浅论对水稻发育期模型的认识

在分析“水稻钟”模型等３个发育期模型的参数个数及其生物学意义的基础上，通过数学推证，揭示了各参数的关系。结果表明：模型事的感温性系数Ｐ、Ｑ并不相互独立，３个模型在描述水稻的感温性方面，可在“水稻钟”模型中求得统一。     

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。     

不同发育期干旱对冬小麦灌浆和产量影响的模拟

为探明不同强度干旱对农作物生长过程所产生的影响,本文基于作物生长模型WOFOST,采用数值模拟方法,模拟分析了河南省郑州地区冬小麦在拔节期、抽穗期和灌浆期分别发生不同程度干旱、两个发育期以及3个发育期都发生不同程度干旱对冬小麦灌浆过程和产量的影响。结果表明,当单一发育期供水减少10~30 mm时,干旱导致小麦灌浆强度在正常灌浆后的第14~18 d下降,可使小麦减产1.34%~12.5%,且以抽穗期干旱影响最大,其次是灌浆期干旱,拔节期干旱影响最小;当两个发育期供水都减少10~20 mm时,干旱导致小麦灌浆强度在正常灌浆后的第10~17 d下降,可使小麦减产4.94%~21.88%,且以抽穗期和灌浆期干旱影响为最大,其次是拔节期和灌浆期干旱,拔节期和抽穗期干旱影响最小;当3个发育期供水都减少5~15 mm时,干旱导致小麦灌浆强度在正常灌浆后的第11~16 d下降,可使小麦减产3.93%~24.84%。可见,干旱致使土壤水分亏缺,影响了作物正常的灌浆强度,进而导致作物减产。干旱发生时段与程度不同,造成作物的减产率也不尽相同,多个发育期干旱导致小麦的减产率往往大于单一发育期干旱相叠加的效应。     

气候变化对河南省夏玉米主栽品种发育期的影响模拟

为模拟气候变化对夏玉米发育期影响,本文将河南省划分为4个夏玉米主栽区,分区进行主栽品种遗传参数调试验证,确定各区域品种平均遗传参数。将未来气候变化情景(A2和B2)下,2020s、2050s和2080s各时段的温度和降水增量加上基准值,模拟未来气候变化对河南省夏玉米发育期的影响。模型调参验证结果表明：各区域品种遗传参数存在一定差异,豫西地区当前种植品种播种-开花所需积温高于其它地区,而豫北和豫东当前种植品种开花-成熟所需积温高于其它地区;各区开花期调参和验证误差RMSE为2～4d,相对误差NRMSE均小于10%;各区域成熟期调参误差RMSE均小于4d,验证误差RMSE为3～7d,除豫西区外,各区域调参及验证期间的成熟期相对误差NRMSE均小于10%。表明CERES-Maize模型对河南省各区域夏玉米发育期模拟精度均较高。未来气候变化影响模拟结果表明：A2和B2情景下,夏玉米营养生长期平均缩短4.7d和3.1d,全生育期平均缩短12.9d和8.6d。夏玉米生育期缩短日数与各时段增温幅度趋势一致,全省4个区域中豫西区生育期日数缩短最多。     

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。     

钟模型法建立甘蔗发育期模拟模型

基于作物发育动态理论模型原理及钟模型方法构建甘蔗发育期模拟模型（SDSM,sugarcane development simulation model）,模拟新植蔗和多年宿根蔗不同发育期。利用广西甘蔗主产区（宜州、沙塘、来宾、扶绥、贵港）的甘蔗发育期多年观测资料及同期气象数据,结合甘蔗各发育阶段的三基点温度指标,通过试错法确定甘蔗发育期模拟模型（SDSM）参数,模拟新植蔗、宿根蔗各发育期（播种-出苗、出苗-分蘖、分蘖-茎伸长、茎伸长-工艺成熟)。通过模拟值与实测值对比分析,对模拟效果进行评价。结果表明：模型具有较强的机理性,模型中基本发育函数部分反映了品种的基因特性,模型能够有效模拟甘蔗的发育期。新植蔗各发育阶段NRMSE在5.2%～26.31%,播种-出苗阶段模拟值与实测值相差8.1d,出苗-分蘖相差7.4d,分蘖-茎伸长相差4.6d,茎伸长-工艺成熟相差7.4d;宿根蔗各发育阶段NRMSE在6.52%～21.66%,上一年工艺成熟-发株阶段模拟值与实测值相差8.8d,发株-分蘖相差8.7d,分蘖-茎伸长相差7.5d,茎伸长-工艺成熟相差9.9d。说明模拟值与实测值具有较好的一致性与相关性,模型可以实现对甘蔗发育期的预测。     

