水稻模型ORYZA2000在湖南双季稻区的验证与适应性评价

校准与验证水稻生长模型ORYZA2000,为模型本地化、区域化研究应用提供依据。本文采用湖南双季稻区作物田间观测数据,结合栽培管理措施、土壤以及同期逐日气象数据等资料对ORYZA2000进行参数校正,调试确定了早稻、晚稻有代表性品种的作物参数;利用独立的数据资料,对双季稻生育期、叶面积指数、生物量、产量等指标的模拟结果进行了详细地验证与适应性评价。结果表明：模型对双季稻品种的生育期模拟较好,开花期和成熟期的相对模拟误差为1—2d;早稻和晚稻叶面积指数的归一化均方根误差（NRMSE）均为24%,地上部总生物量、绿叶生物量、茎生物量和穗生物量的NRMSE值分别为18%、22%、22%、24%和19%、24%、28%、28%,产量的NRMSE值分别为11%和16%。校验的作物参数反映了湖南早稻和晚稻品种的生物学特性,参数值合理、有效。通过校准作物参数,ORYZA2000可较为准确地模拟双季稻生长发育及其生物量的动态累积过程,适应性较强,能够应用于双季稻生产。     

APSIM模型在黄土丘陵沟壑区不同耕作措施中的适用性

为了揭示黄土丘陵区不同耕作措施对作物生长发育和土壤水分的影响及相互作用规律,根据2002～2005年两个轮作序列(小麦→豌豆(W→P)和豌豆→小麦(P→W))的3种耕作措施(传统耕作(T)、免耕(NT)和免耕覆盖(NTS))的定位试验,对APSIM模型的适用性进行了研究.通过定位试验得到了一套APSIM模型的参数值,并对其进行了率定.运用均方根误差法对APSIM模型进行检验,结果表明:小麦和豌豆产量与生物量的模拟值与实测值具有显著的正相关(R＞0.9),误差范围在±15%之内;土壤贮水量的模拟值与实测值也具有显著的正相关(R＞0.7),误差范围在±20%以内.表明APSIM模型可以用来模拟不同耕作方式和不同轮作序列的小麦和豌豆产量、生物量及土壤水分的动态变化,模型可以用于指导作物生产及耕作措施的优化管理.     

DSSAT模型对吉林省梨树县部分主要作物的适用性

明确DSSAT作物模型对东北地区主要作物生长发育和产量模拟适用性,对进一步开展东北地区DSSAT模型应用推广研究进而保障粮食安全具有重要意义。以吉林省梨树县春小麦、大豆、谷子和马铃薯4种主要作物为研究对象,利用3年田间试验资料对DSSAT模型进行了系统评价。结果表明：DSSAT模型中春小麦、大豆、谷子和马铃薯的生育期、叶面积指数、地上生物量、茎部生物量、叶片生物量和产量的模拟值与实测值的决定系数分别为0.94～0.99、0.92～0.99、0.96～0.99和0.97～0.98,归一化均方根误差分别为12.21%～26.01%、1.67%～33.24%、1%～15.34%和3.2%～28.08%,D值均在0.994以上;其中,春小麦生育期及产量拟合程度最高,其次为叶面积指数;大豆及谷子产量及叶面积指数拟合程度最高,其次为生育期;马铃薯生育期及产量拟合程度最高,其次为叶面积指数;而作物叶面积指数、叶片生物量、茎部生物量及地上部总生物量的生长动态过程模拟结果显示,春小麦、大豆、谷子和马铃薯的决定系数均在0.84以上,归一化均方根误差分别为24.5%～38.2%、28.7%～47.4%、9....     

