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1、农业信息技术农业信息技术农业信息技术农业信息技术第第六六章章 作物模拟模型作物模拟模型3&作物生长模型研究及其应用&虚拟植物模型研究及其应用&作物生长与产量形成的数学模拟原理&EPIC模型应用示例第第六六章章 作物模拟模型作物模拟模型n以作物或植物为对象的计算机模拟模型被称为以作物或植物为对象的计算机模拟模型被称为作物模拟模型（作物模拟模型（Crop Simulation Model）n根据其研究内容和模拟技术的差别，通常可以根据其研究内容和模拟技术的差别，通常可以分为基于作物生理生态过程分析的数值模拟模分为基于作物生理生态过程分析的数值模拟模型和基于植物形态结构再现的虚拟植物模型二型和基于植
2、物形态结构再现的虚拟植物模型二类，前者通常简称为作物生长模型，后者简称类，前者通常简称为作物生长模型，后者简称为虚拟植物模型。为虚拟植物模型。第一节 作物生长模型研究及其应用一、作物生长模型的概念与特点二、作物生长模型的类型与结构三、作物生长模拟原理四、作物生长模型的研制步骤五、作物生长模型研究进展六、著名作物生长模型简介七、作物生长模型的应用领域八、作物生长模型研究发展趋势一、作物生长模型的概念与特点 第一节 作物生长模型研究及其应用（一）作物生长模型的概念（一）作物生长模型的概念 n作物生长模型，其全称为作物生长模拟模型（作物生长模型，其全称为作物生长模拟模型（Crop Growth Si
3、mulation Model），简称为作物模型（），简称为作物模型（Crop Model），是指能），是指能定量地和动态地描述作物生长、发育和产量形成的过程及其对环定量地和动态地描述作物生长、发育和产量形成的过程及其对环境反应的计算机模拟程序。境反应的计算机模拟程序。n又被称为机理模型（又被称为机理模型（functional model）或过程模型（）或过程模型（process model）。）。n作物生长模型的开发和应用过程，称为作物生长模拟（作物生长模型的开发和应用过程，称为作物生长模拟（Crop Growth Modeling）或作物模拟（）或作物模拟（Crop Modeling）。）。
4、一、作物生长模型的概念与特点 第一节 作物生长模型研究及其应用（二）作物生长模型的特点（二）作物生长模型的特点系统性系统性：能对作物的生理过程和生态环境系统进行系统的全面的能对作物的生理过程和生态环境系统进行系统的全面的分析与描述；分析与描述；动态性动态性：逐时或逐日的描述各种生理生态过程和状态的动态变化；逐时或逐日的描述各种生理生态过程和状态的动态变化；机制性机制性：能对主要的生理过程进行较为真实的机制性描述；能对主要的生理过程进行较为真实的机制性描述；预测性预测性：能在给定条件下对作物系统的未来发展动态进行定量描能在给定条件下对作物系统的未来发展动态进行定量描述；述；通用性通用性：适用于任
5、何地点、时间和作物品种，不受地区、时间、适用于任何地点、时间和作物品种，不受地区、时间、作物品种和栽培技术的限制。作物品种和栽培技术的限制。一、作物生长模型的概念与特点 第一节 作物生长模型研究及其应用（三）作物生长模型的作用和功能（三）作物生长模型的作用和功能n作物生长模型研究是对作物生产系统所涉及的气象、土壤、肥料、生理、作物生长模型研究是对作物生产系统所涉及的气象、土壤、肥料、生理、栽培、水利、生态等不同学科的知识综合和关系量化，能促进作物生长栽培、水利、生态等不同学科的知识综合和关系量化，能促进作物生长发育基本规律和田间管理知识由传统定性描述向定量分析转变，深化了发育基本规律和田间管理
6、知识由传统定性描述向定量分析转变，深化了作物系统过程定量化认识和数字化表达，并能鉴定作物学科已有知识的作物系统过程定量化认识和数字化表达，并能鉴定作物学科已有知识的积累程度和空缺情况，明确学科新的研究方向。积累程度和空缺情况，明确学科新的研究方向。n作物生长模型的主要作用是能够帮助人们深刻理解和认识作物生产系统作物生长模型的主要作用是能够帮助人们深刻理解和认识作物生产系统的基本规律和量化关系，并对系统动态行为和最终表现进行预测，从而的基本规律和量化关系，并对系统动态行为和最终表现进行预测，从而辅助生产者对作物生产系统进行适时合理调控，实现作物生产的高产、辅助生产者对作物生产系统进行适时合理调控
