1.2 国内外研究进展
1.2.1 葡萄生长发育与生理特征研究
葡萄的营养生长和生殖生长在葡萄的整个生育期内是同时进行的，但在葡萄的生育前期以营养生长为主，在生育期后期以生殖生长为主。葡萄的营养生长主要是根系和枝蔓叶片的生长，生殖生长主要是果实的生长。国内外众多研究学者对葡萄枝、芽、叶等器官的生长发育特性、规律和调控技术途径做了大量的研究。葡萄新梢生长一年有两次高峰期。第一次生长高峰以主梢的生长为代表，从萌芽展叶开始至开花前，随气温、土温的升高，根系活动旺盛，新梢也随之加速生长。此后，随着果穗的生长至果实着色，新梢生长速度减缓，而且此时进行田间剪枝管理，地上生物量大小基本维持稳定。第二次生长高峰是以副梢为代表，当浆果中种子胚珠发育结束和果实采收后才表现出来，这次生长量小于第一次。第一次新梢生长的强弱，对当年花芽分化、产量的形成有密切关系，长势过强过弱对开花、坐果都不利。葡萄花序形成与树体营养条件极为密切，若营养条件好，则花序形成也较好，否则花序形成不良，花冠脱落过程推迟，整个授粉受精过程也相应被延长。葡萄的浆果生长一般经历快速生长初期、缓慢生长期和第二次生长高峰期三个阶段。果实糖度是评价葡萄果实品质的重要指标之一，它在生长第二期产生较少，进入第三期后，浆果慢慢变软，酸度下降，糖度会迅速增加，直到果实生理成熟为止。葡萄的果实品质和产量是人们追求的目标，葡萄树体质量与果实品质、产量有着因果关系，前者是后者的基本保证，所以营养生长和生殖生长在葡萄的整个生育期内都非常重要。王世平等对巨峰葡萄的根域限制研究发现抑制树体的营养生长可以提高果实的品质和产量。有学者认为，可以通过调整干物质在植物不同器官间的分配来优化物质和能量的获取和利用，以获得最大产量。杜太生等研究结果表明，通过调控葡萄营养生长与生殖生长，减少生长冗余，可以起到节水高效的作用。葡萄的叶片既是葡萄进行光合作用和蒸腾作用的主要器官，同时也起到遮阴降温防止葡萄果粒受高温灼伤的作用。因此，了解葡萄营养生长与生殖生长的规律，弄清其相互联系，可以更好地指导田间管理，提高水肥资源的利用效率，从而对实现葡萄生产中的节本、增效具有重要的现实意义。
葡萄的生理生态指标除了受到自身生长条件的影响，还要受到许多外界因素的影响，其中人们研究最多的因素有光照、温度和土壤水分状况等。Ramon Mira de Orduna指出气候变化，特别是在葡萄成熟期改变温度，会增加葡萄果实的糖度，并同时指出在一些地区已经得到验证，极端高温使葡萄树体的新陈代谢减慢，从而影响葡萄芳香和颜色的形成。董金皋等研究得出延长光照时间可以提高新梢生长速率。白先进等通过对4年生的巨峰葡萄进行补光处理试验研究，研究结果显示，节能灯补光会促进巨峰葡萄的二茬营养生长，而使葡萄新梢生长旺盛，增加枝条节数、叶面积、穗梗长度和果柄长度及果粒大小，也能明显延缓叶片的衰老。徐德源等通过对8个试验点无核白和马奶子葡萄3年的浆果含糖量、含酸量及糖酸比与气象因子的相关分析和回归统计分析，得出热量、日照时数和空气相对湿度对葡萄糖酸含量有密切影响，且对含糖量的影响程度从大到小依次是相对湿度、日照时数、积温；对含酸量影响的关键因子是积温；而气温日夜差不是影响干旱区的新疆葡萄糖酸含量的主要因子。房玉林等研究表明，土壤水分状况会影响葡萄的生理特征，水分胁迫会导致叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度的降低，并且水分胁迫程度越深，各生理指标越低。交替滴灌是布置在葡萄植株两侧的毛管交替供水的一种灌溉方式，该种灌水方式主要是通过改变土壤含水率分布状况从而间接地影响葡萄植株的生长发育特征。Taisheng Du等学者通过对我国西北干旱区葡萄进行2年交替滴灌试验研究发现，与常规滴灌比较，交替滴灌保持相同的光合速率，但是却可以减小蒸腾速率，从而提高了叶片的水分利用效率，并且7：00到14：00之间叶水势没有显著的差别。
