水稻生长模型发展及应用研究综述

作物生长模型的研究和应用有利于科研成果的综合集成、作物种植管理决策的现代化和辅助国家决策,是作物研究中的重要工具。我国是世界上最大的水稻生产国,稻谷的产量关系到国家的粮食安全。该研究以水稻模型为例,选取CERES-Rice、ORYZA2000、YIELD、RCSODS水稻模型,讨论了各水稻模型的特点,通过对各模型的比较,论述了它们在实践中的发展和应用情况,展望了水稻生长模型的发展方向。

用面向对象方法、Visual C++研制水稻生长模型(RGM)系统

RiceGrowthModel(RGM)作为一个实例 ,为作物生长模型软件的设计提供了一个系统分解和系统组织的框架。利用面向对象的编程设计方法 ,将作物 环境系统抽象为多个子系统或生理过程 ,分别设计多个类 ,模拟这些子系统的功能。由于面向对象方法的封装性、继承性和多态性 ,类与类之间既相互独立 ,又通过类间接口彼此相互关联 ,使系统易于维护、扩充和重新开发利用。RGM又将VisualC ++的文档 -视结构扩展为模型 -文档 -视结构 ,为系统中类的组织 ,提供了框架结构。模型 文档 视中文档类 ,通过操纵模型类获取模拟的最终结果 ,并负责数据的管理 ,同时作为视类和模型类的通讯中介 ;视类显示文档的数据 ,并把用户的操作翻译成对文档类的操作。整个系统分工协作 ,类间进行有效的通讯 。

可视化技术及“模型-文档-视”结构在水稻生长模拟中的应用

该研究利用可视化技术和“模型 -文档 -视”的管理模式 ,试图改进作物模型系统的用户界面和系统组织结构。利用Hermite曲线模拟水稻叶片的形态 ,将作物模拟结果图形化、图像化 ,使水稻生长模拟的结果直观化。并在面向对象编程技术的基础上 ,将 MFC的“文档 -视”的结构扩展为“模型 -文档 -视”结构 ,使作物模拟系统中数值模拟、数据管理和用户界面的设计相互分离 ,且系统中的类与类之间能有效进行数据交换 ;整个系统可整合为几个“模型 -文档 -视”组 ,使系统结构简化 ,易于管理 ,是对面向对象编程技术的一种扩展。本研究表明 :采用“模型 -文档 -视”模式编程能使整个作物模型系统结构简明 ,提高研究人员的编程效率 ;可视化技术的使用 ,使用户能直接将模拟结果与田间生长状况进行比较 。

水稻生长模型研究进展

简单介绍了作物生长模型发展历史,重点介绍了水稻生长模拟模型的发展历史,阐述了当前水稻生长模型的应用情况。水稻生长模型基于水稻的生长机理,在未来气候情景模拟、区域化模拟、优化栽培及气象灾害影响评估中的应用已取得了较好成果。随着时代的进步,对模型模拟研究提出了新的需求。针对模拟模型当前的应用情况,提出了未来发展的几点建议对策,以期为作物生长模型在今后的农业生产实践中起到指导作用。

水稻作物模型虚拟仿真教学系统的构建

为满足作物生长模型课程实践教学的需要,采用Visual C.NET和Matlab混合编程方法,开发了#以水稻作物模型为例的虚拟仿真教学系统。系统包含作物知识、试验方法、模型建模和考核练习4部分,以网站形式发布,方便学生通过浏览器登录系统进行在线学习和模型运行操作。该虚拟仿真教学系统已成为作物生长模型课程的重要实践平台,有效提高了学生在作物模型建模和模型运行等方面的能力。

