1、國(guó)內(nèi)外溫室作物生長(zhǎng)模型的研究進(jìn)展及方向國(guó)內(nèi)外溫室作物生長(zhǎng)模型的研究進(jìn)展及方向海南大學(xué)園藝園林學(xué)院設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程系09級(jí)王詠梅2019年年3月月20日日 作物生長(zhǎng)模擬是以系統(tǒng)分析的原理和計(jì)算機(jī)模擬的技術(shù)來(lái)定量描述作物生長(zhǎng)、發(fā)育、產(chǎn)量形成的過(guò)程及其對(duì)環(huán)境的反應(yīng)。這種生長(zhǎng)模擬模型是作物生理生態(tài)知識(shí)的高度綜合與集成，具有一般性應(yīng)用意義。溫室作物模擬研究始于20世紀(jì)80年代初，國(guó)外對(duì)設(shè)施園藝主要作物模型的研究與應(yīng)用已相當(dāng)成熟。我國(guó)開(kāi)展作物模型研究的歷史較短，主要集中在大田作物上，如小麥、水稻、棉花等作物，但是對(duì)溫室園藝作物模型的研究則剛剛起步。溫室作物生長(zhǎng)模型研究現(xiàn)狀作物生長(zhǎng)系統(tǒng)一般可分解成6個(gè)亞系

2、統(tǒng)：物候期或階段發(fā)育形態(tài)發(fā)生冠層光能吸收與碳同化物質(zhì)分配與生長(zhǎng)植物水分關(guān)系氮素的平衡與利用 前四個(gè)方面為作物生長(zhǎng)模型的基礎(chǔ)成分，且不同作物的生長(zhǎng)發(fā)育階段和過(guò)程有很大的區(qū)別，故成為作物生長(zhǎng)模擬研究的重點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用作物生長(zhǎng)模型，從不同尺度和層次上研究了作物的生長(zhǎng)規(guī)律和產(chǎn)量形成過(guò)程：以群落或冠層為對(duì)象的機(jī)理模型，主要用于對(duì)光合產(chǎn)量與環(huán)境因子如光照、溫度、水分、CO2濃度等的關(guān)系的模擬研究；以器官為對(duì)象建立的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停饕糜谘芯孔魑锲鞴俅笮　⑸L(zhǎng)發(fā)育速度等與環(huán)境影響的關(guān)系。我國(guó)設(shè)施園藝主要作物生長(zhǎng)模型研究 國(guó)內(nèi)對(duì)設(shè)施園藝主栽作物的生長(zhǎng)模型研究當(dāng)前主要集中于溫室栽培的黃瓜、番茄、甜瓜等作物品種，

3、其他作物(如茄子、辣椒、生菜等)僅僅局限于光合速率模型方面的報(bào)道。在Tomsim模型的基礎(chǔ)上，孫忠富等根據(jù)國(guó)內(nèi)的溫室栽培黃瓜試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定模型的相關(guān)參數(shù)，建立適合我國(guó)溫室環(huán)境的黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育模擬模型。模型包括葉面積、光合作用、維持呼吸及生長(zhǎng)呼吸、干物質(zhì)積累等方面，并在不同播期(春、秋二季)以及不同光照處理(透光率100和33)的條件下進(jìn)行了驗(yàn)證。陳春宏等研究了在大型溫室的栽培生產(chǎn)實(shí)踐中，環(huán)境因子的變化特點(diǎn)及黃瓜的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，試驗(yàn)中得出整個(gè)生育期黃瓜于物質(zhì)累積呈S形曲線，并定量計(jì)算與分析了在前期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和后期階段各器官的分配比例。謝祝捷等在結(jié)合黃瓜的生長(zhǎng)發(fā)育特性基礎(chǔ)上，初步建立起上海自控溫室黃瓜

4、的干物質(zhì)生產(chǎn)和分配模擬模型，包括光合、呼吸、干物質(zhì)生產(chǎn)和分配等基礎(chǔ)子模型，并根據(jù)采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)黃瓜的干物質(zhì)生產(chǎn)和分配模擬進(jìn)行了驗(yàn)證。在冬春季節(jié)晴天不放風(fēng)、晴天放風(fēng)、陰天不放風(fēng)3種情況下，羅新蘭等在日光溫室內(nèi)以番茄為試材，從模擬日光溫室光合有效輻射(PAR)、溫度、C02濃度日變化著手，進(jìn)一步模擬日光溫室番茄作物單葉光合速率的日變化，為建立日光溫室番茄生長(zhǎng)發(fā)育模擬模型提供依據(jù)。針對(duì)土培和有機(jī)基質(zhì)栽培的狀況，倪紀(jì)恒等建立了溫室番茄葉面積的計(jì)算模型，并將該模型與已有的光合作用驅(qū)動(dòng)的作物生長(zhǎng)模型相結(jié)合，為溫室番茄生長(zhǎng)和產(chǎn)量預(yù)測(cè)及番茄栽培管理調(diào)控提供了相應(yīng)的理論依據(jù)。袁昌梅等依據(jù)溫室溫光條件與甜瓜單

