中文摘要：

棉花冷害是其生产中的重要灾害，新疆和河西走廊棉区更为严重。本研究拟在原有棉花模型和棉花气候风险评估基础上，通过设立田间和人工控制试验及收集其他资料获取形态学及器官生长同伸资料，建立棉花群体形态发育模型，可根据棉花发育的概率密度分布同时模拟多个单株的器官形态和大小的动态变化及其对温度等环境要素与措施变化的响应，提供各器官的数字化输出；采用嵌套式方法研究形态模拟与图形显示的数据无缝传递技术，选用真实感图形技术、虚拟现实技术和动画技术等方式，构建棉花群体可视化模型，实现棉花多单株屏幕可视化显示表达；结合棉花气候指标和标准棉株形态发育指标体系，加入棉花生长发育健康诊断功能，耦合形成棉花冷害精细诊断系统，能根据棉花发育期、叶片大小、节间长短、蕾铃状况、株型和花位等器官数字化特征，对中国棉花生产特别是新疆棉区棉花冷害进行精细化诊断，并可结合管理措施模拟，为棉花高产优质生产提供抗御低温灾害的决策支持。

结论摘要：

棉花生长和形态发育进程与后期冷害关系密切，利用模型模拟可进行冷害分析与诊断。本研究通过分期播种和密度试验，分析热量条件和密度对棉花生育、形态和产量的影响及其后效性。基于田间观测数据，对棉花模型进行调参和验证。将COTGROW形态结构模型与GroIMP形态显示模型链接，建立棉花功能-结构模型COTGROW-GroIMP,能较好地对棉花动态生长过程进行模拟和可视化的显示。通过棉花模型前期模拟结果与皮棉产量、霜前花率的关系，筛选出与冷害密切相关的因子，进行冷害诊断。密度试验结果表明，随着密度增大，对应各节位处的节直径和体积减小，果枝节数也减少；铃长度、铃直径和铃体积在棉株的中部和内围有优势，不同种植密度的铃长度在中部和内围以中高密度和最低密度较大，铃直径和铃体积在中部和内围以中低密度时较大。分期播种试验结果表明，随播种日期推迟，秋桃比例增加，果枝台数、果枝数、伏前桃数、伏桃数、单株结铃数、单铃重、衣分和霜前花率均递减。棉花生育期出现的时间与皮棉产量、霜前花率呈负相关关系，生育期出现的时间越晚遇到冷害的越大；7月1日、8月1日和9月1日当天发育期指数、总干重和生殖器官重与皮棉产量、霜前花率呈正相关，7月1日和8月1日叶面积系数与皮棉产量、霜前花率呈正相关关系，9月1日叶面积系数与皮棉产量、霜前花率呈负相关关系。 生物量-形态参数具有不随种植密度而变化的相对稳定性；节间密度ρstem，叶柄参数bpetiole、cpetiole和dpetiole，铃参数cboll具有稳定性；而叶片参数aleaf和bleaf，叶柄参数apetiole，铃参数aboll、bboll和dboll稳定性较差，随温度、辐射的变化而变化，在模型模拟时可考虑根据不同的气候条件对其进行调整。修改形态模拟后的COTGROW模型，模拟的皮棉产量和生育期值与实测值拟合较好，模型对器官形态数据的模拟结果与实测结果也吻合。构建的棉花结构-功能模型COTGROW-GroIMP能实现棉花生长的可视化模拟。模型可以显示不同气象条件、密度情况下棉株的三维形态，器官尺度模拟与与田间试验相吻合。 基于COSIM模型，利用发育期指数、生物量及其结构比例等模拟结果进行冷害诊断。结果表明，出苗日期、现蕾日期、7月1日的叶面积系数、8月1的总干重和9月1日的生殖器官重是冷害诊断的重要因子，依据不同地点的指标，可逐月诊断冷害发生的程度。