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本文综合国内外棉纤维发育和纤维品质形成的生理生态研究成果,基于2005、2007和2009年在长江流域下游棉区(南京)和黄河流域黄淮棉区(徐州,安阳)进行的异地分期播种试验和施氮量试验,系统分析了棉花果枝部位、温光复合因子、施氮量与棉纤维品质形成的定量关系,明确了棉纤维品质主要性状形成的生态基础,并运用作物模型学原理和系统分析法,综合量化棉纤维品质形成过程及其与环境因子间的动态关系,建立了基于生理生态过程的棉纤维品质形成模拟模型。利用不同熟性棉花品种多年、多试点分播期的试验资料对模型的预测性和广适性进行了检验。同时,将棉纤维品质形成模拟模型与纤维综合品质模型结合,构建了基于过程模型和GIS的棉纤维综合品质地域分异评价系统。主要研究结果如下：1.棉花果枝部位、温光复合因子及施氮量对纤维伸长的影响在相同环境条件下,棉花中部果枝铃的纤维长度虽稍高于其他部位,但纤维伸长动态变化及最终纤维长度在不同果枝部位间的差异均未达显著水平。棉纤维伸长发育期的累积辐热积PTI可综合温光复合因子的效应,其与棉纤维最大伸长速率Vmax呈极显著线性正相关,与纤维快速伸长持续期T呈极显著线性负相关,与棉纤维长度理论最大值Lenm呈二次曲线函数关系,可以作为表征棉纤维伸长发育温光复合因子的指标。当棉纤维伸长发育期内PTI在335MJm-2左右时,Lenmm最大。氮素水平与温光复合因子对纤维长度的影响存在补偿效应,随施氮量的增加,棉纤维长度达到最大值时对应的PTI减小。当棉纤维伸长发育期内PTI达到240MJ m-2时,240kg N hm-2施氮量下的棉铃对位叶叶氮浓度(NA)更适宜棉纤维伸长；PTI低于此值时,增加施氮量(480kgNhm-2)可减小因累积辐热积降低而造成的棉纤维长度缩短的幅度。2.棉花果枝部位、温光复合因子及施氮量对棉纤维比强度形成的影响棉花果枝部位显著影响纤维比强度的形成,并与温光复合因子存在协同效应。棉花中部果枝铃发育期温光条件适宜,其纤维比强度显著大于其他果枝部位铃；随温光条件变差,纤维比强度在果枝部位间的差异不明显。棉纤维比强度随花后天数的增加可分为快速增加和稳定增加两个时期,后者是品种间纤维比强度形成差异的主要阶段。PTI与纤维比强度快速增加期的日均增长速率(VRG)线性正相关、与快速增加持续期(TRG)线性负相关。当PTI达到291MJ m-2左右时,纤维比强度Strobs最大,品种间差异主要源于纤维比强度稳定增加期。(3)纤维比强度达到最大值所需的PTI随施氮量增加而减小,施氮量可通过棉铃对位叶叶氮浓度(NA)影响纤维比强度的形成,棉花氮素营养对温光复合因子存在补偿效应,当PTI高于104MJ m-2时,本文240kgN hm-2下的NA更适宜于比强度的形成；PTI低于此值时,增加施氮量可对温光复合因子进行补偿,以利于高强纤维形成。3.棉花果枝部位、温光复合因子及施氮量对棉纤维细度、成熟度和马克隆值形成的影响最终棉纤维细度、成熟度和马克隆值在棉花不同果枝部位间的差异较小。棉纤维加厚期内的累积辐热积(PTI)与纤维细度、成熟度和马克隆值形成各项特征值的关系均达到极显著水平。达到最小棉纤维细度时,科棉1号、美棉33B所需的PTI分别为310.0.318.1MJm-2:纤维成熟度达到1.60-1.75时,科棉1号、美棉33B所需的PTI分别为211.5-299.7.233.2-301.4MJ m-2;纤维马克隆值达到3.7-4.2时,科棉1号、美棉33B对应的PTI范围分别为14.8-103.8、58.7-127.8MJ m-2。当纤维细度、成熟度和马克隆值形成期的PTI分别低于63.1、144.3、61.5MJ m-2时,增加施氮量可通过调节NA变化对温光复合因子进行补偿,改善棉纤维品质。4.棉纤维主要品质性状形成的模拟模型研究基于不同熟性棉花品种的异地分期播种和施氮量试验,综合量化品种特性、主要气象条件(温度、太阳辐射)和栽培措施(施氮量)对棉纤维长度、比强度、细度、成熟度和马克隆值形成的影响,建立基于过程的棉纤维品质形成模拟模型。模型根据纤维伸长和加厚发育时间与铃期的关系确定决定棉纤维长度的伸长生理发育时间(PDTFEP)和决定棉纤维比强度、细度、成熟度和马克隆值的加厚生理发育时间(PDTSWP)。在温度、太阳辐射因子方面,采用温光复合指标——辐热积(PTI)综合表示温度和光照对纤维品质形成的影响,并对棉花生育后期温度和太阳辐射之间的互补效应做了初步阐述。氮素因子方面,建立了半经验性的棉铃对位叶单位叶面积氮浓度模型,根据其与各纤维品质的关系,分别构建氮素效应函数。利用不同年份不同生态点的品种、播期和施氮量等田间试验资料对模型进行检验,结果表明：科棉1号、美棉33B的棉纤维长度预测值与实测值的根均方差(RMSE)和相对误差(RE)分别为1.03mm和12.2%、1.03mm和12.5%;纤维比强度的RMSE和RE分别为2.57cN tex-1和11.4%、1.82cN tex-1和9.3%；纤维细度的RMSE和RE分别为388m g-1和4.8%、355mg-1和5.0%；纤维成熟度的RMSE和RE分别为0.12和11.5%、0.11和11.2%；纤维马克隆值的RMSE和RE分别为0.33和12.7%、0.30和11.8%。表明模型对不同条件下纤维品质形成的预测精度较高,具较强的可靠性和适用性。5.基于模型和GIS的棉纤维品质地域分异评价系统以MapObjects(MO)为开发平台,C#为开发语言,结合基于过程的棉纤维综合品质模型,构建了棉纤维品质地域分异评价系统。该系统以棉花品种特性、气象及施氮量等因子为基本输入,实现了对棉纤维品质地域分异规律的分析和预测,并可对黄河流域和长江流域棉区238个棉花主栽县(市)及江苏省部分县(市)的当年和下一年主栽棉花品种的棉纤维长度、比强度、细度、成熟度、马克隆值和棉纤维综合品质进行预测计算,运行结果以表格、曲线图、柱状图形式输出,并自动生成专题图。以江苏省为例,选取33个棉花主栽县(市)2005年气象数据,选择当年主栽品种科棉1号,对棉纤维品质地域分异进行了系统的评价,运行结果表明,该系统操作简单,运行可靠,预测结果空间表达准确直观,站点评价选取灵活。该系统的实现为实时指导棉花区域生产管理、保障棉花区域经济可持续发展提供科学依据。