1.2.2 SPAC系统水分传输机制研究
Philip（1996）提出土壤—植物—大气连续体（Soil-Plant-Atmosphere Continuum，简称SPAC）以来，研究田间土壤水分循环和平衡、土壤—植物水分关系以及地下水—土壤水—地表水—大气水转化均是以SPAC为基础的。在SPAC中，统一的能量关系对分析和研究水分运移、能量转化的动态过程创造了条件。Thom（1975）应用扩散理论，提出了动量和水汽及热量等阻力之间的关系式，并通过大田试验提出了大田风速廓线函数。之后Bailey和Davies（1981）通过研究得出了动量传输的边界层阻力。Choudhury和Monteith（1986）在前人研究的基础上考虑了表面温度的影响，并计算了边界层阻力。Penning Devries（1972）、Jarvls（1976）、Thorpeeta1（1980）等人模拟出了气孔阻力的模型。国内刘萱和王天铎在借鉴国外研究成果的基础上提出了计算气孔导度的经验公式。卢振民通过分析不同气候因子间的相互关系，得出了气孔阻力与净辐射、空气饱和水汽压、气温等气象因素间的经验公式。康绍忠等通过对小麦等水分状况及水势梯度的研究，得出了SPAC系统水流阻力的一般规律。冷石林的研究指出，主要的阻力发生在土—叶和叶—大气两个环节上。邵明安等对水流阻力Poiseuille公式计算值与实测值的比较得出了SPAC中水流阻力的各个阻点，如茎叶传导阻力、气孔扩散阻力和边界层扩散阻力等，并研究了SPAC系统中水流阻力的分布规律。郭庆荣、张喜英等针对小麦、玉米以及油松人工林等水流阻力进行了研究并计算得到所研究作物的水流阻力值。张斌对不同耕作制度下大豆、花生等作物气孔阻力和水流阻力的分布及其日变化规律进行了研究。
赵萍通过对宁夏盐池沙地两种植物的水分生理特征与环境的相互关系的影响分析表明：两种作物的水势梯度和时空变异规律明显，叶水势和大气水势相关性显著。刘广全对黄土高原半干旱地区沙棘人工成林的研究说明，SPAC系统水势梯度明显，大气水势远远高于叶片水势和土壤水势，而叶片水势略高于土壤水势。杨晓光通过对华北平原夏玉米农田SPAC系统中不同界面的水势的测定，经过水流阻力的计算结果表明，水流阻力对作物水分的散失和调节具有重要作用。韩磊对青海2年生蒙古莸叶水势变化进行的动态研究表明，SPAC中水势大小依次为大气水势、叶水势和土壤水势，以此形成水势梯度。徐军亮、周晓燕对油松人工林及盆景植物的水势研究表明，水势梯度会受到不同地区与物种的影响。
1.2.3 SPAC系统蒸散特征研究
