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温室番茄生长发育动态模型与计算机模拟系统初探
第 １ 卷 第 ２期　 １２ ０ ０ ３ 年 ４ 月　 　　　中 国 生 态 农 业 学 报　Ｃｈ ｎ ｓ 　ｏ ｒ ａ　 ｆＥｃ ― ｒｃ ｌ ｒ　 ｉｅｅＪ ｕ ｎ ｌ 　 ｏ Ａｇ ｉｕ ｔ ｅ ｏ ｕＶＯ ． 　 ＮＯ． 　 １ １１ ２ Ａ ｐ ｉ， ｒｌ　 ２ ００３ 　温
室番茄生长发育动态模型与计算机模拟系统初探　孙 忠 富　 陈 人 杰　（ 国农业科学 院农业气象研 究所 中 北 京　 １ ０ ８ ） ０ ０ １　摘　 要　 研 究建 立 了 以太 阳辐 射 为 基 本 驱 动 因子 的 温 室 番 茄 生 长 发 育 动 态 模 型 ， 进 一 步 开 发 出 基 于 Ｗ ｉｄ ｗ 　 并 ｎ ｏ ｓ的计 算机 模 拟 系统 ， 模 型包 括 太 阳辐 射 、 该 ｃ平 衡 分 析 、 株 形 态 发 育 、 物 质 分 配 等 重 要 模 块 ， 模 型 具 有 较 完 善 的功　 植 干 使能 。 计 算 机 模 拟 系 统 采 用 ＭＳ Ｖｉ ａ Ｂ ｓ 　 ． 　 ｓ ｌ ａ ｉ ６ ０和 Ｐ ｗ ｒ ｔｔ ｎ Ｆ ｒｒｎ４ ０混 合 语 言编 程 技 术 ， 模 拟 系 统 在 界 面 和　 ｕ　 ｃ ｏ ｅＳ ａｉ 　 ｏｔａ 　 ． ｏ 使 功能上达到 较好的统一 。 　 关 键 词　 温 室 番 茄　 作 物 模 型　 专 家 系 统　 温 室 控 制 　Ａ　ｉ１】 ｒ 　ｔ ｄ Ｎ ｔ 　 ｙ ａ ｉ ｏ ｅ　ｎｄ ｃ ｍ ｐ ｔ ｒｓｍ ｕａ ｉｎ　ｙ ｔｍ ｏ ｒｅ ｈｏ ｓ ｏｍａｏ　ｒ ｗｔ 日ｉ ｙ ｓｕ ｙＯ ｈｅｄ ｎ ｍ ｃｍ ｄ ｌ 衄ｌ ａ 　ｏ ｕ ｅ 　ｉ ｌｔｏ ｓ ｓｅ ｆｇ ｅ ｎ ｕ ｅｔ ｔ ｇ ｏ ｈ．ＳＵＮ Ｚｈ ｎ Ｆｕ， ｏ ｇ－ ＣＨＥＮ　Ｒｅ－ｉ Ａｇｉｕｔｒ 　 ｔ ｏ ｇ 　ｎ ｔｕｅ ｈｎｓ　 ａ ｅ 　ｆＡｇｉＡ ｕａ Ｓ ｎ ｅ ，Ｂｅｉｇ １０ ８ ） Ｃ Ｅ ，２ ０ １ （ ： ｎＪｅ（ ｒｃｌ ａ Ｍｅｍｒｌ ｙ Ｉｓｉ ｔ ，Ｃ ｉｅｅＡｃｄ ｍｙｏ　 ｒ ｔｒ 　 ｄｅ ｃｓ ｕｌ ｏ ｔ ｏ ｌ ｉｎ 　０ ０ １ ， Ｊ Ａ ｊ ０ ３， １ ２）　８ ４～ ８８ 　Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ 　 ｒ ｅ ｏ ｓ 　 ｏ ａ ｏ ｄｙ ａ ｉ　 ｏ ｌｉ　 ｖ ｌ ｅ 　ｈａ　 ｈｅｓ ａｒｒ ｄａ ｉ ｎ ｉ　 ａ ｅ 　 ｓｔ ｅ ｂ ｓｃｄｒｖｉｇ ｆ ｃ ｏ ， ｄ ｓ ｒ ｃ　 ｇ ｅ ｎｈ ｕ ｅ ｔ ｍ ｔ　 ｎ ｍ ｃｍ ｄｅ　ｓｄｅ ｅｏｐ ｄ ｔ ｔｔ 　ｏｌ 　ａ ｉｔｏ 　ｓ ｔ ｋ ｎ ａ 　 ｈ 　 ａ ｉ　 ｉ ｎ 　ａ ｔ ｒ ａｎ 　ａ ｃ ｍｐ ｔ ｒｓ 　 ｏ ｕ ｅ 　ｉ ｌｔ ｎ ｓ ｓ ｅ ｉ ｐ ｏ ａ ｍｅ 　 ｎ Ｍ Ｓ Ｗ ｉ ｄ ｗｓ９ 　 ｌ ．Ｔｈ 　 ｄ ｅ ａ 　 　 ｌｉ ｕ ｃ ｉｎ ｌ ｅ ｆ ｃ　 ｎ 　 ｃｕ ｅ　 ｍｕ ａ ｉ 　ｙ ｔ ｍ　 　 ｒ ｇ ｍ ｏ ｓ ｒ ｄ ｏ 　 　 ｎ ｏ 　 ８ ａｓ ｏ ｅｍｏ ｌ ｓａ ｍｕ ｔ ｆ ｎ ｔ ａ　 ｒｅ ｔｏ ｅｉ ｌｄ ｓ 　 ― ｏ ｐ ｎｔ 　 ｏ ｔｉ ｐ ｒａ 　 ｏ ｕｌ 　ｕｃ 　 ｓｓ ａ 　ａ ｉ ｉｎ， ａ ｂ ｎ　 ａａ ｅａ ｌｓｓ， ｒ ｐ ｍ ｏ ｐｈ ｏ ｃ 　 ｖ ｌｐｍｅ ， ｙ ｍ ａ ｔ ｒｐ ｒ　 ｈｅ ｍ ｓ　ｍ ｏ ｔ ｎｔｍ ｄ ｓ ｅ ｓ ｈ ａ 　ｏｌｒｒ ｄａｔｏ ｃ ｒ ｏ ｂ ｌｎｃ 　ｎａｙ ｉ ｃ ｏ 　 ｒ ｏｌｇｉａｌ ｄｅ ｅｏ ｎｔ ｄｒ 　 ｔｅ 　 ａ ― ｔｔｏ ｎ ｅｃ．Ｔ ｈ 　 ｏ ｐ ｅ 　ｉ ｉｉｎｉｇ， ｔ ｅ ｃ ｍ ｕｔ ｒｓｍｕｌｔｏ ｓ ｔ ｍ 　ｓｄｅ ｉｎｅ 　 ｉｈ ｍ ｉｅ 　ａ ｇ ｇ 　 　 ｗ ｅＳｔ ｔｏｎ Ｆｏｒｒ ｎ ４． 　 