WOFOST模型在内蒙古河套灌区模拟玉米生长全程的适应性

在河套灌区引入成熟的作物模型并进行适应性验证,可为进一步开展玉米生长监测及估产提供依据和基础。本文利用河套灌区巴彦淖尔农业气象试验站2012年玉米观测数据,结合当地气象、土壤资料对荷兰瓦赫宁根大学开发的WOFOST模型进行参数校准,并利用2013年玉米观测数据和2001—2011年农业气象观测资料对模型的区域适用性进行验证,获得了玉米的基本作物参数,包括各发育阶段比叶面积、最大CO2同化率、单叶光能利用率等。结果表明:通过校准作物参数,WOFOST模型可以较好地模拟LAI扩展、生物量的动态积累过程,LAI、各器官生物量及最终产量的模拟值与实测值吻合较好;独立样本检验中,模型模拟LAI的绝对偏差平均值为0.75,叶生物量、茎生物量、贮存器官生物量、地上部总生物量、产量的归一化均方根误差分别为33%、26%、17%、18%和13%;模拟2001—2011年玉米产量的归一化均方根误差为7.5%。参数校准后的模型对LAI、各器官生物量、产量的模拟结果较为符合实际,WOFOST模型能够适用于河套地区玉米生产过程生理、生态因子诊断、评估等。     

APSIM模型对华北平原小麦-玉米连作系统的适用性

利用中国科学院禹城试验站1999—2001年大田试验及2002—2003年水分池处理数据进行APSIM模型参数的调试及验证,检验其对华北地区冬小麦-夏玉米连作系统的适用性.模型调试和验证结果表明:禹城1999—2000年大田试验的作物叶面积指数、生物量和土壤含水量模拟结果的平均误差分别为27.61%、24.59%和7.68%,2000—2001年分别为32.65%、35.95%和10.26%;2002—2003年高水分处理的作物叶面积指数和生物量模拟结果的平均误差分别为26.65%和14.52%,低水分处理分别为23.91%和27.93%.叶面积指数、生物量的模拟值和实测值拟合较好,除2000—2001年叶面积指数的决定系数为0.78外,其他处理均大于0.85.表明APSIM模型在模拟华北地区小麦-玉米连作系统的作物生物量和土壤水分方面具有较好的准确性,对叶面积指数模拟误差稍大.     

基于APSIM模型的旱地春小麦产量对施氮量和施氮深度的响应模拟

氮是限制黄土高原旱农区作物水分生产潜力提升的重要因素,而氮肥适度深施是旱地作物提效增产的有效措施.本研究利用甘肃省陇中地区1990-2020年气象观测数据,基于APSIM模型模拟了不同施氮量和施氮深度的春小麦产量,以期为优化陇中旱农区小麦施肥策略提供理论依据.结果表明:模型模拟的春小麦产量、生物量和生育期0～200 c...     

旱地全膜双垄沟玉米生产的AquaCrop模型模拟及管理措施优化

为研究AquaCrop模型模拟旱地全膜双垄沟栽培模式的适用性,寻求最佳农艺管理措施,本研究选择2014和2015年玉米施氮梯度试验数据对模型中品种和胁迫参数进行率定和验证,并模拟不同管理措施水平下产量变化趋势.结果表明: 所有处理实测和模拟产量的平均根方误差(RMSE)、标准化均方根误差(NRMSE)和符合度指数(d)分别为717 kg·hm^-2、10.0%和0.96,总生物量的RMSE、NRMSE和d分别为951 kg·hm^-2、6.5%和0.98,能够较好的反映旱地全膜双垄沟玉米的栽培特性;在冠层覆盖度和生物量动态模拟分析中得出施氮270 kg N·hm^-2时的拟合度最好,随着氮肥的胁迫增加,模拟精度逐渐降低;甘肃中部地区全膜双垄沟玉米栽培模式中最佳播种期在4月下旬至5月上旬,播种密度为45000～65000株·hm^-2,生育期时长在130～145 d,施氮量为240～280 kg·hm^-2.本研究结果对AcquaCrop模型在甘肃干旱区域的应用具有一定参考价值,而且有助于农业栽培技术的转化和推广.     

