作物生长模型的应用研究进展

作物生长模型不仅能够进行单点尺度上作物生长发育的动态模拟,而且能够从系统角度评价作物生长状态与环境要素的关系。本文通过梳理当前作物生长模型应用的诸多研究成果,剖析模型在气候变化对农业生产影响研究、作物生长模型区域应用中的关键问题,总结了当前以作物生长模型为核心的农业决策支持系统开发的研究情况,意在促进作物生长模型在生态、农业、区域气候资源和气候变化等研究中更广泛地应用。结果表明,作物生长模型在国内外的研究与应用广泛而深入,在气候变化背景下,应用作物生长模型进行历史时期气候条件和农业气象灾害对作物生产状况和产量的影响研究已相当广泛且相对成熟。利用全球气候模式（GCM）或区域气候模式（RCM）构建未来气候变化情景,再与作物生长模型耦合已发展成为评估未来气候变化对农业生产影响的重要手段。通过集成与整合多作物生长模型、多气候模式集合模拟、优化气候模拟数据订正方法可有效降低气候变化对农业生产影响评估的不确定性。遥感数据同化技术能够将站点模型运用到区域尺度上评价不同环境因子对农业生产的影响,拓宽了作物生长模型的应用尺度范围并有效提高作物产量估算的精度。以作物生长模型为核心的农业决策支持系统的研究与应用越来越多元化,是辅助农业生产管理和决策的重要工具。然而,由于作物生态系统的复杂性,作物生长模型模拟结果仍存在很大的不确定性,今后对作物生长机理及过程间耦合机制的探索还需加强,以便进一步完善和改进模型,促进作物生长模型更广泛地应用。     

应用AMMI和HA-GGE双标图分析甘蔗品种产量 稳定性和试点代表性

对甘蔗区域试验数据进行基因型与环境互作分析,有利于全面了解参试品种的丰产性和各试点的代表性,对优良新品种的推广和品种的区域分布也有着重要意义。本文综合利用AMMI模型和HA-GGE双标图对2014年国家甘蔗第10轮区域试验11个品种和13个试点的蔗茎产量和蔗糖产量数据进行产量稳定性和丰产性分析,评价试点的代表性和分辨力。结果表明:蔗茎产量和蔗糖产量在不同品种和试点间存在极显著差异,品种和试点存在极显著互作效应。‘福农40号’综合表现最佳,是产量高、丰产性好且蔗茎产量和蔗糖产量的稳定性均较强的品种;‘云蔗08-2060’的产量略低于‘福农40号’,但蔗茎产量和蔗糖产量的稳定性强于‘福农40号’;与对照品种‘ROC22’相比,‘粤甘43号’、‘粤甘46号’和‘闽糖02-205’的蔗茎产量和蔗糖产量较高,稳定性中等,‘福农40号’、‘粤甘43号’、‘粤甘46号’和‘云蔗08-2060’均具有较强的适应性,可在适宜蔗区推广应用。综合AMMI和HA-GGE双标图分析结果表明,广东遂溪、云南开远和福建福州具有较高的地点分辨力和试点代表性。因此,AMMI和HA-GGE双标图的综合运用,可更准确直观地评价出各品种的丰产性、稳定性和适应性以及各试点的分辨力和代表性。本研究可为甘蔗新品种的鉴定与推广提供有价值的理论参考。     

温室甜椒生长与产量预测模型

基于光温的作物生长模拟模型是进行温室作物和环境优化调控的有力工具。通过不同品种、不同生态地点的温室播期试验,定量分析辐射和温度对甜椒干物质分配和果实采收指数的影响,以及果实干物质量增长和鲜质量增长的关系,建立以辐热积为预测指标的甜椒干物质分配模型,并将其与光合作用驱动的干物质生产模型以及果实干物质量增长和鲜质量增长的定量关系相结合,建立温室甜椒生长动态与产量预测模型。利用与建模相独立的试验资料对模型进行检验,结果表明,模型对Venlo型连栋温室和日光温室中种植的不同品种甜椒的干物质生产与分配和产量的预测结果较好,建立的模型参数少且易获取,实用性较强,可以为中国温室甜椒生产中光温的管理提供决策支持。     

