小麦作物模型研究进展介绍及模型参数敏感性分析.pptx

小麦作物模型研究进展介绍及模型参数敏感性分析;1. 作物模型概况及研究现状 作物模型是以作物为研究对象，根据农业系统学和作物科学，定量化表达作物生长发育过程与环境和经济因子之间的关系，分为：作物生长模型、作物形态结构模型和作物结构功能模型，其研究经历了经验性模型到机理性模型，从理论走向应用的发展过程。作物模型经历了幼年期（20世纪50-60年代），少年期( 20 世纪 70 ～ 80 年代) ，青春期（20世纪70-80年代）和成熟期（20世纪90年代至今）。作物生长模型逐渐形成以美国农业技术转移决策支持系统、荷兰 de Wit 学派、澳大利亚农业生产系统研究单位以及中国为代表的四大研究组。1.1 小麦模型研究进展 小麦作物模型可以分为生长模型和形态结构模型。小麦生长模型对小麦生长期管理调控、产量预测和经济效益分析等方面有重要的指导作用。目前为止国际上已有数十种发展成熟的小麦生长模型，如CEＲES-Wheat、WOFOST、APSIM-Wheat、 WCSODS、Wheat Crow、 APES、CＲOPSYST、DAISY、DSSAT、FASSET 和 HEＲMES等。小麦形态结构模型是在器官层次上描述植物形态结构，因此能够表现小麦在不同环境下的结构差异以及在给定生长环境下的结构动态变化，为不同生产管理措施下的作物生长仿真、生长条件优化计算以及理想植株培育等方面提供重要的理论和实践价值。;1.2 小麦生长模型研究的近况 小麦生长模型除了地区适应性研究、生长发育过程以及和环境关系方面的应用外，近年来出现了一些新的研究热点。近年来对作物生长模型的参数敏感性和不确定性分析成为一个研究热点，由于生长模型发展较为成熟，国内外可供选择的模型也较多，因此对各模型在特定研究区域应用的比较研究是另一热点。随着生长模型和 3S( ＲS、GIS 和 GPS) 技术的发展，结合这两种技术进行区域估产、区域作物管理和精准农业研究也成为一大应用热点。 1.3 小麦结构功能模型与可视化研究 小麦的形态结构模型主要描述小麦的外观形态，根据研究器官的不同可以分为根系和地上部的茎杆、叶片和麦穗的形态建成。 （1）小麦根系形态结构模型 根系是小麦的重要器官，对小麦的生长发育、生理功能和物质代谢过程产生重要影响。小麦根系的形态结构建模的方法主要有 3 种: L 系统、分形理论和参考轴技术。 （2）小麦茎杆形态结构模型 小麦茎杆结构简单，故用圆柱体来模拟，节间长度和粗度分别确定圆柱体的长度和直径，从而建立小麦茎杆的几何模型。;（3）小麦叶片形态结构模型 目前对小麦叶片的形态构建主要通过田间实验或者图像扫描得到叶片的形态变化特征，提取叶片的动态生长规律，从而模拟小麦叶片的形态结构变化。（4）小麦麦穗形态结构模型 由于麦穗沿穗长方向的穗宽和穗厚变化较小，故采用简化处理，用最大宽度和最大厚度来描述麦穗的形态。麦穗的最大宽度可以用一元二次曲线模拟，而最大厚度可用线性方程表示，参数都为相应蘖位上麦穗在相应时刻的长度。小麦麦穗生长动态模型的构建为麦穗的形态模拟奠定了基础。2. 存在问题及发展建议 国内外学者对小麦作物模型已有很多研究，在理论上和实践上也提出了较好可行的功能结构模拟模型和形态结构模拟模型，但同时也存在一些问题，归纳为以下几个方面。 在小麦生长模型方面，由于目前模型具有较强机理性，包含参数较多，参数的获取和可靠性是影响模型应用的关键问题，而评估参数对模型结果的影响方法还不完善，还需要在保证模型准确性的前提下，对输入参数进行简化，同时进一步研究有效的方法来评估参数对模型的影响。大多数模型是在田间尺度上建立和检验的，将其扩展到区域尺度乃至全球尺度存在着困难，不同的区域气候、土壤、作物和水文要素等不同，模型预测的准确性也不同，所以模型在异地推广存在困难，可以考虑结合 3S 技术，同时结合空间和区域气候、土壤、作物和水文要素等，在一定程度上可以提高模型的准确性。; 生长模型发展较早，目前成熟的模型有数十种，如何从众多模型中选择最优也是一大难点，可以考虑对现有的作物模型进行集成，建设一个统一的面向作物模型开发的应用的理论框架和构建平台。 在小麦形态结构模型方面，对于小麦个体形态的模拟主要是细节方面还不完善，小麦叶片碰撞、遮挡和变形，麦穗和根系的模拟都有待加强，可以借助三维扫描设备、核磁共振成像技术和微创技术等辅助实现较复杂的小麦个体形态; 针对小麦群体的模拟较少且真实感不强，未考虑群体中个体的差异以及个体之间的相互作用，对不同光照、水肥等环境条件下群体的模拟不足，可以将小麦形态结构模型和小麦生长模型结合更真实地模拟小麦的生