ｎ 　 Ｓ Ｖ ｉ　 ａ ｉｎ　ｙｓｅ ｉ　 ｓ ｇ ｄ ｗ ｔ 　 ｘ ｄ ｌ ｎ ｕａ ｅ ｂｙ Ｐｏ ｒ ａ ｉ 　 ｓ ｔａ 　 ０ ａ ｄ Ｍ 　 ―ｓ ａ　 ａ ｉ ６． ｕ Ｂ ｓｃ ０．Ｂｙｕ ｉｇ ｔ ｉ ｐ ｏ ｒ ｍｍｉ ｇ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ｔ ｅｓ ｆ ｗａ ｅ ｋ ｅ ｓｆｉｎ ｌ 　 ｎ 　 ａ ｍｏ ｉｕ 　 　ｕ ｃ ｉｎ ａ ｄ ｉ ｔｒａ ａ　 ｌ 　 　 ｓｎ 　ｈ ｓ ｒ ｇ ａ 　 ｎ 　ｅ ｈ ｉｕ ，ｈ 　 ｔ ｒ　 ｅ ｐ 　ｒ ｄ ｙａ ｄ ｈ ｒ ｎ ｏ ｓｉ ｆ ｎ ｔ 　 ｎ 　ｎ ｅ ｆｃ ． ｏ ｅ ｎ ｏＫｅ 　 ｒ ｓ Ｇ ｒｅ ｏｕ ｅ ｔ ｍ ａ ｏ， ｏｐ ｍ ｏ ｅ ， ｙ ｗｏ ｄ 　 ｅ ｎｈ ｓ 　ｏ ｔ Ｃｒ 　 ｄ ｌ Ｅｘｐ ｒ　ｙｓｅ ， ｒ ｅ ｅ ｔｓ ｔ ｍ Ｇ ｅ ｎｈｏ ｓ 　 ｏ ｒ ｌ ｕ ｅ ｃ ｎｔｏ　作 物模 型是认 识 和研 究 作物 生 长发 育 过程 的重要 手 段 ， 是 联 系计 算 机 控 制 系 统 与 智 能化 管 理 系统 的　 也 纽带 和 桥梁 ， 提 高设 施农 业 综 合水 平 的关 键技 术 。 自 ２ 是 ０世 纪 ８ ０年代 始 以色 列 、 国等科 学 家合 作 开 发 了　 美 Ｔ ＯＭＧＲ 温室 番茄 模 型 ， 兰科 研人 员 开发 的 ＨＯＲ Ｓ Ｍ 作 物模 拟 器 （ 括 番茄 、 瓜 、 椒 等 多 种 园 艺作　 Ｏ 荷 ＴＩ 包 黄 甜 物模 块 ） 目前 该 领域 的典 型代 表　 是 ， 以色 列还 建 立 了莴 苣 和 玫 瑰 等模 拟模 型 ， 些 模 型 的研 究 和建 立 丰　 这 富 了作 物 模 拟 的理论 ， 进 了作 物 模 拟技 术 的发 展 。我 国开 展作 物 模 型研 究 的历 史较 短 ， 主要 集 中 于大 田 促 且 　 作物（ 麦、 小 水稻 、 花 等 ） 对 温室 园 艺作 物 的研 究则 刚起 步 。本 研 究 针对 我 国环 境 资源 特点 和 品种 属性 ， 棉 ， 在　消化 、 收 国外研 究 成果 的基 础上 （ 吸 主要 以著 名 的 ＴＯ ＭＧ Ｏ 为 基 本 构 架 ） 步建 立 了番 茄 生 长 发 育 动 态模　 Ｒ 初 型， 并开 发 了基 于 Ｗｉｄ ｗｓ 台 的计算 机 模拟 系统 ， ｎｏ 平 为深 化 我 国温 室作 物模 型 的研 究 奠定 了理论 基础 。 　１ 温 室 番 茄 模 型 研 究 的 理 论 分 析 与数 学 方 法　 　建 立作 物 机理 模 型是 作 物模 型研 究 的最重 要 内容 ， 理模 型 主要 通 过植 株 各器 官 （ 、 机 根 茎节 、 叶片 和果 实　 等） 发育 、 量 、 物质 积 累和 分 配等 过 程 的分析 ， 作 物 全 生育 过 程 进 行 定量 化 描 述 ， 成 １组 数 学 物 理 方　 数 干 对 形 程 。在 模 型实 际研 究 与 建立 过 程 中需着 重 对作 物 ｃ平衡 、 株 形 态 发育 、 物质 积 累与 分配 进 行 分 析 ， 物　 植 干 作 ｃ平 衡 即作 物 生物 量积 累的计 算 是 基 于 ｃ平 衡 定 量性 描 述 ， ｃ 的动 态 平 衡 过 程 （ 物 进 行 光 合 作 用 和 干　 而 作 物 质 积 累过程 ） 指植 株 总 同化 量 、 长发 育 呼吸 量 和维 持生 长 呼 吸量 三者 间 的动 态平 衡 。植 株 形态 发 育是　 是 生 指 作 物株 高 、 叶 、 茎 花果 等 发育 速率 及 形态 变化 等 。干物 质 积 累与分 配 指干 物 质在 不 同器 官 的分 配依 赖 汇强　（ ｉｋ ｓ ｅ ｇｈ 的大小 ， 谓 汇强 指作 物 不 同类 器 官潜 在 的生 长 速 率 ， 大 小 决 定 干物 质 在 不 同类 器 官 问分　 Ｓｎ 　ｔ ｎ ｔ ） ｒ 所 其配 状 况 。 