国内外温室作物生长模型的研究进展及方向

陈春宏等研究了在大型温室的栽培生产实践中，环境因子的变化特 陈春宏等研究了在大型温室的栽培生产实践中， 等研究了在大型温室的栽培生产实践中 点及黄瓜的生长发育规律， 点及黄瓜的生长发育规律，试验中得出整个生育期黄瓜于物质累积 形曲线， 呈S形曲线，并定量计算与分析了在前期营养生长和后期阶段各器官 的分配比例。 的分配比例。
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温室作物生长模型及专家系统课程设计
20090206310015 王咏梅
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有些模型的特点是有完整的理论框架， 有些模型的特点是有完整的理论框架，但子模型往 往是采用经验性很强的参数化方案。 往是采用经验性很强的参数化方案。参数的选择以及模 型的参数验证要趋于合理，通过对系统参数、 型的参数验证要趋于合理，通过对系统参数、变量的优 化分析，建立适应我国环境资源特征、 化分析，建立适应我国环境资源特征、品种生理特性和 设施栽培管理的参数库和各种数据库。 设施栽培管理的参数库和各种数据库。在吸收国外作物 模型的理论与经验的基础上， 模型的理论与经验的基础上，扩大国内温室设施栽培品 种的生长模型，加强模型的多样性和理论深度研究， 种的生长模型，加强模型的多样性和理论深度研究，避 免简单和重复。随着基质栽培在温室设施中推广应用， 免简单和重复。随着基质栽培在温室设施中推广应用， 应加强各种基质培条件下作物生长模型尤其是根系吸水 模型的深入研究，更好地指导作物精准灌溉。 模型的深入研究，更好地指导作物精准灌溉。
国内外温室作物生长模型的研究进展及方向
海南大学园艺园林学院设施农业科学与工程系09级王咏梅 2012年3月20日 年 月 日
作物生长模拟是以系统分析的原理和计算 机模拟的技术来定量描述作物生长、发育、 机模拟的技术来定量描述作物生长、发育、产 量形成的过程及其对环境的反应。 量形成的过程及其对环境的反应。这种生长模 拟模型是作物生理生态知识的高度综合与集成， 拟模型是作物生理生态知识的高度综合与集成， 具有一般性应用意义。 具有一般性应用意义。温室作物模拟研究始于 20世纪80年代初 世纪80年代初， 20世纪80年代初，国外对设施园艺主要作物模 型的研究与应用已相当成熟。 型的研究与应用已相当成熟。我国开展作物模 型研究的历史较短，主要集中在大田作物上， 型研究的历史较短，主要集中在大田作物上， 如小麦、水稻、棉花等作物， 如小麦、水稻、棉花等作物，但是对温室园艺 作物模型的研究则刚刚起步。 作物模型的研究则刚刚起步。
③提高温室作物生长模型的实用性和合理性。 提高温室作物生长模型的实用性和合理性。
作物在遗传和生理基因的制约下， 作物在遗传和生理基因的制约下，一般都具有向最优 化发育的趋向， 化发育的趋向，但实际上却受到生长环境和营养供应等因 素的限制。 素的限制。对不同地区的气候变化和具体的温室设施生态 条件，建立的作物模型应该具有适应性和准确性。 条件，建立的作物模型应该具有适应性和准确性。对于作 物生长条件变化情况下，重复、大量试验，获取详实、 物生长条件变化情况下，重复、大量试验，获取详实、有 理有据的数据(包括异地采集的数据) 理有据的数据(包括异地采集的数据)，对建立的作物模型 进行必要的参数校验和模型的可靠性验证， 进行必要的参数校验和模型的可靠性验证，从而提高我国 设施园艺作物生长模型的实用化程度。同时， 设施园艺作物生长模型的实用化程度。同时，在干物质分 配模型建立过程中，要充分考虑各种栽培与管理措施( 配模型建立过程中，要充分考虑各种栽培与管理措施(如 摘叶、整枝和疏花、疏果、果实采摘等) 摘叶、整枝和疏花、疏果、果实采摘等)、肥水影响因子 的影响，在现有的作物模型研究基础上， 的影响，在现有的作物模型研究基础上，研究与提供设施 园艺中作物肥水管理模型、经济效益分析模型， 园艺中作物肥水管理模型、经济效益分析模型，完善作物 生长系统体系。 生长系统体系。
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温室作物生长模型研究现状
作物生长系统一般可分解成6个亚系统： 作物生长系统一般可分解成6个亚系统： ①物候期或阶段发育 ②形态发生 ③冠层光能吸收与碳同化 ④物质分配与生长 ⑤植物水分关系 ⑥氮素的平衡与利用
前四个方面为作物生长模型的基础成分，且不同作物的生 长发育阶段和过程有很大的区别，故成为作物生长模拟研究的 重点。国内外学者利用作物生长模型，从不同尺度和层次上研 究了作物的生长规律和产量形成过程：以群落或冠层为对象的 机理模型，主要用于对光合产量与环境因子如光照、温度、水 分、CO2浓度等的关系的模拟研究；以器官为对象建立的经验模 型，主要用于研究作物器官大小、生长发育速度等与环境影响 的关系。
