设施番茄发育期与叶龄动态模拟模型研究

根据＂发育生理日数恒定＂原理构建设施番茄发育期与叶龄的动态模拟模型,利用2009年和2010年南京两个试验点的设施番茄品种（系）与播期、茬口试验及气象资料获取模型参数并检验模型。结果显示：所建发育期模型模拟的各发育阶段（出苗-定植、定植-现蕾、现蕾-坐果、坐果-成熟）模拟值与观测值之间的根均方差（RMSE）和平均绝对误差（ADe）分别为2.65d和3d、1.51d和1d、1.18d和1d、1.21d和1d;模拟全发育期时,RMSE值和ADe值分别为3.74d和3d,明显优于有效积温模拟模型的预测精度;利用叶龄动态模型模拟叶龄数时,RMSE值和ADe值都小于0.5片叶。说明本文所建模型可用于预测番茄的发育期和叶龄,并且具有较好适用性和可靠性,可为设施番茄生长模型的研究应用及数字化管理提供依据。     

基于WOFOST模型的内蒙古河套灌区玉米低温冷害评价

利用内蒙古河套灌区玉米生长发育观测资料,结合已有研究成果,对WOFOST模型进行本地化及适应性检验;利用研究区内12站1961-2010年逐日气象资料,分区作物参数,模拟玉米生长发育过程,确定抽雄期延迟日数、灌浆指数为玉米低温冷害指标,贮存器官干物重波动百分率为减产情况评价指标,对历史低温冷害年及减产情况进行分析。结果表明：本地化的WOFOST模型在内蒙古河套灌区的应用效果较好,可以用于该地区玉米生长的模拟;WOFOST模型能够较好地模拟玉米发育程度对低温冷害的响应,以抽雄期延迟日数和灌浆指数为冷害指标评估的历史冷害发生状况基本符合实际情况,1961-2010年研究区12个站点共发生不同程度低温冷害260站次,其中重度冷害占37.3%,轻中度占62.7%,在发生严重冷害的年份中,84.7%的年份表现为减产的趋势。本文结论与传统方法相比,玉米低温冷害评价的生物学意义更加明确,本地化的WOFOST模型可以在河套灌区玉米低温冷害监测、评估等业务中应用。     

基于气象因子的冬小麦发育期预报模型

冬小麦发育期预报是农业气象服务的主要内容之一。本文以光、温、水气象因子为基础,以位于河北省中南部冬麦区的南宫站为例,选取1991-2010年冬小麦全生育期农业气象观测数据和冬小麦生育期资料,分析光、温、水气象因子累积速率与冬小麦发育速率的相关性,建立各生育阶段冬小麦发育速率预测模型。结果表明：在研究区,光照和水分因子不是冬小麦发育速率的限制条件,不作为发育期预测模型的因子;温度因子是影响冬小麦发育速率的主导因子,返青至各阶段的有效积温累积速率与对应的发育速率的相关系数,较单一生育阶段的相关系数显著提高（P＜0.05）,冬前有效积温与返青-拔节、返青-抽穗阶段的发育速率显著相关（P＜0.05）;以相关显著的温度因子为自变量建立的4个阶段发育速率预测模型,模拟最大绝对误差为7d,返青-拔节平均绝对误差为3d,返青-抽穗为2.8d,返青-乳熟3.3d,返青-成熟2.2d,模型模拟精度较高,可以满足农业气象业务服务的需求。     

基于气候适宜度的河南夏玉米发育期预报模型

准确预报作物发育期是开展农业气象条件分析评估和灾害监测预警等工作的基础,利用河南省19个农气站1981-2006年夏玉米发育期观测资料和地面气象观测资料,建立综合温度、降水、日照三要素的气候适宜度评价模型,构建基于气候适宜度的夏玉米发育期预报生理指标及预报模型.利用2007-2010年观测数据对模型的预报结果进行验证,结果表明,各发育阶段持续日数模型的预报值与观测值吻合度较高,二者相关系数除抽雄-乳熟期稍低呈显著相关外,其它发育阶段均为极显著相关.各发育阶段持续日数预报值与观测值之间绝对误差（ABSE）在1.8 ～2.9d,标准误差（RMSE）在2.8～3.9d,七叶-拔节期预报精度最高,标准误差（RMSE）为2.8d,乳熟-成熟期稍差,RMSE为3.9d.模型的预报精度基本能满足业务服务的需求,具有推广应用价值.     

