棉花生长模拟模型研究进展

中图分类号：O242.1；S562文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）02-0146-02棉花生长模拟模型就是利用计算机程序模拟棉花在自然环境条件下利用光能资源，把水和二氧化碳结合制造成有机物质、组织和器官的建成与死亡以及产品的形成等过程，还包括棉花生长需要水分和矿质元素在土壤中的分配、移动和被吸收的过程，同时应考虑到各种环境因子的制约。本文综述了国内外棉花生长模拟模型的研究进展。

1国际棉花生长模拟模型研究

20世纪60年代末，Stapleton和Duncan等人开始模拟棉花生长发育的研究。Stapleton等（1970）[17]首先建立了第一代棉花生长发育模拟模型，并将其发展为COTTON模型。Duncan（1971，1972）等建立了SIMCOT模型[8]。1972年Baker和Hesketh等人把有关植物营养学理论应用到模型中，估测碳水化合物和氮素的胁迫作用[1]。1973年Jones增添了氮素估算程序，至此建立了第二代棉花模拟模型――SIMCOTII[11]。1975年以后Phene 、Baker 等进一步研究建立棉花根际土壤系统模拟模型RHIZOS[5]。1978年建立和使用了SPAR棉花与环境物理模拟系统以来，Baker等在Stapleton和Duncan的基础上建立了棉花模型GOSSYM 和大豆生长模型GLYCIM。Baker、Lambert等人在SIMCOTII基础上丰富了温度和水分胁迫以及氮素胁迫影响棉花生长发育和器官建成诸方面的资料，并联接了根系模型――RHIZOS于1983年建立了GOSSYM模型[2]。1984年以后，Boone等在原有模型的基础上进一步改进了棉株生长发育和干物质分配部分的内容，完善了植株的形态建成的功能[3]。GOSSYM模型在不同气候条件、土壤和管理措施下得到了验证，并与专家系统COMAX结合完成了GOSSYM/COMAX棉花管理模型[13]。美国农业部经济统计合作局已经用GOSSYM进行产量预报。1989年GOSSYM模型又增添普通昆虫模型和化学药物对棉花生理影响的模型使GOSSYM模型日臻完善，成为目前世界上最完善的棉花生长模拟模型[15]。此外，美国Jones等（1979）建立了COTCROP模型；Jackson等（1988）建立了COTTAM模型[4]。deRefye（1988）将 AMAP 模型与棉花模型 GOSSYM 结合，模拟环境胁迫对棉花生长的影响[6]。Prusinkiewicz与Room 等 （1990）[15，16]利用植物体冠层与根系通过物质流实现平衡生长原理，构建了冠层与根系耦合生长模型。

棉花具有无限生长习性，器官种类多且结构复杂，国外学者在其结构功能方面做了一定研究， 成为虚拟生长系统研究比较成功的作物之一。法国学者Jallas等（2000）[12]以机理模型GOSSYM为基础，通过干物质重计算各器官尺寸大小及角度，应用“植物形态学”sub-model、L系统和坐标轴法及OpenGL技术构建了一个虚拟棉花生长系统，考虑了不同株型对截光量的影响。 Room等（1996）[16]基于开放式 L系统构建的 L-Cotton 模型，对棉花的形态特征进行简单模拟。 Hanan 等（2003）[9]将棉花生长模型OZCOT与结构模型（L-COTTON）相结合，模拟了环境因素在棉花各个生理过程和最终生长结果中发挥的作用，它通过棉花生长模型来配置棉花每天生长的花芽，并根据结构模型来推测棉花器官的可能生长位置，最终实现了基于生长模型的棉株生长可视化。

2我国棉花生长模拟模型研究

我国棉花计算机模拟模型研究始于20世纪80年代末。近年来我国学习了外国先进的建模思想并且引进了一些模型，使模拟模型研究取得一定进步。1988年吴国伟等从营养供求状况来控制蕾铃脱落，利用以生理时间为变量的Logistic方程来模拟棉花生长发育过程和棉铃虫危害蕾铃对产量的影响[27]。北京农业大学郭向东等（1991）[21]通过修改和重新估测SIRATAC系统，增加了棉花生长发育模型的参数，得到了一个适用于我国的简单棉花动态模拟模型。中国农科院棉花所及北京农业大学建立了棉花生产管理模拟与决策系统 （CPMSS/CGSM）。北京农业大学刘文等（1992）[23]以每日的太阳辐射为驱动变量，以温度和水分为影响因子，建立了棉花生长发育、形态发生及产量形成的动态模拟模型。中国农科院棉花研究所潘学标等（1992） [25]建立了一个以太阳辐射为驱动变量的棉花生长发育模拟模型CGSM。潘学标等（1996）[24]利用荷兰Penning de Vries等研制的MACROS中的L1D模型，根据国家棉花生产的实际情况建成了一个适合中国国情的基于棉花生理生态理论的生长发育模拟模型COTGROW。冯利平等（1999）[20]以棉花高产优质高效为目标，研制完成了棉花栽培计算机模拟决策系统（COTSYS）。杨娟等（2006）[28]基于NURBS 和 VC++6.0建立了棉花可视化系统，该系统以实际测量数据进行模拟，但未考虑品种特性、环境因素和栽培措施等。杨艳敏等（2005）[29]借鉴美国第二代棉花生长模拟模型GOSSYM/COMAX，结合新疆棉花品种特性、环境条件及栽培管理技术，对模型中的参数进行修改和验证，建立了适合新疆当地棉花生产的模拟模型。参考文献：

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