不同发育期干旱对玉米籽粒形成与产量的影响模拟

利用作物生长模型模拟苗期和拔节期发生不同时长干旱（用连续无雨日数表示）时玉米的生长过程,分析单一发育期干旱和两个发育期同时发生干旱对玉米籽粒形成和产量的影响。结果表明：（1）苗期或拔节期分别发生10～40d的持续干旱,均会对玉米籽粒灌浆产生负面影响,并最终导致产量下降,且干旱持续时间越长对灌浆的影响越早,减产越严重。当玉米苗期和拔节期分别发生持续10d干旱时减产率分别为3.24%和3.5%,持续20d干旱时分别减产7.89%和8.31%,持续干旱30d时分别减产12.33%和13.71%,持续干旱40d时分别减产达21.6%和23.94%。（2）当玉米苗期和拔节期均发生持续时间为5、10、15、20d干旱时,分别减产1.77%、9.02%、18.93%和31.28%。可见,拔节期同等程度干旱造成的玉米减产幅度均大于苗期干旱,两个发育期同时发生干旱导致的减产率远大于单一发育期干旱相叠加产生的效应。     

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.     

用GIS和作物模型对作物生产进行区域模拟方法

简要地介绍了区域模拟及对模拟结果进行检验的方法。基于空间地理信息的模拟既能反映大范围地区内气候、土壤等地理信息的空间变量对作物产量的影响 ,也能反映不同地区社会经济情况、农业耕作方式等对作物生产的影响。在GIS技术支持下 ,对基于站点的作物生长模拟模型进行改造 ,从而对大区域范围进行以特点网格 (如 5 0km× 5 0km)为单元的模拟     

猕猴桃适宜采摘期确定及其贮藏性能

为研究猕猴桃果实生长发育及其适宜采收期。以贵长猕猴桃为试材,采用未浸果和浸果(氯吡脲10 mg/L)处理,监测了谢花后9~128 d果实生长发育规律与6个不同采收期下贮藏期果实品质及贮藏性的变化。结果表明,‘贵长’猕猴桃果实生长可分为3个时期:快速生长期(谢花后9~23 d)、缓慢生长期(谢花后23~100 d)和平缓生长期(谢花后100~128 d)。‘贵长’猕猴桃果实在生长期内,硬度变化呈先升高后降低,干物质和可滴定酸含量变化呈先快速增加后缓慢增加,可溶性固形物、可溶性总糖、叶绿素和可溶性蛋白含量变化呈逐渐增加,总酚和黄酮含量变化呈波动增加。10 mg/L氯吡脲浸果明显提高了‘贵长’猕猴桃果实的生长速率和生长量,降低了生长期果实的硬度;且能增加生长期和贮藏期果实干物质和可溶性蛋白含量、减少可滴定酸、总酚和黄酮含量,提高谢花后58~128 d和贮藏期果实可溶性固形物、可溶性总糖和叶绿素含量;但加速贮藏期糖高峰出现和可滴定酸损失,降低了贮藏性能。早采或晚采以及10 mg/L氯吡脲浸果均可加速‘贵长’猕猴桃果实的软化、硬度降低、质量和营养物质的损失,极显著地(P0.01)增加果实腐烂率。‘贵长’猕猴桃较适宜的采收期为谢花后125~132 d,即干物质达16.5%~17.5%、可溶性固形物达6.5%~7.5%间采收。该研究可为猕猴桃优质生产及适宜采收期提供理论支撑。     

通径分析结合BP神经网络方法估算夏玉米作物系数及蒸散量

准确估算蒸散量对于精准管理农田水分至关重要。为了解作物系数的动态特征,准确估算作物需水量,使用叶面积指数和气象要素模拟玉米全生育期作物系数及蒸散量。利用2018年五道沟实验站气象和称重式蒸渗仪实测数据,运用通径分析法筛选影响作物系数的关键因子,建立无雨期不同地下水埋深下作物系数模型,以此估算蒸散量。结果表明:1 m埋深下全生育期作物系数平均绝对误差为0.04 mm/d,相关系数为0.94,其中初期、发育期、中期和后期平均绝对误差分别为0.06、0.09、0.05和0.03 mm/d。3 m埋深下全生育期作物系数平均绝对误差为0.08 mm/d,相关系数为0.92,各生育期平均绝对误差分别为0.11、0.10、0.07和0.03 mm/d,利用温度、风速和叶面积指数模拟作物系数精度较高。1 m埋深全生育期ET平均绝对误差为0.72 mm/d,各生育阶段平均绝对误差分别为0.56、059、0.66和0.45 mm/d。3 m埋深全生育期ET平均绝对误差为0.73mm/d,各生育阶段ET平均绝对误差分别为0.82、0.98、0.68和0.29mm/d。不同时间尺度下(1、3、5 d) 2种埋...     

