作物生长模拟模型研究和应用综述.pdf

第24卷第5期华中农业大学学报Vol.24No.5
2005年10月JournalofHuazhongAgriculturalUniversityOct.2005,529～535

作物生长模拟模型研究和应用综述3

王亚莉1,2)贺立源1)

(1)华中农业大学资源与环境学院,武汉430070;2)信阳农业高等专科学校,信阳464000)

摘要通过对国内外作物模拟模型研究阶段的分析,指出作物模拟模型研究的发展趋势和应用问题,作物
模拟模型与专家系统ES,决策支持系统DSS,天气发生器GS,3S技术等耦合在信息农业中发挥重要作用。
关键词作物模拟模型;生理生态过程;动态模拟;专家系统;决策支持系统
中图法分类号N032;O242.1

农业信息技术是随着信息技术及农业科学的发在光合作用模型的基础上首次将呼吸作用引入模
展而出现的一个新兴学科领域,正在对传统的农业型,并考虑到作物地上部分与地下部分的功能平衡,
科技和农业生产产生深刻和广泛的影响,其中作物由此建立了较完整的作物生长模拟模型ELCROS
生长模拟模型及作物生产决策支持系统作为农业信(初级作物生长模拟器)[5]。该模型主要用于不同条
息技术的核心内容和基础成分,是农业信息技术成件下作物生产潜力研究,它以系统动力学理论为基
功的突出代表。础,提出了作物生长动力学说,极大地推动了世界作
作物生长模拟模型着重利用系统分析方法和计物模拟研究的发展。荷兰的作物模拟研究注重模型
算机模拟技术,对作物生长发育过程及其与环境的的机理性,模型多偏重于理论研究,他们利用现有理
动态关系进行定量描述和预测。因此,作物模型以论和假说构造作物过程模型或子模型,然后将模型
作物生育的内在规律为基础,综合作物遗传潜力、环的模拟结果与实验数据相比较,分析现有理论或假
境效应、技术调控之间的因果关系,是一种面向作物说能否圆满地解释作物生长发育和产量形成等生理
生育过程的生长模型或过程模型[1]。作物生长模拟过程。
模型具有较强的机理性、系统性和通用性,作物模型美国的Chen[6]等从物理和化学的观点出发,研
的成功开发和应用促进了对作物生育规律由定性描制了以小时为模拟步长的作物模型,将植物生长表
述向定量分析的转化过程,为作物生长决策系统的示为光合作用和呼吸作用的函数。Duncan[7]等以
开发与应用奠定了很好的基础,特别是为持续农业叶片冠层光合作用理论为基础,研制了玉米模型。
和精确农业的研究提供了科学的工具。本文就作物他们将叶片冠层分为几个不同的水平层,然后确定

生长模拟模型研究和应用的进展状况作一综述。各水平层的光强,CO2浓度,光合速率和干物质增
加。此后,诸如Thornley关于作物呼吸过程模拟模
1作物生长模拟模型研究的发展历程[8]
型的研究,Fick等关于糖用甜菜生长期间干物质
1.1初级模型阶段(1965—1974)分配的模拟,Shawcroft[9]关于土壤-植物-大气模
这一阶段,开始了作物生理生态过程的数量分型及预测的研究,McCree[10]关于苜蓿和高粱暗呼
析与模拟,最早进行植被冠层截光理论研究的是日吸与光合干物质积累速率和温度的函数关系的研
本学者Monsi和Seaki[2]。荷兰的deWit[3]研究究,以及Ree和Thornley[11]提出的郁金香生长模式
了玉米冠层的光合速率,并在计算机上进行了模拟。等都属于初级模型,因为这类模型对植物和土壤中
美国的Duncan[4]等发表了玉米叶面积与叶片角度的许多基础过程涉及的很少。模拟植物及器官的形
对群体光合作用影响的模拟模型;以后deWit等人态发育的模型本质上也仍然是初级模型,甚至是纯

收稿日期:2005O02O12
3科技部专项(2003EP090026)和国家星火计划项目(2002EA760003)资助
33通讯作者EOmail:[e-mail]
王亚莉,女,1960年生,华中农业大学资源与环境学院博士研究生,教授.工作单位:河南省信阳农业高等专科学校,信阳464000
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描述性的模型,经验性模型。作物模型[17,18]。最先发表的是Ritchie[19]的小麦模
1.2综合模型阶段(1975—1984)型CERESOWheat,此后,Jones等[20]发表了玉米模
在ELCROS基础上,deWit[12]提出了一个结构型CERESOmaize,Ritchie[21]发表了稻谷模型CE2
复杂的关于作物的同化、呼吸和蒸腾的模拟模型RESOrice,Boote等发表了花生、大豆模型等。这些
BACROS(基本作物生长模拟器),其理论性强,对模型具有相似的模拟过程,包括土壤水分平衡、发育
作物生理生态过程量化十分细致,现已成为研究其时段、