5、株葉面積的關(guān)系，建立了甜瓜葉面積指數(shù)(LAI)模型，結(jié)合已有的光合作用驅(qū)動(dòng)的作物生長(zhǎng)模型，建立了基于分配指數(shù)的適合我國(guó)種植技術(shù)的甜瓜光合作用與干物質(zhì)積累、產(chǎn)量形成與采收期模擬模型。并利用不同基質(zhì)、品種和播期的試驗(yàn)資料對(duì)模型進(jìn)行了檢驗(yàn)。發(fā)展探索 加強(qiáng)不同棚型、溫室類(lèi)型下作物模型研究，注重模型 的地域性和適應(yīng)性，強(qiáng)化作物發(fā)育階段性模型研究， 完善作物整個(gè)栽培周期體系模型。 加強(qiáng)溫室作物模型的多樣性和理論研究。提高溫室作物生長(zhǎng)模型的實(shí)用性和合理性。 作物在遺傳和生理基因的制約下，一般都具有向最優(yōu)化發(fā)育的趨向，但實(shí)際上卻受到生長(zhǎng)環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)等因素的限制。對(duì)不同地區(qū)的氣候變化和具體的溫室設(shè)施生態(tài)條件，

6、建立的作物模型應(yīng)該具有適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。對(duì)于作物生長(zhǎng)條件變化情況下，反復(fù)、大量試驗(yàn)，獲取詳實(shí)、有理有據(jù)的數(shù)據(jù)(包括異地采集的數(shù)據(jù))，對(duì)建立的作物模型進(jìn)行必要的參數(shù)校驗(yàn)和模型的可靠性驗(yàn)證，從而提高我國(guó)設(shè)施園藝作物生長(zhǎng)模型的實(shí)用化程度。同時(shí)，在干物質(zhì)分配模型建立過(guò)程中，要充分考慮各種栽培與管理措施(如摘葉、整枝和疏花、疏果、果實(shí)采摘等)、肥水影響因子的影響，在現(xiàn)有的作物模型研究基礎(chǔ)上，研究與提供設(shè)施園藝中作物肥水管理模型、經(jīng)濟(jì)效益分析模型，完善作物生長(zhǎng)系統(tǒng)體系。 有些模型的特點(diǎn)是有完整的理論框架，但子模型往往是采用經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的參數(shù)化方案。參數(shù)的選擇以及模型的參數(shù)驗(yàn)證要趨于合理，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)、變量的

7、優(yōu)化分析，建立適應(yīng)我國(guó)環(huán)境資源特征、品種生理特性和設(shè)施栽培管理的參數(shù)庫(kù)和各種數(shù)據(jù)庫(kù)。在吸收國(guó)外作物模型的理論與經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大國(guó)內(nèi)溫室設(shè)施栽培品種的生長(zhǎng)模型，加強(qiáng)模型的多樣性和理論深度研究，避免簡(jiǎn)單和重復(fù)。隨著基質(zhì)栽培在溫室設(shè)施中推廣應(yīng)用，應(yīng)加強(qiáng)各種基質(zhì)培條件下作物生長(zhǎng)模型尤其是根系吸水模型的深入研究，更好地指導(dǎo)作物精準(zhǔn)灌溉。 設(shè)施溫室中對(duì)作物模型和專家系統(tǒng)的研究，最終目標(biāo)就是合理選擇和實(shí)施溫室內(nèi)環(huán)境的控制過(guò)程和策略。在建立作物的生長(zhǎng)發(fā)育模型時(shí)，尤其是機(jī)理性很強(qiáng)的模型，需要考慮到實(shí)際環(huán)境控制的方便和可行性。根據(jù)控制的需要，在對(duì)作物具體的生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化時(shí)，需要考慮簡(jiǎn)化的合理性。專家系統(tǒng)中的規(guī)則制定要合理可靠，同時(shí)系統(tǒng)要有時(shí)效性，即知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)是動(dòng)態(tài)的，能隨著