樹形結構是一種新穎的結構形式,在工程實踐中得到了大量應用。通過分析國內外樹形結構工程的結構特點,總結了適用于木結構的樹形結構特征。采用計算長度系數法對典型樹形木結構的穩定性進行分析,并給出了相應的分析結果和參數設計建議。通過對典型樹形木結構工程——美國比弗頓圖書館進行結構分析,得到各桿件計算長度系數均滿足建議取值,為今后樹形木結構的設計提供參考依據。

【目的】用數字化方式描述植物形態結構與生長發育過程,是正確認識和表達植物生長發育規律的有效手段。本文旨在對形態結構較為復雜的葡萄樹進行精確描述與定量分析,對葡萄樹的數字化表達和處理技術進行研發與深化。【方法】針對葡萄樹的形態結構特征和生長發育過程,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。基于對葡萄樹結構單元的劃分,借鑒國內外結構單元的命名經驗、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,系統地提出了以年為單位的葡萄樹地上部各結構單元數字化命名方案,以字母表示結構單元的類型,數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字化描述;(3)以年為單位的葡萄樹動態生長數字化描述;(4)多年生葡萄樹生長發育過程回溯;(5)基于葡萄樹結構表示的各級結構單元量化統計分析等方法。【結果】以鄭州國家葡萄種質資源圃極短梢修剪的V字形‘赤霞珠’葡萄樹和北京市農林科學院林業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字化表達,實現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結構描述的普適性與有效性。【結論】葡萄樹形態結構的數字化表示有助于更加直觀地理解葡萄樹的形態結構與生長發育方式,對葡萄樹功能-結構模型的構建,實現葡萄樹形態結構的精確描述、可視化表達、定量分析,以及對葡萄樹內部各要素的狀態、發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。