棉花生长模拟模型就是利用计算机程序模拟棉花在自然环境条件下利用光能资源把水和二氧化碳结合制造成有机物质的过程，组织、器官的建成，死亡的过程和产品的形成过程等，还包括棉花生长需要矿质元素在土壤中的分配、移动和被吸收的过程，同时应考虑到各种环境因子的制约。 一、GOSSYM模型的形成 GOSSYM模型是由美国农业部农业研究署Baker和Lambert等领导的由各领域20多位科学家组成的研究小组在SIMCOTI(Ducal，1972)、SIMCOTⅡ(Jones，1974)的基础上使用SPAR体系，花费百万巨资和10多年时间，于1983年研制成的第三代棉花模拟模型(Gossypium Simulation Model)，该系统进一步完善了对棉花系统动力过程的模拟。1984年GOSSYM模型开始推广应用于生产。1985年又研制成解释GOSSYM的专家系统COMAX(Lemmon，1985)，诞生了著名的GOSSYM／COMAX棉花专家管理计算机模拟系统。 GOSSYM模拟模型是一个动态模型，能在生理过程水平上模拟棉花的生长发育和产量形成。该模型本质上是一个表达植物根际土壤中水分和氮素与植株体内碳和氮的物质平衡的模型，包括了水分平衡、氮素平衡、碳平衡、光合产物的形成与分配、植株的形态建成等子模型。GOSSYM模型可以模拟棉花对外界条件的反应，如逐日的太阳辐射、最高和最低气温、风速、降雨等气象条件，以及种植密度、行距、耕作措施、施氮肥和灌溉等农艺措施。该模型最大的特点是机理性、通用性、复杂性，其主要功能是模拟棉花各器官的生长发育状况、预报生理胁迫情况，为管理系统提供事实数据。 二、GOSSYM模型的更新——CALGOS模型 为了更适应干旱区棉花生长发育的特点，Marani(1995)等针对加利福尼亚干旱区的情况发展了GOSSYM的更新——CALGOS。 1．模型机理有发展。主要对水分关系、氮关系和植物生理方面进行修改。在水分关系模拟方面修改了根际子模块，尤其是有关根生长和活动对不同水分条件的反应，增加了模型对水分的敏感性，其中潜在蒸散采用CIMIS方程以每小时为步长计算得到，已实现从每天的气象参数估算出每小时的值，同时需要输入露点温度；平均土水势的计算根据根层土水势求平均，而根层土水势由每一土壤单元小室中根的情况加以权重，此土水势用于计算植株的实际蒸腾，而通过土水势、水分在植株中的运输阻抗和潜在蒸腾来计算叶水势，进而计算水分胁迫因子，水分胁迫影响棉株的生长和形态发生。在氮关系上，修改了土壤中氮的矿化和硝化过程的模拟，增添了反硝化、高C／N下氮的固定和尿素水解的模块，同时用Michaelis-Menten方程模拟了对植株氮吸收受到生长需求的影响，另外计算了氮胁迫因子，且氮胁迫对植株生长率、叶、铃老化和蕾、铃脱落的影响也得到了模拟。在植物生理方面，在叶、铃生长部分用改进了的生长函数分别模拟叶片和叶柄、子棉和蕾壳的生长，完全修改了叶、蕾、铃老化和脱落子程序。整体模型以小时为计算步长。 2．系统整体有改观，可以自由便捷地编辑修改输入条件，可以根据需要控制模型的输出，模型的输出包括数据文件和图表两大类，数据文档资料中包括整个生长期植株生长动态、产量形成、水肥运筹、土壤动态等，还以文件形式保存了各主要生育期的株式图；输出图表中包括生长期植株生长动态、灌溉与水平衡、氮肥施用与氮平衡三大类13项图表，很适合用于实施水肥管理。 3．已发展为Windows版本，适用于Windows3．1以上的操作系统，但其中的主体计算程序仍然沿用FORTRUN语言，界面部分用VBasic编写。 三、GOSSYM模型发展最新成果——CottonPlus模型 进入90年代以后，随着个人计算机存储器容量的不断加大和运算速度的不断加快，以及计算机语言C++的普及和作物模型的发展，经过近十年的努力，Lemmon和NingChuk于1997年，推出了新的版本CottonPlus。该模型由GOSSYM发展而来。CottonPlus和GOSSYM一样也是一个系统动力学模型，具有强机理性和实用性的特点。其机理性表现在模型中的各种关系是从SPAR装置中获得的，具有较高的可靠性和代表性。模型能够模拟植株地上部分的光合、呼吸、物质积累和分配、器官建成等生理过程；同时能够模拟植株根际2m深土壤的水分、氮素的移动、作物根系的生长等物理和生理过程，还可以模拟棉株对各种环境变量的反应。 1．在模拟机理上，用Thornly—Johnson的作物模拟方法重新编写了棉株的光合作用、蒸发、蒸腾模块，其中光合作用模块由原来GOSSYM的2、3条源程序语句增加到200多条语句。并根据新的田间实验数据采用新的方法模拟碳氮循环和确定叶水势；土壤模块作了重要修改，其中根的生长模拟作了完全的更新；形态发生模块也用新模型重新编写。 2．系统整体有进一步改观，根据面向对象的程序设计方法组织对象，由选择对象开始、经过数据输入和模型运行到结果输出查看为结束，可以参照友好的界面提示便捷地编辑修改输入条件，根据需要设置模型的输出，模型的输出包括数据文件和图表两大类，数据文档资料中包括整个生长期植株生长动态、产量形成、水肥运筹、土壤动态等；输出图表中包括生长期植株生长动态中的各项生理指标的100多幅图表。同时在模型运行的同时显示动态株式图和土壤中水分和氮素的变化。 3．追踪了计算机技术的最新发展，采用最新的面向对象的程序设计方法，所有程序全部采用VC++编写而成，源程序共有30000条语句，适用于Windows95以上的操作系统，用户界面良好。 四、发展趋势 作为一门新兴的学科，其在教育、科研上的作用不可磨灭，仍将有很大的生命力。随着理论研究与生产实际的进一步结合，机理性很强的大型棉花生长模拟模型要得到很好的推广应用，必须简化输入条件。同时随着系统科学研究的深入，环境条件对作物生长发育定量作用关系研究将有新进展，实现作物生长的可视化、虚拟作物生长等研究将是作物生长模拟模型新一轮研究的重点。随着计算机科学的发展，作物生长模拟模型研究的手段和技术必将不断发展，微观的作物生长模拟模型将与“3S”系统等结合开展区域农业发展研究，随着“精确农业”的发展，作物生长模拟模型也将会发挥更大的作用。

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