甜荞产量性状综合评价及AMMI分析

为了评价全国区域试验甜荞品种（系）在山西不同生态区的性状表现、品种稳定性及适应性,本研究以2019—2020年全国甜荞区试的6个参试品种（系）为试验材料,在山西省榆次（E1）、忻州（E2）、大同（E3）3个生态区种植,对参试品种的产量、每公顷株数、株高、主茎分枝、主茎节数、单株粒数、单株粒重、千粒重、生育期等9个主要性状进行考察;采用加性主效应乘积交互作用（AMMI）模型分析和双标图对3个试点进行产量稳定性、适应性及试点鉴别力分析,并对产量相关性状进行变异性分析和遗传相关分析。结果表明,在6个参试品种（系）中,丰产性、稳定性和适应性较好的品种为白荞3号和平荞2号。3个区试点均适宜甜荞品种鉴选,但相比榆次和大同,忻州试点的鉴别力最大。不同试验年份3个试点甜荞品种的产量及相关性状变异较大,6个品种（系）9个性状的变异范围在8.71%～35.80%,平均变异系数达19.34%。其中,变异系数较大的为主茎分枝,然后依次是每公顷株数、单株粒数和单株粒重,株高和生育期变异系数较小。对产量相关性状的遗传相关性分析也表明,株高与主茎分枝、单株粒数与单株粒重、单株粒数与产量以及单株粒重与产量均呈正向遗传...     

大豆不同品种间作提高光能利用的研究

<正> 提高大豆产量,除选育高产品种外,从栽培方式上改善群体光照条件以提高光能利用率,则是一个重要方面。近年来从单一品种群体的合理密植与不同作物间作套种的研究,发展到同一作物“种内”不同生态类型的搭配种植。试图利用不同品种的植株高低,成熟早晚或株叶型差异等特点进行搭     

水稻计算机模拟模型及其应用之六 长江流域水稻穗粒结构的气候生态特征及库源关系协调性分析

本文应用以下模型或子模型:(1)有效穗数子模型,(2)每穗粒数子模型,(3)结实率子模型,(4)生育期“水稻钟”模型,(5)群体光合生产(或“源”产量)模型,(6)“库”产量模型,对不同品种或品种类型水稻的穗粒结构在长江流域的气候生态特征和“库”、“源”产量的协调性特征进行了数最分析。分析结果对于评价不同品种或类型的水稻在长江流域的气候适应性,找出限制产量的气候因素,指出增产途径和制定生产对策具有重要价值。最后还利用长江流域水稻气候生态鉴定试验(1985～1986)的有关资料对上述分析结果进行了验证和评价。     

黑土农田大豆产量形成过程的模拟验证

以中国科学院海伦农业生态站长期定位水肥耦合试验数据为依据,模拟大豆产量形成过程。首先建立大豆品种遗传属性数据库和相应的模型参数,利用DSSAT模型系列中的CropGro-Soybean模型,对大豆品种遗传属性、作物产量和生长过程中土壤水分进行了模拟验证。模拟结果表明,CropGro-Soybean模型能够准确地模拟大豆生育期,相对误差在-2％～3％之间,均方根误差RMSE为2．3。对不同年际不同田间处理的大豆产量模拟结果分析的相对误差在-7％～9％之间,均方根误差RMSE为75．9,模型性能指数EF为0．8。模型对不同层次土壤水分变化的模拟效果也较好。     

