COTGROW：棉花生长发育模拟模型

ＣＯＴＧＲＯＷ模型是应用作物模型的理论和方法，借鉴国外同类模型的经验，在多年田间试验研究的基础上，根据中国棉花生产管理的实际，研制完成的一个融棉花生长发育与产量形成及常规栽培管理为一体的动态模拟模型。该模型的核心部分由碳素平衡、发育与形态发生、水分平衡、氨六平衡、栽培措施和输入与输出等模块构成，可根据土壤和气候数据模拟播种期、密度、地膜覆盖、去早蕾、打顶、喷缩节安、喷乙烯利、灌溉和施肥等单个或组合措施条件下的棉花生长发育、产量和品质形成，还可模拟２ｍ上层内各上层的土壤水分状况、氮素状况及植株各部分的含氮量和最终棉株对氮、磷、钾的吸收量。利用模型模拟不同栽培措施对棉花产量的影响结果表明，各种措施的产量拟合指数都在０．８５以上；模拟安阳１９８５年至１９９４年不同气候条件下的产量也具有很好的一致性。但模型还需要在其他类型气候和土壤条件下进行检验。     

棉花地上部生长的功能-结构模型研究

利用2008-2010年棉花密度试验, 分析棉株器官生物量-形态间异速生长关系, 改进COTGROW模型中的发育和形态发生模块, 构建了棉花地上部器官形态建成模型; 基于COTGROW模型模拟数据,与GroIMP可视化开发平台的数据链接, 实现了棉花生长过程的可视化; 利用建立的功能-结构模型对不同密度棉花冠层的光截获量进行了模拟。利用2010年的试验数据检验模型, 结果表明, 棉花株高、主茎节数、果枝数、各果枝果节数、节间长度、节间直径、叶片长度、叶片宽度、叶柄长度、叶柄直径、棉铃长度以及铃直径测定值与模拟值间的均方根误差分别为3.85、0.64、0.52、0.66、1.00、0.15、1.58、2.39、2.54、0.05、0.13和0.10 cm, 模型效果较好; 构建的棉花地上部功能-结构模型可以较好地模拟棉花的形态特征, 并较逼真地显示棉花器官、植株的三维动态生长过程, 可以反映出不同环境条件、不同密度处理下棉花植株的三维形态, 在可视化的基础上模拟棉花冠层空间的光截获量。为虚拟棉作研究提供了技术基础。     

棉花生长发育模拟模型COTGROW的建立 I 光合作用和干物质生产与分配

本文着重描述了ＣＯＴＧＲＯＷ模型中的光合作用、呼吸作用、各器官的生长、干物质分配、产量与品质形成等生理生态过程，并对１９８６～１９９４年在河南安阳进行田间试验的棉花产量和干物重进行模拟检验，产量拟合指数达０．８８，干物重变化趋势也较一致，说明可用于模拟常规栽培条件下的棉花生产     

棉花栽培计算机模拟决策系统(COTSYS)

棉花栽培计算机模拟决策系统（简称：棉花系统）（英文名： ＣＯＴｔｏｎ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎａｌｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎ－ ｍ ａｋｉｎｇ ＳＹＳｔｅｍ ， 简称ＣＯＴＳＹＳ），是在大量田间试验和生产示范信息反馈基础上，结合劳模、专家经验和模式化栽培技术，历时７年研制完成的。系统由数据库管理、模拟与分析、栽培决策、病虫害防治及经济效益分析５个子系统组成，可用于棉区棉花生产和当年栽培优化决策，制作栽培决策方案和栽培规程；进行棉区生产潜力分析，模拟预测棉花生长发育和产量的形成；进行有关参数和数据库管理，以及病虫害防治决策和经济效益分析等。系统适在特早熟、中早熟及中熟三个生态棉区应用效果良好。     

