 杉 木 形 态 建 模 福 州 大 学 学 报 自 然 科 学 版 ( ( () () 俞 新 妥 杉 木 栽 培 学 福 州 福 建 科 学 技 术 出 版 社 )( ( 卢 康 宁 张 怀 清 刘 闽 基 于 实 测 数 据 的 杉 木 构 筑 型 研 究 林 业 科 学 研 究 ( ( 温 远 光 利 用 枝 长 与 叶 面 积 的 关 系 估 测 杉 木 叶 面 积 林 业 实 用 技 术 ) ) 张 小 全 徐 德 应 杉 木 中 龄 林 不 同 部 位 和 叶 龄 针 叶 光 合 特 性 的 日 变 化 和 季 节 变 化 林 业 科 学 ( ( 张 小 全 徐 德 应 年 生 杉 木 不 同 部 位 和 叶 龄 针 叶 光 响 应 研 究 生 态 学 报 ( 陈 福 明 朱 杭 瑞 杉 木 光 合 性 状 研 究 初 报 浙 江 省 林 业 科 技 (( )
期 唐 丽 玉 等 基 于 虚 拟 植 物 的 幼 龄 杉 木 生 长 模 拟 )!"#$ %&!$'$#$(!#")"#$!,/,-.3 3%-./ @, #3#8%-. 8 -.+- C -8 %'#'& # ('&''&')**+,-*#$'& *.'#*+)*/&# 0 1'& *('&' -*#$'& *!%/%'#.%*&%# 1 '*#*% 1. 1 * %#/&1. 1 (.*' *+ #,-./0,:+,%-+- %.+-, *+ 4 %,%-%00%9 %9/9* 5%*,-+ 2/4&+- 9 58, 8+,*4+2/ 8,. %5 8 -;, %-* - '!8 0%9 %9/9*8+9 88+ +,9, %0&%-.&,0 94+-58, 8*+9, 99 +8&+2%,% 9+-%9 &/ 9,-.0, &:4,* - '!8 ;, +&. %. +48, +& -;, %-* -+-4 %;,+- 55+/0%, 99 +8%, 9 8+ +%0/,-. % : 8 &,*, %0,* +- 94+'-% % 9,*+ 8 2,%*+99+-;+& +&+,%-98,49+*%-.+--;, %-* - 9+- 9/9 *92+90 -,%-+&9 +&*%&5+9; &%40% 9,* &+,-. 8 ; &%4* - %0+8, +,-.,- %+% - 48/9,%&%./+--;, %-* - '!89/9*95+9 9 %49-8 *% 48% &%., +&; &%4* - %0'!8 2+9,. %5 8 -, 5+99,2,-&,- 5, 8 8 ; &%4* - %0/% -. #8,- 9 0, # --,-.8+*,+&+-%&+ +' "! 9/9*,-. +8 48% %9/- 8 9,948% %9/- 8+9+& &% +,%-+- *% 48%. - 9,9*%&9'!8 94+,+&,9,2,%-%09%&++,+,%-,- +-%4/5+99,* &+ 0%+&&+,-.48% %9/- 8, +&/+,;+,+,%-%0 + 8& +0%2 +,-',9+/4+ +* 0% 48% %9/- 8 9,9*%& % 9,*+2,%*+99'!8/-+*,. %5 8%0+-,-,;,+&( %/ + %& #8,- 9 0,,-18% 5+99,* &+,-. %5,-.9 +9%-'7+9%- 8 18% 5 + 8+- #8,- 9 0, 48% %9/- 8,8+ +,9, -48% %9/- 8 9,9 ++- 4 %5+&&+ 0%+ 89 +. '!8 + *% - %048% %9/- 8+9+&% +% 8. %5 8%0-59.* - 9+- & +; 9% 2 +- 8 9+- & +; +*4&, 0, +,%-+2+9%-9%9,-8 % /'!8. %5 8%0,9,; -2/+;+,&+2& 48% %9/- 8, 4 %9 +0 94, +,%-&%99 95 +% - 0% '!8 *% 48%. - 9,9 8+-.,- 8 /% -.#8,- 9 0,,- 94%-9% -;, %-* - 5+99,* &+/-+*, +&/,- 8,* -9,%-+&49 - +,%-9'!8 9 & %0-48% %9/- 8 9,95+9 %*4+% 8 4;,% 90, & %29;+,%-9 +8+-, 98%5 8 9,* &+,%- 9 & 5+9+9%-+2& '!8 *8% %&%./8+94 %*,9,-.2-0, 9 %4,,-. 8,- +,%-%04&+- +-- ;, %-* - 58, 85,&2 ;+& +2& 0%9,*+,%-%0%.+-, *+ 4 %,%- %%' -. ;, +&. %. +48, +& -;, %-* - ;, +&4&+- #8,- 9 0,9/9*9. %5 89,* &+,%-