目前 作 物 机理 模 型 的研 究大 多 基于 荷兰 Ｄｅ ｉ教授 为 核 心所 创 立 的作 物模 拟理 论 ， 　 ｔ Ｗ 园艺 作 物模 型　 的建 立虽 有 一定 特 殊性 ， 许 多模 拟 过程 则 符合 一般 作 物模 型 的数 学通 式 ， 完全 借 鉴应 用 。 但 可 　１ １ 温 室 作 物 冠 层 太 阳 辐 射 计 算　 ．理论 研究 表 明 ， 物对 光能 的 最 大 利 用 率 不 超 过 总 辐 射 的 ５ ， 目前 对 太 阳辐 射 有 效 利 用 率 一 般 在　 作 ％ 而＊ “ 五 ” 京 市 科 技 产 业 工 程 项 目“ 室 番 茄 高 产 稳 产 规 模 化 栽 培 技 术 体 系 研 究 ” 分 研 究 内容　 九 北 温 部 收 稿 日期 ：０ ２０ ―８ 改 回 日期 ： ０ ２０ ―２ ２ ０ －７１ ２ ０ －８１　第 ２ 期　孙 忠 富 等 ： 室 番 茄 生 长 发 育 动 态 模 型 与 计 算 机 模 拟 系 统 初 探　 温８　 ５２ ％左 右 ， 如何 提 高太 阳能最 优 利用 是 进行 作 物模 型 研究 的核心 问题 。温 室 内太 阳辐 射 计算 过 程涉 及 到多　 故方 面 相 关 因子 ， 天气 状 况 （ 晴 、 除 阴 能见 度等 ） 响 、 阳位 置 （ 间 、 点 、 节 等 ） 影 太 时 地 季 变化 等 ， 要考 虑 温室 覆盖　 还 物透 射 率 、 施 内遮光 、 盖 材料 老 化 污染 等 造成 的 透光 率衰 减 等 。温 室 内太 阳辐 射 典 型计 算式 为 “ ： 设 覆 　　Ｊ ｔ 　（ ）＝ Ｊ （ ） 　 ｔ ｓ ｈ’ ｔ　 　 ｔ Ｒ （ ）ｉ （ ） ｎ （） １　式 中 ，　（ ） 温 室 透 射 辐 射 ， 到 达 作 物 冠 层 顶 部 的 太 阳 辐 射 （ ｍ２ ，　 （ ） 温 室 外 部 太 阳 辐 射　 Ｊ ｔ为 即 Ｗ／ ） Ｊ ｔ为（ ｍ　 ， 　 ｔ 为温 室 透射 率 ， 覆盖 材 料光 学 特性 、 化污 染 程度 等 有关 ， （ ） ｗ／ ） Ｒ （ ） 与 老 ｈ’ ｔ 为太 阳相 对 于 温 室采 光 屋　面 的高 度角 ， 计算 式 为… ： 其 　ｓ ｈ’ ｔ ｉ （ ）＝ ｓ ｈ ｔＣＳ ＋ｃｓ ｔ ｓ ａ ｏ （ ― ） ｎ ｉ （ ）Ｏ ｎ ｏｈ（ ）ｉ ｃｓ Ａ 　 　 ｎ （） ２　式中 ， ａ和 口分别 为温 室 采 光屋 面 与 水平 面 的夹 角 和 方 位 角 ， 为 太 阳方 位 角 ， ｔ 为 太 阳 高 度 角 ， 阳高　 Ａ ｈ（ ） 太度 角 和太 阳方 位 角 可根 据 天文 三 角 函数计 算　］ ： 　｛．ｏ　　ｏｏｓ ｆ　 ｓｔ＋Ｘ￥］ Ｉ‘ ｂ　 ｃｃｏ 　　ｓｓ ｓｓｔ ： ｃ两 Ｉｃ ． ｉｉ ｔ ｎ ｓｎ 　 ｎ Ａ ｉ ｎ１ 　［．　ｃｓ　 ―　 ｏＡｓ＾￡ｉ ｓ ｉ （ｓ ｎ ） 　一ｉ ｎ ｎ 　了　｝ 　一　Ｊ 　１ 　（　 ３ ）式 中 ， 为 地理 纬 度 ， 为 太 阳赤 纬 ， 　 　 ｔ为计 算 时刻 的时 间 。太 阳辐 射 作 物 冠 层 时 尚需 考 虑 叶 片 等器 官 反射　系数 、 消光 系 数 、 片有 效截 获 率 和透 射 率 等 因 素 ， 据 Ｌ ｍｂ ｒ Ｂ ｅ 定 律 ， 入 冠 层 后 的太 阳辐 射 计 算 式　 叶 根 ａ ｅｔ ｅｒ ― 进为　 ： 　 Ｊ （ ）＝ （ 　 ｔ １一 ｌ Ｊ ｔ ｅ ｐ 一 是 　 Ｄ 　（ ）ｘ （ Ｌ） ） （） ４　式 中 ，… （ ） Ｊ （ ） 别 为冠 层 深度 Ｌ 和 ０时 的太 阳辐 射 ， Ｊ ｔ和 。 ｔ分 　 ｋ为作 物 冠 层 消 光 系 数 ， 取 值 一 般 为 ０ ５ 　 其 ．～０ ８ ｐ为冠 层 反射 率 ， ．， 其取 值 一般 为 ０ ０ －０ ７ ．７ ． 。