国际作物模拟研究新进展

国际作物模拟研究新进展

高亮之

（江苏省农业

科学院，江苏南京）

本文选择国际上年间发表的若干篇有关作物模拟的研究论文，根据其全文的内容，扼要地说明它们的研究目的，方法和结果，由此介绍国际作物模拟研究的若干最新进展。本文作者对各项研究，均有简评，说明该研究对于中国农业科学工作者（特别是数字农业工作者和农业气象工作者）的可以借鉴之处。

美国关于牧草和草地的模拟研究

此项研究由位于美国德克萨斯州的美国农部农业研究局（）下属的草原、土壤和水分实验室的等完成。论文发表于 ()。

他们首先通过田间实验和观测确定两种改良型牧草：（沿海百慕大），（巴哈雀稗）和几种天然暖季牧草的作物参数，如；叶面积、消光系数()、辐射利用率、浓度等。

测定的结果是：沿海百慕大和巴哈雀稗的最大叶面积指数是：；而多数天然牧草是要小得多，如 (兰孤茅草)是；（兰茎草）是。消光系数，改良型牧草较低（），天然牧草较高()，说明后者株型比较披散。

然后应用（）模型，在德州有代表性的土壤条件下进行干物质生产的模拟。个县，各种土壤，年资料的统计结果表明，模拟的产量和( ，美国自然资源保护局)的实测产量的符合良好。例如沿海百慕大,模拟产量是±,而的产量是±。

根据上述结果，研究者认为模型是在德州模拟土壤和天气对牧草产量影响的良好工具；而此模型在美国其他地区应用也是可行的。由于该模型可以模拟养分吸收和群体覆盖，它可以用以模拟改良型牧草和天然牧草的养分吸收，可以模拟放牧和牧草收割措施对土壤侵蚀的影响。

简评：在中国，草地和牧草计算机模拟研究还很少，而草原和牧草在中国农业发展上有非常重要的意义。因此。国外的草地和牧草的模型和模拟研究，有值得我们借鉴的价值。

印度应用选择稻麦轮作的最佳策略

此项研究是印度两位学者，在印度完成的。论文发表于 ()。

稻麦轮作的面积在印度有（亿亩）,提供印度谷物总产量的。在季风季节(月)的雨养条件下的水稻，用直播和移栽两种方法栽培。使稻麦轮作生产得到持续性的发展是印度农业的重要问题。

田间实验是在印度东部的克勒格布尔（）的印度技术研究所（）农业和食品工程部的实验场进行。该地属于半湿润亚热带气候。土壤属于酸性红壤土。实验年份是年。实验的前茬处理有：(无前茬)，（水稻前茬），（小麦前茬），（稻、麦前茬）。素处理有：水稻、小麦分别有，，，，，–。

天气生成模型用（的组成部分），以生成未来年的天气变化。

作物模型用，其中水稻和小麦模型分别用和。

中有“系列分析程序”( )。此项研究的特点就是采用了系列分析方法。在系列分析程序中，可将不同作物轮作制度和不同管理措施相结合，连续进行年的模拟实验。因此前一年的作物和管理的结果可以影响后一年的模拟。

研究表明：年度的雨量和同年的稻麦产量有明显的相关性。

研究的最后结果是：不论是直播稻或移栽稻，①小麦前茬–；②水稻前茬–，这两种栽培方案在未来年的天气变化中，可以得到最佳的、最稳定的产量。

简评：此项研究表明，对于作物轮作制度的研究中，应用作物模型的系列分析方法，可以得到年内的农业最佳决策。这是其他农业研究方法无法得到的结果，充分体现农业模拟方法的优越性。

３日本关于水温对水稻影响的模型研究

此项研究由日本岩手()大学农学院的等完成,论文发表于 ()。

研究地点是日本北海道，该地区是世界著名的寒冷稻区。在年研究指出，日本北部的稻田的最高和最低水温（），分别比最高和最低气温（）高10℃，5℃。因此，寒冷稻区的水温是维持水稻产量的重要因素。但水温对水稻的产量影响，以往没有得到深入阐明。

