作物生长模拟模型和管理决策支持系统是信息农业和数字农业研究与应用的核心与作物生长模拟模型和管理决策支持系统是信息农业和数字农业研究与应用的核心与典范。作物生长模拟模型具有系统综合和动态预测的功能,但至今尚缺乏对作物品质形成过程的定量模拟。基于模拟模型的作物管理决策支持系统能够通过模拟试验,实现系统管理的策略分析和方案评估。本研究以小麦为研究对象,在本实验室已有小麦生长发育和产量形成模拟模型的基础上,运用系统分析原理和数学建模技术,综合小麦植株碳、氮流动态规律及其与环境因素的动态关系,建立了基于生理生态过程的小麦籽粒品质形成模拟模型以及基于气候生态效应的籽粒品质指标预测模型;然后,应用面向对象的程序设计与软构件技术,在Visual C++平台上构建了综合性与构件化的小麦生长发育和产量品质形成的模拟系统;进一步运用决策支持技术,结合基于不同目标的模拟试验与策略分析,研制了具有辅助决策功能的基于生长模型的小麦管理决策支持系统;最后结合Web应用技术,在C#.net平台上研制和实现基于生长模型和Web应用的网络化小麦管理决策支持系统。研究结果为数字农作系统的开发提供了基本框架,也为建立其它作物管理决策支持系统提供了开发模式。具体研究结果如下。 本研究在充分理解和分析小麦主要品质性状(蛋白质含量与淀粉含量)随生态环境变化的时空规律及定量关系的基础上,结合已有的研究资料与必要的试验支持,建立了具有广适性和通用性的小麦籽粒蛋白质与淀粉含量生态预测模型。通过籽粒淀粉及蛋白质含量与气候因子的相关分析及逐步回归分析,确定了显著影响籽粒淀粉与蛋白质含量的主要气象因子,并通过各气象效应因子与籽粒淀粉与蛋白质含量的曲线关系建立预测模型。以小麦面筋含量、沉降值与籽粒蛋白质含量间,降落值与淀粉含量间的相关关系,建立了面筋含量、沉降值与降落值的预测模型。运用不同生态点、不同品种与不同播期试验数据对模型进行了检验,结果表明,本模型能够可靠地预测不同小麦品种在不同环境条件下的籽粒淀粉含量、蛋白质含量、面筋含量、沉降值与降落值。 通过模拟单籽粒氮积累速率与每日可获得氮源以及温度、水分及氮素影响因子的动态关系,建立了基于植株氮流动态的小麦籽粒蛋白质积累的模拟模型。籽粒每日可获得氮源决定于每日氮的吸收与营养器官中氮的再运转,其中,花后氮的吸收与籽粒重及开花期植株氮积累量呈现负指数量化关系,灌浆期叶、茎鞘与穗部营养体中氮浓