基于生理发育时间的日光温室番茄发育模拟模型

掌握温室番茄生育期是温室番茄专家决策系统中进行生产安排和市场销售的重要内容，本研究将温度对番茄发育速率影响效应的大小用相对热效应（RTE）来衡量，通过研究Beta函数的性质提出基于幂函数的模型来描述RTE与温度之间的关系。每日相对热效应（RTE）决定每日生理发育效应（PDE）的大小，其累积形成每日的生理发育时间。采用生理发育时间（PhysiologicalDevelopmentTime，PDT）作为定量发育进程的尺度，建立了温室番茄发育模拟模型。利用模型对日光温室2年4茬番茄生长发育期资料进行检验的结果表明：模型能较好地预测各个发育期（发芽、苗期、开花座果、结果和采收期）的出现时间和持续时间，各生育期模拟值与观测值的回归估计标准误差（RMSE）分别为1．32d，1．73d，0．35d，1．58d，2．52d，显著优于以有效积温模拟模型的预测精度（其生育期模拟的RMSE分别为2．55d，9．74d，2．06d，9．27d，11．99d）。     

钟模型在日光温室番茄发育进程模拟中的适应性探讨

依据日光温室番茄生长发育的光温反应特性,基于2个番茄品种不同播期12个生长季的发育阶段日数、温度和日照时数观测资料,利用钟模型中相关数学指数表达式表征番茄的不同发育时期和发育进度,将番茄的发育时期指标化。随后对各个发育阶段的模型参数进行求解,得到基本发育系数、温度反应特性遗传参数和光照反应特性遗传参数等模型参数初值,对模型进行统计检验和调试,使模型的模拟值与实测值之间误差最小,由此得到模型参数终值,建立基于钟模型方法的温室番茄发育期模拟模型。经验证,该模型在播种-三叶期、播种-初花期、播种-坐果期、播种-成熟期和播种-拉秧期5个番茄发育阶段模拟值与实际观测值之间的回归估计均方根误差(RMSE)分别为8.3、14.4、16.3、23.7和28.1d;回归估计标准均方根误差(NRMSE)分别为20.78%、20.18%、20.21%、17.35%和14.86%,表明本模型模拟效果较好。将钟模型模拟结果与有效积温法模拟结果进行对比,钟模型对各个关键发育期的模拟精度更高,模拟效果更好。     

农业气候资源配置对天水山旱地玉米的影响

通过对1985-2004年山旱地玉米产量与玉米不同生育时段光、温、水等气象条件统计分析,利用逐步回归方法得出了影响山旱地玉米产量形成的主要气象因子;按照光温、温水、光水、光温水要素进行积商组合,同气候产量要素系数进行相关分析,得到了不同农业气候资源要素组合配置的适宜范围,研究结果对农业生产具有指导意义.     

