樹木形態(tài)與生長(zhǎng)發(fā)育分形(Fractal)特性及模型研究基本信息

【目的】用數(shù)字化方式描述植物形態(tài)結(jié)構(gòu)與生長(zhǎng)發(fā)育過程,是正確認(rèn)識(shí)和表達(dá)植物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律的有效手段。本文旨在對(duì)形態(tài)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的葡萄樹進(jìn)行精確描述與定量分析,對(duì)葡萄樹的數(shù)字化表達(dá)和處理技術(shù)進(jìn)行研發(fā)與深化。【方法】針對(duì)葡萄樹的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征和生長(zhǎng)發(fā)育過程,劃分并定義葡萄樹的基本結(jié)構(gòu)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?duì)葡萄樹結(jié)構(gòu)單元的劃分,借鑒國內(nèi)外結(jié)構(gòu)單元的命名經(jīng)驗(yàn)、習(xí)慣與演變趨勢(shì)并結(jié)合田間觀察結(jié)果,遵循葡萄樹各結(jié)構(gòu)單元出生的時(shí)空順序,系統(tǒng)地提出了以年為單位的葡萄樹地上部各結(jié)構(gòu)單元數(shù)字化命名方案,以字母表示結(jié)構(gòu)單元的類型,數(shù)字表明出生順序和結(jié)構(gòu)單元編號(hào)。命名方案還包含了各結(jié)構(gòu)單元的著生關(guān)系和分枝來源等信息,整合了多年生長(zhǎng)機(jī)制下由新梢到蔓,再到多年生蔓的生長(zhǎng)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(gòu)成。在命名方案基礎(chǔ)上,給出了組合器官與復(fù)雜操作表示方法,包括(1)基于結(jié)構(gòu)單元命名的葡萄樹結(jié)果母枝與結(jié)果枝組的復(fù)雜器官表示方法;(2)人工修剪對(duì)葡萄樹結(jié)構(gòu)變化的數(shù)字化描述;(3)以年為單位的葡萄樹動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)數(shù)字化描述;(4)多年生葡萄樹生長(zhǎng)發(fā)育過程回溯;(5)基于葡萄樹結(jié)構(gòu)表示的各級(jí)結(jié)構(gòu)單元量化統(tǒng)計(jì)分析等方法?！窘Y(jié)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(xué)院林業(yè)果樹研究所試驗(yàn)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(dá),實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜葡萄樹結(jié)構(gòu)的明確表示,包括各器官的唯一性命名、各器官的連接關(guān)系等。在結(jié)構(gòu)表示的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了新梢結(jié)構(gòu)單元量化統(tǒng)計(jì)、副梢及卷須人工修剪、種植年限增加帶來的葡萄樹結(jié)構(gòu)變化表達(dá)等的數(shù)字化描述,結(jié)果表明方法對(duì)不同樹形、不同生長(zhǎng)時(shí)期葡萄樹形態(tài)結(jié)構(gòu)描述的普適性與有效性?！窘Y(jié)論】葡萄樹形態(tài)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與生長(zhǎng)發(fā)育方式,對(duì)葡萄樹功能-結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建,實(shí)現(xiàn)葡萄樹形態(tài)結(jié)構(gòu)的精確描述、可視化表達(dá)、定量分析,以及對(duì)葡萄樹內(nèi)部各要素的狀態(tài)、發(fā)展演變過程的定量計(jì)算和模擬及進(jìn)一步的預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)具有重要意義。葡萄樹結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)澐峙c命名方案對(duì)相似結(jié)構(gòu)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(kuò)散快、數(shù)量多、危害時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn),該蟲危害紫薇的整個(gè)發(fā)育期,對(duì)其觀賞價(jià)值和生長(zhǎng)繁育構(gòu)成很大威脅。本文通過林間調(diào)查、室內(nèi)飼養(yǎng)試驗(yàn),觀察并總結(jié)了該蟲對(duì)寄主取食危害及其生長(zhǎng)發(fā)育等方面的生物學(xué)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(shí)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(jìn)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(cuò)現(xiàn)象嚴(yán)重。利用熒光顯微鏡對(duì)該蟲從卵到成蟲的不同發(fā)育階段進(jìn)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(zhǎng),相繼危害花芽、花蕾,對(duì)紫薇花期和花量造成了嚴(yán)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(shí)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(duì)紫薇各物候期的危害特點(diǎn),防治成蟲的最佳時(shí)間是6月中旬至7月初,幼蟲在果實(shí)脫落前即11月前防治效果最佳。