根据 叶 片光 合作 用 反 应 曲线 ， 总光 合 作 用 率 （ 　 计 算 式　］ Ｐ） 　为： 　Ｐ　 ＝ Ｐ　一，，（ 　 Ｘ）（ 　 ５）式 中， 　，～为 最 大 叶片 光合 速率 ， 　 ） 订 正 函数 ， ｆ（ 为 其值 分 布 为 ０ 完 全 黑 暗 ） （ 饱 和点 ）　 （ ～１ 光 。１２ 作 物 Ｃ平 衡 分 析　 ．对植 株 ｃ平衡 进 行模 拟 是作 物 模 型研 究 的主要 内容　 。Ｓ ｉ ｅｓＣ． ． 对 作 物 冠 层 内光合 作 用 进 行 深　 ｐｔ ｒ Ｊ Ｔ． ｔ 　入 研究 ， 析 了光 通量 密 度在 植株 冠 层 内分 布 特征 ， 结合 Ｃ ２ 温 度 等环 境 因子 和 叶面 积指 数 、 分 并 ０ 、 叶角分 布 等　作 物生 理特 性 因子 提 出作 物 植株 日同化 量 数学 模式　 ： ］　。　 ?ｎ ｛ 　（ ６ ） 　式中，　为 日同化量（ ｏ　／ 　 ｄ ， 为光通量密度（／ ￣ ｓ， Ａ ｃ ２ ｍ 面?）Ｊ ｇ Ｊｍ 面?）Ｄ为同化量单位从 Ｃ ２ｍ ｌ ￣ ｓ 　 Ｏ ／ ｏｍ 面? 到 ｌ ／ ｃ ２／　 ｄ的转换因子， 　为光饱和下叶片 ｃ ２ Ｏｇｍ 面? Ａ ０ 同化率（０ ｔ ｏｍ 面 ｈ ， ｃ ２ｍ ｌ ￣ 积?）ｋ为消光系数， Ｌ ／ ￡为光能利　 用率（ ０ｔ ｏＪ ， ｃ ２ｍ ｌ ）Ｌ为叶面积指数 （ ２ 积ｍ 面 ， ｌ ／ ｍ叶 ／　 ）其中光能利用率 ￡ ２＊下为 １ ．ｔ／， ｃ 作物光饱　 面 在 ０３ （ ２５ｇ 对 ， ￣Ｊ和下 叶 片 Ｃ Ｏ２同化率 为 ４ ／ ? 。该 模 型 给 出光饱 和下 叶片 Ｃ ２同化率 Ａ ｇｍ２ ｈ Ｏ 　计 算式　 为 ： 　Ａ　 ＝ ＡＭ ｃ× Ｆ丁 ＾× ＦＬ　 Ａ （ 　 ７）式中， ｃ ＡＭ 为相 应 于环 境 ｃ ２ 度 的光饱 和下 叶 片 Ｃ Ｏ 浓 Ｏ　同化率 （ ｏ ￣ ｌ ２ ｓ ， 丁 为环 境 温 度对 光饱 和 下　 ｃ 　 ｍｏ／ ?） Ｆ Ａ ｍ 叶 片 ｃ 同化 率 函数 因 子 ， Ｌ 为 叶龄 对光 饱 和下 叶 片 Ｃ Ｏ２ Ｆ＾ ０２同化率 函数 因子 。 物质 增 长速 率 是决 定作 物 最　 干终 果实 产量 的关键 因子 ， 中作 物生 长 器 官 （ 片 、 、 其 叶 根 茎　 等 ） 生殖 器 官 （ 和 花果 ） 物 量积 累是 作 物 光合 作 用 、 吸　 生 呼 消 耗及 能量 转 换 的结 果 （ 图 １ 。对 植 株 Ｃ平 衡 分 析 计　 见 ） 算 得 出植株 光 合 作 用 瞬 时 速 率 ， 通 过 积 分 得 出植 株 在　 并植株光合作用 卜―叫 总同化量　 ＿维持生命呼吸量　 太 阳辐射 、 、 ｃｏ２温度、 　 水 、营养物 质等 因子　生长发育呼 吸量　相 应生 长 期 内总 同化 量 ， 中部 分 用 于 植 株 维 持 生 命 呼　 其 吸量 和生 长发 育 呼 吸量 的 消耗 ， 持 生 命 呼 吸量 和生 长　 维发 育 呼吸 量数 学 模式 为　］ ： 　ｔ 　 ， ２４垂亟　壬 　夏至虱 　图 １ 作 物 Ｃ 平衡 　Ｆ ｇ． 　 Ｔｈ 　ａ ｂ ｎ ｂ ｌｎ ｅ ｉ １ ｅ ｃ ｒ ｏ 　 ａａ ｃ 　Ｒ 　＝ Ｉ Ｑ 　 　ｎ ×ｒ 。 　×（　 ｖ 一ＷＭ ×ｄ （） ） ｔ ８ 　 　８　 ６中 国 生 态 农 业 学 报　第 ｌ ｌ卷　式 中 ， 　 为 日维 持生 长 呼吸 率 （ Ｈ　 　 ／ 　面? ） Ｗ 为 植 株 地 表 器 官 生 物 干 物 质 量 （ ／ 　面） ｗＭ 为 成 熟　 Ｒ Ｃ Ｏ ｇｍ ｄ ， ｇｍ ，果实干物质量（ ／ ￣ ） Ｑ 。 ｇｍ 面 ， 　为相关 系数 ，　为维持生长呼吸系数（ Ｈ ０ ｇｇ 物 ｄ ， 为时 间（ ） Ｔ 为每　 ｒ Ｃ 　 　ｉ干 质‘） ｔ ｄ，小 时平 均温 度 （ ） 日生长 发 育呼 吸率 计 算式 为 ： ℃ 。 　ＧＲ　 ＝ Ｅ × （ 　一 Ｒ　） Ｐ 　 （ 　 ９）式 中 ， Ｒ 为 日生 长发 育 呼 吸率 （ 物 质量 ｇｍ Ｇ　 干 ／ 　面? ） Ｅ 为 光合 作 用 同化 速 率 到 干物 质 积 累速 率 的转 换 系　 ｄ，数（Ｈ ０ｇｇ物 ）Ｐ Ｃ 　 　ｉ干 质 ，　为 日总光合作用率（ Ｈ Ｏ ／￣ ‘） 。 