2011年未获资助的国家自然科学基金申报书和专家意见.pdfVIP

这里是 2011 年一份未中标的国家自然科学基金申报书及其评语（还有申请者对评语的 诠注）。为让后来者吸取教训，也知道专家是在怎样评审的。 中间部分涉及到个人信息和学校信息的都做了处理。但是主体内容没有动。 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 题目：块结构根作物根的原位测视及数字化理论与方法研究 摘要： 块结构根是块根、块茎的总称。具有块结构根的作物如甘薯、马铃薯、胡萝卜等大多具有极 高的营养、药用价值，有些还具有新能源开发的价值。根系数据的原位实时测量较冠系要困 难很多，一直是作物研究领域的一个瓶颈。为此本项目开展块结构根数字化、可视化原理与 方法的研究。基于块结构根的生长会压迫其周围土壤发生变形的基本事实，项目将研究这种 根与土之间的互动关系，利用土壤的变形来描述根的生长行为，实现块结构根生长的数字化 并以可视化的方式表现出来。项目要建立根土运动变形与水土互动变形的模型、演绎相应的 力学计算方法并进行相关的科学实验。项目还要解决代数方程快速求解、数据优化存储等与 可视化相关的一些科学计算问题。项目在根土运动变形理论、水土互动变形理论及模拟根土 运动变形的实验方法等几个方面具有创新。项目的成果将填补块结构根数字化与可视化研究 的空白，有益于块结构作物根系的研究和开发，并将惠及相关作物的育种与选种。 （一）立项依据与研究内容（4000-8000 字）： 1. 项目的立项依据 （研究意义、国内外研究现状及发展动态分析， 需结合科学研究发展趋势来论述科学意义；或结合国民经济和社会 发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参 考文献目录） 1.1 植物根系数字化与可视化的意义 根系一般是植物体生长在地面下的营养器官，具有吸收、固着、输导、合成、储藏和繁 殖等功能。土壤内的水和矿物质都是通过根进入植物的各个部分[1]。因此，作为土壤和植物 的动态界面，研究植物根系特征对植物、土壤乃至于对生态系统的水力平衡以及营养循环 ［2,3］ 均具有重要意义 。 植物根系数字化与可视化是基于测量数据将植物根系的生长进行计算机建模并以三维 真实感图形的方式表达出来，是植物学、生态学、信息学、数学以及计算机图形学等多学科 交叉学科，其主要内容是建立植物根系的生长模型并实现其可视化[4,5]。随着计算机应用技 术的发展，植物数字化与可视化的研究也得到了长足的发展和应用。例如，利用该技术人们 可将植物数月的生长过程在短时间内表现出来，通过改变生长、环境参数，迅速评价植物的 生长过程与结果，寻找优质高产的规律、选育优良品种等。 1.2 块结构根系数字化与可视化的意义 块结构根系是指块根、块茎根系的总称。具有块结构根的作物如甘薯，马铃薯、凉薯、 胡萝卜等大多具有极高的营养和药用价值，尤其甘薯、马铃薯还是新能源开发的经济类作物。 以甘薯为例，它在世界几种主要粮食作物产量中排第7位，在我国仅次于水稻、小麦和玉米， 居第4 位。我国甘薯种植面积1000 万公顷以上，占世界总产量80%，成为国家的重要经济类 作物[6，7]。在诸多的块结构作物中，其主要的产出都是根。因此，相比其他作物而言，块结 构作物根系的数字化与可视化研究有着更为重要的价值和意义。 1.3 国内外研究的现状简述 长期以来，植物学家对植物地上器官的结构、功能和生理过程进行了大量的研究，取得 了丰硕的成果。与之相比较，植物根系处在地下，观测十分不便，导致在自然条件下的研 究无论在广度、深度上均远不如地上部分。为了弄清植物根系在土壤中生长与分布的真实 情况,历史上人们采用了多种观测方法，如钉板法、土钻法、土柱法、容器法、玻璃壁与玻 璃管法、同位素测定法、多孔膜技术以及根室等[8]。这些方法为人类了解和认识植物根系提 供了重要的手段，其中不少方法至今仍在广泛应用。然而，这些方法大多繁琐、耗时费力、 会破坏土壤环境和植物根系，还会伴随断根、移位和水分逸失等问题，难以得到准确的观 [9] 测结果 。 近年来，随着电子技术、计算机技术应用技术的发展，国内外都将根系的探测与信息 技术结合起来进行研究。综合现有的文献报道，主要集中在微根管技术、探地雷达技术和 CT技术三个方面。 1.3.1 微根管技术 微根管法在1937年第一次被提出来并应用于根系生长研究；通过在土壤中放入透明的玻 璃管或者塑料管，在管壁与土壤间界面处于根系生长的原位置进行非破坏性观察。最初