计算蒸散耗水量的方法大致可以分为微气象学法、水文学法、红外遥感法、植物生理学法以及SPAC综合模拟法。对于蒸散问题的研究始终是SPAC系统研究中重要的一步，多年来，国内外诸多学者对蒸散问题进行了大量的研究，也取得了很多重要的研究成果。其中Penman于1948年首次将能量平衡原理和空气动力学原理结合起来计算潜在蒸发量，提出了著名的Penman公式。由于Penman-Monteith模式是将植被群丛看成位于动量汇源处的一片大叶，而将植被冠层和土壤看成一层，故也被称为“大叶”模式或一层模型。由于这种单一性，一层模型受到地面覆盖情况、植被高矮等条件的限制，其很难将植物的蒸腾和土壤的蒸发两者分开计算。基于上述认识，Shuttleworth等人在对一层模型的概念及其局限性进行了广泛的探讨和研究的基础上提出了二层模型，即所谓的Shuttleworth-Wallce模式（S-W模式）。国内很多学者针对不同的作物、不同区域的研究环境开展了许多关于计算参考作物潜在腾散量的变化规律及其影响因素的研究，如Axel利用中国65个气象站点数据分析了不同区域ET0的时空变化特征。苏春宏通过多年的气象数据资料运用多种蒸散方法计算了内蒙古中部呼和浩特与河套灌区的ET0，结果显示FAOPenman方法与FAO56 Penman-Monteith标准公式的计算结果最为接近，且适用于大多数气候条件。胡顺军、史晓楠等人对新疆塔里木盆地、阿克苏地区通过利用Penman-Monteith公式或Penman修正式计算该地区的参考作物的潜在腾发量，并分析了其影响因素。刘晓英通过Penman-Monteith等多个公式对北京地区参考作物潜在腾发量进行了计算，建立了参考作物潜在蒸发量与气象要素的经验关系，并可利用所得经验关系进行该地区参考作物潜在腾发量的估算。李孝广分析了影响Penman-Monteith模型精确性的关键因子如净辐射和空气动力项的计算方法。徐俊增通过ASCE和FAO56两种公式计算了参考作物腾发量小时的差异，康绍忠、吕晓东针对干旱半干旱地区、河西内陆河流域和干旱荒漠草原等不同地区蒸散量的计算方法进行了研究。众多学者的研究表明FAO56 Penman-Monteith公式尽管是目前被公认为计算参考作物潜在腾发量最精确、最方便的方法，但受地区差异限制较大，不同地区不同气候条件下存在较大差异。
近年来，由于计算机应用技术与计算机编程语言的迅速发展，为研究和模拟SPAC水分传输动态提供了有力的帮助。基于SPAC水分传输理论，作物蒸散耗水量的模拟现已成为研究蒸散计算的重要方法，如Flerchinger等人在这一方面的研究均取得了比较满意的结果。在我国，谭孝元首次提出了SPAC水分传输的电模拟程式以及流经SPAC水分通量的数学模型，刘昌明提出了SPAC蒸散法模型。目前数值计算是求解土壤水分运动最直接有效的方法，虽然该方法存在着所需数据多、运算量大的缺点，但随着计算机技术的发展与应用，前面所提到的问题均可通过计算机软件采用数学模拟方法定量求解。我国在20世纪80年代后开始利用数值模拟来分析土壤水分运动。雷志栋等在有限元分析基础上，编制了非饱和一维流动BASIC计算程序。谢正桐对蒸散二维模型也做过了一些相关研究。杨诗秀等同样通过室内试验对非饱和一维水流数值计算模型FORTRAN语言进行了验证。从发展的历程来看，土壤水分运动的研究越来越深入化和系统化，为发展和丰富SPAC理论奠定了更为坚实的理论基础。
1.2.4 葡萄需水规律及耗散特征研究