棉花茎枝叶形态模型研究

 在2005－2006年盆栽试验基础上,系统分析了生态因子对棉花主茎叶、果枝叶和主茎节间、果节形态发生的影响,量化了温度、氮素、水分、化控（DPC）等与棉花各器官形态建成的关系,构建了基于有效积温（GDD）、以Logistic模型为基础的棉花主茎和果枝的叶片长度、宽度、叶柄长度及主茎节间、果节长度和粗度形态发生的动态模型。利用不同氮素水平、不同品种、水分、化控试验资料对模型进行了检验。结果表明,棉花主茎和果枝的叶片长度和宽度、叶柄长度及主茎节间、果节长度和粗度的模拟值与观察值之间均方差根（RMSE）分别为0.66 cm、0.87 cm、0.77 cm、0.57 cm、0.77 mm、0.43 cm、0.55 cm、0.43 cm、0.73 cm、0.56 mm,棉花器官形态发生的模拟值与观测值具有较好的吻合度,说明模型具有较好的预测性和准确性     

基于生理发育时间的棉花生育期模拟模型

棉花生育期模拟是研究棉花生长与环境因子关系的重要内容。通过分析春播中(中早)熟常规棉、中(中早)熟转基因抗虫棉和夏播早熟短季棉三种类型16个品种(系)的生育期与环境因素的动态关系,建立了以棉花生理发育时间(PDT)为基础的棉花生育期模拟模型。模型考虑了热效应、光周期效应、品种早熟性及地膜覆盖地积温对气积温的补偿效应。利用不同年份、生态区、基因型品种、栽培措施的试验资料对模型进行了检验,结果表明不同品种生育期模拟值与观测值的符合度较好,各生育进程的RMSE在1.4～4.9d。模型既有较强的机理性,又有较好的适用性。     

棉花形态发生和叶面积指数的模拟模型

棉花形态发生的模拟以每日生理热效应为主要驱动因子,同时考虑了地膜覆盖后地温升高对气积温的补偿作用。叶面积指数的模拟基于棉花LAI动态消长与物质流的库源关系,量化了棉花生育过程中源或库不足时的LAI增长过程。通过对模型参数的校正和核实,使模型适应于不同类型品种的形态发生和LAI动态模拟。结果表明,叶片数、株高、果枝和果节的模拟精度均差方根(RMSE)分别达到了0.7片、1.6cm、0.8个和3.3个;叶面积指数在不同品种和管理方式下的模拟精度RMSE达到了0.3,表现出较好的吻合度和适用性。     

棉籽蛋白质和油分形成的模拟模型

基于不同熟性棉花品种的异地分期播种和施氮量试验,综合量化品种特性、主要气象条件(温度、太阳辐射)和栽培措施(施氮量)对棉籽蛋白质和油分的影响,基于棉籽氮素积累和油分合成的“库限制”假设,结合棉花铃期与棉籽干物质积累模型,建立基于过程的棉籽蛋白质和油分形成模拟模型。利用不同生态点不同品种、播期和施氮量的田间试验资料对模型进行检验的结果表明,供试品种科棉1号和美棉33B棉籽的蛋白质含量模拟值与实测值的根均方差(RMSE)分别为2.05%和2.33%,其油分含量模拟值与实测值的RMSE分别为2.45%和2.95%。模型以主要气象资料(日平均温度、日太阳辐射量)和栽培措施(施氮量)作为模型输入,以棉花铃期与棉籽干物质积累模拟模型为基础,实现了较广泛生态条件下对不同品种棉花棉籽蛋白质和油分形成过程的模拟及其含量的动态预测。模型预测精度高,广适性强。     

棉籽蛋白质和油分形成的模拟模型

基于不同熟性棉花品种的异地分期播种和施氮量试验,综合量化品种特性、主要气象条件(温度、太阳辐射)和栽培措施(施氮量)对棉籽蛋白质和油分的影响,基于棉籽氮素积累和油分合成的“库限制”假设,结合棉花铃期与棉籽干物质积累模型,建立基于过程的棉籽蛋白质和油分形成模拟模型。利用不同生态点不同品种、播期和施氮量的田间试验资料对模型进行检验的结果表明,供试品种科棉1号和美棉33B棉籽的蛋白质含量模拟值与实测值的根均方差(RMSE)分别为2.05%和2.33%,其油分含量模拟值与实测值的RMSE分别为2.45%和2.95%。模型以主要气象资料(日平均温度、日太阳辐射量)和栽培措施(施氮量)作为模型输入,以棉花铃期与棉籽干物质积累模拟模型为基础,实现了较广泛生态条件下对不同品种棉花棉籽蛋白质和油分形成过程的模拟及其含量的动态预测。模型预测精度高,广适性强。     