分布式水文模型在陕西省冬小麦产量模拟中的应用

利用分布式水文模型和作物模型模拟了不同深度的土壤含水量,以及在连接分布式水文模型和不连接分布式水文模型两种方式下,利用作物模型分别对冬小麦叶面积指数、干物重增量和产量进行了模拟,最后采用连接分布式水文模型的作物模型模拟了全流域内冬小麦产量的空间分布。模拟结果经对比检验表明,分布式水文模型在土壤水分模拟方面准确性高于作物模型;连接分布式水文模型的作物模型对冬小麦生长过程和产量的模拟结果准确性均高于作物模型独立模拟的结果;连接分布式水文模型的作物模型在流域内对冬小麦产量的空间分布模拟结果也与农业试验站观测产量和社会统计产量基本一致,高产区、低产区分布与实际基本相吻合。这为分布式水文模型和作物模型耦合应用,以及通过引进分布式水文模型来推动作物模型和产量预报研究进一步发展提供了基本的试验支持。     

基于遗传算法求解的冬小麦优化灌溉产量模型研究

为了在有限灌溉水量条件下研究作物最大产量与不同生育阶段水量分配的关系，该文以静态的作物水分生产函数Jensen模型为基础，建立基于产量最大的有限灌水量优化灌溉模型，并应用最优保存策略遗传算法对建立的多约束非线性模型进行求解。结果显示遗传算法能在不同的灌溉情况下，搜索到模型的最优解，并且能对有限的灌水量在作物不同生育期进行优化分配。     

作物产量差研究与展望

作物实际产量与潜在产量间存在较大差距,地区间甚至同一地区不同田块间作物产量也存在显著差异,这种现象在世界范围内的农业生产中广泛存在.缩小该差距对于提高粮食产量,确保粮食安全具有重要意义.本文在阐述开展作物产量差研究重要性和必要性的基础上,从产量差的内涵、研究尺度的扩展及分析方法等方面介绍了目前国内外有关作物产量差的研究进展,并综述了作物生长模拟模型在产量差研究中的应用,最后分析了目前作物产量差研究中存在的问题和不足之处,并探讨了未来作物产量差研究的发展方向.     

CropSyst作物模型在松嫩平原典型黑土区的校正和验证

通过对CropSyst作物模拟模型进行修订和验证，应用该模型对松嫩平原黑土区主要作物的生产潜力进行了模拟，并对作物生产力模拟的有效方法进行了初步探索。模拟结果表明，对于主要作物的经济产量、全生育期蒸散量、收获时的地上生物量，模拟值与实测值较为接近。模拟值和实测值的均方根误差RMSE为3.59%(小麦地上生物量)～8.02%(小麦产量)，模拟性能指数EF最小为0.76(玉米蒸散量)，最大为0.90(小麦产量)。     

黄淮海地区冬小麦品种进化过程中叶片农业气象指标演化分析

利用Licor-6200便携式光合作用测定仪，对建国以来黄淮海地区不同年代有代表性的12个冬小麦品种光合速率进行了测定，确定了相应的最大光合速率，此外，利用Licor-188B辐射量子照度仪测定了不同年代冬小麦品种的叶片光学特性和比叶重。研究表明国外参数与中国实际情况存在一定差异；即使国内同一作物，不同年代不同品种导致参数差异十分明显。因此作物模型输入参数不宜直接引用国外文献结论。文中给出了中国不同年代冬小麦叶片最大光合速率等农业气象指标，为农业气象数值模式提出了多种模型参数。     

针对华北小麦越冬的WOFOST模型改进

华北冬小麦生育期间存在较长的越冬休眠期，利用作物模型准确模拟冬小麦越冬过程有利于改善模型的模拟效果。本文针对华北地区气候特征和冬小麦品种生态类型，从冬小麦越冬、返青的气象指标出发对WOFOST模型进行了参数调整，从而实现了该模型对越冬物候期的模拟。根据返青后实际观测资料对返青期生物量的重新初始化，使WOFOST模型可以模拟出华北冬小麦的越冬损耗现象，并使模拟整个生育期地上生物量的平均拟合优度和关键发育期生物量的相对误差有所降低，为WOFOST模型适应华北冬小麦生长发育的模拟及区域应用奠定了基础。     