2015年夏收粮油作物全生育期农业气象条件评价

2014/2015年冬小麦全生育期内,主产区大部光、温、水气象条件匹配较好,干旱、干热风等农业气象灾害发生范围小、影响程度轻。油菜全生育期内,主产区大部光热较充足,土壤墒情适宜,冬季阶段性低温雨雪天气使部分地区油菜受冻,但总体影响偏轻。全生育期内气象条件整体利于冬小麦、油菜生长发育及产量形成。     

河套灌区不同育苗期和大棚温度对水稻生长的影响模拟

为确定宁夏河套灌区水稻适宜育秧和移栽期的综合气象指标,利用中卫市1996-2003年对宁粳16号水稻品种观测的资料,采用CERES-Rice模型对遗传参数进行本地化调试。模拟水稻产量、结实粒数、播种-开花和全生育期日数,并利用宁夏灌区10个市(县)资料验证模型的区域模拟能力。设置不同育秧日数和棚内气温,模拟二者对水稻产量、单位面积结实粒数和生育进程的单独和综合影响,以确定适宜移栽期的综合气象指标。结果表明:模型对水稻产量、结实粒数、播种-开花和全生育期日数模拟能力较好,产量和结实粒数的模拟最大误差分别为2.93%和3.47%,一致性指数分别达0.98和0.92;播种-开花日数模拟误差大多在3d以内,一致性指数为0.77。假定本田期的气象条件、施肥、灌溉等措施均不变,设置不同育秧温度和育秧日数,模拟发现育秧日数26~30d比18~24d时水稻产量高,结实粒数多。32℃下育秧的水稻产量和结实粒数最高,播种-开花和全生育期日数相对较短。同时改变育秧日数和育秧棚内气温,在育秧期较短时育秧温度升高将提高产量,增加结实粒数。而在育秧期较长时,育秧温度升高造成产量下降,结实粒数减少。32℃下育秧20d时水稻产量最高,结实最多,播种-开花和全生育期日数相对较短。育秧日数相同时,播种-开花和全生育期日数随育秧温度的升高而缩短;育秧温度相同时,播种-开花和全生育期日数随育秧期的延长而缩短。不同育秧温度下的最适育秧日数可作为预测河套灌区各地水稻适宜移栽期的综合农业气象指标,为细化水稻适宜移栽期的农业气象指标提供了新途径。     

基于WOFOST的东北地区玉米生育期气象条件适宜度评价

利用东北地区1981-2007年164个气象站逐日气象资料、玉米产量资料和30个农业气象试验站的玉米生育期资料,建立东北地区玉米生长发育期气象条件适宜程度诊断模型,计算玉米主要发育阶段(播种-出苗、出苗-拔节、拔节-开花、开花-乳熟、乳熟-成熟)的综合气象适宜度指数.应用WOFOST模型模拟玉米生物量,采用优化方法确定了基于模拟生物量(地上总干物重、穗重)的东北地区玉米不同发育阶段气象适宜程度诊断指标,动态、定量评价了玉米各生育阶段的气象适宜程度,并以2006年玉米全生育期气象适宜程度评价结果为例进行比较验证.结果表明,该方法的评价结果与利用综合气象适宜度指数得到的评价结果相比,等级完全相同和相差一个等级的占85％～90％,与研究区农业气象部门的监测公报也基本一致.表明该方法得到的评价结果可为玉米生产适应气候变化提供决策依据,相应的评价指标可在农业气象业务中推广应用.     