棉花生长发育与产量潜力的模拟

根据1989年高产栽培试验结果,修改作物生产潜力模拟模型L1D的作物参数,用于棉花生长与潜在产量的模拟。结果表明,用该模型模拟1988与1989年棉花总干物重、总叶重及叶面积系数,模拟值与实测值接近且趋势一致;皮棉产量的模拟值与实际值也较吻合,能反映气候生产力的差异,证明L1D模型在棉花生长和潜在产量模拟中的有效性。     

棉花蕾铃生长发育和脱落的模拟研究

采用车箱理论方法,根据棉花生长发育过程中光合产物的源、库、流关系和供需平衡,定量模拟了不同品种、播期棉花蕾铃发育和脱落动态。结果显示,棉花单株蕾数、成铃数、吐絮铃数的模拟值与观察值之间的RMSE分别平均为3.36、1.57和1.04（个）;单铃重的RMSE为0.15 g;脱落率的RMSE为8.15%。表明应用本系统模拟蕾铃发育和脱落     

基于Open L-System的植物生长模拟研究

为了真实地模拟植物生长发育过程,引入了Open L-System建模理论。在植物形态发生模型的基础上,根据植物生长时其形态特征及环境之间的相互作用,构建了综合考虑植物生长发育与环境影响的虚拟植物模型。     

灯盏细辛生长发育与土壤环境及养分状况分析

针对人工种植过程中,不同田块之间灯盏细辛的生长发育及性状表现差异很大,影响整体产量和效益的实际问题,在认真观察分析的基础上,按照土壤肥力、前作、土壤水分、土壤质地进行分类调查,重点考察农艺性状,土壤养分、植株养分状况。结果表明,灯盏细辛的生长发育及性状表现与土壤肥力、前作、土壤水分含量及土壤质地等诸因素有密切关系,这些因素不仅影响土壤养分含量及其有效性,而且影响灯盏细辛对养分的吸收及体内各养分之间的平衡,从而影响灯盏细辛的生长发育,影响产量和效益。因此,在灯盏细辛大田栽培过程中,选择前作烤烟、土质疏松、排水良好、肥力较高的区域和田块种植,移栽前深耕松土,加强肥水管理,是促进灯盏细辛生长发育,进一步提高产量,实现平衡增产的有效措施。     

播种期对农牧交错带莜麦生长发育和产量形成的影响

为了探索播种期对莜麦生长发育和产量形成的影响,为农牧交错带莜麦适期播种和高产栽培提供依据,此研究采用随机区组排列设计,通过两年的分期播种实验,研究播种期对莜麦生育期、形态指标和产量形成的影响。结果表明：播种期对莜麦生育期、株高和单株叶面积影响显著,中播和晚播莜麦的株高和单株叶面积均高于早播。随着播期推迟,莜麦营养生长期缩短,温度是主要原因,生殖生长期延长,降水是主要原因,生育期总天数缩短,莜麦生殖生长阶段在整个生育期中所占比例增加。播期处理对莜麦单株分蘖数、穗数和千粒重影响达显著水平。两年试验中,中播（5月18日）产量平均可达107.7 g/m2,均高于早播（5月8日）和晚播（5月28日）。建议农牧交错带地区莜麦适宜播期安排在5月18日左右。     

植物生长发育过程中G蛋白偶联受体的研究进展

植物G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors,GPCRs)可以调控细胞周期,参与多种信号转导途径进而影响植物生长发育。植物GPCRs介导的G蛋白信号转导途径是一种非常保守的信号机制。本研究归纳了植物GPCR介导的细胞信号途径组分,总结了植物GPCRs在生长发育中的功能,并分析了植物GPCR影响种子萌发、影响幼苗的发育、影响根的生长三方面的研究进展,提出了植物GPCR调控生长发育的模型。     

