棉花生長模擬模型研究進展

中圖分類號：O242.1；S562文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）02-0146-02棉花生長模擬模型就是利用計算機程序模擬棉花在自然環境條件下利用光能資源，把水和二氧化碳結合制造成有機物質、組織和器官的建成與死亡以及產品的形成等過程，還包括棉花生長需要水分和礦質元素在土壤中的分配、移動和被吸收的過程，同時應考慮到各種環境因子的制約。本文綜述了國內外棉花生長模擬模型的研究進展。

1國際棉花生長模擬模型研究

20世紀60年代末，Stapleton和Duncan等人開始模擬棉花生長發育的研究。Stapleton等（1970）[17]首先建立了第一代棉花生長發育模擬模型，并將其發展為COTTON模型。Duncan（1971，1972）等建立了SIMCOT模型[8]。1972年Baker和Hesketh等人把有關植物營養學理論應用到模型中，估測碳水化合物和氮素的脅迫作用[1]。1973年Jones增添了氮素估算程序，至此建立了第二代棉花模擬模型——SIMCOTII[11]。1975年以后Phene 、Baker 等進一步研究建立棉花根際土壤系統模擬模型RHIZOS[5]。1978年建立和使用了SPAR棉花與環境物理模擬系統以來，Baker等在Stapleton和Duncan的基礎上建立了棉花模型GOSSYM 和大豆生長模型GLYCIM。Baker、Lambert等人在SIMCOTII基礎上豐富了溫度和水分脅迫以及氮素脅迫影響棉花生長發育和器官建成諸方面的資料，并聯接了根系模型——RHIZOS于1983年建立了GOSSYM模型[2]。1984年以后，Boone等在原有模型的基礎上進一步改進了棉株生長發育和干物質分配部分的內容，完善了植株的形態建成的功能[3]。GOSSYM模型在不同氣候條件、土壤和管理措施下得到了驗證，并與專家系統COMAX結合完成了GOSSYM/COMAX棉花管理模型[13]。美國農業部經濟統計合作局已經用GOSSYM進行產量預報。1989年GOSSYM模型又增添普通昆蟲模型和化學藥物對棉花生理影響的模型使GOSSYM模型日臻完善，成為目前世界上最完善的棉花生長模擬模型[15]。此外，美國Jones等（1979）建立了COTCROP模型；Jackson等（1988）建立了COTTAM模型[4]。deRefye（1988）將 AMAP 模型與棉花模型 GOSSYM 結合，模擬環境脅迫對棉花生長的影響[6]。Prusinkiewicz與Room 等 （1990）[15，16]利用植物體冠層與根系通過物質流實現平衡生長原理，構建了冠層與根系耦合生長模型。

棉花具有無限生長習性，器官種類多且結構復雜，國外學者在其結構功能方面做了一定研究， 成為虛擬生長系統研究比較成功的作物之一。法國學者Jallas等（2000）[12]以機理模型GOSSYM為基礎，通過干物質重計算各器官尺寸大小及角度，應用“植物形態學”sub-model、L系統和坐標軸法及OpenGL技術構建了一個虛擬棉花生長系統，考慮了不同株型對截光量的影響。 Room等（1996）[16]基于開放式 L系統構建的 L-Cotton 模型，對棉花的形態特征進行簡單模擬。 Hanan 等（2003）[9]將棉花生長模型OZCOT與結構模型（L-COTTON）相結合，模擬了環境因素在棉花各個生理過程和最終生長結果中發揮的作用，它通過棉花生長模型來配置棉花每天生長的花芽，并根據結構模型來推測棉花器官的可能生長位置，最終實現了基于生長模型的棉株生長可視化。

2我國棉花生長模擬模型研究

我國棉花計算機模擬模型研究始于20世紀80年代末。近年來我國學習了外國先進的建模思想并且引進了一些模型，使模擬模型研究取得一定進步。1988年吳國偉等從營養供求狀況來控制蕾鈴脫落，利用以生理時間為變量的Logistic方程來模擬棉花生長發育過程和棉鈴蟲危害蕾鈴對產量的影響[27]。北京農業大學郭向東等（1991）[21]通過修改和重新估測SIRATAC系統，增加了棉花生長發育模型的參數，得到了一個適用于我國的簡單棉花動態模擬模型。中國農科院棉花所及北京農業大學建立了棉花生產管理模擬與決策系統 （CPMSS/CGSM）。北京農業大學劉文等（1992）[23]以每日的太陽輻射為驅動變量，以溫度和水分為影響因子，建立了棉花生長發育、形態發生及產量形成的動態模擬模型。中國農科院棉花研究所潘學標等（1992） [25]建立了一個以太陽輻射為驅動變量的棉花生長發育模擬模型CGSM。潘學標等（1996）[24]利用荷蘭Penning de Vries等研制的MACROS中的L1D模型，根據國家棉花生產的實際情況建成了一個適合中國國情的基于棉花生理生態理論的生長發育模擬模型COTGROW。馮利平等（1999）[20]以棉花高產優質高效為目標，研制完成了棉花栽培計算機模擬決策系統（COTSYS）。楊娟等（2006）[28]基于NURBS 和 VC++6.0建立了棉花可視化系統，該系統以實際測量數據進行模擬，但未考慮品種特性、環境因素和栽培措施等。楊艷敏等（2005）[29]借鑒美國第二代棉花生長模擬模型GOSSYM/COMAX，結合新疆棉花品種特性、環境條件及栽培管理技術，對模型中的參數進行修改和驗證，建立了適合新疆當地棉花生產的模擬模型。參考文獻：

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