利用APSIM模型分析不同播期和耕作方式对旱地小麦籽粒干物质积累的影响

黄土丘陵区旱地小麦籽粒干物质积累的准确模拟可为调控小麦生产提供重要的技术支持。本研究利用甘肃省定西市安定区1971—2017年的气象资料和甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村2016—2017年的大田试验数据,基于APSIM模型对旱地小麦籽粒干物质积累与分配进行模拟,并在模型验证的基础上,定量分析了播期和耕作方式对小麦籽粒干物质积累的影响。结果表明: 3个播期(早播、正常播、晚播)和4种耕作方式(传统耕作、传统耕作+覆盖、免耕、免耕+覆盖)下,籽粒干物质模拟值与实测值间的均方根误差(RMSE)为57.5～143.1 kg·hm^-2,归一化均方根误差(NRMSE)为1.4%～9.9%,模型模拟精度较高。不同播期下,耕作方式对籽粒干物质积累的促进效果排序均表现为: 免耕+覆盖>传统耕作+覆盖>免耕>传统耕作,免耕+覆盖最有利于小麦籽粒干物质积累,而免耕与传统耕作差异不显著。不同耕作方式下,小麦干物质积累过程均表现为早播好于正常播和晚播,晚播对干物质积累的影响较大,积累过程最不理想。     

基于作物生物量估计的区域冬小麦单产预测

基于2004年中国冬小麦主产区黄淮海平原典型区内石家庄、衡水和邢台3市45个县（市）83个地面典型样区冬小麦地面实测作物单产数据、光合有效辐射、光合有效辐射分量以及相应的气象和土壤湿度数据,建立了简化的冬小麦光能转化有机物效率系数模型,基于冬小麦关键生育期（3—5月）累积作物生物量并采用地面实测的冬小麦收获指数加以校正,建立了作物生物量与作物经济产量间的定量关系,预测了2004年河北和山东平原区235个县（市）的冬小麦单产,并依据国家公布的2004年各县冬小麦统计单产验证了估产的精度.结果表明：该模型预测的2004年研究区冬小麦单产的均方根误差（RMSE）为238.5 kg·hm^-2,平均相对误差为4.28%,达到了大范围估产的精度要求,证明利用以遥感数据估算作物生物量进而预测冬小麦单产的方法是可行的.     

Application of a rice simulation model in high temperature sensitivity study

以调试校正较高精度的ORYZA2000模型参数及高温敏感性模拟验证为目的, 为模型适应性和本地化提供依据, 利用江苏省9个试验点5个水稻(Oryza sativa)品种的田间观测数据及当地逐日气象数据, 采用ORYZA2000最新版本(V2.13)水稻生长模型, 首先挑选出5个试验点3个品种的观测数据进行模型参数适应性调试校正, 确定了水稻发育生长阶段的各项参数, 然后用该参数对独立样本的4个试验点2个水稻品种地上部分各器官生物量、叶面积指数动态变化过程及最终产量进行了动态模拟。通过t检验和质量评价指标对模拟结果进行了显著性检验。利用通过检验的模型及其参数在假设环境温度不同时间段的持续升高条件下, 开展了高温对水稻生物量及产量影响的模拟研究, 模拟结果的影响幅度与实际高温处理结果的影响幅度进行了比较。结果表明: 1)经过调试校正获得较高精度的水稻发育阶段各参数, 较准确地模拟了水稻生物量和叶面积指数的动态累积过程, 模拟值与观测值基本一致, 说明校正后参数的合理性和有效性; 2)调整参数后高温敏感性模拟结果表明, 孕穗期到开花期温度连续3天、5天、7天升高到35 ℃时, 总生物量、穗生物量和总产量与对照(CK)相比分别下降了12%-25%; 不同时间段连续升高到38 ℃时下降18%-31%; 不同时间段升高到41 ℃时, 各生物量与对照相比分别下降了20%-38%。模型模拟值与控制试验室的观测数据的下降幅度基本一致, 表明经过参数校正的ORYZA2000可以应用于水稻对气温升高响应的预测。     