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我国设施园艺主要作物生长模型研究
国内对设施园艺主栽作物的生长模型研究当前主要集中 于温室栽培的黄瓜、番茄、甜瓜等作物品种，其他作物( 于温室栽培的黄瓜、番茄、甜瓜等作物品种，其他作物(如茄 子、辣椒、生菜等)仅仅局限于光合速率模型方面的报道。 辣椒、生菜等)仅仅局限于光合速率模型方面的报道。
在Tomsim模型的基础上，孙忠富等根据国内的温室栽培黄瓜试验数 Tomsim模型的基础上，孙忠富等根据国内的温室栽培黄瓜试验数 模型的基础上 确定模型的相关参数， 据，确定模型的相关参数，建立适合我国温室环境的黄瓜生长发育 模拟模型。模型包括叶面积、光合作用、维持呼吸及生长呼吸、 模拟模型。模型包括叶面积、光合作用、维持呼吸及生长呼吸、干 物质积累等方面，并在不同播期( 秋二季)以及不同光照处理( 物质积累等方面，并在不同播期(春、秋二季)以及不同光照处理(透 光率100 100％ 33％ 的条件下进行了验证。 光率100％和33％)的条件下进行了验证。
谢祝捷等在结合黄瓜的生长发育特性基础上， 谢祝捷等在结合黄瓜的生长发育特性基础上，初步建立起上海自控 等在结合黄瓜的生长发育特性基础上 温室黄瓜的干物质生产和分配模拟模型，包括光合、呼吸、 温室黄瓜的干物质生产和分配模拟模型，包括光合、呼吸、干物质 生产和分配等基础子模型，并根据采集的试验数据， 生产和分配等基础子模型，并根据采集的试验数据，对黄瓜的干物 质生产和分配模拟进行了验证。 质生产和分配模拟进行了验证。
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设施温室中对作物模型和专家系统的研究， 设施温室中对作物模型和专家系统的研究，最 终目标就是合理选择和实施温室内环境的控制过程和 策略。在建立作物的生长发育模型时， 策略。在建立作物的生长发育模型时，尤其是机理性 很强的模型， 很强的模型，需要考虑到实际环境控制的方便和可行 根据控制的需要， 性。根据控制的需要，在对作物具体的生长过程进行 简化时，需要考虑简化的合理性。 简化时，需要考虑简化的合理性。专家系统中的规则 制定要合理可靠，同时系统要有时效性，即知识库、 制定要合理可靠，同时系统要有时效性，即知识库、 数据库、模型库是动态的， 数据库、模型库是动态的，能随着时间的推移不断更 新，真正把作物模型和专家系统有机融合到温室环境 控制和管理系统中， 控制和管理系统中，提高作物生产和栽培管理的决策 水平，切实提高我国设施园艺的科技水平。 水平，切实提温室类型下作物模型研究，注重模型 加强不同棚型、温室类型下作物模型研究， 的地域性和适应性，强化作物发育阶段性模型研究， 的地域性和适应性，强化作物发育阶段性模型研究， 完善作物整个栽培周期体系模型。 完善作物整个栽培周期体系模型。 ②加强温室作物模型的多样性和理论研究。 加强温室作物模型的多样性和理论研究。
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在冬春季节晴天不放风、晴天放风、阴天不放风3种情况下， 在冬春季节晴天不放风、晴天放风、阴天不放风3种情况下，罗 新兰等在日光温室内以番茄为试材 等在日光温室内以番茄为试材， 新兰等在日光温室内以番茄为试材，从模拟日光温室光合有效辐 射(PAR)、温度、C02浓度日变化着手，进一步模拟日光温室番茄 (PAR)、温度、C02浓度日变化着手， 浓度日变化着手 作物单叶光合速率的日变化， 作物单叶光合速率的日变化，为建立日光温室番茄生长发育模拟 模型提供依据。 模型提供依据。 针对土培和有机基质栽培的状况，倪纪恒等建立了温室番茄叶面 针对土培和有机基质栽培的状况，倪纪恒等建立了温室番茄叶面 积的计算模型， 积的计算模型，并将该模型与已有的光合作用驱动的作物生长模 型相结合， 型相结合，为温室番茄生长和产量预测及番茄栽培管理调控提供 了相应的理论依据。 了相应的理论依据。 袁昌梅等依据温室温光条件与甜瓜单株叶面积的关系，建立了甜 袁昌梅等依据温室温光条件与甜瓜单株叶面积的关系， 等依据温室温光条件与甜瓜单株叶面积的关系 瓜叶面积指数(LAI)模型， (LAI)模型 瓜叶面积指数(LAI)模型，结合已有的光合作用驱动的作物生长 模型， 模型，建立了基于分配指数的适合我国种植技术的甜瓜光合作用 与干物质积累、产量形成与采收期模拟模型。并利用不同基质、 与干物质积累、产量形成与采收期模拟模型。并利用不同基质、 品种和播期的试验资料对模型进行了检验。 品种和播期的试验资料对模型进行了检验。