基于集成学习算法和WOFOST模型的小麦生长模拟分析与产量预测

针对传统单一作物生长模型和机器学习模型在预测上的限制,将WOFOST模型与灌溉模型结合,利用集成学习算法建立多模型耦合系统(WOFOST耦合模型),选用美国航空航天局(NASA)1990—2020年数据进行模拟试验,选取2006年、2018年展示试验成果。结果表明,WOFOST耦合模型的小麦叶面积指数、总生物量均高于WOFOST模型,WOFOST耦合模型更贴近实际生产活动。耦合算法的MAE、MSE均低于Bagging、Boosting、Stacking算法,分别为2.836、7.581,R~2均高于Bagging、Boosting、Stacking算法,高达0.942。WOFOST耦合模型更全面和准确地模拟作物生长状态,提高产量预测的准确性与可信度。

不同矿化度水源膜下滴灌棉田土壤水盐动态和作物生长模拟

为构建适用于干旱区膜下滴灌条件的土壤水盐动态分布和棉花生长模型,基于2020—2021年的田间试验,经过对SWAP模型的土壤、土壤水力功能和作物生长等模块进行率定和验证,对灌溉水矿化度为1、2、3、4、5、6 g·L^(-1)时的土壤水盐分布特征、作物生长过程和干物质累积分配进行数值模拟。结果表明:(1)土壤含水率与土壤含盐量的模拟精度以20~100 cm土层较好,0~20 cm土层模拟精度较差,其中土壤含水量的模拟效果优于土壤含盐量;随着灌溉水源矿化度的增加,土壤含水率和含盐量的模拟误差逐渐变小。(2)不同矿化度水源膜下滴灌棉花叶面积指数模拟效果较好(R2=90.72%,RMSE=0.35 cm^(2)·cm^(-2),NRMSE=8.73%,IOA=0.98)。(3)不同矿化度水源膜下滴灌棉花茎干物质累积量模拟效果较好(R2=89.08%,RMSE=6.12 g,NRMSE=23.16%,IOA=0.96)。研究结果表明,SWAP模型可以较好地对不同矿化度水源膜下滴灌的土壤水盐动态分布和棉花生长过程进行模拟。

作物生长模型WOFOST在华北平原的适用性研究

简要介绍了荷兰瓦赫宁根大学开发的WOFSOT模型,为了评价其在华北平原的适用性,2000～2001年在中国科学院禹城综合试验站进行了水分处理实验。水分池分为8个处理,分别是:≥40％、≥50％、≥60％、≥70％、≥80％田间持水量及返青.拔节受旱、抽穗.灌浆受旱、灌浆-成熟受旱,每个处理重复1次,共16个实验小区。其中2001年的实验数据用于参数校正,得到一套模型的参数值,2000年的实验数据用于模型的验证。主要结论如下:1)WOFOST模型适于描述作物的光合作物过程,对潜在生长的模拟较好,用于华北平原的作物生长与水分利用的研究是适宜的;2)华北平原的光温生产潜力为8 100 kg·hm-2左右,目前冬小麦的产量仅相当于潜在产量的65％;3)WOFOST。模型在一些细节问题上考虑较粗,比较适合于大面积、区域范围内的模拟;4)WOFOST存在不少需要改进的地方,如干物质分配系数考虑可能过于简单、未计算冬小麦发育后期茎叶干物质向籽粒的转移等。

作物生长模拟模型参数校正与有效化的理论和实践

以ＧＯＳＳＹＭ 模型为例系统阐述了作物生长模拟模型有关参数校正和模型有效化的一般原理和方法，同时用新疆棉区的试验具体校正了品种参数、土壤参数和修改了部分模块，并对校正结果进行了验证．结果表明，两个试点土壤２０ ～４０ 、６０ ～８０ｃｍ 两个土层生长季水分动态观测值与土壤参数校正后模型的模拟值吻合较好；系５ 品种试验生育期６ 项生物指标动态模拟结果与实测值拟合的相关系数都在０ ．９ 以上，并且不同栽培条件的３ 个处理的模拟产量的相对误差平均为７ ．５ ％ ，模拟结果较理想．

运用WOFOST模型对浙江水稻潜在生长过程的模拟与验证

通过2001～2003年在金华市和2004年在杭州市的水稻田间试验，应用WOFOST模型对浙江水稻潜在生长进行了模拟和验证。对于常规晚稻秀水11和杂交晚稻协优46，用2001年和2002年的试验数据作参数校正，得到一套参数后，用2003年试验数据作模型验证；对于单季稻两优培九，则以2004年试验数据用于校正，2003年的用于验证。通过对几种水稻品种模拟结果的综合分析，主要结论如下：WOFOST模型可以成功地用于浙江主要水稻品种潜在生长过程的模拟，可以较好地分析浙江水稻的生长过程和产量潜力。由WOFOST模型计算得到浙江中部地区连作晚稻的生产潜力为8100kg／hm^2左右，中稻为9300kg／hm^2左右。目前两种水稻的实际平均产量分别为模拟产量的78％和70％。判断结果表明，有必要对目前水稻中、后期的田间管理措施进行重新审视。