时段划分对棉花作物水模型的影响与改进

为了改善时段划分对作物水模型模拟精度的影响,依据山西水利职业技术学院试验基地2006和2008年棉花田间试验资料,将棉花全生育期等间隔地划分为不同时段,用非线性优化方法求得了不同时段数条件下的作物水模型参数,分析研究了模型参数与时段数的关系,据此在作物水模型的水分敏感指数累积函数中引入了时段数,并与现有的作物水模型进行了比较。结果表明,引入时段数的作物水模型模拟产量的相对误差随时段数的增加而减小,当时段数大于11时,相对误差平均值和最大值分别减小到7%和15%以下,与现有的作物水模型比较,模拟精度有所提高,但参数个数未增加。该模型更多地反映了水分胁迫时间对作物产量影响的信息。     

中国农作物秸秆资源分布及其产业体系与利用路径

中国具有丰富的农作物秸秆资源,推进农作物秸秆综合利用,不仅可减少田间焚烧环境污染、消除火灾隐患,还可增加农民收入、改善农村人居环境、促进农业可持续发展。基于中国大陆地区各省级行政区的统计数据,探讨了中国农作物秸秆资源构成与空间分布特征。玉米、水稻、小麦三大粮食作物秸秆占全国秸秆资源总量的84.8%;秸秆资源总体呈现出"东高西低、北高南低"的阶梯状分布特征。统揽中国秸秆产业发展全局,系统梳理并深入解析了中国秸秆产业政策体系、市场体系、技术体系和监管体系发展历程和现状。分别以单一利用、综合利用、战略布局和区域统筹为鲜明特征,将秸秆利用政策历程划分为政策起步期(1979—2007年)、政策发展期(2008—2012年)、政策转型期(2013—2016年)和政策深化期(2017年至今)。系统阐释了中国农作物秸秆农业利用、能源化利用和高值化利用的主要路径与模式。该研究可为指导中国秸秆资源开发利用提供重要的基础支撑和决策参考。     

大豆茎秆、叶片及豆荚生长的动态模拟

以疆莫豆1号、蒙豆30、北豆5号为试材,在系统观测的基础上,构建了大豆茎秆、叶片和豆荚等器官的形态建成模型。模型以生理发育时间为时间步长,以生理发育日来衡量茎秆、叶片和豆荚的生长进程与生长次序,以品种遗传参数为基础来确定其他的模型参数,引入了最小含氮量、最大含氮量和临界含氮量来订正氮素的影响。不同品种不同播期的检验结果表明,节间长度的模拟误差在0.08～0.59 cm,RMSE在0.25～0.28 cm;节间粗度的模拟误差在0～0.10 cm,RMSE在0.04～0.05 cm;叶片长度的模拟误差在0.28～0.58 cm,RMSE为0.47 cm;叶片宽度的模拟误差在0.31～0.39 cm,RMSE在0.35～0.36 cm;豆荚长度的模拟误差在0.14～0.39 cm,RMSE在0.24～0.39 cm;豆荚宽度的模拟误差在0.09～0.21 cm,RMSE在0.14～0.17 cm;豆荚厚度的模拟误差在0.04～0.09 cm,RMSE在0.06～0.07 cm。模型表现出较好的预测性和可靠性。该研究可为大豆器官形态的虚拟显示提供参考。     

光谱信息与作物生长模型数据同化中的时间尺度优化

光谱信息与作物生长模型同化的效率提升是同化方法区域应用研究的一个重要方面。该文通过设置不同步长的光谱观测值同化时相,开展针对光谱信息与作物生长模型WOFOST(world food studies)同化的时间尺度优化研究,以提高同化效率。基于长春地区水稻生长周期,该文设置了4个等距时间尺度(步长分别为5,10,20和30 d)和一个关键时相时间尺度(同化时相对应水稻生长关键时期),在不同时间尺度下利用光谱信息计算的修正叶绿素吸收比值指数MCARI1(modified chlorophyll absorption ratio index)同化WOFOST模型,通过比较不同时间尺度下的同化精度和效率,优化同化时间尺度。结果表明:随着同化时间尺度增大,同化效率逐渐提高,而同化精度逐渐降低。在平衡精度和效率的前提下,选择步长介于10~20 d的时间尺度或关键时相尺度作为光谱信息与作物生长模型的同化时间尺度是合理的。该文提出的优化同化时间尺度方法为提高光谱信息与作物生长模型同化的区域应用效果提供了参考。     