黄淮海地区冬小麦光合作用参数的取值范围

叶片初始量子效率α和最大光合速率Pmax是作物模型中计算光合作用的两个关键的敏感参数。这两个参数的确定一直是作物模型研究的难点。本文利用Li-6400便携式光合作用测定仪在山东农业大学实验基地进行了为期7a的大量田间观测实验。在获取大量实验数据的基础上,拟合了光合作用的光响应曲线,并确定了冬小麦初始量子效率α和最大光合速率Pmax。则结果表明,这两个参数依冬小麦品种的不同而变化,即存在较大的不稳定性,但当把各品种7a的实验数据进行综合拟合时,变化范围则较稳定。在本研究中,α变化范围为0．053—0．107mol·mol^-1,Pmax的变化范围为10．1～49．2μmol·m^-2·s^-1。确定的初始光量子效率α和最大光合速率Pmax的取值范围,可为作物模型关键参数的确定提供参考。     

气候变化对我国主要粮食作物产量的影响及适应措施

过去几十年气候变化对我国主要粮食作物产量产生了重要影响,为了研究作物产量对气候变化的响应和适应,保障粮食安全,基于国内相关研究文献,分析归纳了研究方法,综述了国内小麦、玉米和水稻等主要粮食作物产量对气候变化的响应和适应,得出如下结论:（1）作物产量对气候变化响应的研究方法主要包括田间试验观测、统计分析和作物模型模拟等方法,其中田间观测法最直观,统计分析法可操作性强、应用最为普遍,作物模型模拟机理性强,可以定量描述气候因子对作物产量的影响,外推效果好;（2）近几十年来,小麦生育期内气温升高和辐射变化使我国北方小麦增产0.9%~12.9%,南方小麦减产1.2%~10.2%;气候变暖对玉米产量贡献率为-41.4%~0.4%;水稻生育期内气温升高和辐射增强有利于东北地区水稻产量增加,增产贡献率为1.01%~3.29%,而辐射减弱对长江流域等南方主要水稻种植区的水稻产量（长江流域晚熟稻除外）产生不利影响;（3）未来气候变化情境下小麦应从延长生殖生长期、增加籽粒数量和提高收获指数等方面培育新品种应对气候变暖对作物产量的不利影响;耐高温和长生殖生长期的玉米品种可以用来应对气温、降水等气候因子的变化;水稻则应选育耐高温品种应对气温和辐射等因子的变化所带来的作物生产上的风险。     

小麦生产管理知识模型系统

A knowledge model with temporal and spatial characteristics for the quantitative design of a cultural pattern in wheat production, using systems analysis and dynamic modeling techniques, was developed for wheat management, as a decision-making tool in digital farming. The fundamental relationships and algorithms of wheat growth indices and management criteria to cultivars, ecological environments, and production levels were derived from the existing literature and research data to establish a knowledge model system for quantitative wheat management using Visual C^＋＋. The system designed a cultural management plan for general management guidelines and crop regulation indices for timecourse control criteria during the wheat-growing period. The cultural management plan module included submodels to determine target grain yield and quality, cultivar choice, sowing date, population density, sowing rate, fertilization strategy, and water management, whereas the crop regulation indices module included submodels for suitable development stages, dynamic growth indices, source-sink indices, and nutrient indices. Ewluation of the knowledge model by design studies on the basis of data sets of different eco-sites, cultiwrs, and soil types indicated a favorable performance of the model system in recommending growth indices and management criteria under diverse conditions. Practical application of the knowledge model system in comparative field experiments produced yield gains of 2.4% to 16.5%. Thus, the presented knowledge model system overcame some of the difficulties of the traditional wheat management patterns and expert systems, and laid a foundation for facilitating the digitization of wheat management.     

