通俗作物灌溉应用讲座07-作物生长数学模型发展史

2019-10-05 21:35
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作物生长模拟模型简称作物模型, 它是利用系统分析方法和计算机技术分析研究作物生长过程,最终采用数学表达式,计算机程序抽象描述作物生长关键因子及其相互影响,反映多种因子共同促进作物生长的计算机程序。它把作物、环境和栽培技术作为一个整体系统,运用系统分析的原理和方法,综合大量的作物遗传学、植物生理学、生态学、农业气象学、农学、土壤肥料学等学科的理论和研究成果, 对作物生长发育、光合生产、器官建成和产量形成等生理过程及其与环境和技术的关系进行抽象,概括和分析,最终建立相应的作物生长过程的模拟模型。作物生长模型是对作物生长、发育、生理、生态过程基本规律及其相互关系的量化表达。

目前, 已经有水稻、小麦、玉米、棉花、花生、番茄、大豆、苜蓿等多种作物的数学模型。据不完全统计, 现有的作物专用模型有 30 多种, 多作物通用的模型有 10多种。比较理想的作物生长模型应该具有系统性、动态性、机制性、预测性、通用性、易用性、灵活性、研究性、应用前景广泛等特征。

自 20 世纪 60年代由荷兰的 De Wit 和美国的Duncan 开创作物生长模拟研究以来, 随着计算机技术和系统科学的发展以及作物学知识的累积,作物模型研究发展十分迅速。目前, 国际上作物模型可以概括为 3 个学派,分别以荷兰、美国和中国为代表。荷兰和美国的作物模拟研究在国际上具有良好的学术地位和较大的影响力, 并获得了较大范围的应用。

Bouman 等将荷兰作物模拟研究的发展分为 3个阶段, 即早期、中期和近期。Sinclair 等将美国作物生长模拟的发展比喻为一个生命过程: 经历了从婴儿期到成熟期的过程。在模型研究的侧重点上, 2 个国家也有所不同。荷兰的作物模拟模型研究主要强调作物的机制性和通用共性。1970 年 de Wit 等开创了作物生长动力学理论, 开发了著名作物生产模拟系统 ELCROS( Elementary Crop Growth Simulator) 。它可以模拟作物生长的一系列基本过程, 包括农田小气候、光合作用、呼吸消耗、水分平衡和生长发育。1987 年建立的 BACROS( Basic Crop Growth Simulator) 综合模型, 对作物蒸腾作用碳素平衡过程进行了详细描述, 后来又在此基础上建立了 概括性模型 MACROS( Modules for Annual Crop Simulation) 和小麦模型 SUCROS ( Simple and U niversal Crop Simulator) 。美国作物模型的显著特点是实用性和综合性。如 20 世纪 80 年代初, 由美国农业部农业研究署主持完成的棉花生长模拟模型 GOSSYM ( Gossypium Simulation Models)、大豆生长模拟模型 GLYCIM, 以及 Ritchie 等研制的禾本科作物生长模型 CERES ( Crop Environment Resource Synthesis) 系列, 这些模型在生产中都有较多的应用。目前, 国内在作物生育期模拟模型及优化决策支持系统的不同方面取得了一些成绩。如高亮之等建立了水稻模型, 并将作物模拟与水稻栽培优化原理结合, 研制水稻栽培模拟优化决策系统 RCSODS( Rice Cultivation -Simulation-Optimization Decision Making System) ; 冯利平等建立了小麦发育期动态模拟模型; 潘学标等研制了棉花生长发育模拟模型 COT GROW (Cotton Growth and Development Simulation Model)。

作物模型的建立有利于科学研究,想想看用模型就能够代替部分试验,你能够节省多少时间和费用, 同时作物模型为种植管理决策的准确、合理和及时带来了方便,它为农业生产和作物管理带来了革命性的变化。