7、，实现作物生产的高产、高效、优质、生态、安全的可持续发展。高效、优质、生态、安全的可持续发展。第一节 作物生长模型研究及其应用二、作物生长模型的类型与结构（一）作物生长模型的类型（一）作物生长模型的类型 n按照模型所描述的作物种类，作物生长模型可分为单作物专用模型按照模型所描述的作物种类，作物生长模型可分为单作物专用模型和多作物通用模型。和多作物通用模型。n单作物专用模型单作物专用模型（model for single crop specie）是根据某一具体作是根据某一具体作物的生理生态特性开发研制而成并专门用于该作物生长模拟的模型。物的生理生态特性开发研制而成并专门用于该作物生长模拟的模型。
8、n多作物通用模型（多作物通用模型（model for multiple crop species）是根据各种作）是根据各种作物生理生态过程的共性研制而成模型的主体框架，再结合各种作物物生理生态过程的共性研制而成模型的主体框架，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的生长模拟。的生长参数和田间管理参数分别进行各种作物的生长模拟。作作 物物模型名称模型名称作者或发表者及发表年份作者或发表者及发表年份小麦小麦CERES-WheatRitchie（1985）CERES-Wheat（氮素版）（氮素版）Godwin等（等（1985）TAMWMaas和和Arkin（1980）（未定名）（未定
9、名）Aggarwal等（等（1989）SIMTAGStapper（1984）WHEATSM冯利平（冯利平（1997）CROPSIM-WHEATHunt等（等（1995）AFRCWHEATPorter等（等（1993）WCSODS高亮之等（高亮之等（1998）WheatGrow曹卫星等（曹卫星等（1996）已发表的大田作物生长模型名录已发表的大田作物生长模型名录(单作物专用模型单作物专用模型)作作 物物模型名称模型名称作者或发表者及发表年份作者或发表者及发表年份玉米玉米CERES-Maize V1Jones和和Kiniry（1986）CERES-Maize V2Ritchie等（等（1986）C
10、ORNFStapper和和Arkin（1980）VT-MaizeNewkirk等（等（1989）GAPSBulttler（1989）CUPIDNorman和和Campbell（1983）SIMAIZDuncan（1975）CORNGROChilds等（等（1977）CORNMODBaker和和Horrocks（1976）SIMPAM孙睿等（孙睿等（1997）（未定名）（未定名）尚宗波等（尚宗波等（1999）（未定名）（未定名）郑国清等（郑国清等（2000）已发表的大田作物生长模型名录已发表的大田作物生长模型名录(单作物专用模型单作物专用模型)作作 物物模型名称模型名称作者或发表者及发表年份作者
11、或发表者及发表年份水稻水稻CERES-Rice（旱稻）（旱稻）Ritchie等（等（1986）CERES-RiceGodwin等（等（1990）IRRIMODAugus和和Zardstra（1980）RICEMODMCMennamy等（等（1983）（未定名）（未定名）Horre（1988）RCSODS高亮之等（高亮之等（1991）RICAM戚昌翰等（戚昌翰等（1991）RSM骆世明（骆世明（1992）RSSM邹应斌等（邹应斌等（1993）高梁高梁CERES-SorghumAlagarwamy等（等（1990）SORGFArkin等（等（1976）SORKAMRosenthal等（等（1989
12、）RESCAPMontieth等（等（1989）已发表的大田作物生长模型名录已发表的大田作物生长模型名录(单作物专用模型单作物专用模型)作作 物物模型名称模型名称作者或发表者及发表年份作者或发表者及发表年份谷子谷子CERES-milletRitchie等（等（1989）大麦大麦CERES-BarleyRitchie等（等（1989）马铃薯马铃薯POTATONg和和Loomis（1984）POTATO（修订版）（修订版）Ewing等（等（1990）SUBSTORHodges等（等（1989）（未定名）（未定名）Fishman（1985）大豆大豆SOYGROWilkerson等（等（1983）SO