水分是影响果树生长及果品产量、质量的最重要环境因子之一，水分胁迫对果树的形态及生理代谢方面影响的研究揭示了水分亏缺的作用机理及对果树生理生化的影响。D.S.Intrigliolo等对葡萄叶水势、茎水势和气孔导度的季节变化及不同灌溉方式下的叶水势变化研究表明，中午的叶水势与中午的茎水势相似，气孔导度能很合理地反映葡萄的水分状况。应用根系分区交替滴灌也能达到调控营养生长与生殖生长，减少生长冗余，大量节水而提高水分利用效率的目的。采用垂直线源灌可将水分直接输送到果树的根系，减少土面蒸发损失，同样可以达到提高水分利用效率的目的。M.I.Al-Qinna研究了湿润体的形状，结果表明湿润体积成一个V形横截面，水平方向水分增长较快而垂直方向明显减缓，且湿润锋的水平宽度和垂直深度形成应用比率的一个指数函数。湿润锋分布特征以及湿润体特性因不同的微灌技术、不同的土壤含水量和不同的模拟模型而显出差异。F.J.Cook通过软件工具（WetUp），使用分析法计算滴头从地下和地表这两者的湿润范围，用二维数字模型Hydrus-2D与湿润形式的计算进行比较，用分析法去解决进入典型土壤的水流。但由于水流在地下运动，为弄清土壤湿润特征，程慧娟等研究了垂直线源灌下土壤湿润体变化及入渗特性，结果认为，土壤表面水平湿润半径与垂直湿润深度的比值随入渗时间的增加而增大，随线源长度的增加而减小。随着线源长度的增加，沿着供水管方向剖面和交汇面的湿润深度增加，湿润宽度无明显变化；随着线源间距的增加，沿着供水管方向的剖面的湿润深度减小，湿润宽度增大。在不同初始含水率条件下用Philip入渗公式的形式能够较好地描述砂黄土和壤土的垂直线源灌的三维入渗过程，且偏砂性的砂黄土累积入渗量在低初始含水率下较壤土大，但随着初始含水率的增加其减小速度较壤土快，偏黏重的壤土入渗临界初始含水率较砂黄土大，但其入渗范围较砂黄土小，而且得到水平湿润半径与垂直深度关系之间同样的结果。有研究表明，在同一地区，采用另一种新的微灌技术—深层坑渗灌，在质地较粗的原状土壤条件下，水平湿润直径的最大值一般出现在深度约30～50cm之间的土层，灌水器管径200mm和灌水量30L/次所达到的灌水效果比较好。Qingyun Zhou在土壤水分动态及葡萄根系分布的基础上建立了一个二维根系吸水模型，分别用Hydrus-2D模型和部分根区交替灌模型对土壤水分动态进行模拟，通过两模型模拟的土壤含水量与实测值进行比较，结果显示，根系均方差采用部分根区交替灌模型为0.01～0.022，采用Hydrus-2D模型为0.012～0.031，在模拟与实测土壤含水量之间部分根区交替灌平均相对误差大约是10%，Hydrus-2D是11%～29%，并认为部分根区交替灌模型更适合于模拟土壤蒸发较大、不规则根系分布的干旱地区的土壤水分动态。
作物腾发量是作物耗水的主要构成，作物蒸发蒸腾量与需水规律研究是提高作物水分生产率和制定节水灌溉制度的重要依据，对灌区规划和灌溉管理决策都具有极重要的指导意义。随着高效节水灌溉理论的提出，节水灌溉模式的作物蒸发蒸腾量及其变化规律已成为新的研究热点。蔡焕杰、莫兴国、吴擎龙等学者在作物蒸散二层模型的研究方面做了很多有实际意义的工作。基于SPAC 水分传输理论，模拟计算作物蒸散耗水量，现已成为蒸散计算研究的重要途径，Bormann、Flerchinger、Gruesev与Kowalik等人在这一方面的研究均取得了比较满意的结果。M.P.Gonzalez-Dugo比较了三种不同能量平衡模型［one-source能量平衡模型、one-source模型、two-source（土+植物）能量平衡模型］，这三种方法都被用于将参考作物腾发量转换成实际作物腾发量，以估计各农业区域耗水量。葡萄在各个物候期对水分的要求不同，需水量不同，其耗水量也不同。马兴祥分析甘肃武威新地滩沙漠边缘新垦葡萄园0～100cm不同深度土壤储水量观测资料，发现沙地葡萄不同生育阶段耗水量中，萌芽—展叶期耗水最小，平均耗水31.5mm，最大时期出现在盛花—成熟期，平均耗水260mm，展叶—盛花期、成熟—落叶期耗水量大致相当，分别为66mm和65.7mm。