Ｃ 　ｇ 面ｄ 　 ｍ 　１ ３ 植 株 形 态 发 育 与 千 物 质 形 成　 ．番 茄生 长 发 育过 程模 拟 以植 株 茎节 数 即 间隔 期指 数 表 征植 株 生 理 年 龄 ， 就 需 从植 物形 态学 角 度 进 行　 这分 析 。首先 涉 及 合轴 （ ｙ ｏ ｉｍ） Ｓ ｍｐ ｄｕ 概念 ， 即一 般正 常 生长 发 育 的番 茄植 株是 由 １ 连 续 的合 轴组 成 ， 中 除　 组 其第 １个合 轴 是 由 ７ ５个 茎 节 和 １个 花 束 组 成 外 ， 余 合 轴 均 由 ３个 茎　 ～１ 其 节和 １ 花 束组 成 （ 图 ２ ， １个 花 束 可 开 ５ ２朵 花 ， 终 可 结 ３ 　 个 见 ）且 ～１ 最 ～ 会　 １ 蚰 ２个 果 ， 个合 轴 均 可 通 过植 株 各 器 官 生 理 参 数 （ 片 、 实 、 节 数 量　 每 叶 果 茎 和 重量 及 叶 面积 指 数等 ） 征　 表 。这 些 特 征 参 数 属 于动 态 变 量 ， 随 植　 且 株 的生长 发 育 而连 续变 化 。植 株每 个 合轴 的各 器 官 特征 参 数 称 为年 龄 群　组 ， 中植株 生 长是 指 年龄 群 组 内各参 数 变 化 （ 其 又称滞 留期 ） 它 与植 株 年　 ， 龄群 组数 的乘 积 即植 株 整 个 生 理 年 龄 。植 株 发 育 则 指 年 龄 群 组 间 的转　换， 故植 株 各器 官 发育 速率 决 定 年龄 群组 间的转 化 速率 。改变 （ 少 或延　 减图 ２ 番茄 生理年龄间 隔期 指数 　长 ） 龄群 组 的滞 留期 即改 变 植 株 生 理 年 龄 ， 变 植 株 各 器 官 发 育 速 率 ， 年 改 　 从 而 调 控 植 株 的 生 理 周 期 ， 在 实 际 生 产 中 具 有 很 重 要 的 意 义　。 。模 型　 这 ］Ｆｇ２ ｏ ａ 　ｈｓ ｌ ｉ ｌ ｉ 　Ｔ ｍ ｔ ｐｙｉｏ ｃ　 － ｏ ｏｇａａｅ ｌｔ ｈｏ　 ｄ ｇ－ ａ ｏ ｒ ｉ ｅ ｐ ｓｃ ｎｎ 　中表征 器官 （ 叶片 、 节 或 果 实等 ） 某 个 年 龄组 内 数 量 变 化率 数 学 公　 如 茎 在式 为　ｌ ２： 　＝Ｒ ×Ｎ × ［ 　 一１ Ｑ（ ）一 Ｑ（ ］一Ｒ （ 　 　） 　 　）（ ０　 １）式中， Ｎ　为植 株 某器 官 数 量 （ ） Ｑ（ ） 　 ， ｉ 为年 龄组 ｉ内器 官数 （ ｍ 面） 其 中 １ ｉ 　／ 　 ， ＜ ＜Ｎ ， 为植 株 器官 相 对 于　 Ｒ 温室 温 度和 Ｃ 　 度 的生 长 速 度 函数 （ ） Ｎ 为年 龄组 总数 ， 　 ｉ 为植 株 器 官死 亡 率 （ ｍ地 ｄ 。叶 片在　 Ｏ 浓 ｄ， Ｒ （） 　／ ２ 面? ）植 物生 长 发育 过程 中具有 光 合作 用 和消 耗能 量 双重 作 用 ， 因此 叶 面积 指 数 计 算 是 作 物模 型 中重 要 环 节 。美　国的 Ｊ ｎｓＪｗ ． 荷兰 的 Ｇ ｕ ｒ ａ ｏ ｅ　． 和 ｏ ｄｉ ｎ等 建立 了 叶面 积指 数 计 算 相 似 数 学模 式 ， 中对不 同植 株 生 理 年 龄 阶　 ａ 其 段 分别 采 用指 数 和线性 关 系模拟 计 算　? 　 　：当 Ａ≤ Ａ 时 ： 　 　＝ × ×（　 Ｐ　 　Ｔ ｄ当 Ａ ＞Ａ 和 Ｌ ＞０时 ： 　 ＡＩ 　： 一×　 筹… 　（ ×１ Ｐ 筹 Ｐ Ｆ×× 　 　 ）（） １ ２ 　式 中 ， ＡＩ为 叶 面积 指 数 （ Ｌ 叶片 ｍ　ｍ 面） Ａ 为植 株 生理 年 龄 （ 茎 节 ） Ａ ／　 ， 　／ ， 　为相 关 系数 ， Ａ　 为 叶 面 积 指 数　值最 大 时植 株 生理 年龄 ， 为相 关 系数 ， 为每 茎节 叶面积 指 数最 大 发 育 速率 （ 　茎 节 ） ｉ Ｔ ） 　 　 ｍ／ ， （ ｄ 为影 响 叶 面　 ｔ积 指 数 变 化 的 温 度 函 数 ， 为 植 株 密 度 （ ｍ　 ， 为 比 叶 面 积　 Ｐ 株 ） Ｆ，（ ／） Ｐ 为 叶 面 积 指 数 达 最 大 值 后 叶 片 干 物 质 损 失 率 （ ／ 节 ）　 ｍ　ｇ ， 　 ｇ茎 。 