樹木形態(tài)與生長發(fā)育分形(Fractal)特性及模型研究

【目的】用數(shù)字化方式描述植物形態(tài)結構與生長發(fā)育過程,是正確認識和表達植物生長發(fā)育規(guī)律的有效手段。本文旨在對形態(tài)結構較為復雜的葡萄樹進行精確描述與定量分析,對葡萄樹的數(shù)字化表達和處理技術進行研發(fā)與深化。【方法】針對葡萄樹的形態(tài)結構特征和生長發(fā)育過程,劃分并定義葡萄樹的基本結構單元,包括葡萄樹主干、多年生蔓、新梢和著生于枝蔓上的器官,其中新梢包括果枝和營養(yǎng)枝;著生于枝蔓上的器官包括芽、花序、果穗、副梢、葉片和卷須等?；趯ζ咸褬浣Y構單元的劃分,借鑒國內(nèi)外結構單元的命名經(jīng)驗、習慣與演變趨勢并結合田間觀察結果,遵循葡萄樹各結構單元出生的時空順序,系統(tǒng)地提出了以年為單位的葡萄樹地上部各結構單元數(shù)字化命名方案,以字母表示結構單元的類型,數(shù)字表明出生順序和結構單元編號。命名方案還包含了各結構單元的著生關系和分枝來源等信息,整合了多年生長機制下由新梢到蔓,再到多年生蔓的生長變化過程,并以節(jié)間為單位,以有序集的方式描述了新梢的構成。在命名方案基礎上,給出了組合器官與復雜操作表示方法,包括(1)基于結構單元命名的葡萄樹結果母枝與結果枝組的復雜器官表示方法;(2)人工修剪對葡萄樹結構變化的數(shù)字化描述;(3)以年為單位的葡萄樹動態(tài)生長數(shù)字化描述;(4)多年生葡萄樹生長發(fā)育過程回溯;(5)基于葡萄樹結構表示的各級結構單元量化統(tǒng)計分析等方法。【結果】以鄭州國家葡萄種質(zhì)資源圃極短梢修剪的V字形‘赤霞珠’葡萄樹和北京市農(nóng)林科學院林業(yè)果樹研究所試驗溫室的搭架式T字形‘香妃’葡萄樹為例,分別給出兩種樹形的數(shù)字化表達,實現(xiàn)了復雜葡萄樹結構的明確表示,包括各器官的唯一性命名、各器官的連接關系等。在結構表示的基礎上,進行了新梢結構單元量化統(tǒng)計、副梢及卷須人工修剪、種植年限增加帶來的葡萄樹結構變化表達等的數(shù)字化描述,結果表明方法對不同樹形、不同生長時期葡萄樹形態(tài)結構描述的普適性與有效性。【結論】葡萄樹形態(tài)結構的數(shù)字化表示有助于更加直觀地理解葡萄樹的形態(tài)結構與生長發(fā)育方式,對葡萄樹功能-結構模型的構建,實現(xiàn)葡萄樹形態(tài)結構的精確描述、可視化表達、定量分析,以及對葡萄樹內(nèi)部各要素的狀態(tài)、發(fā)展演變過程的定量計算和模擬及進一步的預測和評價具有重要意義。葡萄樹結構單元劃分與命名方案對相似結構的木本植物研究有一定的借鑒與參考作用。

紫薇Lagerstroemia india是園林觀賞樹種,也是紫薇梨象Pseudorobitis gibbus的寄主植物。紫薇梨象具有擴散快、數(shù)量多、危害時間長等特點,該蟲危害紫薇的整個發(fā)育期,對其觀賞價值和生長繁育構成很大威脅。本文通過林間調(diào)查、室內(nèi)飼養(yǎng)試驗,觀察并總結了該蟲對寄主取食危害及其生長發(fā)育等方面的生物學特性。紫薇梨象在泰安1年發(fā)生1代,以幼蟲或成蟲在被害果實內(nèi)休眠越冬。越冬幼蟲在翌年5月前后化蛹,5月中下旬羽化,6月上中旬進入成蟲盛發(fā)期,產(chǎn)卵集中在7月下旬～8月中旬,并且蟲態(tài)交錯現(xiàn)象嚴重。利用熒光顯微鏡對該蟲從卵到成蟲的不同發(fā)育階段進行觀察表明,成蟲在春末夏初開始取食紫薇的嫩梢、嫩葉;隨著紫薇的生長,相繼危害花芽、花蕾,對紫薇花期和花量造成了嚴重影響。夏末,紫薇梨象產(chǎn)卵于幼果中,初孵幼蟲主要在果實的種子外發(fā)育;2齡幼蟲在果苞內(nèi)取食種子,直至發(fā)育為老熟幼蟲,最終果苞內(nèi)的種子幾乎全部被取食。根據(jù)紫薇梨象對紫薇各物候期的危害特點,防治成蟲的最佳時間是6月中旬至7月初,幼蟲在果實脫落前即11月前防治效果最佳。