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1、1.作物生长模块的结构2.作物生长模块概述3.有效积温的计算4.生物量的同化5.对水分的吸收6.对N、P的吸收7.实际生长8.耕作措施SWAT的作物生长模块1.作物生长模块的结构上图是SWAT模型中，模拟作物生长的模块的结构。程序流程的次序如下：按箭头的指向，先上后下，先左后右；箭头指的是调用关系，例如，crpmd子程序先后调用了三个子程序，先调用swu程序，然后调用operatn子程序，最后是grow子程序。而grow子程序又按先后顺序调用了tstr、npup、nup和anfert子程序。其余的以此类推。上图的这些子程序仅在此被调用，不存在交叉调用的情况；图中灰色块部分，分别是作物生长的两大
2、模块： operatn和grow，实现耕作模拟和作物生长模拟的功能。叶面积的增长和变化与温度、水分、养分等作物生长因素密切相关。通过作物生长的最适温度、最低温度与作物生育过程计算湿度对叶面积增长的影响效应。通过计算根系分布层次的土壤水分和养分状况，估计水分和养分胁迫对叶面积增长的影响效应。根据作物生长期生物量增长的、氮、磷和温度等四种胁迫因子，校正干物质的合成数量。计算分配到地上部和根系的干物质数量，估算根系分布深度和根系密度，进而计算作物根系吸收的土壤水分和养分在不同土层的分布情况。而植株水分、氮素、磷素满足程度最终又影响干物质合成数量。通过作物水分和养分临界期水分、养分亏缺状况估计实际收获
3、指数，最后通过地上部生物量和收获指数计算可供收获的作物经济产量。 有效积温为日平均温度减去基础温度计算公式如下： 在全生育期内将HU中大于零的部分累加，就得到植物生育期有效积温的总和。农事活动可以依据达到有效积温的某个比例进行安排。3.有效积温的计算4.生物量的同化植物叶面积截获光能的量，通过Beer法则来计算:利用截获的光，根据光能利用率，就得到时间步长内生物量的最大增量，公式如下：SWAT考虑了CO2浓度对光能利用率的影响。 CO2浓度对光能利用率校正的公式如下：SWAT按照右图的曲线来模拟冠层高度与LAI随发育阶段而变化的过程，通过对用户输入的曲线特征值求解曲线。冠层高度的计算公式如下：
4、其中，hc是冠层高度，hc,max是冠层最大的高度，frLAImx是植物最大LAI的分数。LAI的计算公式如下：LAI达到最大值后，这个最大值将会维持一段时间，直到叶片老化的速率超过叶片生长补充的速率 根系的发育：分配到根系的干物质从出苗期的40%变化到成熟期的20%。根系逐日的分配系数依下式计算： 其中，frroot是该日分配给根系的比例，frPHU是在达到生长季指定的某天时积累的潜在热量单位的分数。根深的计算，依作物不同而不同，对一年生植物，开始时根系的深度被设置为10.0 mm，随后发育阶段为0.4时达到最大，维持在最大值。在发育阶段小于0.4时，根深依下式计算 ：5.对水分的吸收在根区
5、任何深度的土层下，利用下式来计算植物的潜在吸水量： 其中，wup,z是某一特定深度的土层内吸收的水量，Et是该日的最大蒸腾量，是水分利用分布参数，z是土层深度，zroot是该日根深。通过代入土层顶层和底层，取其差值后再对公式求解，可以得到任意土层的潜在吸水量。随着土壤含水量的降低，土壤水分被土壤颗粒吸附得越来越牢，植物的吸水因此也变得越来越困难。为了反应这个现象，利用下面这个公式来修正植物的潜在吸收水量：吸收的水量经过校正后，就可以用来下式来计算从某一土层吸收的水量：whenwhen6.对N、P的吸收植物对氮素的吸收受植物氮素平衡的控制。植物氮素平衡公式计算植物生物量中的含氮量，在最适生长条件
6、下，这个含氮量是植物生长阶段的函数。计算植物N需求的公式如下：被吸收的氮素在不同深度土层中的分配，按下式计算：地表根系的密度最大，因此地表层氮素吸收的强度也最大。这种随深度不同而异的分布由氮素吸收分布参数来控制，这是一个用户可以自己调整的参数。 如果根区的含氮量不足以满足豆类植物的需要，SWAT允许植物通过固氮获得额外的氮素。固氮量是土壤水分，土壤氮素和植物发育阶段的函数 ：fgr是固氮能力受生育期的影响最大，需要另外进行校正。植物P吸收的计算与N吸收的计算类似，受植物P平衡的控制，在最适生长条件下，植物对P的吸收受植物中含P量的影响，并且是发育阶段的函数：计算植物P需求的公式如下：吸收的P在
7、不同深度的土层内的分布依下式计算：7.实际生长上述计算的是潜在条件下的生长，需要进行水分、温度、N和P胁迫的校正后就是实际条件下的生长。水分胁迫的计算公式如下：其中，wstrs是该日的水分胁迫影响因子，Et是该日的最大蒸腾量，Et,act是该日的实际蒸腾量，wactualup是该日植物总的吸水量。 温度胁迫是日平均温度和植物生长最适温度的函数，在最适温度附近，植物不会受到温度的胁迫。然而，如果偏离较大，植物就会开始受到温度的胁迫。计算公式如下：whenwhenwhenwhenN胁迫的计算仅限于对非豆类作物，SWAT模型不允许豆类作物受到N胁迫。N胁迫的计算公式如下：nstrs是氮素胁迫程因子，
8、 依下式计算： 其中，bioN,opt是当前发育阶段下植物组织里的最适含氮量，bioN是实际贮存在植物干物质中的氮素。P素胁迫程度的计算，可通过比较植物实际的与最适的P素含量得到。当植物的实际含P量等于最适含P量时，P素的胁迫等于0.0，当实际含P量低于最适含P量的50%时，P素的胁迫等于1.0，这个P素胁迫随含P量的下降而增加的过程也是非线性的，依下式计算：pstrs是P素胁迫程因子， 依下式计算： 植被的实际生产，取水分、温度、N和P胁迫中最大的胁迫因子，即依下式计算：计算出的潜在生长时的干物质就被乘以这个值，计算公式如下：植物在该日实际增加的叶面积依下式计算：对于植物每年生产的生物量的多
9、少，模型允许用户自己定义一个值。当这个值在模型的管理文件(.mgt)文件中被设立后，模型中每年的上述胁迫因素就不再考虑。当这个值被设立后，生物量的计算方法就如下式所示： 模型允许用户指定一个固定的收获指数，当这个参数被指定时，这个参数值就取代了公式计算出来的收获指数，此时不考虑生育期的不同，也不计算水分亏缺对其的影响。其中，HIact是实际的收获指数，HI是潜在生长状态下的收获指数，HImm是植物在爱干旱胁迫的情况下，所能允许的最小的收获指数， 是水分亏缺指数。水分亏缺指数依下式计算：实际收获指数就可按下式计算：8.耕作措施模型中考虑的耕作措施有以下几种： 播种：实施植物的播种操作； 杀死：杀死植物，并不收获，仅仅是移除地上部分生物量，不计算产量； 杀死和收获：杀死并收获，杀死植物，收获其经济部分； 收获：收获植物的经济部分但不杀死植株； 耕作或生物混合：计算耕作混合或生物混合对残茬与养分的混合作用
