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基于光截获的植物冠层优化设计:以枇杷为例

DOI:10.3389/fpls.2019.00364 期刊:Frontiers in Plant Science 出版年份:2019 更新时间:2026-01-09 18:44:46
摘要: 树冠结构决定了树冠内的光照分布与光能截获情况。合理的整形修剪可优化树体结构,实现土地、空间和光能的高效利用,为早果、丰产、健壮及长寿奠定基础。由于枇杷树冠结构的复杂性及树体生长的多年性,树冠类型培养实验所需的变量难以通过田间实测获取。本文以枇杷(Eriobotrya japonica Lindl.)为研究对象,重点利用三维(3D)树冠模型探究分枝角度与光截获的关系:首先整合枝条与器官模型构建精细的枇杷树三维模型;其次通过交互式编辑建立不同枇杷树的形态模型;继而采用集成OpenGL阴影技术、辐射度模型及改进矩形双曲线模型的LSTree三维单木建模软件,分别计算树冠轮廓总面积比、冠层内光合有效辐射分布及净光合速率;最后分析不同参数下枇杷树器官构型对光截获的影响。结果表明:当二级主枝与主干夹角约15°且二级主枝间夹角保持在60-90°时可获得较优的光照分布。分枝角度对光截获具有显著影响,该结论可为种植者通过拉枝(主枝角度调控)等树体操作提供依据。基于此优选出合理树形以实现高效光截获。这种定量模拟与分析方法为树冠结构设计提供了新型数字化可视化手段。
作者: Liyu Tang,Dan Yin,Chongcheng Chen,Dayu Yu,Wei Han
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研究概述 实验方案 设备清单

研究不同几何与拓扑结构对光照分布的影响,以揭示枇杷树中具有高光截获率的合理树体结构。

研究表明,枇杷树冠实现最佳光截获的条件是:二级骨干枝与主干夹角约为15°,且各二级骨干枝之间夹角保持在60至90°范围内。该结论为提升光照效率和光合作用的树体结构设计提供了依据。

建模过程要求用户具备计算机和植物学知识,由于精确冠层测量的技术限制,光截获测量缺乏实地验证。

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