系统优化理论在CERES－大豆模式品种参数求解中的应用

根据田间试验资料，采用多维非线性单纯形法搜索求解模式中的品种参数，比较全面地评价了ＣＥＲＥＳ－大豆模式（ＳＯＹＧＲＯＶ５．４１）对我国大豆生长过程及其产量形成的模拟效果。结果表明：（１）若仅考虑某一单项的模拟效果，如发育期或收获产量等，而不涉及其余项目，则可以调整有关参数得到相当满意的模拟结果；若考虑所有模拟输出项的模拟效果，则其精度明显下降，相对误差在１０％～６０％之间。（２）对于某些生长过程，如叶面积指数动态和地上部分于物重的增重过程等，用ＣＥＲＥＳ大豆模式模拟得到的时间趋势与实例资料有较大差别；而对籽粒增重的模拟效果较好。

茶园生态边界层结构及其变化规律

对茶园生态边界层的垂直结构特征及其变化规律的研究表明,茶园冠层的枝叶密集,叶片垂直分布集中。在晴天,由于茶树生理活动的影响,使得温度和湿度垂直分布形成明显的逆温层和正的湿度梯度,在叶片分布层附近达到最大值,向上向下减小,并随天气条件和时间变化而有所不同。生态实体是叶片分布层中生物体与环境之间相互作用而形成的具有特殊生态功能的实体,在较大的尺度上,以独特的生态功能与其周围环境进行物能交换和信息传递。

植物群体结构与太阳辐射的垂直分布及其变化

茶树、小麦和樟树群体叶面积垂直分布的差异显著,但在一定精度内,它们可用相同的函数形式描述,具有理论意义。茶树叶倾角基本服从正态分布,方差较大。不同的植物群体中,太阳辐射的垂直分布有别,与群体叶面积垂直分布密切相关。光合有效辐射(PAR)的消光系数大于总辐射(TSR)的消光系数;一天中,群体下部的光照条件以中午前后为佳,消光系数(k)最小;k 值与太阳高度角的正弦成反比。考虑到 k 值的日变化,指数衰减律仍不失为一种简单实用的数学模型。

脐橙果实膨大时间进程的研究

通过大量观测资料分析了“纽荷尔”、“罗脐-35”和“朋娜”脐橙品种果实膨大的时间规律及有关生长特性之间的内在联系。结果表明,脐橙果实膨大进程遵循Logistic方程的时间变化规律,由此而导出的果实膨大速率、果实大小及生长期之间的关系与实测资料一致。脐橙果实膨大持续时间长,膨大速率的变化较为平缓,幅度小。3个供试品种中“纽荷尔”品种具有明显的栽培优势,是优秀的换代和推广品种。

作物生长与温度的关系及其动态变化

在总结前人研究成果的基础上,作者提出了求解作物生长适宜温度范围和生长受害高低温指标的数学分析方法。对所引用资料分析表明,杂交水稻籼优六号在其一生中最近生长温度有低一高一低的变化趋势,生长受害的高低温指标也有类似的变化规律。适宜温度范围具有宽一窄一宽的变化过程,在11叶～孕穗期间存在一个明显的温度反应敏感期。进一步分析说明,这些变化规律与作物干物质积累速度和群体叶面积系数的时间变化趋势大致相当,是以作物体内生化过程和群体结构变化为基础。

湍流运动与生态边界层厚度

通过湍流通量及其梯度的空间结构和时间变化的分析,进一步揭示了生态边界层的结构特征和功能以及植物生理活动在这一过程中的重要性。茶园枝叶密集的冠层空间是物质能量的源和汇,可视为一个具有特定功能的整体,即生态实体。生态边界层厚度是指植物生命活动与物理环境之间的直接作用距离,超出这一距离,植物与环境间的物质能量交换则不明显。茶园冠层的生态边界层厚度(D)可用公式D=(BA)表达。(BA)为植物生理活动函数,HC为植物群体高度。在中性条件下,Φ=1。当=1时,D值变化在0.08HC～0.16HC之间,在考察生态系统的环境条件时,D值具有一定的参考意义。