干旱条件下APSIM模型修正及华北冬小麦产量模拟效果

干旱是影响华北地区冬小麦产量的主要农业气象灾害之一,作物生长模型是评估干旱对作物产量影响主要方法之一,但作物生长模型对极端天气气候条件下（如干旱）作物产量模拟效果仍存在不确定性。为提高作物模型在干旱条件下对作物产量模拟的精准性,该研究利用调参验证后的农业生产系统模型（agricultural production systems simulator,APSIM）,通过查阅与华北地区冬小麦相关的186篇大田试验文献获得1 876对观测数据,以作物水分亏缺指数为干旱指标,评估APSIM模型在冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段干旱对产量影响的模拟效果,提出APSIM在拔节-开花和开花-成熟阶段干旱对小麦产量影响的修正系数。基于历史气候条件、SSP245和SSP585未来气候情景资料,分析了冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段干旱时空分布特征,并采用修正系数校正后的APSIM模型评估华北地区冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段不同等级干旱对其产量的影响。结果表明,APSIM模型低估了拔节-开花阶段干旱对冬小麦产量影响程度,轻旱、中旱和重旱校正系数分别为0.85、0.91和0.85;APSIM模型可准确模...     

基于GIS的区域作物生长模拟模型

利用VB程序语言改写SUCROS作物生长模型,将其模块法并改进了水分平衡和作物系数算法。通过试验数据对参数的校验,模型可以较准确模拟主要作物生长变量和预测产量。以GIS与作物生长模拟模块紧密集成的方式,采用ArcGIS Engine控件开发了区域作物模拟模型(RCGM),可用以模拟区域作物生长和产量时空分布。建立空间数据库管理区域作物生长模拟所需空间数据。以河北省栾城县为例,应用RCGM进行县域冬小麦生长模拟和产量预测,模拟产量平均相对误差为12.51%,表明区域模型模拟也有较高准确性。     

基于DSSAT模型的氮肥管理下华北地区冬小麦产量差的模拟

为了评价氮肥管理对华北地区冬小麦产量差的影响,利用大田试验数据和田间调查的方法,应用DSSAT模型分析了吴桥不同氮肥水平下冬小麦多年平均可获得产量及产量差,并研究了不同地块产量差和氮肥农学效率差的分布。结果表明,不同地块冬小麦产量差异显著,但产量变异较小,地块间施肥水平存在明显差异,且变异较大。模型分析确定222 kg/hm2为最佳施氮肥量,对应的最大可获得产量为7618 kg/hm2,地块产量与最大可获得产量有较大差距,当地冬小麦产量具有一定的提升空间。75%的农户地块的施氮量高于最佳施氮量,且氮肥农学效率普遍偏低。因此,生产中应优化氮肥管理方案,适当减氮并调整施肥时期和改进技术,提高氮肥农学效率,以实现冬小麦生产高产高效。在保障国家粮食安全和保护自然环境双重压力的背景下,通过合理的氮肥管理来缩减冬小麦产量差对提高中国粮食总产及保持农业可持续发展具有重要的意义。     

结合遥感技术与水稻生长模型来预算水稻产量

Since remote sensing can provide information on the actual status of an agricultural crop, the integration betwee nremote sensing data and crop growth simulation models has become an important trend for yield estimation and prediction. The main objective of this research was to combine a rice growth simulation model with remote sensing data to estimate rice grain yield for different growing seasons leading to an assessment of rice yield at regional levels. Integration between NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) data and the rice growth simulation model ORYZA1 to develop a new software, which was named as Rice-SRS Model, resulted in accurate estimates for rice yield in Shaoxing, China, with an estimation error reduced to 1.03% and 0.79% over-estimation and 0.79% under-estimation for early, single and late season rice, respectively. Selecting suitable dates for remote sensing images was an important factor which could influence estimation accuracy. Thus, given the different growing periods for each rice season, four images were needed for early and late rice, while five images were preferable for single season rice. Estimating rice yield using two or three images was possible, however, if images were obtained during the panicle initiation and heading stages.