引入水稻“移栽时间效应”和光敏感性算法改进ORYZA模型并验证

【目的】水稻生长模型是实现水稻管理自动化的重要工具。现有水稻模型未充分体现水稻生长的"移栽时间效应",模型参数较多,使用较复杂。基于这些问题改进和完善水稻生长模型,以提高模型的准确性和实用性。【方法】在ORYZA与RCSODS模型的基础上,结合已有水稻生育期时间节点计算方法及其对干物质积累与分配的影响权重,在模型中增加移栽时间效应和水稻动态消光系数方程。利用2003—2012年黑龙江省绥化市庆安县农业气象站的发育期、产量和气象数据,验证了改进后的水稻生长模型的模拟效果,对比分析改进前后的效果差异。【结果】改进后模拟的返青期、分蘖期、孕穗期、抽穗期与成熟期和实际发育期时间节点的残差均方根(RMSE)分别为1.17、1.41、1.00、2.23和2.12天,整个发育期模拟RMSE与RE(相对误差)平均为1.6天与1.3%。试验点位多年产量范围在6495~8715 kg/hm^2,模拟值为7230~8207 kg/hm^2,其中产量模拟最小误差为210 kg/hm^2,平均RMSE与RE分别为714 kg/hm^2与9.2%,模型相对误差率保持在10%以内。移栽前有效积温与水稻完成基本营养生长期所需的有效积温呈显著正相关(R^2=0.7837,P=0.003),根据移栽时有效积温调整发育期模型第一阶段(基本营养阶段)生长速率参数,使发育期的模拟误差缩小3倍,产量模拟误差缩小34%。【结论】引入移栽前有效积温与基本营养生长期发育速率之间关系的响应方程,极大地提升了发育期模型的模拟效果;引入动态水稻消光系数方程,小幅度地提升了产量的模拟效果。改进后的模型可以促进水稻模型的发展,并更加准确地指导水稻生产。

湖北省籼、粳型水稻生长模拟及其应用

为推进湖北省“籼改粳”种植模式发展,提升稻作模式光温资源利用效率和改善稻米品质,本研究结合湖北省多点田间试验资料及气象数据,对水稻生育期、干物质分配及产量进行了模型模拟。结果显示:对湖北省籼、粳稻生育期的模拟误差在2个生理发育日之内,对生育期、穗部干物质分配的模拟基本分布在1:1线附近,拟合效果较好;水稻实际产量和模拟产量的相对均方根误差(RRMSE)为11.4%,因此,该模拟过程具有可信度。同时,应用本研究模型模拟方法初步预测了粳稻在湖北省的适宜播期。研究结果可为湖北省籼、粳稻种植分布及播期选择提供参考。

水稻氮肥精准管理技术研究进展

氮肥施用是水稻生产中比较重要,对水稻增产效益最高的环节,但目前我国水稻氮肥管理形式粗放,过量施用情况时有发生,这不仅增加了生产成本,还对环境造成污染。因此,进行氮肥施用精准管理研究,对水稻生产的提质增效有重要意义。对影响水稻氮肥吸收利用的主要因素进行深入分析,包括水稻品种、土壤理化性质、气候条件、水分管理、氮肥施用技术等5个方面;并对基于测土配方、生长模型、实地观测、遥感监测的主流水稻氮肥管理技术进行总结归纳,深入剖析当前我国水稻氮肥精准管理中所存在的主要问题;最后,提出解决我国水稻生产中氮肥过量施用问题的有效方法,并指出在未来水稻氮肥施用中,无人机遥感用于精准施氮决策将是重要的发展方向之一。水稻氮肥精准管理技术的研究对我国农业生产中化肥的减量施用具有重要意义。

鄂北地区水稻不同灌溉模式节水潜力分析

针对湖北省鄂北地区干旱现状,采用长渠灌溉试验站水稻灌溉试验成果,构建了鄂北地区水稻生长作物模型。通过假定不同灌溉下限和灌水定额设置了不同灌溉模式,利用构建的模型对不同灌溉模式进行了优化分析,提出了鄂北地区适宜的灌溉模式。在此基础上,计算分析了鄂北地区水稻不同灌溉模式的节水潜力。

RICAM1．3的结构与功能的改进及其应用

ＲＩＣＡＭ１．３（水稻生长日历模拟模型１．３）采用了发育进程、叶龄与叶面积模型的新例行程序、ＳＵＣＲＯＳ模型中干物质生产的例行子程序，以及在ＣＳＭＰ基础上改善的ＦＳＴ计算语言。因而，新版本ＲＩＣＡＭ将使农业技术管理和研究单位更便于应用。