植 株器 官 生 长发 育 随 生 理 年 龄 的 变 化 而 呈 现 不 同特 征 ， 某些 生 理　 且现象 是在 某生 理 年龄 阶段 才 出现 ， 叶片 死 亡 率 （ 常脱 落 和 因叶 片　 如 正 遮 蔽 造成脱 落 ） 果实 败 育 率 ， 物 栽 培 管 理 措 施 （ 植 株 修 剪 等 ） 、 作 如 也　影响 作物 器 官生 长 发 育 ， 建 立 作 物 生 理 因 子 动 态 变 化 数 学 模 式 需　 故综合 考 虑多 方 面 的影响 因 素　’ 。 　 　植株 各 器官 的汇 强 是 一 种 动 态 变 化 过 程 ， 株 器 官 发 育 早 期 汇　 植 强 随生 理年 龄 的增 长 而快 速 增 长 ， 达 一 定 生 理 阶段 时 汇强 基 本 保　 到０ 　２　 ０４　 ０６　 ０８　 ０１０ ０　年 龄群￣Ｏ＝ ― ０ １ ｌ ｌ １０　 ｔ图 ３ 果 实 、 片 相 对 汇 强 函 数 曲线　 叶Ｆｉ ３ Ｓｉｋ　ｔ ｅ ｇ ｈ ｏ 　ｒ ｔａ 　ｅ ｅ ｇ． 　 ｎ ｓｒ ｎ ｔ 　 ｆｆｕｉ　 ｎｄ ｌａｖ 　持 最大 不 变 ， 期 是 干物 质 积 累速率 最 大 时 期 ， 后 随器 官 的逐 步 成　 此 之第 ２期　孙 忠 富 等 ： 室 番 茄 生 长 发 育 动 态 模 型 与 计 算 机 模 拟 系 统 初 探　 温８　 ７熟老化 ， 相应 的汇强 快 速 减少 而最 终 为零 （ 图 ３ 。植 株 各 器官 问 干物 质 分 配是 一 种 动 态 变 化 过程 ， 关 键　 见 ） 其是确 保 作物 干 物 质分 配 的优 化平 衡关 系 ， 即使果 实 产量 最 大 而又 保证 干 物质 生成 器 官 叶片 的 最佳 数 量 ， 这　 对一过程 进 行模 拟 并优 化 控制 是模 型研究 中的 难点 和 应用 价值 的关键 所在 。美 国 的 Ｊ ｎ ｓ ． ． 温室 番 茄生　 ｏ ｅ　 ｗ 在 Ｊ累进 行数 学 模拟　 ： 　』 Ｉ 　 　，＝长 发育 模 拟模 型 研究 中以茎 节 数 的动 态生 长 表 征植 株生 理 年 龄 ， 结 合 番茄 生 理 形 态 特 点 对 果 实 干 物质 积　 并Ｇ 　 ×ａ Ｒ Ｆ×ｉ （ ） ［ Ｆ　 × １一 ｅ Ｏ －Ｆ’ －（ Ａ ］×ｇ 　 ） Ａ Ｆ （ 　（ ３　 １）ｌ Ｌ 　 　式中， Ｆ ｗ＿ 为植株果实生物干物质量（／ ｇ ￣面）Ａ ｒ ， 阡为当生成第 １ 个果实时茎节数 ，，为果实干物质最大分配 比， ａ 　ｉ（ ） Ｆ　 为温度函数 ， （ ） ｇ　 为温度函数 ， Ｒ Ｇ 　为生长发育速率 （ 干物 质量　 ｍ 面? ） 　 ｄ ， 为 日均 温度 （ ） 　 ℃ ， 为白 　 　 天平均 温度（ ） ℃ 。在 Ｔ ＭＧ Ｏ模型 中对植株各 器官相对 汇强的计算也给出相关数学模式　 。 Ｏ Ｒ 　２ 计 算 机 模 拟 系统 设 计 与 实 现　作 物模 型 的最 终 研究 成 果 只有 在计 算机 上 实现 才 能发 挥其 真 正价 值 ， 模拟 系统核 心 代码 采 用 Ｐ ｗｅＳａ　 ｏ ｒ ｔ―ｔ ｎＦ ｒｒｎ４ ０程 序语 言设 计 而成 （ ｉ 　 ｏｔａ　 ． ｏ 主要 为 与 已有研 究成 果 兼容 ） 模 型 中各 子模 块 构建 和 逻辑 关 系 主要基　 ，于 国外 相 对成 熟 的先 进 理论 与技 术 ， 时 对某 些 模 块 （ 同 如　表 １ 北京番茄 模拟参数表 Ｉ 纬 ４　 北 ０） 　Ｔａ ．　 ｎ ｕ　 ａａ ｔｒ　 ｆｔｍａｏ ｍｏ ｅ　ｎＢｅ ｉｇ Ｎ４ 。 ｂ １ Ｉ ｐ ｔｐ ｒｍｅｅｓｏ　ｏ ｔ　 ｄ ｌｉ　 ｉｎ ， ０　 ｊ太 阳辐 射 计算 ） 和参 数进 行 修 改 调 试 ， 之 更 适 于我 国现　 使状 。