白云岗利用波文比能量平衡法对新疆吐哈盆地葡萄园的蒸散变化规律进行了研究。结果表明，葡萄生长期内耗水强度呈现先增大后减小的趋势，果粒膨大期耗水强度最大为8.78mm/d，葡萄整个生长期内的日均蒸发蒸腾量为5.71mm，蒸发蒸腾总量为1228.3mm。土壤中的水分状况由于受到各种因素的影响，为了能与葡萄生长发育需水规律相适应，在葡萄的栽培管理中，就要求根据气候变化情况，不同土壤水分状况及不同品种需水规律，对葡萄园采取综合水分管理，有效地调节灌溉方式，建立最优化的合理灌溉制度。周青云建立了根系分区交替滴灌的土壤水分动态模型（Alternately Partial Root-zone Drip Irrigation Model），该模型能正确地预测交替滴灌的土壤水分动态分布，合理确定根系分区交替滴灌灌溉制度。梁鹏对部分根域干燥条件下的研究表明，转色期之后设施葡萄灌水下限应该控制在-30kPa左右，即土壤饱和持水量的70%左右，此时叶面积生长量没有显著减少，果实产量、品质与双侧灌溉处理没有显著差异，但灌溉水利用效率显著提高。F.J.Araujo通过对不同水分处理采取不同的灌溉量从修枝到坐果，从坐果到转色期，再从转色期到果实成熟的研究来优选灌溉方案。结果显示从修枝到坐果的生长阶段，灌溉制度的影响很小，大部分根系均匀分布在20～80cm深度。Rob M.Stevens对比滴灌和喷灌模式下根茎生长的根系长度密度变化，发现在滴灌下的葡萄根系在横向上很集中，微喷灌模式下的根系却很有规律地通过种植区域伸展。两种模式下最大的RLD（root length density）分别是1.2cm/cm3和0.6cm/cm3，估计总的根长在滴灌和微喷灌模式下是32km和26km。对比滴灌和漫灌两种条件下葡萄根系的分布状况，发现滴灌葡萄根系垂直和水平分布较漫灌葡萄更加集中，根幅相对较小，但滴灌葡萄吸收根的总量大于漫灌33.49%～38.65%。
1.2.5 葡萄微灌节水技术研究
目前，微灌技术正朝着低成本、低能耗、高性能、规范化、集约化、自动化的方向发展，在常规微灌技术的基础上通过不断改进、发展和实践应用，出现了分区交替灌、垂直线源灌、深层坑渗灌等新的灌水技术。对于常规微灌技术的研究主要是在相同（不同）灌溉定额条件下，改变灌水定额或灌水频率，但不同的地面布置方式对葡萄产量、品质等也会有显著的影响，陈若男在滴灌技术下采用毛管布置方式为一沟三管，滴头流量为2.7L/h，滴头间距40cm的不同灌水周期得出了产量与地上净增加生物量的关系。杨艳芬采用地面滴灌技术，布设4个处理，分别为：2管布置滴头流量为2.7L/h、间距为30cm及滴头流量为3.3L/h、间距为30cm；3管布置滴头流量为2.7L/h，间距为30cm；地下滴灌2管布置，滴头流量为1.6L/h、间距为50cm。结果表明：地面滴灌3管布置、滴头流量为2.7L/h、滴头间距为30cm的处理达到了最优效果，该处理下的土壤含水率、葡萄水分生理指标和产量均处于较高水平。分区交替灌是改变根系生长空间的土壤湿润方式，人为控制根区土壤某个区域的干燥或湿润，使作物根区土壤交替干燥，让其产生水分胁迫信号传递至叶气孔，形成最优气孔开度；另一部分生长在湿润区的根系正常吸水，以减少作物奢侈的蒸腾和植株间的无效蒸发，节约灌溉用水量。杜太生等对根系分区交替灌的研究表明该灌水技术比常规滴灌更省水。