中国三大灌区参考作物蒸散量温度法模型的修订与适应性评价

为提高中国三大灌区（都江堰灌区、河套灌区和淠史杭灌区）参考作物蒸散量（reference crop evapotranspiration,ET 0 ）温度法的计算精度,选取 8 个代表性站点 1961-2014 年逐日气象资料,采用 Irmark-Allen（IA）、Hargreaves and Samani（HS）、Turc（Tur）、McCloud（MC）、Schendel（Sch）、Trajkovic （Tra）、Droogres and Allen?1（DA-1）和 Droogres and Allen?2（DA-2）共 8 种温度法计算 ET 0 ,以 FAO-56 Penman-Monteith（PM）法计算结果为标准,基于各方法计算的 ET 0 日值线性回归方程（y=kx+b）,分别 在都江堰灌区选取 IA 法和 Tra 法,河套灌区选取 HS 法、DA-1 法和 DA-2 法,淠史杭灌区选取 IA 法、 HS 法、DA-1 法和 DA-2 法,引入调差参数对模型进行修订,利用均方根误差（RMSE）、平均相对误差 （MRE）和 Nash-Sutcliffe 系数（NS）对其适应性进行评价。结果表明：都江堰灌区和淠史杭灌区所选 模型修订后计算精度均有明显提高,河套灌区提高不明显;都江堰灌区 IA 修订模型（IA-Du 法）在该灌 区计算精度最高,其日值、旬值的 RMSE、MRE 和 NS 分别为 0.318mm·d-1 、0.120 和 0.923,0.201mm·d-1 、 0.093 和 0.959,且在不同月份均有较高计算精度;河套灌区计算精度最高模型为 HS 法,其日值、旬值 的 RMSE、MRE 和 NS 分别为 0.898mm·d-1 、0.326 和 0.785,0.547mm·d-1 、0.223 和 0.904,且在 1-5 月 和 10-12 月具有较高计算精度;淠史杭灌区 IA 修订模型（IA -Pi 法）在该灌区计算精度最高,其日值、旬 值的 RMSE、MRE 和 NS 分别为 0.534mm·d -1 、0.195 和 0.861,0.390mm·d -1 、0.167 和 0.896,且在不同 月份均具有较高计算精度。因此,推荐 IA -Du 法、HS 法和 IA -Pi 法分别作为都江堰灌区、河套灌区和淠史 杭灌区计算参考作物蒸散量的方法。     

园艺作物发育期和采收期模拟模型的最优模拟路径

为了确定通用性园艺作物发育期和采收期模拟模型的最优模拟路径,该研究获取了9 a 58茬分期播种试验观测数据,分别以黄瓜（‘津优 35’和‘津盛206’）、番茄（‘瑞粉 882’和‘普罗旺斯’）、芹菜 （‘尤文图斯’）、菠菜（‘大叶’）、香芹（‘四季’）、郁金香（‘粉色印象’、‘白日梦’、‘艾斯米’和‘夜皇后’）、茶叶（‘龙井’）为供试材料,依据作物生长发育与关键气象因子（辐射和温度）的关系,基于4类建模方法（温差法、积温法、生理发育时间法和辐热积法）构建了园艺作物发育期和采收期模拟模型,确定了模型关键参数,并以4种方式（平均值、最值均值、中值和逐步回归）集成模拟结果,最终确定模型最优模拟路径。结果表明：1）不同时间尺度发育期和采收期模拟模型的均方根误差（root mean square error,RMSE）为4.85～17.01 d,归一化均方根误差（normalized root mean square error,NRMSE）为10.65%～16.31%;不同作物发育期和采收期模拟模型的RMSE为0.50～17.08 d,NRMSE为4.33%～20.24%,郁金香发育期模拟模型最优,黄瓜采收期模拟模型最优;不同模拟方法发育期和采收期模拟模型的RMSE为0.08～24.37 d,NRMSE为0.18%～54.81%。2）通过比较不同模拟方法的模拟精度,得出逐时优于逐日时间尺度,集成方法优于单一方法模拟,正弦优于线性温度响应模式,叶温优于气温温度形式,温度响应模拟需要考虑下限和上限温度。3）最优模拟路径为先选择逐时尺度、考虑生物学下限和上限温度的正弦温度响应模式和叶温温度形式构建模型,再选择集成法优化发育期（中值集成）和采收期（逐步回归集成）模型。研究结果为指导园艺作物智慧生产管理和高效利用农业资源方面提供理论基础和技术支撑。     

