论文部分内容阅读
构建虚拟植物冠层结构模型可实现植物的形态仿真，通过虚拟植物冠层内各结构的动态模拟，可分析和预测植物的生长发育。本研究以保定地区107杨(Populus×euramericana cv.’74/76’)为研究对象，调查统计了保定地区107杨快速生长期冠层形态特征。通过冠层形态特征数据的分析处理，利用指数函数、幂函数、对数函数、二项式、标准曲线S曲线等形式构建了107杨快速生长期的冠层各结构的动态模型。采用最小二乘法对模型参数进行估计，利用相对误差、绝对误差、判定系数R2及其模型精度等指标来验证模型的预估能力。结果表明: (1)107杨快速生长期内，树高每年呈现对数生长的趋势。利用对数生长模型建立了以树龄t为自变量的树高生长模型，公式为:H=2.2438e0.3153t。绝对误差平均值为30.12cm，相对误差平均值为4.43％，模型精度为97.21％。 (2)利用三次多项式形式构建了107杨胸径的生长模型。模型公式为:D=2.056-27.3t+139.42t2-135.32t3。绝对误差平均值为8.93mm，平均相对误差为8.18％，模型精度为98.48％。 (3)以对数线性模型为基础，利用以构建的树高和胸径模型作为子模型进行耦合嵌套，构建出了以树龄t为自变量的一级枝长度和基径模型。一级枝长度模型为:ln(BL)=-1.347+0.135ln(2.0592-27.034t+139.42t2-135.32t3)+0.949ln(2.2438e0.3153t)，平均绝对误差为0.29m，平均相对误差9.10％，模型精度为98.21％;一级枝基径模型公式为:ln(BL)=-2.184-0.321ln(2.0592-27.034t+139.42t2-135.32t3)+1.323ln(2.2438e0.3153t)，平均绝对误差为1.48mm，平均相对误差值5.36％，模型精度97.89％， (4)以对数线性函数作为基础模型，以一级枝长度和基径模型为其子模型，通过迭代嵌套，构建了二级枝长度和粗度的模型，其二级枝长度模型为:{lnBL=-1347+0.135ln(2.0592-27.034t+139.42t2-135.32t3)+0.949ln(2.2438e0.3153t)lnBD=-0.775+0.908ln(2.0592-27.034t+139.42t2-135.32t3)+0.201ln(2.2438e0.3153t)lnBL1=-15.688+6.946ln(DB)+4.586ln(BL)平均绝对误差为0.18m，平均相对误差13.86％,模型精度为97.03％;其二级枝基径模型为:{lnBL=-1.347+0.135ln(2.0592-27.034t+139.42t2-135.32t3)+0.949ln(2.2438e0.3153t)lnBD=-0.775+0.908ln(2.0592-27.034t+139.42t2-135.32t3)+0.201ln(2.2438e0.3153t)lnBD1=-1.747+0.268ln(DB)+0.85ln(BL)平均绝对误差为0.75mm;平均相对误差1.41％,为模型92.05％。 (5)经过筛选以不同自变量为基础的三个单叶面积模型中以长宽乘积为自变量的单叶面积模型精确度最高，公式为:S=-0.0006X2+0.7807X-10.673。其模型的相对误差在0.04％-14.97％，平均相对误差为2.6％。 (6)不同发育时日单株107杨叶片大小的分布规律变化中，在距萌芽期74d、106d、138d、154d的不同发育时日，植株在三级叶片左右分布较多，单叶面积为40cm2左右;在距萌芽期74d、106d时日时一级叶片数量稳定，所占总叶片比重比距萌芽期138d、154d大;出叶速率在前期基本保持快速稳定，后期逐渐减退。 (7)以距萌芽期的发育时日为自变量，107杨在特定发育时日的面积为因变量，采用标准S曲线形式构建了单叶面积的增长模型。增长模型为:S=e4.074-72.42％。通过相对误差的平均值为0.56％，相对误差范围3.04％～8.59％。