APSIM 模型的发展与应用

土壤-作物模拟模型已成为向农业生产管理决策提供科学依据的一个有效工具,APSIM（Agricultural Production System Simulator)模型是澳大利亚科学家开发研制的,用于模拟农业系统穰生物过程,特别是气候风险下系统各组分生态和经济输出的机理模型,APSIM已在温带大 陆性气候,温带海洋性气候,亚热带干旱气候和地中海气候带下的粘土,胀缩土（duplex),变性土（vertisol),粉粒砂壤,粉粒壤土和粉粒粘壤土等土壤上进行了验证和应用。可以用于小麦等20余种作物的模拟,APSIM模型在作物结构和轮作序列调整,作物产量,质量预测和控制及不同种植方式下水土流失调控等方面具有良好的描述能力。     

站点CERES-Rice模型区域应用效果和误差来源

作物区域模拟是利用有限的空间数据,最大限度地反映出生育期、产量等作物性状的时空变化规律.由于目前的作物模型大多是田间尺度的站点模型,把它运用到区域水平的效果如何研究甚少.文章利用CERES-Rice模型,对作物模型在我国的区域应用效果进行了分析.首先利用田间观测数据在各实验点上对模型进行了详细的站点校准,以验证模型在我国的模拟能力;然后以我国水稻生态区(精确到亚区)为单位,运用均方根差(RMSE)法进行了区域校准和验证;最后利用区域校准后的CERES-Rice模型,模拟了1980～2000年的网格(50km×50km)水稻产量,并与同期农调队调查产量进行统计比较,以验证区域应用的效果,为区域模拟的推广和应用提供参考.结果表明:经过空间校准后的CERES-Rice模型,在水稻的主产区1～4区(占种植面积的95%)模拟的平均产量与调查产量相对均方根差在22%以内,两者的符合度也较好,个别区域(5、6) RMSE%在24%～30%之间;1980～2000年水稻各产区模拟的平均产量与调查产量随时间变化趋势也具有一定的一致性;全国1896个网格中,大部分网格(71.01%)模拟的21年水稻年产量与调查产量的RMSE%在30%之内,且大部分分布在水稻主产区,考虑到水稻种植面积的权重后,认为利用区域校准和验证后的CERES-Rice模型进行水稻区域模拟,可以反映出产量的时空分布特征,能够为宏观决策提供相应的信息.但目前区域模拟中还存在着一定的误差,有待今后进一步研究.     

基于锦州春玉米田间试验的WOFOST模型参数的确定及性能评价

利用2011—2015年在锦州地区开展的玉米分期播种试验资料,确定了玉米初始总干物量(TDWI)、比叶面积(SLA)、出苗时叶面积指数(LAIEM)及发育参数,并采用试错法确定出其他生理参数。利用相关系数、相对误差以及均方根误差验证模型对发育期、叶面积指数(LAI)和不同器官生物量的模拟性能来评价所确定参数的适应性。结果表明:80%花期的平均模拟误差为1.25 d,而75%成熟期的平均模拟误差为3.47 d,LAI和总地上生物量(TAGP)模拟值对实测值的解释能力分别达到0.8412和0.8945;模型模拟性能存在较明显的年际和播期差异,在干旱年较差,2012年(土壤水分适宜)和2015年(干旱) LAI和TAGP的均方根误差分别为0. 38 m~2·m~(-2)、9. 40 kg·hm~(-2)和0. 44 m~2·m~(-2)、22. 65kg·hm~(-2);模型性能随播期的偏离而下降,4月30日(适播期)与5月20日播期LAI和TAGP的均方根误差分别为0. 30 m~2·m~(-2)、15. 19 kg·hm~(-2)和0. 43 m~2·m~(-2)、25. 66kg·hm~(-2)。本研究将为东北春玉米作物模型参数的确定提供重要参考。     

