作物动力生长模拟模式

人气 1109   2005-4-27 10:10

植物通过光合作用将太阳能转化为生物量。在此过程中,一方面CO2被同化为醣;另一方面,所产生的醣部分消耗于呼吸作用。二者之差即为储存的干物质。这些子物质按照一定的生物学规律分配到各器官之中。这一不断进行的过程,就是植物生长发育直至产量形成的过程。作物生长模拟正是从物质、能量转换、能量平衡的观点出发,借助于系统分析方法,以环境因子为输入变量,用数学模式模拟,再现植物生长发育过程及其与环境条件关系的研究方法。因此,作物生长模拟模式理论性强,机理明确,使作物与气象关系的研究从主观到客观,从定性到定量,从简单相关到基本生理过程研究,不仅推动了学科进步,而且在农业气象条件评价、产量预测、作物生产力估算、气候变化影响等许多方面得到了广泛的应用。

作物生长模式一般包括光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、叶面积增长、发育期、干物质分配等若干子模式。输入基本气象资料和必要的作物遗传特性参数,按一定的时间步长(日或旬),循环计算,直至生育期结束,即可得到总干物质累积量。

早期基本的生长模式有ELCROS模式、SPAM模式、岩木模式和rloaeBofi模式。以后逐渐发展了BACROS模式、ARIDCROP模式、SUCROS模式以及CERES模式等。

中国有的学者从大气一作物一土壤系统出发,探讨了冬小麦生长发育及产量形成与各环境因子、能量投入之间的定量关系,在SUCROS模式基础上,采用动态模拟和统计分析相结合的方法,建立了冬小麦生长发育及生产力动态模拟模式[30]。模式根据华北地区冬小麦的气候生态特点,对原SUCROS模式作了部分改进。他们认为,原有的光饱和点对CO2交换速率Pm已不适应新品种的变化,冬小麦适宜温度范围内最大交换速率与温度的关系应服从B函数:

冬小麦的发育主要与生育期内的热量条件密切相关,特别是与积温直接有关。模式根据积温数量确定发育进程。按照最冷旬平均气温,将全国冬小麦种植区划分为冷冬、温冬和暖冬三大种植区域。不同区域冬小麦完成发育所需积温不同。根据不同气候区的生产力、试验资料,得到各区冬小麦全生育期及各发育阶段所需的积温。发育速度模式中对播期也给予了充分的考虑。模式包括叶面积的动态变化对群体光合作用的影响。根据观测资料,建立了不同区域小麦绿叶干重占干物质累积重量的比重随生育进程变化的关系。模式假定麦田潜在蒸散是小麦形成光温生产力所需水分的上限值,以光温生产力与潜在蒸散之比表示冬小麦水分利用效率。这样,根据麦田实际蒸散和水分利用效率,便可估计出实际水分供应条件的冬小麦生产力。用田间试验资料对模式的检验结果表明,小麦发育期、干物重、叶面积指数以及土壤水分平衡的动态变化与实测值吻合较好。

冬小麦生产力模式的实例说明,作物生长模拟模式机理性强,用于生产力估算是可行的。但是, 目前这一类模式在大范围推广、使用还存在一些问题和困难。因为作物生长是在大气一作物一土壤开放系统中进行的,受到作物遗传特性、环境变量、社会经济条件等多种因素的影响,其模拟研究的精度取决于各个相应学科及对各种因素相互关系的研究的进展和详细程度。同时,建立生长模式需要有大量的生物、环境(气象、土壤、水分等)、农业技术措施等资料。获取大范围的此类资料显然存在相当的难度。另外,生长模式中仍有一些与作物品种特性有关的、具有一定经验性、地方性的参数。因此,只有经过用各种不同气候区域资料的检验和校正,才能使生长模式在区域范围内使用。目前利用作物生长模拟模式估算大范围气候生产潜力的研究尚不多见。

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