由 于 Ｆ ｒ ａ ｏｔ ｎ语 言在 界 面 和 图形 功 能 的局 限 性 ， 模　 ｒ 本 拟 系统 采 用 混 合 语 言 编 程 技 术 集 成 ， 即主 程 序 和 用 户 界　 面 采用 ＭＳＶｉ ａ Ｂ ｓ 　 ． 　 ｓ ｌ ａｉ ５ ０设 计而 成 ， 系统 界 面和 计算　 ｕ　 ｃ 使功能 达 到较 好 的统 一 。 对北 京 地 区温 室 番 茄 进 行 模拟 分　析 ， 型 输 入 基 本 数 据 见 表 １ 模 型流 程 与 模 拟 结 果 见 图　 模 ，４和 图 ５ 模 拟 结 果 分 析 表 明 ， 型 可 以 输 出 干 物 质 积　 。 模累 、 合作 用 率 、 吸消 耗 、 光 呼 叶面 积 指 数 、 片与 果 实 数 等　 叶 重 要参 数 变 量 ， 研 究 番 茄 生 长 发 育 特 性 及 优 化 管 理 的　 是重要工具。 　鉴 于作 物 机 理 模 型 研 究 的 复 杂 性 ， 尚还 需 开 展 大 量　 研 究工 作 才 能达 到 预 定 目标 ， 型 的某 些 模 块 尚需 进 一　 模步 改 进 和 完 善 ， 别 是 应 进 一 步 根 据 我 国不 同 区 域 资 源 与 环 境 特 点 、 特 品种 属 性 以及 温 室 特 征 等 进 行 参 数　调试研究 。 　图 ４ 温 室番 茄 动 态 模 型 流 程 图　Ｆｉ ４ Ｆｌｗ　 ｈａ ｔｏ　 ｏ ｐ ｅ 　 ｒ ｇ ａ ｇ． 　 ｏ ｃ ｒ　 ｆｃ ｍ ｕｔｒ ｐ ｏ ｒ ｍｍ ｉｇ　ｏｒｃ ｏ 　 ｄｅ　 ｎ ｆ 　 ｒ ｐ ｍｏ ｌ８　 ８中 国 生 态 农 业 学 报　第 １ 卷　 １４０ ５　 ４０ ０　 ３０ ５　３０ 孚 ０ 　ＴｐＮ Ｉ ． ． 　 　讣　 瞥 毒 爨 皿 ｆ 　 ５　 Ｏ　０ ０　 。一 １二 一 ０ 　 １．― ０ ｚ　 Ｉ－― Ｅ ｚ　加 　∞ 舯加 ∞ 如∞如 加旧 Ｏ 　０ ０一 。 　 １二 一 ０ 　 １　 一 ０ 　 Ｉ． ― Ｅｚ　 ０ ＿１　 ｃ ０ Ｎ　 ０ ０－０ Ｅｎ 　。１５ 　０　１０ ０　５０ 　 ０ 　０＿０ Ｅ １　 模拟 日期（ 日） 月一 　 Ｎ　 ０ ０＿０ Ｅ ｎ　 ０ 　模拟 日期 （ 日） 月‘ 　寸　 ０ Ｎ ０ 　 　赣　加 　５　 堋　 ｐＮ 赣 　 篝 峰　 ． Ⅲ 　褂｛ ．． 　避　 躁　 窿　 厘　 Ⅲ　 、 苦 ． 舔　 　壮　０ 　Ｏ　Ｈ． ．眨　８　 ６ ４ ２　 Ｏ 　 　 　蜷． 昌 芒删峰Ｓ慧林　Ｎ． Ⅲ ． ＮⅢ 舔颦　旧苦　 ／● Ｏ 　如 　加 　仲 ， ０ 　０ ０　 ． 一 １二 一 ０ 　１． ０　８ 　 ７ 　 ６ 　 ５ 　 ４ 　 ３ 　 ２０ ０　 。 一 １二一 ０ 　 ｌ。 ― ０ Ｎ　模拟日期（ 日） 月一 　模拟日期（ 日） 月一 　Ｉ　 一 ￡ 　０ －１　 ｃ ０ ０ 　 ０＿０ Ｅ ｎ　 ０ 　Ｉ　 （ ９ ￣２ ０ ） 图 ５ 北 京 地 区 番 茄 模 型 模 拟 结Ｅ 一 ９ ９ ０ ０　 果 　 １ ０ ＿１ ｃ 　 ｊ Ｆｉ．　 Ｒｅｕｔ ｏ　ｏ ｔ　 ｄ ｌｎ　 ｉｎ 　ｒａ ｇ５ ｓ ｌ 　 ｆｔｍａｏ ｍｏ ｅ　 ０Ｂｅ ｉｇａｅ 　 ｓ ｉ ０ 　 ０ －０ Ｅ ｎ　参　 考　 文　 献　 ０ 　２ Ｄａ ａ 　 ． ｅ　 １ 　 ｙ ｎＥ ，ｔａ ．Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔｃ ｌ ｒｔｏ 　ｎ 　ａｉａｉｎｏ　　ｒ ｅ ｈ ｕ ｅｔｍａｏｇ ｏ ｈ ｍｏ ｌ ．Ｄｅｃ ｐｉｎｏ　ｈ 　 ｄ ｅ．Ａｇ ｉｕｔｒ ｌ ｙ ― ｖ ｌｐ ｎ ，ａｉ ａｉｎａ ｄｖ ｌ ｔ 　ｆａｇ ｅ ｎ ｏ ｓ 　ｏ ｔ　ｒ ｗｔ　 ｄｅ：Ｉ ｂ ｄ ｏ ｓ ｒ ｔ 　ｆｔｅｍｏ １ ｉ ｏ ｒ ｌ ａ　 ｓ　 ｃ ｕ Ｓ ｐ ．， ｝ ． 　窜覃 姐　 　巨．．０ 　 ｎ　 ４ １ 陈 青 云 ， 毅 明 ．计 算 机 在 建 筑 环 境 分 析 中 的 应 用 北 京 ： 京 大 学 出 版 社 ０１ ９ 　 吴 北 ，９ 如　 ： ２ 　 ， Ｏ 　ｔｒ 。 ９ ｅ ｎ １ ９３， ３： ４ ４ １ ８～ １ 　 ６３３ Ｄ ｙ ｎＥ． ｅ ａ ． ｖ ｌｐ ｎ ，ａｉｒｔ ｎ ａ ｄ ｖ ｌ ａｉｎｏ　　 ｒｅ ｈ ｕｅｔ ｍａｏｇ ｏ ｔ 　 ｄ ｅ：１ ｉｌ ｃ ｌ ｒｔ ｎ ａ ｄｖ ｌ ａｉｎ ｇ ｉ ｌ 　 ａ ａ 　 ，ｔ １ Ｄｅ ｅ ｍｅ ｔｃ ｌ ａｉ 　ｎ 　ａｉ ｔ 　 ｆ ｇ ｅ ｎ ｏ ｓ　ｏ ｔ　 ｒ ｗ ｈ ｍｏ ｌ Ｉ ｅｄ ａ ｂ ａｉ 　ｎ 　 ａ ｄ ｔ ．Ａ ｒ ｕ― 　 ｏ ｂ ｏ ｄ ｏ ａ ．Ｆ 　 ｉ ｏ ｉ ｏ ｃ 　ｔ ｒ ｌ ｓ ｅ ， ９９ ４ １ ５～ １ ３ ｕ ａ　 Ｓｙ ｔ ｍ １ ３， ３： ６ ８ 　４ Ｇ￣ ｅ 　 ， ｙ ｎ Ｅ．Ｈ ＴＩ Ｉ ： 　 ｄ ｅ ｆｒ ｒｅ ｈ ｕ ｅｃｏ ｓ ｎ 　 ｒｅ ｈ ｕｅｅ ｍａｅ ｅａＨｏ ｔ ｕ ｕ ａ ，９ ８ ４ ６ 　 Ｚ ｎＨ． Ｄａ ａ 　 ＯＲ Ｓ Ｍ Ａ ｍｏ ［ ｏ 　 ｅ ｎ ｏ ｓ　ｒ ｐ　 ｄｇ ｅ ｎ ｏ ｓ ｜ ｔ ．Ａ ｔ　 ｒ ｅ ｋ ｒｅ １ ９ ． ５ 　 ｇ ａ 　ｉ ｉ５ Ｉｍａ 　 ． Ｊ ｎ ｓＪ． ．Ｕｓ　 　ｒ ｐ ｓ ｕ ｉｎ ｔ　 ｖ ｌａｅａ ｔ ｒｎ ｐｒ ｎ　 ｆｅｔ　 ｎｔ ｍａｏｇｒｗｔ　 ｎ 　 ｉｌ 　 ｒ ｋＡ ，ｏ ｅ　 Ｗ ｅｏｆｃｏ 　 ｉ ｈｔｏ 　Ｏ ｅ ａｕ ｔ　 ｎｉ ａ ｓ ｉａ ｔｅｆｃｓｏ 　ｏ ｔ　 ｏ ｈ ａ ｄ ｙｅｄ．Ｔｒ ｎａ ｔｏ ｓｏ　 ＡＥ， ００ 　 ｍ ｔ ａ ｓｃｉｎ 　 ｆＡＳ ２ ０，４ （ ： ２ ～ １ ８９ ３ ５） １ ８１ ２ 　 ６ Ｊｈ 　 　 ｏ ｎ Ｌ．Ｍ ｏ ｔｉ ｎｅｔ ｈ．Ｔｈ 　 ｕ ｓ　ｏ 　 ａａ ｃ　ｎ ｃｏ 　 ｄ ｅｉｇ．Ａｇ ｏ ｏ ｙＪ ｕｎ ｌ１ ９ ８ ５）：９５ ６ 　 ｅｑ ｅ ｔｆｒｂ ｌｎ ｅｉ　ｒ ｐｍｏ ｌ ｎ ｒ ｎ ｍ 　ｏ ｒａ ， ９ ６， ８（ ６ ～ ９７７ Ｊ ｎ ｓ ． ． Ｋｅ ｉ　 ， ａｌ ｏ 　 ． Ｒｅ ｕ ｅ 　ｔｔ― ａ ａ ｌ ｔ ｍ ｔ　 ｒｗｔ　 ｄ ｅ．Ｔｒｎ ａ ｔ ｎｏ 　 ｅＡＳ Ｅ， ９ ９ ４ （ ） ２ ５ ６ 　 　 ｏ ｅ　 Ｗ ， ｎ Ａ． Ｖ ｌ ｊ Ｃ Ｅ． ｄ ｃ ｄｓａｅｖ ｒ ｂｅ ｏ ａｏ ｇ ｏ ｈ ｍｏ １ Ｊ ｇ ｅ ｓ ｉ 　 ａ ｓ ｃ ｏ 　 ｆ ｈ 　 Ａ １ ９ ， ２ １ ： ５ ～２ ５ ｉ ｔ８ Ｍ ａｃ ｌ　 Ｆ． ．， ｕ ｅｉｋ Ｆ． Ｇｏ ｄ ｉａ 　 ．Ｍ ｏ ｅｌ ｇｂｏ ｓ　 ｒ ｕ ｔ ｎ ａ ｄ ｙｅｄｏ 　 ｏｔｃ ｌｕ ａ　ｒ ｐ：　ｅ ｉｗ．Ｓ ｉｎ ｉ　 ｒｉｕｔ ｒ ， 　 ｒ ｅｉ Ｌ． Ｍ ｓ Ｈｅ ｖ ｌ 　 ， ｕ ｒａｎ Ｊ ｎ ｄ ｌｎ 　 ｉｍａ ｐ ｏ ｃｉ 　ｎ 　ｉｌ　 ｆｈ ｒｉｕｔ ｒｌｃ ｉ ａ ｄ ｏ ｏ ａｒｖｅ ｃｅ ｔ Ｈｏ ｔｃ ｌｕ ｅ　 ａ１ ９ ７ ８ ９ ８。 ４： ３～ １ １ １　９ Ｓ ｉｔｒ　 Ｊ． ．Ｓ ｐ ｒｔｎ 　ｈ 　 ｉ ｕ ｅａ ｄ ｄｒｃ　 ｏ ｏｎ ｎ　 ｆｇｏ ａ　ａ ｉｔｏ 　 ｎ 　ｔ　ｍｐｉａｉ ｓ ｆｒｍｏ ｅｉ ｇｃ ｎ ｐ 　 ｈ ｔ ｓ ｎｈ ｓ Ｉ． 　 ｐｔｅｓＣ． Ｔ ｅ ａ ａｉｇ ｔｅ ｄｆ ｓ　 ｎ 　 ｉｅｔｃ ｍｐ ｅ ｔｏ 　 ｌｂ ｌｒｄａｉｎａ ｄ ｉ ｉ ｌ ｔ 　 　 ｄ ｌ 　 ａ ｏ ｙ ｐ ｏ ｏ ｙ ｔｅｉ Ｉ ｆ ｓ ｃ ｏｎ ｏ ｎ ｓ： 　Ｃａｃ ｌｔ ｎ ｏ 　 ａ ｏ ｙ ｐ ｏ ｏ ｙ ｈ ｓ ｓ ｌ ｕａ ｉ 　 ｆｃ ｏ ｎ ｐ 　 ｈ ｔ ｎｔ ｅ ｉ ．Ａｇ ｃ ｌｕ ａ　 ｎ 　 ｒ ｓ　 ｅｅ ｏ ｏ ｙ， ９ ６。 ８： ３ ｓ ｉ ｒ ｕ ｔ ｒ ｌ ｄ Ｆｏ ｅ ｔＭ ｔｏｒ ｌ ｇ １ ８ ３ ２ １～ ２ ２ ａ ４　
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