油菜发育动态模拟模型

《油菜发育动态模拟模型》由会员分享，可在线阅读，更多相关《油菜发育动态模拟模型（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、油菜发育动态模拟模型刘 洪 金之庆?江苏省农业科学院?南京?摘 要根据油菜生理生态理论及油菜阶段发育与环境因子之间的数量关系?在借鉴 ?小麦/钟模型0与? 2 ? ? ? ?春化模型的基础上?构建了油菜发育动态模拟模型利用在江淮地区广泛收集到的油菜发育期资料?分别调试!确定了?种不同品种类型有代表性品种的发育参数?并将模拟结果与积温法进行了比较结果表明?本文提交的模型对不同生育阶段的模拟平均误差在? ?之内?对全生育期的模拟绝对误差平均不超过? ?其模拟精度要明显好于传统的积温法关键词?油菜 发育 模拟模型引 言?世纪?年代以来?作物模拟技术发展极快国外学者已相继研制成数以百计的作物模拟模型?

2、一些国家还成功地将其与专家系统!?技术!可视化技术!网络技术等集合?并应用于作物长势监测!遥感估产!精确农作!全球气候变化影响评价等研究领域? ?我国学者在吸收!发展国外先进技术的基础上?先后研制成水稻? ? ?!小麦?!玉米?!大豆?和棉花?等作物模拟模型其中?高亮之!金之庆等? ? ?研制的稻?麦模拟优化决策系统? ? ?将作物模拟技术与稻麦栽培优化原理相结合?在生产上已大面积应用推广但对于油菜生长模型?国内外都研究得较少?目前尚未见相关报道油菜是我国江淮地区主要的越冬作物之一近些年来?随着种植结构的调整?研究区域小麦种植面积已大幅度压减?油菜的重要地位日益凸现据有关专家分析?加入 ?之后

3、?我国油菜生产仍有较大发展空间但目前?研究区域的油菜生产还普遍存在着品质欠佳!产量不高!灾害频繁?暖冬!倒春寒!阴雨寡照!渍害?等问题?油菜生长模型的研制将有益于解决这些问题本研究拟在国内外模型研究的基础上?通过查阅有关文献?并根据作者对油菜发育问题的理解?首先构建油菜发育动态模拟模型?之后?通过田间试验和广泛收集到的生育期资料?调试和确定模型参数?最后?采用研究区域与建模资料相独立的油菜生育期资料?对模型进行可靠性检验本研究对预测江淮地区油菜的生育期进程?确定不同品种类型的第?卷?期 ?年?月 应 用 气 象 学 报 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

4、 ?本文由国家科技部/十五0攻关计划/农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究0之/农业气象灾害预警技术研究0?2?课题和国家自然科学基金重点项目?资助?2?2?收到? ?2?2?收到修改稿气候适应性?制定油菜栽培的各项优化措施以及安排当地种植制度等都具有重要的理论与实用价值同时?也为下一步研制油菜栽培模拟优化决策系统? ? ?进而在油菜渍害的预警业务中发挥作用奠定了良好基础? 资料来源油菜生育期资料取自江苏省农业科学院经济作物研究所? ?年在江苏省淮阴!扬州!镇江!苏州!东台!吴江!通州!沭阳和南京?个试点进行的油菜品种区域试验本研究取其中?个对照品种宁油?号?常规?和宁杂?号?杂交

5、?的部分资料对模型参数进行调试确定?其余的则用于对模型的检验以上各试点均采用统一试验方案实施?即?小区面积? ?土壤肥力中上等?完全随机区组排列?三次重复?播种日期?月? ?日?由北向南推迟?育苗移栽?苗床与大田比例? ? ? ?移栽密度?万 ?万株?按当地中上等水平进行田间管理?及时防治病虫害?观测项目主要为物候观测?收获时按小区称量实产其中?淮阴!沭阳!南京?个试点的前茬为旱作?其余?个试点为水稻?淮阴!镇江!扬州!苏州和南京?个试点还在试验地一侧增设病害鉴定圃?开展病害调查气象资料包括上述?个试点与作物资料同期? ?的逐日平均气温?由中国气象局国家气候中心提供逐日日长是根据各试点所在的纬

6、度?按? ? ?的方法? ? ?由天文公式自动生成的? 油菜发育动态模型的构建2 ? 1 油菜发育指数 根据江淮地区油菜的生长特性?全生育期可划分为?个发育阶段?即播种出苗?出苗抽薹?抽薹开花!结角?花角成熟本文采用发育指数?来表征油菜 的各发育阶段?表? 由表?可见?与各发育阶段是有序对应的在模拟油菜发育进程时?发育速度是按不同发育阶段的动态模拟模型?见? ? ?节?逐日计算并累加的?一旦达到某个发育指数值?即表示相应的发育阶段已完成?下一个发育阶段随即开始例如?当发育速度的累加值达到? ? ?时?即表示阶段已告结束?阶段?随即开始?余类推2 ? 2 油菜发育速度 拟采用下式来描述油菜的发育

7、速度?=? ?=? (?)对积分?可得到发育进程的表达式?=# ? =? = ? = ?(?)式中? 为第个发育阶段? ? ? ? ? ? ? ?的发育进程?为第个阶段的发育速度?它等于的时间?导数?用完成该发育阶段所需要天数? ?的倒数来表示应强调的是?不同发育阶段具有不同的模型形式?这主要是因为?影响各阶段的主要环境因子?期 刘 洪等?油菜发育动态模拟模型 各不相同具体地说?在上述阶段 ?温度和土壤水分是影响的主要因子?在阶段? ?温光条件和低温对春化作用的满足程度 共同对产生影响?在阶段 ?只受温光条件影响?在阶段?只与温度有关2 ? 3 油菜发育动态模型表1 油菜各发育阶段的生育期指数