林网保护区冬小麦生长过程的数值模拟

给出了一个模拟冬小麦生长过程的产量生态学模式,并对黄淮海平原林网保护区冬小麦的生长过程进行了数值模拟.模型输出变量包括作物的叶面积指数,根、茎、叶、籽等地上和地下器官生物量,以及与作物生长密切相关的土壤水分变化情况、作物水分利用率、光合/呼吸效率等生理生态因子.结果表明,由于林网地区小气候条件的改善,使得农林复合系统较之单作农田有更强的抗旱能力,在干旱的1994年,林网保护下的农林复合系统生产力较单作农田提高11.6%左右.模式输出的小麦地上部分生物量与生长监测资料十分一致.     

水稻模拟模型在高温敏感性研究中的应用

以调试校正较高精度的ORYZA2000模型参数及高温敏感性模拟验证为目的, 为模型适应性和本地化提供依据, 利用江苏省9个试验点5个水稻(Oryza sativa)品种的田间观测数据及当地逐日气象数据, 采用ORYZA2000最新版本(V2.13)水稻生长模型, 首先挑选出5个试验点3个品种的观测数据进行模型参数适应性调试校正, 确定了水稻发育生长阶段的各项参数, 然后用该参数对独立样本的4个试验点2个水稻品种地上部分各器官生物量、叶面积指数动态变化过程及最终产量进行了动态模拟。通过t检验和质量评价指标对模拟结果进行了显著性检验。利用通过检验的模型及其参数在假设环境温度不同时间段的持续升高条件下, 开展了高温对水稻生物量及产量影响的模拟研究, 模拟结果的影响幅度与实际高温处理结果的影响幅度进行了比较。结果表明: 1)经过调试校正获得较高精度的水稻发育阶段各参数, 较准确地模拟了水稻生物量和叶面积指数的动态累积过程, 模拟值与观测值基本一致, 说明校正后参数的合理性和有效性; 2)调整参数后高温敏感性模拟结果表明, 孕穗期到开花期温度连续3天、5天、7天升高到35 ℃时, 总生物量、穗生物量和总产量与对照(CK)相比分别下降了12%-25%; 不同时间段连续升高到38 ℃时下降18%-31%; 不同时间段升高到41 ℃时, 各生物量与对照相比分别下降了20%-38%。模型模拟值与控制试验室的观测数据的下降幅度基本一致, 表明经过参数校正的ORYZA2000可以应用于水稻对气温升高响应的预测。     

基于MODIS数据的草地生物量估算模型比较

准确估算草地生物量对合理规划区域畜牧业、评估草地植被的生态效益有重要意义.目前,在常用的遥感估算模型中,采用的植被指数和模型函数形式多样.本文根据野外生物量调查结果和MODIS数据,分别采用归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)和修正的土壤调节植被指数(MSAVI)建立了内蒙古科尔沁左翼后旗草地地上生物量和地上地下总生物量估测的3种(线性、乘幂和指数)模型,并进行了比较.结果表明:3种模型能够对草地生物量进行较好的模拟,其中指数模型效果最佳;3个植被指数(NDVI,EVI和MSAVI)与草地生物量均有较高的相关性,可用于该草地产量估测,其中MSAVI对地上生物量拟合效果最好(R2=0.900);NDVI和EVI的线性模型对总生物量的模拟明显好于对地上生物量的模拟.     

