SWAT之作物生长课件.pptVIP

SWAT的作物生长模块 作物生长模块的结构 作物生长模块概述 有效积温的计算 生物量的同化 对水分的吸收 对N、P的吸收 实际生长 耕作措施 1.作物生长模块的结构 上图是SWAT模型中，模拟作物生长的模块的结构。程序流程的次序如下：按箭头的指向，先上后下，先左后右； 箭头指的是调用关系，例如，crpmd子程序先后调用了三个子程序，先调用swu程序，然后调用operatn子程序，最后是grow子程序。而grow子程序又按先后顺序调用了tstr、npup、nup和anfert子程序。其余的以此类推。上图的这些子程序仅在此被调用，不存在交叉调用的情况； 图中灰色块部分，分别是作物生长的两大模块： operatn和grow，实现耕作模拟和作物生长模拟的功能。 2.作物生长模块概述 SWAT模型中作物生长模块是一种多作物能用型生长模型，能够模拟上百种大田作物、园艺作物、草原牧草和树木生长，其特点是根据各种作物生理生态过程的共性研制成模型的主体框架，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生长与产量模拟。模型对作物生长与产量形成过程，及其对环境响应进行定量模拟的基本过程如下： 作物模型在逐日气候要素的驱动下，首先模拟计算太阳辐射能转化为干物质的数量，涉及到估算光截获数量的叶面积变化动态，主要通过最大叶面积系数、叶面积变化的S形曲线形态参数、叶面积下降速度等作物生长参数来确定。同时，光合产物转化受作物水汽压差和大气CO2浓度的影响。 叶面积的增长和变化与温度、水分、养分等作物生长因素密切相关。通过作物生长的最适温度、最低温度与作物生育过程计算湿度对叶面积增长的影响效应。通过计算根系分布层次的土壤水分和养分状况，估计水分和养分胁迫对叶面积增长的影响效应。 根据作物生长期生物量增长的、氮、磷和温度等四种胁迫因子，校正干物质的合成数量。计算分配到地上部和根系的干物质数量，估算根系分布深度和根系密度，进而计算作物根系吸收的土壤水分和养分在不同土层的分布情况。而植株水分、氮素、磷素满足程度最终又影响干物质合成数量。 通过作物水分和养分临界期水分、养分亏缺状况估计实际收获指数，最后通过地上部生物量和收获指数计算可供收获的作物经济产量。 4.生物量的同化 植物叶面积截获光能的量，通过Beer法则来计算: 利用截获的光，根据光能利用率，就得到时间步长内生物量的最大增量，公式如下： SWAT考虑了CO2浓度对光能利用率的影响。 CO2浓度对光能利用率校正的公式如下： 5.对水分的吸收 6.对N、P的吸收 7.实际生长 8.耕作措施 * * 有效积温为日平均温度减去基础温度计算公式如下： 在全生育期内将HU中大于零的部分累加，就得到植物生育期有效积温的总和。农事活动可以依据达到有效积温的某个比例进行安排。 3.有效积温的计算 SWAT按照右图的曲线来模拟冠层高度与LAI随发育阶段而变化的过程，通过对用户输入的曲线特征值求解曲线。 冠层高度的计算公式如下： 其中，hc是冠层高度，hc,max是冠层最大的高度，frLAImx是植物最大LAI的分数。 LAI的计算公式如下： LAI达到最大值后，这个最大值将会维持一段时间，直到叶片老化的速率超过叶片生长补充的速率 根系的发育： 分配到根系的干物质从出苗期的40%变化到成熟期的20%。根系逐日的分配系数依下式计算： 其中，frroot是该日分配给根系的比例，frPHU是在达到生长季指定的某天时积累的潜在热量单位的分数。 根深的计算，依作物不同而不同，对一年生植物，开始时根系的深度被设置为10.0 mm，随后发育阶段为0.4时达到最大，维持在最大值。在发育阶段小于0.4时，根深依下式计算 ： 在根区任何深度的土层下，利用下式来计算植物的潜在吸水量： 其中，wup,z是某一特定深度的土层内吸收的水量，Et是该日的最大蒸腾量，是水分利用分布参数，z是土层深度，zroot是该日根深。通过代入土层顶层和底层，取其差值后再对公式求解，可以得到任意土层的潜在吸水量。 随着土壤含水量的降低，土壤水分被土壤颗粒吸附得越来越牢，植物的吸水因此也变得越来越困难。为了反应这个现象，利用下面这个公式来修正植物的潜在吸收水量： 吸收的水量经过校正后，就可以用来下式来计算从某一土层吸收的水量： when when 植物对氮素的吸收受植物氮素平衡的控制。植物氮素平衡公式计算植物生物量中的含氮量，在最适生长条件下，这个含氮量是植物生长阶段的函数。 计算植物N需求的公式如下： 被吸收的氮素在不同深度土层中的分配，按下式计算： 地表根系的密度最大，因此地表层氮素吸收的强度也最大。这种随深度不同而异的分布由氮素吸收分布参数来控制