棉纤维品质形成的生态基础与模拟模型研究进展VIP免费

棉纤维品质形成的生态基础与模拟模型研究进展摘要：棉纤维品质的形成受品种遗传性、环境生态因素和栽培措施的共同影响，具有较强的地域性，使得对棉纤维品质的调控难以综合考虑多因子互作并准确预测品质形成趋势。作物生长模型技术的核心是对生理生态过程及其相互关系的量化和整个作物生产系统知识的综合，进而实现对作物生长的动态预测与辅助调控。本文详述了品种遗传性、环境因素（温度、光照、水分等）和栽培措施（施氮量等）对棉纤维品质的影响，分析了国内外纤维品质模型研究及其应用的现状，认为有关纤维品质形成的生态基础及模拟模型的研究缺乏系统性。因此，深入研究纤维品质形成与生态环境间的定量关系，建立基于生理生态过程的纤维品质形成模拟模型，实现对不同生态条件下纤维品质形成的动态预测，并构建基于过程模型和GIS的纤维综合品质地域分异评价系统，对于完善棉花生长模型、解释纤维品质形成过程，指导生产具有重要意义。关键词：棉花（GossypiumhirsutumL）；纤维品质；生态基础；模拟模型；研究进展棉花是一种全球性的重要经济作物和纺织原料，高度可变的纤维物理性状是纤维加工的基础，影响成纱品质和加工效率[1]。棉纤维长度、比强度、马克隆值（细度、成熟度）是衡量纤维品质优劣的主要指标，随着气流纺等高速、高效棉纺设备的问世，纺织工业要求纤维具有强度高、马克隆值适中、成熟度好等性能[2]。在提高产量的同时改进纤维质量是棉花生产的共同目标[3-4]。棉纤维品质形成是品种遗传特性[5]、环境生态因素[6-9]和栽培措施[10-12]共同作用的结果，统计美国国家品种试验18年的资料认为[13]：纤维长度、比强度、马克隆值（细度、成熟度）的品种变异分别为75.1%、70.9%、25.3%，环境变异分别为15.4%、17.7%、58.8%，品种与环境互作分别为5.7%、11.4%、15.9%。环境改变首先影响纤维产量，前人针对环境和栽培措施对产量影响的研究较为透彻，对纤维品质因响应环境和栽培措施所产生变异的研究则相对薄弱，而决定纤维最终使用价值和经济价值的是纤维的质量并非其数量。因此，研究、量化环境和栽培措施对纤维品质形成的影响，并应用量化的关系指导棉花生产管理具有重要意义。但由于纤维品质形成受多种因素的影响，具有较强的地域性。在不同条件下种植的同一品种棉花，其纤维品质差异较大[14-16]，使得在不同生态区域针对纤维品质形成的生产管理难以综合考虑多因子互作、准确预测生产趋势并量化生产管理技术。近年来，信息技术广泛应用于农业领域，其发展为作物生产管理的现代化和信息化提供了新的方法和手段。其中，作物生长模型技术是作物生产信息化的基础，其核心是对整个作物生产系统知识的综合和对生理生态过程及其相互关系的量化，它不仅能够加强人们对作物生理生态过程的理解和认识，而且可以实现对作物生长的动态预测与辅助调控，在评价多因素对作物品质特性影响方面是一个强有力的工具[17-18]；作物管理决策系统的发展促进了农业生产的现代化，特别是近年来3S（RS、GPS、GIS）空间信息技术在农业领域的应用，大大提高了农业生产水平。因此，深入研究棉纤维品质形成与生态环境及栽培措施间的定量关系，应用信息学技术实现对不同生态条件下棉纤维品质形成的动态预测，构建基于GIS和棉纤维品质形成模型的纤维综合品质地域分异评价系统，对促进棉花生长模型在支持纤维品质调控、估算不同地域纤维品质潜力等领域的应用将具有重要的现实意义。1棉纤维发育与纤维品质形成棉纤维由棉花胚珠外珠被表皮细胞分化发育而成[19-20]，其发育过程根据生理代谢过程的不同，大致可划分为纤维原始细胞的分化和突起、纤维细胞的伸长、纤维细胞的次生壁合成与加厚、脱水成熟四个阶段[21-22]。其中，纤维细胞的伸长发育与次生壁合成和加厚发育有5-10d的重叠期[23]。棉纤维原始细胞的分化是指胚珠表皮细胞分化形成纤维原始细胞的过程，发生在开花前3d到开花当天。纤维原始细胞分化形成后，受物质刺激发育为球状或半球状突起并继续伸长。由于品种和环境等因素的不同，纤维突起时间也有所变化，一般认为长纤维细胞的突起在开花当天，短纤维细胞的突起在开花后4d[24]或在花后5-10d[25]。...