国内外温室作物生长模型的研究进展及方向

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2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、产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，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，国外对设施园艺主要作物模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，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。3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：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。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(如茄子、辣椒、生菜等)仅仅局限于光合速率模型方面的报道。5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、干物质积累等方面，并在不同播期(春、秋二季)以及不同光照处理(透光率100％和33％)的条件下进行了验证。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。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，对黄瓜的干物质生产和分配模拟进行了验证。6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，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。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，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，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。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，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、品种和播期的试验资料对模型进行了检验。发展探索①加强不同棚型、温室类型下作物模型研究，注重模型的地域性和适应性，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。②加强温室作物模型的多样性和理论研究。③提高温室作物生长模型的实用性和合理性。8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，但实际上却受到生长环境和营养供应等因素的限制。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。对于作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)，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，从而提高我国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(如摘叶、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，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，完善作物生长系统体系。9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。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、变量的优化分析，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。在吸收国外作物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，避免简单和重复。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。10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，尤其是机理性很强的模型，需要考虑到实际环境控制的方便和可行性。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。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、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，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。谢谢观赏温室作物生长模型及专家系统课程设计20090206310015王咏梅