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水土分层条件下土壤压实对陆稻生长的影响及其可视化

作 者: 易怀锋
导 师: 戈振扬
学 校: 昆明理工大学
专 业: 农业机械化工程
关键词: 陆稻 土壤压实 模拟模型 可视化 水土分层
分类号: S511
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要


本课题研究土壤压实陆稻的作用,探讨在水土分层装置中土壤压实对陆稻组织生长的建模与仿真。本论文依托于国家自然科学基金项目“土壤压实对作物地下组织构型作用建模与动态仿真(60971115)”,属于虚拟植物的研究范畴。陆稻具有耐旱性强、需水少的特点,是推行节水、旱作农业的最佳旱粮作物之一。陆稻生长环境与水稻不同,大部分都栽种在干旱少雨的山地,其生长状况不仅与土壤的水分养分相关,还受到土壤理化性质的影响,因此,了解陆稻在土壤压实下的生长规律,确定适合陆稻生长的合理土壤压实范围,就可以为陆稻的种植提供科学的理论依据。对土壤压实状态下陆稻组织生长进行分析,预测陆稻各组织生长规律,并以此为根据对其进行计算机可视化仿真。采用水土分层装置内进行陆稻栽培试验,观测不同土壤压实状态下陆稻实际生长状态及规律,通过对比实验数据和模拟数据,验证陆稻模拟模型的准确性和稳定性。构建了在水土分层装置中陆稻根系和植株的生长机模型和可视化模型。利用VC++6.0编程环境和OpenGL图形接口,开发设计陆稻动态生长的可视化模拟系统,输入预测的土壤压实下陆稻生长参数完成了陆稻根、茎秆、叶片的模拟仿真。设计了水土分层装置,该装置包括承土装置和盛水容器两部分,试验时保持承土装置中筛网与盛水容器内水液面的距离,将土壤与水层分割开,根据根系穿出网格的时间确定土壤压实对根系生长速度的影响。通过对土层中根系体积、根干重的测量可获取不同土壤压实下根系的生长状况。也可以观测不同土壤压实对陆稻地上部分生长的影响。用云陆4号陆稻进行栽培实验,土壤压实度以土壤容重衡量,获取了不同土壤压实度下的陆稻的形态特征及各组织参数。栽培实验和计算机模拟的结果表明:土壤压实对陆稻地上部分和地下部分组织生长发育都会产生有一定的影响。其中根系的轴向生长速度、分根速度、根系生长区域、根系体积、茎秆生长速度均是随着土壤压实度的增大而减少。但是土壤容重为1.2g/cm3时有利于陆稻的分蘖和叶片的生长。比较实验数据和模拟数据得出:所建立的模拟系统具有一定的精度,能对陆稻根、茎、叶组织的动态生长过程进行可视化分析,并能对陆稻根系在压实土壤中的生长发育进行数值模拟分析。本模拟模型也可用于其他须根系植物与土壤环境作用的分析。本研究充实了植物-土壤系统的结构功能模型研究理论基础,采用水土分层装置探讨土壤压实对作物生长的作用,为研究土壤压实与作物生长的关系提供了新方法。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 本课题来源  10
  1.2 研究的目的和意义  10-11
    1.2.1 研究目的  10
    1.2.2 研究意义  10-11
  1.3 国内外研究现状  11-14
    1.3.1 虚拟植物的研究现状  11-12
    1.3.2 陆稻研究现状  12-13
    1.3.3 土壤压实对作物生长作用的研究现状  13-14
  1.4 研究的内容和技术路线  14-15
    1.4.1 研究内容  14
    1.4.2 技术路线  14-15
  1.5 本章小结  15-16
第二章 陆稻与土壤压实的介绍  16-24
  2.1 陆稻的介绍  16-18
    2.1.1 陆稻品种的介绍  16-17
    2.1.2 陆稻生长环境的介绍  17-18
  2.2 土壤压实的介绍  18-22
    2.2.1 土壤组成参数介绍  18-20
    2.2.2 土壤压实对农田理化性质的影响  20-21
    2.2.3 土壤压实对陆稻生长发育的影响  21
    2.2.4 土壤压实模型  21-22
  2.3 本章小结  22-24
第三章 陆稻组织建模与仿真  24-50
  3.1 陆稻组织模型建立  24-33
    3.1.1 陆稻构型介绍  24-25
    3.1.2 陆稻拓扑结构  25-26
    3.1.3 陆稻生长机模型  26-30
    3.1.4 陆稻可视化模型  30-32
    3.1.5 模拟数据统计  32-33
  3.2 模拟系统的程序设计  33-47
    3.2.1 系统平台介绍  33-35
    3.2.2 系统界面设计及总体框架  35-38
    3.2.3 陆稻组织生长机程序设计  38-41
    3.2.4 陆稻组织可视化程序设计  41-46
    3.2.5 系统数据输出的程序设计  46-47
  3.3 陆稻模拟仿真  47-48
  3.4 本章小结  48-50
第四章 水土分层研究方法  50-54
  4.1 水土分层法介绍  50-51
  4.2 采用水土分层法研究目的  51-52
  4.3 水土分层法研究优点  52
  4.4 本章小洁  52-54
第五章 实验与模拟结果分析  54-66
  5.1 实验前准备  54-56
    5.1.1 陆稻生长环境调查  54-55
    5.1.2 温室环境设置  55
    5.1.3 实验材料准备  55-56
  5.2 实验  56-62
    5.2.1 土壤压实  56-57
    5.2.2 压实土壤容重测量  57-58
    5.2.3 播种  58-59
    5.2.4 参数测量  59-62
  5.3 实验结果与分析  62-65
    5.3.1 土壤压实对陆稻地上部分生长的影响分析  62-63
    5.3.2 土壤压实对陆稻地下部分生长的影响分析  63-64
    5.3.3 实验数据和模拟数据对比分析  64-65
  5.4 本章小结  65-66
第六章 总结与展望  66-68
  6.1 论文的主要成果  66
  6.2 论文的创新点  66
  6.3 研究展望  66-68
致谢  68-70
参考文献  70-74
附录A:本人在攻读硕士学位期间的科研情况  74-76
附录B:陆稻试验附图  76-78
附录C:部分程序代码  78-79

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