棉花生长模型研究现状与展望

杨甜甜

摘 要：该文概述了在农业信息化快速发展的背景下国内外棉花生长模型的研究现状，并对棉花生长模型的发展提出了几点建议，以期为我国棉花生产的进一步发展提供参考。

关键词：生长模型;棉花;研究现状;展望

中图分类号 S562文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）22-0064-02

Present Situation and Prospect of Cotton Growth Model

YANG Tiantian

（College of Information Engineering， Tarim University， Alar 843300， China）

Abstract： Under the background that agriculture is developing towards informationization， this paper briefly summarizes the research status of cotton growth model at home and abroad， and puts forward some suggestions on the development of cotton growth model， in order to make the cotton production in China get further development.

Key words： Growth model; Cotton;Present situation; Prospect

1 引言

棉花是我国重要的战略物资，也是纺织工业原料。新疆凭借其独特的地理优势、光照资源、耕地等自然资源，已经发展成为我国最大的优质棉花生产基地，棉花产业已成为农民增收和边疆稳定的支柱产业，是我国棉花产业安全的重要保障[1]。近些年来，随着计算机信息技术的迅猛发展，利用信息化的手段再结合大田实验来研究新疆棉花的生长发育，已成为棉花生产技术研究领域新的方向。

作物模型是作物生长模拟模型的简称，是指将计算机和系统分析方法应用到作物科学中，将大田实验的相关数据信息应用到电脑相关软件中来模拟作物的种植过程。棉花生长发育模拟模型使用计算机程序作为主要介质，并使用经验数学公式等作为表达方法，以量化棉花的生理过程，包括生长发育所必需的呼吸、蒸腾作用等以及复杂的棉花基因、环境与耕作措施之间的相互作用，棉花形态、生理功能与耕作环境之间的相互作用，地上棉花之间的相互作用，棉花生长与发育的动态模拟等。

总的来说，棉花生长模型一般是通过用户输入的土壤数据、天气数据、作物遗传参数及栽培管理等方面的信息，按照日或者时间步长完成棉花的模拟生长，最后输出模拟结果用于棉花产量、品质、病虫害等的预测，指导棉农进行棉田管理，也可用于评估气候变化对农业影响，以期为农业相关部门的决策提供支持。

2 棉花生长模型研究概况

2.1 国外 20世纪70年代，国外关于棉花的生长模型开始由简到繁发展成模拟模型，目前棉花模型可分为生理模型、形态模型、结构功能模型3类。最为常用的是生理模型这一类型，一般基于生理的生长模拟模型会要求输入一些参数来更好地描述生理关系。生理模型又可以细分为机理型模型、经验型模型2类。所谓机理型模型是在变量对植物生长及其产量影响之间的相互关系的基础之上构建的，经验型模型是根据已有的经验运用数学公式或根据大田试验相关数据总结出来的回归方程来模拟植物生长。

国外最典型的机理型模型是美国的GOSSYM模型。第1个棉花模拟模型是美国研发者Stapleton于1970年发表的，1971年，美国出现了第1代美国棉花模型COTTON;紧接着，Duncan建立了根据气象和土壤资料模拟单株植株生长发育过程的SIMCOT模型。1975年，美国出现第2代棉花模型SIMCOTII，它是Hesketh、Baker、James等在第1代棉花模型的基础上增加了营养植物学理论、氮素评估算法的研究之上发展而成的，SIMCOTII模型可以在一定条件下模拟碳素平衡。1983年，Lambert、Baker等提出了Soil-Plant-Atmosphere-Research系统，简称SPAR，该模型加入了氮素、温度和水分的胁迫对棉花生长发育的影响。之后，Baker等提出了第3代棉花生长模型GOSSYM模型，该模型结合了第2代棉花模型（SIMCOTII）和SPAR模型，GOSSYM模型以气象参数为驱动变量，以土壤参数为初始条件，以重要农业管理措施为控制变量，主要涵盖了气候模块、土壤模块、化学模块、生长模块等，土壤参数为初始条件、气象参数为驱动变量、关键农艺措施为控制变量的系统动为模型[2]。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GOS-SYM/COMAX棉花管理模型[3]。其他国外研究者在美国已研发的GOSSYM模型基础上还研究出来其他棉花生长模型，比如CottonPlus模型、DSSAT-CROPGRO-Cotton模型及适合干旱地区的棉花生长的COTTON2K模型等。

2.2 国内 我国棉花生长模型的研究始于20世纪80年代，我国学者通过学习国外棉花模型，使我国棉花模型研究领域有了快速的发展。吴国伟等在1988年从实际出发，结合棉花的营养需求约束棉铃的脱落来模拟了棉花的生长发育。1990年，李秉柏等结合气温、光照时长以及遗传特征研究了棉花的叶铃模型及其生育期模型。1991年，郭向东等往SIRATAC系统里新增了参数，使模型得到了本地化，从而更适合模拟我国棉花的生长。1992年，北京农业大学建立了棉花的动态模拟模型，其特征是以每天的太阳辐射的能量作为模型驱动的变量，当然也会受到其他因素的影响比如水分和温度。1996年，潘学标等建立了COTGEROW模型，该模型是以荷兰的MACROS模型为基础开发的。1999年，冯利平等研发出适合棉花种植的计算机模拟决策系统，简称COTSYS。2003年，张立祯分析了棉花生长发育模型与棉花生长发育的规律。2004年，张淮志研究了用于优化播种日期和种植密度的棉花管理知识模型。2005年，杨艳敏结合新疆棉花种植实验数据修改了GOSSYM/COMAX模型中的参数。

3 存在的问题及建议

3.1 存在的问题 （1）棉花生长模型操作难度大且具有不确定性的特点，这是因为它需要输入的参数多，模型的参数需要进行本地化之后才能使用于某一地区，所以在实际使用过程中存在一定的局限性，致棉花生长模型在棉农生产过程中的推广使用率相对较低。（2）模型模拟出来的输出值与实测值之间存在一定的偏差。

3.2 建议 为解决棉花模型需要输入的参数较多以及推广率較低的问题，笔者建议不同实验站在进行作物生长模拟研究时，将模型的输入数据实现共享，或将各个实验站及其作物品种、实验方案建成数据库加入对应模型中，以便其他研究者的调用和对比研究。针对模型的模拟值与实测值之间存在一定的误差，可以采用遥感同化技术，运用定量反演对模型模拟的结果进行校正。

4 结语

对棉花生长模型的研究与应用可以提升我国棉花生产的现代化水平，有利于实现棉花的产量预估、病虫害预测;有利于节省生产成本，实现水肥的高效合理投入，从而更好地指导棉农进行棉花的管理等。

参考文献

[1]王平.基于高质量发展的新疆棉花技术集成研究[D].石河子：石河子大学，2020.

[2]潘惠.水旱胁迫下棉花两种生长模型的比较[D].武汉：武汉大学，2017.

[3]梁明磊，相冠锋，温冰.棉花生长模拟模型研究进展[J].山东农业科学，2013，45（02）：146-147. （责编：张宏民）