基于遥感蒸散发的区域作物估产方法

灌区作物产量估算对农业用水效率评价和灌区水分管理具有重要意义。该研究以干旱区代表性灌区-内蒙古河套灌区主要农作区为研究对象,基于遥感蒸散发模型HTEM和遥感作物识别结果获取河套灌区玉米生育期日蒸散发量。选取Jensen模型、Blank模型和Stewart模型3种常用水分生产函数模型,建立河套灌区玉米估产模型,并分析各估产模型的适用性及其参数。结果表明,研究区玉米生育期多年平均蒸散发量约为526 mm。3个模型均有较高的估产精度,其中Stewart模型的产量模拟精度最高,相对误差为4.30%,相关系数为0.75。因此,Stewart模型在河套灌区具有更好的适用性,基于遥感蒸散发模型、遥感作物识别模型和作物水分生产函数模型建立灌区作物估产模型可以取得良好的模拟效果。     

“中国农业系统模型”在长江流域的适应性检验及其模拟应用

利用水稻生长观测资料和气象资料,对＂中国农业系统模型（ChinaAgrosys）＂在整个长江流域水稻发育期、叶面积指数和生物量方面的模拟能力进行了综合评价。模型检验结果显示：发育期、叶面积指数和生物量的模拟值与观测值的均方根误差（RMSE）分别为4.4d、2.4、2010 kg·hm^-2,相对误差分别在-10%-11%、-30%-30%、-23%-24%,表明该模型可以用于长江流域历史和未来时期水稻的生育期、叶面积指数和生物量的模拟研究。利用此模型模拟了1955-2005年流域30个站点历年一季稻生物产量,并计算了各点的逐年变化趋势。结果表明：过去51a长江流域一季稻生物产量总体呈下降趋势,这可能与近年来流域夏季降水增多、日照时数减少有关。     

玉米地上主要器官形态建成的动态模拟

构建玉米茎秆、叶片和穗等器官的形态建成模型,可为玉米器官建成的定量预测和虚拟玉米生长系统的建立提供理论参考。以‘金山27’、‘先玉335’、‘伟科702’和‘郑单958’等玉米品种为试验材料,构建玉米器官形态建成的动态模拟模型。模型以生理发育时间(PDT)为时间步长,以生理发育日来衡量茎秆、叶片和穗的生长进程与生长次序,以品种遗传参数为基础确定其他模型参数,引入了最小含氮量、最大含氮量和临界含氮量订正氮素的影响。不同品种、不同试验点的检验结果表明,节间长度的模拟误差为0~2.5 cm,RMSE为0.2~0.8 cm;节间粗度的模拟误差为0.001~0.397 cm,RMSE为0.050~0.156 cm;叶片长度的模拟误差为0~2.6 cm,RMSE为0.5~1.1 cm;叶片宽度的模拟误差为0~1.5 cm,RMSE为0.1~0.5 cm;雌穗长度的模拟误差为0.1~1.4 cm,RMSE为0.4~0.7 cm;雌穗粗度的模拟误差为0~0.255 cm,RMSE为0.070~0.141 cm;雄穗长度的模拟误差为0.1~2.1 cm,RMSE为0.5~0.9 cm;雄穗粗度的模拟误差为0.001~0.158 cm,RMSE为0.050~0.066 cm。模型表现出较好的预测性和可靠性。     

河套地区玉米叶面积指数的动态模拟

以河套灌区玉米为研究对象,设7个玉米播期,从4月1日开始每10d一个播期,通过观测玉米生育期气象条件和不同播期玉米叶面积指数,建立玉米叶面积指数LAI动态模型。首先建立以生理日数为自变量的普适模型,利用该模型计算的第1-4播期玉米叶面积指数最大值出现在吐丝期后23~26d,第5-7播期的LAI最大值则出现在吐丝期后13~19d,模型对准确描述叶面积指数生长规律有一定局限性。然后,以积温为自变量对模型进行修订,结果显示该模型计算的第1-4播期的LAI最大值点的活动积温为1901.2~1996.7℃·d,第5-7播期的则为1579.7~1825.6℃·d,但该模型并未剔除低于10℃的无效积温,仍有一定局限性。最后,采用修正的Logistic方程构建玉米相对叶面积指数动态普适模型,方程均通过0.01水平的显著性检验,标准化后数据点的离散程度明显下降,出苗后有效积温达1004.4℃·d时河套地区玉米叶面积指数达最大值。研究结果可为准确模拟玉米叶片生长及光合产物分配提供依据。     