8、序号生育阶段生育期指数?播种出苗? ? ?出苗抽薹? ? ?抽薹花角? ? ?花角成熟? ? ?影响油菜全生育期进程的主要因子有品种遗传特性以及温度?包括日平均气温和春 化作用所需要的低温? !土壤水分!日长等本文借鉴 ?的原理和方法?分别建 立了油菜不同发育阶段的发育动态模拟模型?现分述如下?播种出苗 本阶段油菜的发育速度主要受气温和土壤湿度影响?根据文献? ?油菜出苗时? ? ? ?土层的适宜湿度为? ? ? ? ?当土壤湿度大于? ?时?就 会严重影响油菜的发育进程因此建立了以下模拟模型?= ?#= ?( ?)?# = ?(?)当 ? ? ? ? 时, =?( + ?)/ ?(? )/

9、?(?)冬性油菜品种的? 为? ? ?半冬性品种的? 为? ? 当春化阶段完成后?油菜发育进入温光反应阶段?其发育期模型为?应 用 气 象 学 报 ?卷 ?= ?# = ?( )?# ? ?= ?(?)当 时, 令=式?中?和分别为油菜发育的下限和最适温度?本文取? ? ? ? ?为第日日长? ? ?为油菜发育的最适日长?本文取? ? ?!?!?为模型 参数式?的生物学意义是?当温光条件最适时? , ? ?油菜发育最快这 符合作物生理学理论?抽薹花角 油菜开花!结角阶段?主要受温光条件影响?因此?该阶段模拟模型 同式? ?本阶段取? ? ? ? ? ? ?花角成熟 油菜成熟期?发育进程只受温度

10、的影响?故有?= ?# = ?( )?= ?(?)本阶段取? ? ? ? ?并假定当? ? 时?令? ? ?当? ? 时?令? ? 综合式? ? ?油菜全生育期的发育模型有以下通用形式?= ?# # # ( )# ?( )= ?(?)式?中各符号意义同前不过应强调的是?不同发育阶段都有其特殊性?应区别对待例如?阶段?出苗)抽薹?和阶段?抽薹)花角?需考虑温光环境对发育的共同影响?而其余阶段由于发育对日长钝感?可令 ? ? 在阶段?播种)出苗? ?除考虑温度的影响 外?尚需考虑土壤湿度对出苗的影响? ?而其他阶段?可令? ? ?等等不同的生育 阶段?温度的最适值和下限值也有所不同同样?模型参数

11、! 等值亦因不同生育阶段和品种而异? 模型参数的确定调试并确定模型参数 !的值?是件复杂而细致的工作?也是模型应用的关键表2 油菜不同品种各生育阶段的模型参数值品种生育阶段模型参数宁油?号播种)出苗? ? ? ? ? ? ? ?出苗)抽薹? ? ? ?3? ? ?3? ? ? ? ? ? ? ? 抽薹)花角? ? ? ? ? ? ? ? 花角)成熟? ? ? ? ? ?宁杂?号播种)出苗? ? ? ? ? ? ? ?出苗)抽薹? ? ? ?3? ? ?3 ? ? ? ? ? ? ? ?抽薹)花角? ? ? ? ? ? ? ? 花角)成熟? ? ? ? ? ?3 春化模型参数?期 刘 洪等?油菜

12、发育动态模拟模型 所在一般多采用手动方法调试参数?即先调试其中一项参数并固定其他参数?进而比较模拟值与实测值的差值?直至模拟值与观测值的误差达到最小时为止?然后?将这项参数固定下来?再用同样的方法逐一调试其他参数这种方法不仅费时!费力?而且难免有人为的主观性本研究在调试参数的过程中?根据上述/试错0原理?编写了相关循环模块和判断模块?最终实现了在计算机上对特定品种参数的自动寻优这较之手动方法大大提高了工作效率表?给出了?个供试品种不同发育阶段的各项参数值? 模型的检验利用与调试品种参数相独立的另一套数据?对模型进行了可靠性检验?图? !图?给出了全生育期模拟值和实测值及二者间的相关系数?并将模

13、拟结果与有效积温法? ? ?计算的结果进行了比较?表? 由表?可见?在播种出苗阶段?发育动态模型 与有效积温法计算的结果比较接近这主要是因为?两者都考虑了温度对出苗的影响?而土壤水分对出苗的影响在实测资料中反映不明显在出苗抽薹阶段?发育动态模型对宁油?号和宁杂?号两个品种的模拟误差?最大分别为? ?和? ?平均为? ? ? ?和? ? ?而有效积温法的计算误差最大可达? ?和? ?平均为? ? ? ?和? ? ? ?这说明有 效积温法效果很差?而发育动态模型综合考虑了温!光因子及春化作用对油菜发育的影响?因而模拟效果较好抽薹花角阶段?发育动态模型的模拟误差?最大为? ?平均? ? ?和? ? ? ?而有效积温法的误差?最大为? ?和? ?平均为? ? ? ?和? ? ? ?由于本 阶段日长对油菜发育仍有影响? ? ?而有效积温法无法对此进行考虑?因此误差较大在花角成熟阶段?由于油菜发育进程只受温度因子影响?因而发育动态模型和有效积温法的计算误差都较小总之?就越冬油菜而言?有效积温法在预测生育期上很不理想?而本文提交的油菜发育动态模型可以较好地模拟逐日平均气温!日长!春化阶段低温和土壤水分对不同阶段油菜发育进程的影响图? 宁油?号全生育期模拟值与实测值相关图图? 宁杂?号全生育期模拟值与实测值相关图?应 用 气 象 学 报 ?卷 表3 两个油菜