13、YGRO V5.0Wilkerson等（等（1985）GLYCIMAcock等（等（1983）SOYMODCurry等（等（1975）花生花生PNUTGROBoote等（等（1989）甘蔗甘蔗AUSCANEJones等（等（1989）已发表的大田作物生长模型名录已发表的大田作物生长模型名录(单作物专用模型单作物专用模型)作作 物物模型名称模型名称作者或发表者及发表年份作者或发表者及发表年份棉花棉花GOSSYMBaker等（等（1983）COTCROPBrown等（等（1985）COTTAMJackson等（等（1988）COTGROWilsonCOTGROW潘学标等（潘学标等（1996）OZC
14、OTHearn等（等（1994）CTSODS马新明等（马新明等（1996）苜蓿苜蓿ALSIMI（level 2）Fick（1981）ALFALFADenison和和Loomis（1989）SIMEDHolt（1975）已发表的大田作物生长模型名录已发表的大田作物生长模型名录(单作物专用模型单作物专用模型)类型类型模型名称模型名称作者或发表者及发表年份作者或发表者及发表年份BACROSC.T.de Wit（1978）EPICWilliams等（等（1984）MACROSPenning de Vries等（等（1989）CropManTAES-BRC（2003）SUCROSVan Keulen等（
15、等（1982）WOFOSTvan Keulen等（等（1986）CropsystStockle等（等（1991）ALMANACKiniry等（等（1991）FLEXCROPHalvorson等（等（1982）CROPRODWoldren（1984）NTRMShaffer等（等（1987）YIELDHayes等（等（1982）CenturyParton等（等（1992）PGROWTH陈家麟等（陈家麟等（1994）PERFECTLittleboy等（等（1989）APSIMAPSRU（2001）SPWS胡克林等（胡克林等（2007）已已发发表表的的大大田田作作物物生生长长模模型型名名录录(多多作作
16、物物通通用用模模型型)第一节 作物生长模型研究及其应用二、作物生长模型的类型与结构（一）作物生长模型的类型（一）作物生长模型的类型 层次层次名称名称模拟模型所包含的生态因子模拟模型所包含的生态因子出现出现年代年代温度温度辐射辐射水分平衡水分平衡和水分有和水分有效性效性氮素有效性、氮肥氮素有效性、氮肥效应及与水分和气效应及与水分和气候因素的交互作用候因素的交互作用所有其所有其它因子它因子第一层第一层次模型次模型光温潜力模光温潜力模拟模型拟模型1980年年以前以前第二层第二层次模型次模型光温水潜力光温水潜力模拟模型模拟模型19801985年年第三层第三层次模型次模型光温水氮潜光温水氮潜力模拟模型力
17、模拟模型1985年年以后以后第四层第四层次模型次模型现实产量模现实产量模拟模型拟模型目前尚目前尚无无第一层次模型关系图第一层次模型关系图（Penning de Vries等，等，1989）（引自潘学标，）（引自潘学标，2003）第二层次模型关系图第二层次模型关系图（Penning de Vries等，等，1989）（引自潘学标，）（引自潘学标，2003）第三层次模型关系图第三层次模型关系图（Penning de Vries等，等，1989）（引自潘学标，）（引自潘学标，2003）输入模块输入模块模拟模块模拟模块输出与分析模块输出与分析模块第一节 作物生长模型研究及其应用二、作物生长模型的类型与结构（二）作物生长模型的结构（二）作物生长模型的结构n气候数据气候数据n土壤数据土壤数据n作物数据作物数据n栽培管理措施栽培管理措施发育和器官形成模型发育和器官形成模型衰老模型衰老模型田间管理措施模型田间管理措施模型 光截获和光合作用动力学模型光截获和光合作用动力学模型营养吸收和根系活动动力学模型营养吸收和根系活动动力学模型干物质分配模型干物质分配模型水分吸收与蒸腾模型水分吸收与蒸腾模型生长和呼吸模型生长和呼吸模型叶面积增长模型叶面积增长模型 模拟结果模拟结果的数据或的数据或图形图形 作物生长模型的结构框图作物生长模型的结构框图