作物生长模拟模型及其应用

论述了作物生长模型在国内外的研究及其发展过程，作物模型的机理及在农业生产中的作用。

EPIC模型中作物生长与产量形成的数学模拟

侵蚀和生产力影响估算模型EPIC是世界上较有影响的水土资源管理和作物生产力评价动力学模型。文章简要介绍了EPIC模型中描述作物生长、产量形成和环境胁迫的主要数学方程,有助于理解EPIC模型模拟作物生长与产量形成的基本原理和基本过程,可供我国作物生长模拟与生产力定量评价研究中借鉴。最后指出了该模型中需要改进之处。

作物生长模拟模型在我国农业气象业务中的应用研究进展及思考

近年来我国农业气象科研和业务部门紧密结合,开展了作物生长模拟模型应用于农业气象业务的研究和应用试验工作。基于国外作物生长模拟模型的应用进展以及我国农业气象业务的现状,简要分析了农业气象业务中应用作物生长模拟模型的必要性和紧迫性。针对单点理论模型能否在业务中应用的疑惑,详细讨论了国外引进作物生长模型的本地化和单点理论模型在区域尺度上模拟应用等两个关键问题的重要性和技术方法。重点介绍了近年来我国气象系统农业气象科研和业务部门在推进作物生长模拟模型在农业气象业务应用方面所做的工作,即基于东北玉米、华北小麦和江南双季稻生长模型的气象条件影响评价和产量动态预测方法等。最后从改进完善作物生长模拟模型、探讨区域模拟应用技术及稳健推进业务应用和实施等方面分析了目前存在和出现的问题,以及可能的解决途径。

作物生长模拟模型在上海精准农业和智能温室中的运用及前景(综述)

作物生长模拟模型是精准农业支持技术的核心部分之一 ,也是温室生产智能化操作与管理软件的核心部分。本文综述了作物生长模拟模型建立的过程 ,及目前国内外在精准农业和智能温室中的运用现状。进一步提出现阶段我国开展蔬菜作物模型和专家系统研究的若干方法。并展望了蔬菜作物生长模拟模型在精准农业和智能温室应用领域中的作用和前景。

多种环境外力作用下作物生长系统的动力学模型及过程数值模拟

依据生物力学的理论与方法,综合探讨了多种环境因子(光照、温度、土壤水分与养分等)外力作用下作物生长的动力学机制· 采用连续马尔柯夫过程方法建立了作物生长系统的动力学模型及数值模拟方法,研究了生长速率对外力条件变化的反应与生物量饱和值的变化,并以半干旱区作物为例进行了数值模拟计算与分析,为大田管理提供了定量依据· 该动力模型与其它植物生长模型相比,其优越性在于从宏观和微观相结合上反映了资源利用的多维性,揭示了资源转化过程· 所建作物生长系统模拟方法,具有先进性和可操作性。

作物生长模拟模型研究综述

阐述了作物生长模拟模型的概念及其意义、国内外研究进展、存在的问题和发展趋势。国内外作物模拟模型的研究主要以水稻、小麦和玉米作物模拟模型研究为主,近几年也出现了对其他作物模拟模型的研究,如大豆、棉花、烟草、马铃薯、苜蓿以及一些园艺作物。在分析已有作物生长模拟模型研究存在问题的基础上,提出了作物生长模拟模型研究的发展趋势。

作物生长模拟模型及其在设施园艺生产中的应用

介绍了作物生长模拟模型在国内外的发展现状和应用效果,以及作物生长模拟模型在设施园艺中的应用现状;分析了建立园艺作物生长模拟模型的可行性、必要性;提出了建立园艺作物生长模型的策略,并对作物生长模拟模型在设施园艺中的应用前景进行了展望。

用ALMANAC作物生长模型模拟冬小麦生长

冬小麦是黄淮海地区的主要农作物。精确模拟冬小麦产量能够帮助生产者获得更好的经济效益。根据实验资料调整了ALMANAC作物生长模型部分参数后,用其对该地区的冬小麦生长进行了模拟,结果显示ALMANAC模型能够较好地模拟冬小麦的叶面积指数和产量。叶面积指数的模拟结果与实测结果的比值为1.0552,可决系数R2为0.7021;生物量模拟的最大误差为-6.01%,经济产量模拟的最大误差为-5.41%。模型还可以揭示影响冬小麦生长的主要胁迫因素。