南水北调中线工程总干渠冰期输水调控仿真研究

冰情演变数值模拟是解决南水北调中线工程冰期输水安全与效益问题的重要手段。该文建立了南水北调中线工程总干渠冰期输水调控仿真模型,包含明渠非恒定流、浮冰盖下非恒定流、水温、冰花输移、封冻、冰盖增厚、融冰和闸门调节等仿真功能,且推荐京石段水面热交换系数取值18 W/(m2•℃),冰面热交换系数取值26 W/(m2•℃)为参数较优取值,参数率定工况下水温平均绝对误差为0.07 ℃,冰盖厚度平均绝对误差为0.67 cm,封冻时刻误差小于1 d,表明该模型在水温、封冻时刻、冰盖厚度等方面的模拟具有一定的准确度,可为相关研究提供参数取值参考。同时在京石段工程上应用该模型,进一步证实了模型及参数取值在大尺度冰情模拟上具有一定适用度,模型具备模拟冰情演变全过程及对应水力响应和闸门群调控过程的功能,揭示了渠系冰期输水水力响应变化特性,认为PI控制器可实现冰期水力响应控制和维护运行状态稳定作用。     

机收麻山药离散元模型构建及其仿真参数标定

由于麻山药收获过程缺乏有效数值模拟,在很大程度上阻碍了麻山药收获机的设计与优化。该文测定了麻山药的密度、长度、径向尺寸、抗压、抗弯及抗剪强度,基于离散元法建立了麻山药双峰分布模型,并对黏结参数进行校核;以土壤堆积角为响应值,对沙壤土基质间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数和表面能4个参数进行标定,建立了土壤堆积角与4个参数之间的回归模型并进行验证,标定了麻山药与钢板、沙壤土间的碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数。试验结果表明,麻山药双峰分布模型能够表征麻山药的力学特性,参数校核得到法向刚度、切向刚度、临界法向应力、临界切向应力及黏结半径分别为9.3×105 N/m、3.0×106 N/m、0.58 MPa、0.14 MPa、3.5 mm;沙壤土基质间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数及表面能分别为0.42、0.20、0.30、0.40 J/m3,离散元仿真试验后得到的土壤堆积角与试验结果平均误差为1.48%;麻山药与钢板之间的碰撞恢复系数、静摩擦因数及滚动摩擦因数分别为0.34、0.26、0.049,与沙壤土之间的碰撞恢复系数、静摩擦因数及滚动摩擦因数分别为0.21、0.38、0.075。研究结果可为麻山药机械化收获及产后加工等仿真试验提供一定的理论参考。     

新疆农作物生长期雹灾的时空分布及危害性评估

冰雹是新疆农作物生长期频繁出现的严重气象灾害。该文利用1951—2017年雹灾出现次数、受灾面积、经济损失3大灾情要素,分析了新疆雹灾的时空分布规律。利用熵权重计算方法构建了评价雹灾危害性的灾损指数,依据伽玛分布对危害性等级进行了划分,并利用气候因子和农作物播种面积解释了雹灾时空变化的原因。新疆雹灾多发于天山两侧及邻近地区,3大灾情要素呈线性增加趋势。雹灾划分为一般、较重、严重、特重4个等级,塔城博州、奎玛流域、昭苏县、阿克苏地区、伽师县是特重灾区。动力抬升、水汽条件、大气层结不稳定是新疆雹灾时空分布的主要影响因子,而雹灾出现次数、农作物播种面积对受灾面积线性增长趋势的贡献率分别为93%和7%。利用水汽压、气团指数、播种面积作为因子,建立了雹灾出现次数偏多、偏少的年景预测模型,模型预测正确率达73%。研究结果可为新疆人工防雹避灾提供依据。     

塑料大棚气流场模拟及作物蒸腾量计算

为了分析塑料大棚内气流场的特征和计算与作物蒸腾量有关的通风参数,该文通过计算流体动力学模拟了塑料大棚内自然通风量,建立了华东地区常见塑料大棚内平均风速和外部风速之间的线性关系,根据能量平衡和紊流扩散模型建立了一个计算作物蒸腾量的数学模型,并利用棚外的常规气象资料和棚内的实测温度计算了棚内作物蒸腾量。通过将作物蒸腾量的计算值和实测值进行比较,结果发现作物蒸腾量的计算值与实测值比较一致,逐日蒸腾量间的决定系数为0.7756,累积蒸腾量间的决定系数为0.9983,模拟累计值与实测累计值之间标准误差为1.16 mm,最大绝对误差为4.82 mm;结果表明,所建立的计算方程参数较少,推求的风速参数比较适用于普通塑料大棚。该研究可满足大棚内作物水分管理、温室大棚设计规划和区域水资源管理等方面的需要。