印度梨形孢定殖策略和促生机制研究进展

为揭示印度梨形孢(Serendipita indica)与寄主植物共生及促生作用的原理，综述了印度梨形孢定殖策略和促生机制两个方面的研究进展。总结了印度梨形孢形态和功能特点；定殖的过程、策略及影响因素；促进寄主生长发育的作用及其机制。印度梨形孢在植物根系定殖进化出了高度特异性的策略，其梨形的厚垣孢子能够定殖在成熟的细胞中，但不会引起植物的胁迫，最终达到真菌定殖和植物生长的平衡状态。印度梨形孢定殖成功后发挥其生物生长调节器的作用，通过不同机制促进植物生长和花朵发育，提高种子、果实的产量和品质。指出研究印度梨形孢的定殖策略，需要综合宿主的生态学、生理学、遗传学和基因组学的框架；印度梨形孢促进植物生长发育的作用机制需要结合宏基因组等先进技术综合研究；印度梨形孢相关产品的开发需要考虑配方稳定性、产品产业化和保质期等问题。     

An overview of APSIM, a model designed for farming systems simulation

The Agricultural Production Systems Simulator (APSIM) is a modular modelling framework that has been developed by the Agricultural Production Systems Research Unit in Australia. APSIM was developed to simulate biophysical process in farming systems, in particular where there is interest in the economic and ecological outcomes of management practice in the face of climatic risk. The paper outlines APSIM's structure and provides details of the concepts behind the different plant, soil and management modules. These modules include a diverse range of crops, pastures and trees, soil processes including water balance, N and P transformations, soil pH, erosion and a full range of management controls. Reports of APSIM testing in a diverse range of systems and environments are summarised. An example of model performance in a long-term cropping systems trial is provided. APSIM has been used in a broad range of applications, including support for on-farm decision making, farming systems design for production or resource management objectives, assessment of the value of seasonal climate forecasting, analysis of supply chain issues in agribusiness activities, development of waste management guidelines, risk assessment for government policy making and as a guide to research and education activity. An extensive citation list for these model testing and application studies is provided.     

植物响应淹水胁迫的研究进展

淹水胁迫是影响植物分布与生长发育的重要因素,植物耐涝性研究是提高作物耐涝性以应对日益严峻的极端气候及规模化生产管理的关键。为了合理开展植物耐涝性研究,深入挖掘不同植物响应淹水胁迫的调控机理,本文归纳了淹水胁迫对植物生长发育的影响,总结了植物响应淹水胁迫的调节机制,并详细分析了淹水胁迫对植物表型性状、生物量、光合作用、活性氧离子积累、糖含量和生物膜的影响,以及乙烯信号分子、活性氧清除机制、渗透调节、形态调节、分子和代谢调控在植物响应淹水胁迫中的调节机制。最后,通过总结,提出了合理开发外源调节物质提高作物耐涝性值得进一步的深入研究。     

绿盲蝽分龄与其形态发育指标的相关性

昆虫龄数和龄期的确定是害虫预测预报以及制定其科学治理策略的重要依据,为了掌握绿盲蝽虫龄与其生长发育的关系,通过测微尺对绿盲蝽3项形态指标进行了测量,以期探明其形态发育特征,选择最佳的分龄指标.研究结果表明:依据形态指标的增长规律,绿盲蝽形态发育过程划分为速增期、缓慢期和停滞期3个时期;相邻龄期间头宽变幅的重叠度最低,变异系数小于体长和体宽;绿盲蝽形态发育特征不符合Dyar和Crosby法则.对所测3项形态指标和龄数进行线性和指数回归分析,结果表明指数模型决定系数均较小,拟合程度较差;3项指标与龄数间的线性拟合的决定系数均较大,其中以绿盲蝽头壳宽值与龄数的二次、三次线性决定系数最大(R2=0.961),直线决定系数为R2=0.942,体长和体宽的直线决定系数均为R2=0.940.因此,可以根据绿盲蝽头宽来识别其龄数,为准确识别绿盲蝽虫龄提供依据.