作物生长模拟模型研究概述

从基本概念、基础理论、发展阶段、研究内容、应用领域及发展趋势等方面综述了作物生长模拟模型的研究概况。

作物生长模拟模型的研究与应用

作物生长发育模型与模拟是近40年来国际学术界的一个新的生长点,目前已发展为当今最为活跃的农业前沿性研究领域之一,是数字农业的重要基础和关键技术。上世纪90年代以来,作物模拟继续朝着应用多元化方向发展,作物生长模型的机理性和预测性不断得到改进和提高。现作物模型已成功地应用于农业生产及资源环境的管理中,从而在社会经济发展中将会起着日益重要的作用。文章系统介绍了作物生长模型发展的4个主要阶段,指出了各阶段生长模型的研究进展,并对模型的建立过程及涉及的关键技术进行阐述,指出生长模型在农业生产和科研中的应用。

作物生长模拟模型的开发应用进展

论述了作物生长模拟模型的开发研究进展和模型的应用情况。

基于校正WOFOST模型的枣树生长模拟与水分利用评价

为实现定量化分析温、光和水资源对果树生长的影响,本研究以成龄骏枣树为研究对象,提出了基于校正WOFOST模型的枣树生长和水分运移模拟方法。利用2016和2017年的田间试验观测数据,重点校正WOFOST模型的物候学发育、初始化、绿叶、CO_(2)同化、干物质分配、呼吸作用和水分利用参数。在田间尺度,完成总地上生物量(TAGP)、叶面积指数(LAI)和土壤水分含量的动态模拟和精度验证;在县域尺度,使用55个果园的最大LAI、单产、实际蒸散量(ET_(a))和水分利用效率(WUE)数据评价模型区域尺度的模拟性能。结果表明,在田间尺度,校正模型模拟不同灌溉梯度TAGP的决定系数R^(2)范围为0.92~0.98,归一化均方根误差NRMSE为8.7%~20.5%;模拟LAI的R^(2)范围为0.79~0.97,NRMSE为8.3%~21.1%;模拟土壤水分含量的决定系数R^(2)范围为0.29~0.75,NRMSE为4.1%~6.1%。在县域尺度,两年模拟最大LAI与实测LAI的R^(2)分别为0.64和0.78,NRMSE分别为13.3%和10.7%;模拟单产的R^(2)分别为0.48和0.60,NRMSE分别是12.1%和11.9%;模拟ET_(a)均方根误差分别为36.1 mm(7.9%)和30.8 mm(7.4%);模型也表现了较高的WUE模拟精度(10%<NRMSE<20%),均方根误差RMSE值分别为0.23和0.28 kg/m³。WOFOST模型在田间和县域尺度都取得了较高的枣树生长和水分运移模拟精度,可为土壤、气象、灌溉管理和枣树生长耦合影响的定量化分析提供新思路。

作物生长过程模拟模型与形态三维可视化关键技术研究

针对作物产量形成、品种适应性分析的数字化解析和可视化表达的需求,以提高作物模拟模型的时效性、协同性和真实感为目标,结合物联网技术与作物模拟模型,进行了田间数据实时采集;应用多智能体技术进行了作物协同模拟方法研究与框架设计;开展了作物生长过程模拟模型及基于作物模型的形态三维可视化关键技术研究,以作物小麦为例,进行了田间试验,阐述了小麦三维形态模拟可视化系统的设计实现并进行了试验验证;构建了Logistic方程模拟小麦叶长、最大叶宽、叶片高度、株高等的生长变化,采用基于曲线、曲面的参数化建模方法和3D图形库OpenGL构造了小麦器官几何模型。结果表明小麦叶长、最大叶宽、叶片高度和株高模拟模型R2值在0.772~0.999之间,回归方程的F值在10.153~4359.236之间,且Sig.小于显著水平0.05,模型显著性较好,模型的拟合度较高。本研究将作物模拟模型结果和形态结构模型有效结合,实现了以小麦为代表的作物在不同管理措施条件下的生长过程三维形态可视化表达,为作物生产数字化系统应用提供了更有效的途径,该技术体系与方法同样适用于玉米、水稻等作物。

温室园艺作物生长模拟模型的研究进展

作物生长模拟模型是进行作物生产精准管理和智能决策的有力工具.本文介绍了园艺作物生长模拟模型在国内外的发展现状和应用效果,分别从园艺作物叶面积、光合作用、干物质生产与分配、园艺作物发育和外观品质模拟模型进行了总结和评价;提出了温室园艺作物生长模拟模型研究中存在的问题和今后的发展方向.

作物生长模拟模型研究进展综述

综述了作物生长模拟模型的含义、建模方法、模型作用,在此基础上提出了未来模型应用的主要问题和对策。