植被微气象的数值模拟

综合考虑梯度输送和阵性穿透作用，并对植被上方的过渡层作适当处理，提出了植被微气象的一阶闭合模型。它对温、湿、风等物理量垂直分布的模拟精度良好。引用系统优化理论和方法，对模型中参数作多维非线性搜索，结果客观可靠。由于植物本身的调节适应能力和反馈作用，大气与植被间的动量与水热交换机制和过程不尽相同。在动量输送过程中，梯度产生项和阵性穿透皆不可忽视，尤其在群体下部，更为重要；而在热量和水分输送过程中，阵性穿透作用在低矮密集植被中的贡献甚微，梯度产生项起主导作用。

生态力概念

生态力指生物与环境之间物流、能流和信息流的驱动力。生态内力是生物的生理代谢活动能力，它把从环境中吸入的物、能转化为生物本体的物、能，并将部分内在的物、能输出体外，显示了生物本身的活力和生产力；生态外力则是环境综合作用向生物输送物、能的力量。生态内力与生态外力之和称为生态合力，它是生态动态平衡的指标，表示环境条件的适宜程度。生态力的研究尚属起步，其概念、理论和方法有待进一步发展和完善。

冬小麦生长和产量形成与气象条件关系及其动态模拟的研究——以河南省黄淮平原冬小麦中、低产地区为例

本文以能量转换和物质循环的观点,根据大量的田间试验及气象资料,对河南省黄淮平原中、低产地区冬小麦生长和产量形成与气象条件的定量关系及其时空变化特点作了分析,并指出了小麦群体内部光合有效辐射(PAR)的垂直分布特征;群体中存在着一个对PAR的强烈削弱层,它随着小麦生育期的后延而升高。依该地区小麦干物质积累不同特点,作者提出了早播、适播、迟播和受冻害四种生长型。 在前人研究的基础上,作者提出了“冬小麦农业气象计算机模拟模型”(WWACSM),它由发育期、叶面积系数及光合生产三个一级子模式和若干个二级子模式组成:并结合河南省黄淮平原小麦生产实践,对其中某些子模式作了探索和改进,为进一步发展该地区小麦的商品生产提供了气象依据。

气候变化对河南省灌溉小麦的影响及对策初探

灌溉是河南省冬小麦最重要的种植管理模式。在DSSAT-CERES小麦模型参数调试和区域适用性验证的基础上,利用区域气候模式PRECIS输出的未来气候情景资料,量化分析了2021—2050年河南省灌溉条件下冬小麦产量的可能变化,结果表明:若不采取其他措施,未来A2,B2两种温室气体排放情景下,河南省冬小麦产量平均减少5%左右,A2情景减产率略高于B2;随着产量降低,产量波动区间略有缩小,但25%～75%的稳产区间也相应缩小,且B2情景下更容易出现极端低产的年份;冬小麦水分利用效率相应降低。采取适当应对措施,如延迟播种期、减小种植密度等有利于提高产量或缓解减产趋势。

限量灌溉下冬小麦水分利用效率模拟

用参数调试后的DSSAT-CERES Wheat模型,以郑州地区冬小麦全生育期降水偏缺的2003—2004年逐日气象资料为背景数据,在分析作物阶段缺水量的基础上,限定灌溉量100mm以内,分不灌水、灌一水、二水、三水处理,着重模拟研究限量灌溉对冬小麦水分利用的影响,并引入田间水分管理反映指标(WMRIs)为优化灌溉方案设计提供综合评价参考。结果表明:限量灌溉可在一定程度上缓解水分胁迫,促进增产并提高水分利用效率;各种处理均较不灌水明显增产,增产率为13.1%～73.3%;小麦对水分的吸收利用总体表现为灌二水优于灌三水优于灌一水;水分利用效率越冬水+灌浆水最高,灌溉水利用效率拔节水最高;拔节期是限量灌溉的最佳时期。