李淑芹进一步研究了根系分区交替滴灌对葡萄生态指标和耗水规律的影响，结果显示，采用此灌水技术在促进枝条相对生长量的同时减少了水分的无效消耗。垂直线源灌是一种新型的节水灌溉技术，是将一定长度的、周围壁上开孔的、底部密封的灌水器垂直埋入土中，通过线源长度及线源直径调节土壤湿润范围，直接向植物根系所在深层土壤供水，从而减少土面蒸发，提高水分利用效率。程慧娟等研究了不同线源长度、不同线源直径对土壤湿润体的影响及初始含水率对土壤垂直线源入渗的影响，由于垂直线源灌是一项新的灌水技术，对于其他的影响因素如葡萄生理性状、灌溉制度等还未做更多更深入的研究，但与渗灌相比，垂直线源灌是靠土壤吸力为灌水主动力，所需灌水压力小，所以容易埋设和维修。深层坑渗灌是一种将地面灌溉与地下渗灌相结合的新型灌水技术。其原理是在地表采用小管出流给埋在坑里或陇上的灌水器输水，水通过灌水器直接入渗至作物根系生长的深层土壤，从而使根系分布较少的表层土壤保持干燥，减少了土壤表面无效水分的蒸发。目前，仅有李涛等人采用深层坑渗灌在极端干旱地区对灌溉定额和葡萄果实的关系进行了研究，建立了以灌溉定额为参数的果型指数和含糖量模型。杨潇对不同灌溉周期和灌溉定额条件下葡萄展叶期的生理指标进行监测和分析，结果表明葡萄展叶期的枝条生长量、叶片长、第三节间长和叶片数的生长趋势大致相同，都是在展叶期的前期和中期生长较快，后期生长缓慢；深层坑渗灌灌溉技术下的灌溉定额越大，灌水周期越短，生长速度越快；且不同灌溉定额条件下展叶期各生长性状指标的差异大于不同灌溉周期条件下的差异。
1.2.6 微灌葡萄节水增效机制研究
葡萄生理性状反映了葡萄树体的质量，而葡萄树体质量又是其果实品质和产量的基本保证。葡萄的蔓生长量、产量、品质及光合作用等生理指标受到不同灌水技术、土壤含水量以及气象等因素的影响，对此，已有众多学者就其不同影响因素对葡萄生理特性的影响做了大量研究。有研究表明，随着蒸发补偿率的增加，蔓的生长量、葡萄串数和串重及产量也随之增长，但当蒸发补偿超过一定值后，大部分参数没有明显差异。在不同的土壤最大田间持水量下，随着胁迫时间的延长，净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）均呈下降趋势；葡萄光合能力随胁迫程度的加重而下降，叶绿素含量随胁迫时间延长和程度加深而降低。谢强针对CO2、温度等环境因子对巨峰葡萄花期、膨大期群体总光合速率的影响研究，认为CO2浓度及温度升高呈线性增加，温度对巨峰葡萄群体光合作用影响明显，高温降低了初始光化学效率，在低CO2浓度下提高了巨峰葡萄群体的最大光合速率。土壤水分是植株生长的必要条件。不同覆盖保墒灌溉措施明显减少了土壤水分蒸发，提高了蓄水保墒作用，提高土壤表层温度，但随深度的增大，影响程度逐渐减小，且保墒处理的果树生长势强、枝条增长量大、果粒大、产量高。M.Carmen Antolin等对部分根域干燥和常规滴灌及充分灌与亏缺灌的灌水技术对比，发现在不同的物候期葡萄生长量、成熟期的浆果成分上的不同反应均与脱落酸（abscisic acid，ABA）含量有关，并与常规滴灌相比，在部分根域干燥下产生了更高的产量和水分利用效率，坐果率和植株生长有明显的增长，每串颗粒数量和粒重也有明显的增长。对花青素及可溶性固体等指标的影响，有研究表明，在轻度水分胁迫下，茎水势越小其葡萄颗粒直径也越小，但花青素和可溶性固体含量增大，茎水势与果肉品质成分具有相关关系，但不会影响产量。