作物模拟模型的研究进展

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1、0引言作物生长模拟模型简称作物模型，用以定量和动态地描述作物生长、发育和产最形成过程及其对环境的反应。该模型综合了作物牛理、生态、气象、土壤、水肥、农学等学科的研究成果，采用系统分析方法和计算机模拟技术，对作物牛长发育过程及其与坏境和技术的动态关系进行定量描述和预测。核心是対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。它的建立有利于已有科学研究成果的综合集成，同时也是作物种植管理决策现代化的慕础。作物生长模型的应用使得科学研究避免在不同的地方重复相同的试验。目前的作物模拟模型虽然借助3S技术得到长足发展，但依然存在着一些问题。1国内外作物模拟模型研究进展1.1国外作物

2、模拟模型研究进展20世纪60年代，随着农业科学以及计算机技术的发展以及对作物牛理动态机理认识的不断加深，作物牛长模型的研究得到了初步发展。经过几十年的发展，已经取得了较大的成就，主耍以荷兰、美国、澳人利亚这3个国家所发展的模型影响为主。1.1.1荷兰作物模拟模型1965年，dewit对叶冠层的光合作用进行了研究，奠定了作物生长动态模拟模型基础。deWit学派的第一个模型ELCROS（初级作物模拟器）是川于探讨不同条件下的作物潜在生产水平，模型包含了详细的、具有机理性的冠层光合作用部分、描述器官生长速率的部分及有关呼吸作用的最初设想。在其基础上乂发展了BACROSf基木作物模拟器）模型和

3、ARIDCROP。deWit学派的第一个概要模型SUCROS所描述的物理过程和生理过程适用于不同的环境条件，具有通用性。出界粮食研究屮心在SUCROS的基础上开发了WO—FOST作物模型，着重强调在定暈土地评价、区域产量预报、风险分析和年际间产量变化以及气候变化影响等方而量化中的应用。MACROS模型作为SARP计划的一部分是比较完善和成熟的机理性作物牛长模拟模型，该模型可以模拟作物潜在牛产力、水分限制和养分限制条件下的作物牛长。荷兰瓦赫宁根大学与菲律宾国际水稻所（IRRI）合作，在MACROS和SU—CROS的基础上开发了系列灌溉水稻模型ORYZA,该模型己经在东南亚各国得到广泛验证

4、和应用。荷兰作物模型的特点是解释性、机理性、通用性强。模型主要考虑土壤、气候等因素的综合作用，后期模型也考虑了作物的品种遗传特性。模型主要用于验证科学假设，模拟气候变化、不同管理措施对作物牛长过程的彩响。1.1.2美国作物模拟模型美国著名的作物系列模型农业技术推广决策支持系统DSSAT囊括•了美国众多的著名作物模型，如CERES和CROPGRO系列模型。作物一环境一资源综合系统CERES系列模型是'密西根州立犬学Ruthie教授等在20世纪80年代初建立的谷类作物模拟模型，在综合性与应用性方1侨都有所加强。它们不仅能模拟作物生长发育的主要过程,还能模拟土壤养分平衡（矿化、硝化、反硝化、

5、固氮、淋溶、吸收和利用等山水分平衡（有效降雨、径流、蒸发、蒸腾、土壤水分的垂直流动与渗漏等）。DSSAT系列模型模拟了完整的作物发育过程，从发芽、叶片出现次序、开花、到籽粒生理成熟和收获；模型模拟了基木的生理生态过程，如作物光合作川、呼吸作川、干物质分配和植株生长以及衰老等；同时还能得到作物的最终产出，如籽粒、果实、块茎或茎秆产量。除此Z外，DSSAT还包括一个一维土壤水平衡模型，该模型可以模拟潜在蒸散、实际土壤蒸发、植物蒸腾、根系吸水、径流、土壤渗漏以及不同土层的土壤水流等。LZ相关的多数作物模型还包括一个一维的土壤氮素平衡模块，用以模拟植物残茬和有机质的矿化与固定、氮索的硝化与反硝

6、化、氮素运移等过程，此外还包括硝态氮的淋溶、氮素根系吸收以及豆类作物固氮等过程。美国棉花专家管理计算机模拟系统GOSSYMPOOMA包含两个部分：GOSSYIVI模型和COMAX专家系统。GOSSYM是棉花模拟模型，川于模拟影响棉花生长发育和产量的生物学和非生物学过程，包括•棉花根际的土壤水分和氮素平衡以及棉花体内的碳、氮平衡，是一个系统动力过程模型。COMAX是管理GOSSYM数据以及解释模拟结果的专家系统。与荷兰的作物模拟模型相比,美国的作物模拟模型的特点是应川性强和综合性强。综合考虑了作物品种遗传特性、土壤、气候和管理措施等诸多因素，可川于模拟作物管理措施的最终效果。1.1.3澳

7、人利亚作物模拟模型澳大利亚系列作物模型APSIM集成了其他各种研究的零散结果，使得某一学科的成果能够应用到其他的学科。模型是以模拟土壤属性的连续变化为中心的，天气、作物、农艺管理只是引起土壤属性改变的因素，系统含有施肥、灌溉、土壤侵蚀、土壤氮素和磷素平衡、土壤温度、土壤水分平衡、溶质运移、残茬分解等过程模块。APSIMH前能模拟的作物有小麦、玉米、棉花、油菜、紫花苜蓿、豆类以及杂草等。除了以上筹国的作物模拟模型以外，英国、日本等国家在作物模型方