此项研究用模型方法，对此问题进行了全面的数量化的研究。

实验设计：年在北海道大学进行年田间实验。不同的水温处理是用离开冷水源的不同距离，由于日光照射而形成不同水温。共取得组水温和水稻生长发育的数据，组用于建立模型，组用于检验模型。

水温对水稻影响的模型由研究者自己研制。模型有以下几个基本考虑：

）水温首先影响水稻抽穗前的发育速度。这时期内，茎生长点是在水面之下。）因此，水温会影响依赖于发育年龄（ ）的水稻生长因子，如干物质分配，分蘖和叶龄进程等；由此会影响叶面积和光能的吸收。）干物质向穗的转移受到结实率的影响，而穗的形成是从水面之下，发展到水面之上，因此结实率同时受水温和气温的影响。

这里只介绍关于两个有特色的模型:

发育速度的模型

从移栽到穗分化：

v

bv W HU T T DVR /)(-=

从穗分化到抽穗： r

br W HU T T DVR /)(-=

从抽穗到成熟： g a HU T DVR /=

是发育速度；为水温；为气温。， ，分别是各生育时期的起点温度。，，分别是不同生育时期的热量单元(积温)。对于实验所用水稻品种 来说，、 分别是10.0℃和

2.84℃；，， 分别是：805℃，568℃，1000℃。

发育指数()的计算是:

∑=+=t i i

tp DVR DVI t DVI 1)(

的设定是：出苗时为，穗分化时为，抽穗时为，成熟时为。

这套模型中值得注意的是在抽穗前，用水温代替气温。这是与其他水稻模型不同之处。

结实率模型

模型中设定冷积温（ ，），用以下公式计算：

∑=i CD

CDD

i T CD -=5.22 ( <)

0=CD (>)

是逐日冷温（低于22.5℃的温度），而的估值，需要根据穗的高度(， ,穗基部的茎高)。如低于水面，则.；若高于水面，则 。

随发育进程而提高，其模型是:

)72.8(00162.076.6DVI EXP DVI CL ⨯⨯⨯=- 穗结实率( )的模型是：

CDD)](0.0513-EXP(3.781/[1.94100⨯+-=FRT 直接和收获指数(，即经济系数)有关：

)

(b a MT h FRT FRT h HI +⨯=

， 关于水温()的模拟，研究者利用 和 在年提出的模型，采用四个气象因子(日平均气温,风速,空气湿度，太阳辐射)和叶面积指数。

在北海道地区，研究者应用－年的水温实测数据进行水温模型的验证，符合度是高的(相关系数为—)。

应用研究者建立的水温影响水稻模型，他们进行了水稻叶面积、干物质生产、结实率等的模拟验证。相关系数全部在以上。产量模拟的相关系数为。说明该模型的模拟性能较好。

研究得到的结论是:

）由于水温的效应，水稻产量有显著提高。没有水温的保障，产量可能减低.

）模型可以指出日本北部各地水稻产量差异的气象原因(主要是:太阳辐射、风速和水温)。

）对全球气候变化进行研究，指出气温若增加3℃，稻田水温将增加1℃，水稻产量将增加。

简评：此项研究在国际水稻模型研究中有较重要的意义。至今为止的水稻模型一般都应用气温，当然在大多数水稻地区，气温是可以适用的。但是此项研究表明，在寒冷地区或寒冷季节，水温对水稻生育和产量的重要性。中国东北与西北的稻区，以及南方的早稻地区，可能水温是一个不能忽视的因素。此研究所提出的发育速度模型、冷积温模型和结实率模型的方法，都有值得借鉴之处。

４ 模型和遥感结合监测棉花产量

这是一个国际合作项目，由中国浙江大学农业遥感与信息系统研究所史舟博士和德国、西班牙、乌兹别克斯坦等国科学家合作完成的。论文发表于 ()。.