适当的灌溉也能提高非常干旱区的葡萄生长生理状况，使其具有更高的花青素含量。对比高温胁迫和水分胁迫下叶片中脯氨酸、叶绿素和可溶性糖的含量等指标，发现葡萄叶片脯氨酸的含量在高温胁迫下明显高于对照，而叶绿素的含量和可溶性糖的含量则随胁迫时间的延长呈现“低—高—低”的波动。在水分胁迫条件下，葡萄叶片中游离脯氨酸和丙二醛含量增加，并且随着胁迫程度的增加呈明显上升趋势。对比根系分区交替滴灌、固定部分根区滴灌和常规滴灌以及深层坑渗灌水四种不同灌水技术，表明根系分区交替灌溉灌水量较常规滴灌减少1/2，其产量未有显著下降，而且显著提高了浆果VC含量，使果酸含量降低，可溶性固形物含量显著提高，成熟度明显改善。根系分区交替灌溉的水分利用效率较常规滴灌提高了37.36%。采用根系分区交替灌溉可以达到大量节水、提高葡萄品质和成熟度而不明显降低产量的目的，而在深层坑渗灌下，采用模糊聚类分析法将果型指数和含糖量分为6类，对各类取其平均值后发现二者之间存在很好的模糊关系，以此建立了以灌溉定额为参数的果型指数和含糖量模型。
1.2.7 作物生长模型研究
作物生长模拟是指以系统分析的原理和计算机模拟技术来定量描述作物生长、发育、形态构建和产量形成过程及其对环境的反应，是对作物生长发育和产量形成的理论概括和数学抽象。建立作物生长发育动态及其与环境因素间关系的动态模型，有助于掌握作物的生育期进程、叶面积生长动态、器官形成、干物质的生产和积累以及分配等方面的变化规律。
最早于20世纪60年代中后期荷兰瓦赫宁根农业大学的De Wit和美国佛罗里达大学的Duncan发表了叶片冠层和植物群体光合作用模型。荷兰作物生长模型往往偏重于理论研究，主要集中在Wgaeningen地区。De Wit于1970年建立了早期较为完整的作物生长模型ELCROS，又于1978年建立了BACROS模拟大田作物的生长和蒸腾作用。Van Keulen等于1982年在BACROS的基础上建立了SUCROS。1989年Penningdevries等建立了MACROS，研究了包括作物潜在生长以及蒸腾作用的模拟。相比较而言，美国的作物生长模型更强调系统性、预测性和通用性，具有广泛的实用性。内容主要涉及禾谷类、纤维、块茎、块根类作物。如1970年Stoaleton等建立了第一个棉花生长模型并发展成为COTTNO模型。1976年Baker等完成了GOSSYM棉花生长模型。我国的作物模拟注重实用、侧重机理性模型的研究。1982—1983年，江苏农科院高亮之建立了苜蓿模型（ALFAMOD），并随后建立了水稻计算机模拟模型（RiceModel，RICEMOD）和小麦栽培计算机模拟优化决策系统（WCSODS）。90年代以来，中国农业大学、南京农业大学、河南农业大学、河南省农科院等分别建立了作物生长发育通用模型、棉花生长发育模型、玉米生长发育模型等。
作物生长模型可以划分为描述模型和机理模型。描述模型（Descriptive Model）也称回归模型、经验模型、黑箱模型。这类模型不考虑行为的机理过程，由数学方程组成，如用Logistic方程估计作物的干重等。这类模型是在某一特定条件下得到的回归方程，因此扩展性较差，只能在特定条件下应用，但是此类模型实用性较强。机理模型，也称其为解释模型（Explanatory Model）、过程模型。这类模型是以动力学为原理，由引起系统行为的机理和过程的定量描述所组成，包括光合作用、呼吸作用、干物质分配、叶面积增长等过程，再由这些基本过程组成的综合结果。如J.R.Evans，G.D.Farquhar 等（1991）在光合作用的模拟方面，已经深入到生物化学的领域，成功地建立了电子传递速度与光强、大气CO2、气孔CO2分压、水汽压等的关系模拟模型。美国J.M.Norman提出Cupid模型，详细模拟每张叶片每分钟的光合、呼吸、蒸腾等过程。解释模型考虑环境和作物状态，因此这种模型有较好的适应性，模拟的精度取决于对各个过程的描述的合理性和准确性，但往往系统较为复杂，由于缺乏对系统机理的认识制约了模型的开发和应用。