宁夏引黄灌区春小麦需水规律及水分指标的研究

采用农田土壤水分平衡方程和联合国粮农组织推荐计算作物蒸散量的方法 ,利用田间试验土壤含水量与气象条件和作物之间关系 ,研究确定宁夏灌区春小麦不同发育期水分指标及发育期需水规律 ,用曲线拟合方法计算出土壤含水量与春小麦生理、生态特征之间统计方程 ,建立了节水灌溉模型 ,并制定了灌区春小麦适宜灌溉量及灌溉时次     

内蒙古河套灌区荒地水盐运移规律模拟

该文以内蒙古河套灌区为背景展开荒地水盐运移规律研究。在田间试验基础上,分析荒地土壤水盐的运移机理,利用HYDRUS-1D模型对荒地土壤水盐的迁移规律进行了模拟。荒地做为灌区盐分的贮存地,成为灌区水盐平衡的重要调节因素,荒地水盐动态研究对于干旱灌区具有重要意义。结果表明,强蒸发是荒地水盐运移的原动力,5 cm土层EC值上升了66.10%,20 cm土层EC值上升了63.89%。荒地在作物生育期是积盐的过程,在秋浇期是流失盐分的过程。经检验,HYDRUS－1D模型对盐渍化地区荒地水盐在垂直方向运移的模拟具有较高的精度,为区域水盐管理和灌区的可持续发展提供科学依据。     

基于APSIM模型评估北方八省春玉米生产对气候变化的响应

基于北方地区农业气象试验站春玉米多年田间试验数据和逐日气象数据,分析农业生产系统模型APSIM在北方八省春玉米产区的适用性,在区域尺度上识别春玉米发育期和产量的关键气象响应因子,模拟过去54a（1961?2014年）该地区春玉米的生长发育和产量形成过程,探讨春玉米发育期和产量对气候变化的响应规律。结果表明：验证后的APSIM玉米模型在北方八省春玉米产区具有较好的适用性。气温和土壤温度是北方各地春玉米发育期的首要关键气象响应因子,其中北方春播区春玉米各关键发育期对最高气温响应最明显,西北内陆区春玉米各关键发育期对最低气温响应最明显。平均气温、日最高气温、日最低气温和土壤温度的升高均会导致春玉米生育期（出苗、开花和成熟）日序提前,发育天数减少,春玉米提前成熟。北方春播区春玉米产量对温度、降水、日照时数响应明显,西北内陆区春玉米产量对温度和潜在蒸散响应明显,大部分地区温度的升高和潜在蒸散的增加会引起玉米产量的显著下降。     

基于植被指数的宁夏灌区春小麦叶面积指数模型

利用宁夏灌区典型代表站（永宁站）2005-2008年连续4a的大田春小麦叶面积观测资料和同期MODIS/Terra资料,对LAI（叶面积指数）与10种植被指数（MODIS-VI）间的相关性进行了分析。得出,抽穗-乳熟期所有植被指数与LAI的相关性均不显著,三叶-拔节期和三叶-抽穗期归一化差异光谱指数（NDSI）、再次归一化光谱指数（RDSI）与LAI相关性不显著外,其他指数与LAI均显著相关,因此,用分段函数模拟全生育期LAI才能达到最佳效果。经检验,模拟值与实测值之间直线方程的决定系数（R2）为0.9759,均方根误差（RMSE）为0.5519,准确度（Accuracy）为1.0745,说明模型具有较好的可靠性和适用性,可为今后开展基于LAI参数的春小麦长势监测、遥感估产及作物模型中参数的动态修订等提供参考。