农业信息技术-第六章-作物模拟模型

农业信息技术第六章作物模拟模型3作物生长模型研究及其应用虚拟植物模型研究及其应用作物生长与产量形成的数学模拟原理EPIC模型应用示例第六章作物模拟模型以作物或植物为对象的计算机模拟模型被称为作物模拟模型（CropSimulationModel）根据其研究内容和模拟技术的差别，通常可以分为基于作物生理生态过程分析的数值模拟模型和基于植物形态结构再现的虚拟植物模型二类，前者通常简称为作物生长模型，后者简称为虚拟植物模型。第一节作物生长模型研究及其应用一、作物生长模型的概念与特点二、作物生长模型的类型与结构三、作物生长模拟原理四、作物生长模型的研制步骤五、作物生长模型研究进展六、著名作物生长模型简介七、作物生长模型的应用领域八、作物生长模型研究发展趋势一、作物生长模型的概念与特点第一节作物生长模型研究及其应用（一）作物生长模型的概念作物生长模型，其全称为作物生长模拟模型（CropGrowthSimulationModel），简称为作物模型（CropModel），是指能定量地和动态地描述作物生长、发育和产量形成的过程及其对环境反应的计算机模拟程序。又被称为机理模型（functionalmodel）或过程模型（processmodel）。作物生长模型的开发和应用过程，称为作物生长模拟（CropGrowthModeling）或作物模拟（CropModeling）。一、作物生长模型的概念与特点第一节作物生长模型研究及其应用（二）作物生长模型的特点①系统性：能对作物的生理过程和生态环境系统进行系统的全面的分析与描述；②动态性：逐时或逐日的描述各种生理生态过程和状态的动态变化；③机制性：能对主要的生理过程进行较为真实的机制性描述；④预测性：能在给定条件下对作物系统的未来发展动态进行定量描述；⑤通用性：适用于任何地点、时间和作物品种，不受地区、时间、作物品种和栽培技术的限制。一、作物生长模型的概念与特点第一节作物生长模型研究及其应用（三）作物生长模型的作用和功能作物生长模型研究是对作物生产系统所涉及的气象、土壤、肥料、生理、栽培、水利、生态等不同学科的知识综合和关系量化，能促进作物生长发育基本规律和田间管理知识由传统定性描述向定量分析转变，深化了作物系统过程定量化认识和数字化表达，并能鉴定作物学科已有知识的积累程度和空缺情况，明确学科新的研究方向。作物生长模型的主要作用是能够帮助人们深刻理解和认识作物生产系统的基本规律和量化关系，并对系统动态行为和最终表现进行预测，从而辅助生产者对作物生产系统进行适时合理调控，实现作物生产的高产、高效、优质、生态、安全的可持续发展。第一节作物生长模型研究及其应用二、作物生长模型的类型与结构（一）作物生长模型的类型按照模型所描述的作物种类，作物生长模型可分为单作物专用模型和多作物通用模型。单作物专用模型（modelforsinglecropspecie）是根据某一具体作物的生理生态特性开发研制而成并专门用于该作物生长模拟的模型。多作物通用模型（modelformultiplecropspecies）是根据各种作物生理生态过程的共性研制而成模型的主体框架，再结合各种作物的生长参数和田间管理参数分别进行各种作物的生长模拟。作物模型名称作者或发表者及发表年份小麦CERES-WheatRitchie（1985）CERES-Wheat（氮素版）Godwin等（1985）TAMWMaas和Arkin（1980）（未定名）Aggarwal等（1989）SIMTAGStapper（1984）WHEATSM冯利平（1997）CROPSIM-WHEATHunt等（1995）AFRCWHEATPorter等（1993）WCSODS高亮之等（1998）WheatGrow曹卫星等（1996）已发表的大田作物生长模型名录(单作物专用模型)作物模型名称作者或发表者及发表年份玉米CERES-MaizeV1Jones和Kiniry（1986）CERES-MaizeV2Ritchie等（1986）CORNFStapper和Arkin（1980）VT-MaizeNewkirk等（1989）GAPSBulttler（1989）CUPIDNorman和Campbell（1983）SIMAIZDuncan（1975）CORNGROChilds等（1977）CORNMODBaker和Horrocks（1976）SIMPAM孙睿等（1997）（未定名）尚宗波等（1999）（未定名）郑国清等（2000）已发表的大田作物生长模型名录(单作物专用模型)作物模型名称作者或发表者及发表年份水稻CERES-Rice（旱稻）Ritchie等（1986）CERES-RiceGodwin等（1990）IRRIMODAugus和Zardstra（1980）RICEMODMCMennamy等（1983）（未定名）Horre（1988）RCSODS高亮之等（1991）RICAM戚昌翰等（1991）RSM骆世明（1992）RSSM邹应斌等（1993）高梁CERES-SorghumAlagarwamy等（1990）SORGFArkin等（1976）SORKAMRosenthal等（1989）RESCAPMontieth等（1989）已发表的大田作物生长模型名录(单作物专用模型)作物模型名称作者或发表者及发表年份谷子CERES-milletRitchie等（1989）大麦CERES-BarleyRitchie等（1989）马铃薯POTATONg和Loomis（1984）POTATO（修订版）Ewing等（1990）SUBSTORHodges等（1989）（未定名）Fishman（1985）大豆SOYGROWilkerson等（1983）SOYGROV5.0Wilkerson等（1985）GLYCIMAcock等（1983）SOYMODCurry等（1975）花生PNUTGROBoote等（1989）甘蔗AUSCANEJones等（1989）已发表的大田作物生长模型名录(单作物专用模型)作物模型名称作者或发表者及发表年份棉花GOSSYMBaker等（1983）COTCROPBrown等（1985）COTTAMJackson等（1988）COTGROWilsonCOTGROW潘学标等（1996）OZCOTHearn等（1994）CTSODS马新明等（1996）苜蓿ALSIMI（level2）Fick（1981）ALFALFADenison和Loomis（1989）SIMEDHolt（1975）已发表的大田作物生长模型名录(单作物专用模型)类型模型名称作者或发表者及发表年份BACROSC.T.deWit（1978）EPICWilliams等（1984）MACROSPenningdeVries等（1989）CropManTAES-BRC（2003）SUCROSVanKeulen等（1982）WOFOSTvanKeulen等（1986）CropsystStockle等（1991）ALMANACKiniry等（1991）FLEXCROPHalvorson等（1982）CROPRODWoldren（1984）NTRMShaffer等（1987）YIELDHayes等（1982）CenturyParton等（1992）PGROWTH陈家麟等（1994）PERFECTLittleboy等（1989）APSIMAPSRU（2001）SPWS胡克林等（2007）已发表的大田作物生长模型名录(多作物通用模型)第一节作物生长模型研究及其应用二、作物生长模型的类型与结构（一）作物生长模型的类型层次名称模拟模型所包含的生态因子出现年代温度辐射水分平衡和水分有效性氮素有效性、氮肥效应及与水分和气候因素的交互作用所有其它因子第一层次模型光温潜力模拟模型√√1980年以前第二层次模型光温水潜力模拟模型√√√1980～1985年第三层次模型光温水氮潜力模拟模型√√√√1985年以后第四层次模型现实产量模拟模型√√√√√目前尚无第一层次模型关系图（PenningdeVries等，1989）（引自潘学标，2003）第二层次模型关系图（PenningdeVries等，1989）（引自潘学标，2003）第三层次模型关系图（PenningdeVries等，1989）（引自潘学标，2003）输入模块模拟模块输出与分析模块第一节作物生长模型研究及其应用二、作物生长模型的类型与结构（二）作物生长模型的结构气候数据土壤数据作物数据栽培管理措施⑦发育和器官形成模型⑧衰老模型⑨田间管理措施模型①光截获和光合作用动力学模型②营养吸收和根系活动动力学模型③干物质分配模型④水分吸收与蒸腾模型⑤生长和呼吸模型⑥叶面积增长模型模拟结果的数据或图形作物生长模型的结构框图