1.2.8 农艺节水调控技术研究
应用农艺节水技术是促进高产、稳产、优质和可持续发展的重要途径。农艺节水技术包括秸秆或地膜覆盖的保墒技术、节水高产的化学调控技术以及水肥耦合技术等。在作物行间覆盖秸秆，一方面可使农田土壤表面免受风吹和日晒保护土壤表层结构，提高降水入渗率；另一方面可隔断蒸发表面与下层毛细管的联系，减弱土壤空气与大气之间的气流交换强度，起到有效抑制土壤蒸发的作用。采用地膜覆盖和覆草栽培是果园生态栽培模式的主要形式，是以果树为中心进行人工调控，充分利用果园生态系统内的光、温、水、气、养分及生物等资源的有效农艺节水方式，有研究表明，覆盖能明显增加土壤的蓄水保墒能力和土壤温度，并能增强葡萄的生长势，提高葡萄产量。卢精林针对甘肃河西地区大面积栽培酿酒葡萄而水资源短缺的现状，试验研究了地面覆膜、覆麦秸、覆麦壳等节水措施对干旱荒漠地区酿酒葡萄园土壤水分、温度和肥力等因子的效应，结果表明，几种节水措施均有明显的增温效应，提高了土壤含水率。覆草效果优于覆膜，覆麦秸和麦壳表现出前期降温，后期增温保温的双重效应，并增加了土壤有机质及速效氮、磷、钾含量。微灌的一个主要优点是可在作物生长的不同阶段按所需的频率随时施加各种所需的化学药品，如养分肥料、氯化物、酸及杀虫剂等，而且直接放入滴灌系统中，施用成本低。良好的系统过滤设备及化学药品注射装置对防止系统滴头堵塞、延长系统寿命至关重要。在系统管理良好的场合下，化学药品施用量主要取决于灌水水质、土壤条件和类型、作物生长情况等。利用滴灌系统进行施肥、施药和化学调控可有效提高肥料、农药和生长调节剂的利用率，节约人工、材料、机力费用。梁智等认为葡萄叶面喷肥，受肥面大，肥效迅速，避免营养元素被土壤固定，满足葡萄需肥关键期的急需，是一种行之有效的施肥方法。肥料与某种物质按一定比例混合喷施，有增效作用。刘裕庆对葡萄膜下滴灌水肥一体化技术模式的调查发现，葡萄膜下滴灌水肥一体化技术的节水、节肥、节支、增产、增收效果明显。施肥是葡萄栽培管理中的重要一环。合理施肥对葡萄有效地利用肥料中的养分和吸收土壤中的养分，促进、调节营养生长和生殖生长具有重要作用。葡萄施肥量受植株本身和外界条件多方面因素影响，如品种、树龄、产量、植株生长状况、土质、肥料性质及质量等，差别很大，很难确定统一的施肥标准。因此要因地制宜，根据产量和各器官的营养状况做出判断，进行合理施肥，并根据情况不断调整。化学节水制剂能增强作物种子和幼苗的吸水能力，抑制作物生长过程中株体叶片的奢侈蒸腾，喷洒于作物行间还能大幅度地减少棵间水分蒸发。白云岗通过在葡萄果实膨大期喷施“FA旱地龙”与“旱露植宝”两种抗蒸腾剂，研究对葡萄的生理调节作用及节水抗旱效应。结果显示，喷施抗蒸腾剂可以提高光合速率、减低气孔导度、降低叶片蒸腾强度，起到促进葡萄生长和减少水分散失作用，同时还可以提高葡萄叶绿素含量和叶片含水量，有利于减轻干旱胁迫。喷施抗旱蒸腾剂对葡萄具有增产作用，增产幅度为7.2%。抗旱蒸腾剂的有效期一般在9天左右。