三維虛擬植物模型可用于果樹冠層結(jié)構(gòu)及光截獲的精準量化評價

據(jù)《中國農(nóng)業(yè)科學》2014年第23期《矮化中間砧短枝富士蘋果高紡錘樹形冠層結(jié)構(gòu)與光能截獲的三維模擬》（作者楊偉偉等）報道，以14年生矮化中間砧高紡錘形富士（西府海棠/M26/禮泉短富）為試材，以田間樹體數(shù)字化測定為基礎(chǔ)，獲取枝葉特定形態(tài)參數(shù)，利用計算機模擬重建三維虛擬植物。借助虛擬植物模型進行虛擬試驗，定量研究冠層結(jié)構(gòu)、光截獲和果實的空間分布。確定了樹體枝葉間異速生長關(guān)系：枝（梢）長度分別與枝（梢）葉片數(shù)量和枝（梢）的總?cè)~面積、葉片長度分別與葉柄長度和葉片寬度、葉片長度的平方與葉面積間均呈顯著線性關(guān)系。結(jié)合三維數(shù)字化技術(shù)與枝葉間異速生長關(guān)系，構(gòu)建了蘋果冠層三維虛擬植物模型。

結(jié)果表明，葉片數(shù)量及葉片面積模擬值與實測值間決定系數(shù)分別為 0.92和 0.95，均方根誤差 分別為 1.18和 31.5 cm2，相對誤差分別為7.15%和5.86%。模型精度可滿足冠層結(jié)構(gòu)與光截獲評價要求；模型可量化模擬各類枝梢及整體冠層葉面積、體積、光照射葉片面積、冠層或枝（梢）葉片被光線照射到的葉面積 與總?cè)~面積比值（STAR）、郁閉度、葉面積密度相對方差（ξ）及STAR值的日動態(tài)變化。矮化中間砧高紡錘樹形枝（梢）主要分布于冠層高度0.5～2.5 m和距樹干水平距離20～80 cm空間范圍內(nèi)，占總枝梢葉面積比例74.88%。 整體冠層體積、郁閉度分別為 4.47 m3、44.62%；營養(yǎng)短枝（梢）、營養(yǎng)長枝 （梢）及果臺副梢分別占樹體體積的69.73%、43.50%和41.26%，三者郁閉度分別為60.77%、54.12%和83.15%，平均STAR值分別為0.10、0.23 和 0.13；各類枝（梢）STAR 值空間分布規(guī)律明顯，隨冠層高度及距樹干水平距離增大而逐漸增加。果實主要分布于冠層高度0.5～2.0 m和距樹干水平距離20～60 cm空間區(qū)域；單位面積產(chǎn)量4.1×104 kg/667 m2；冠層適宜的營養(yǎng)短枝（梢）、營養(yǎng)長枝（梢）、果臺副梢葉面積比例為 （69.70%～73.13%）∶（11.25%～15.18%）∶（11.16%～14.27%）， 適宜STAR值分別為 0.08、0.14和0.11。整體冠層、營養(yǎng)短枝（梢）和果臺副梢的STAR值日變化曲線近似于雙峰曲線，營養(yǎng)長枝（梢）STAR值日變化為單峰曲線；各類枝（梢）STAR值皆與果臺副梢數(shù)量呈顯著負相關(guān)關(guān)系，與果實可溶性固形物、單果質(zhì)量及橫徑呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

結(jié)論，三維虛擬植物模型可用于果樹冠層結(jié)構(gòu)及光截獲的精準量化評價，STAR值可量化評價冠層光截獲效率。