基于遥感信息的作物模型重新初始化/参数化方法研究初探

作物模型与遥感信息的结合有助于利用遥感监测的大范围植被信息解决作物模型区域应用时模型初始状态和参数值难以确定的问题。该文借助叶面积指数(LAI)将经过华北冬小麦(Triticum aestivium)适应性调整的WOFOST模型与经参数调整检验的SAIL-PROSPECT模型相嵌套,利用嵌套模型模拟作物冠层的土壤调整植被指数(SAVI),在代表点上借助FSEOPT优化程序使模拟SAVI_s与MODIS遥感数据合成SAVI_m的差异达到最小,从而对WOFOST模型重新初始化。结果表明,借助于遥感信息,出苗期的重新初始化使模拟成熟期与按实际出苗期模拟的结果相差在2天以内,模拟的LAI和总干重的误差比按实际出苗期模拟结果的误差降低3~8个百分点;返青期生物量的重新初始化使模拟LAI和地上总干重在关键发育时刻的误差降至16%以内,模拟LAI和贮存器官重在整个生育期内都更加接近实测值;对返青期生物量的动态调整显示返青到抽穗期间较少次数的遥感数据即能有效地提高作物模型的模拟效果。与国外同类研究相比,该文在作物模型本地化、重新初始化变量和优化比较对象的选择上都有所不同,而利用遥感数据动态调整作物模型初始状态或参数值更具有新意。该文对区域尺度上利用遥感信息优化作物模型的研究具有基础性、探讨性意义。     

稀土浸种对水旱地小麦根苗生长及产量的影响

以山西农业大学培育的冬小麦031165为供试材料,对水、旱地小麦采用浓度均为1 000 mg/kg的稀土溶液[La(NO3)3,Ce(NO3)3]进行浸种,研究其对小麦根苗生长、抗氧化酶系活性及产量的影响。结果表明:干旱胁迫抑制了小麦根苗生长,降低了小麦的实际产量。无论干旱胁迫与否,稀土浸种均能显著提高不同生育期小麦株高、地上干重、叶面积及根系生物量;稀土浸种可提高部分生育期旗叶中SOD、POD活性,降低胞内MDA含量,显著提高小麦产量和经济系数,且在干旱胁迫下作用较明显。从整体上看,Ce浸种对小麦生长的促进作用比La浸种明显。     

作物生长模拟模型参数校正与有效化的理论和实践

以ＧＯＳＳＹＭ 模型为例系统阐述了作物生长模拟模型有关参数校正和模型有效化的一般原理和方法,同时用新疆棉区的试验具体校正了品种参数、土壤参数和修改了部分模块,并对校正结果进行了验证．结果表明,两个试点土壤２０ ～４０ 、６０ ～８０ｃｍ 两个土层生长季水分动态观测值与土壤参数校正后模型的模拟值吻合较好;系５ 品种试验生育期６ 项生物指标动态模拟结果与实测值拟合的相关系数都在０ ．９ 以上,并且不同栽培条件的３ 个处理的模拟产量的相对误差平均为７ ．５ ％ ,模拟结果较理想．     

黑河中游主要农作物灌溉制度优化

科学的灌溉制度是干旱半干旱地区农业生产的重要保障。黑河位于西北干旱区,是我国第二大内陆河,且当地中游农业灌溉和下游生态需水矛盾十分突出。利用DSSAT （Decision Support for Agro-technology Transfer）模型模拟了黑河中游地区玉米、小麦、油菜、马铃薯的生长情况,对比分析了四种作物生育期内需水量变化与当地降水条件、现行灌溉制度之间的差异。通过设置灌溉组合探究了四种作物最适宜的灌溉制度,并计算了优化灌溉制度下的节水潜力。结果表明：DSSAT模型通过参数校正与验证后,对四种作物生长过程模拟性能较好,产量标准化均方根误差（nRMSE）均低于15.0%,决定系数（R²）均达到0.65以上。缺水量模拟结果表明,四种作物生长季平均水分亏缺介于122.5-367.0 mm。通过调整灌溉制度,可使玉米、小麦、油菜、马铃薯的水分利用效率分别提高54.8%、25.0%、18.3%和51.3%,且产量变幅均低于5.0%,实现了高产节水的目的。在研究区实施最优灌溉制度,中游农业灌区每年可以节省8.1×10⁸ m³的水资源量,用于支持下游生态保护。