国外作物生长模型发展综述

第28卷第2期　　　　　2002年3月　190～195页

作　物　学　报

ACTAAGRONOMICASINICA

Ξ

.28,No.2Vol

～195　Mar.,2002pp.190

国外作物生长模型发展综述

谢　云1　JamesRKiniry2

(1北京师范大学资源与环境科学系,教育部环境演变与自然灾害重点实验室,北京100875;Temple,Texas)

2

美国农业部农业研究局草地、水土研究实验室,

摘　要　伴随着系统科学和计算机技术的发展,作物生长模型研究从60年代开始迅速发展起来,至今经历了从幼稚走向成熟,从经验走向机理,从理论走向实用的发展历程。目前正在逐渐成为土地资源评价、农作物生产管理决策、以及农业生产对环境影响评价的一个重要的技术工具。关键词　作物生长模型;生理过程;模拟;模型应用中图分类号:Q141　　　文献标识码:A

AReviewontheDevelopmentofCropModelinganditsApplication

12

XIEYun　JamesRKiniry

(1DepartmentofResourceandEnvironmentalSciences,KeyLaboratoryofEnvironmentalChangeandNaturalDisaster,MinistryofEducationof

ChinaBeijingNormalUniversity,Beijing100875,China;

2

USDA2ARS,Grassland,Soil&WaterResearchLab,Temple,Texas76502,USA)

Abstract　Withthedevelopmentofsystemandcomputersciences,cropmodelingwasbornin1960′sand

developedfasterandfasterafterwards,coveringaseriesofstagesfrominfancytomaturity,fromempiricaldescriptiontoprocessanalysis,andfromtheoreticalresearchtopracticalapplication.Generally,thehistoryofcropmodelingcanbedividedinto3stages:(1)Widespreadmodeldevelopment(1960′s～70′s);(2)applicationofmodels(1980′s);(3)refinementofmodelswithimprovedvisionoftheirusefulness(1990′s).Nowsimulationmodelsarecommonlyacceptedasassessmenttoolsforevaluatinglanduseandmanagement,decision2makingforcropproduction,andassessingenvironmentalimpactsofagriculture.Keywords　Cropmodels;Physiologicalprocess;Cropmodeling;Modelapplications

　　作物生长模型是指用数学概念表达作物的生长过程[1]。Curry[2]认为作物模型应尽可能用数学公式描述动态过程,以替代用黑箱方法进行的最优估计。Sinclair和Seligman[3]回顾作物生长模型的发展史后提出,作物模型是借助于计算机手段,对作物

[4]

各种生长过程进行综合的数值模拟。Montieth也给出了类似的定义,认为作物模型是通过给定一系列生物系数和相应的环境变量,用来预测作物的生长、发育和产量的定量模拟系统。显然,各种定义尽管表述不同,但有一个共同特性便是数学表达。归纳起来,作物生长模型可从二个角度定义,一是广义的定义,认为作物模型是借助于数学公式或数

值模拟手段对作物生长、发育和最终的干物质产量进行模拟和预测,既包括动态过程的描述,也包括经验公式的表达。二是狭义的定义,认为作物模型是基于作物生理过程,对作物的生长、发育和产量形成过程进行动态模拟的一系列数学公式的综合,借助于计算机手段实现这种模拟过程,是作物生长模型的一个重要特性[4]。这二个定义实质反映了作物生长模型研究方法的发展历程:由环境因子与作物生长关系的多元统计分析,到生长机制如光合作用、呼吸过程等的模拟。目前所称作物生长模型多是指后者。这种对作物一系列生长、发育和产量形成进行综合数值模拟的过程,又称为作物生长模

Ξ基金项目:国家杰出青年基金资助项目(49725103);教育部留学回国人员基金;中科院禹城农业生态试验站资助。

作者简介:谢云(1964-),女,辽宁大连人,副教授,博士,从事气候、土地资源评价和作物生长模型研究与教学。JamesR.Kiniry,

男,美国农业部草地水土研究实验室,研究员,博士,从事农学、作物生长模型研究。

Receivedon(收稿日期):2001204205,Acceptedon(接受日期):2001207229

拟。作物生长过程也是有效地利用大气和土壤中各种物质与能量的过程。

在作物模型研究的早期阶段,主要采用以试验数据为基础的统计分析方法,然而由于作物生长过程中涉及到许多变量,各变量间又存在着复杂的相互作用,这种只能描述现象的方法很难解决问题,于是模型的研究转向基础理论研究[5],试图建立比较详尽的理论模型,使其具有普适性或一般性。而对于模型的使用者来说,越是简洁明了的模型,越易于应用,但它往往是根据特定地区的试验和观测数据建立起来的,应用范围又受到很大限制。因此到目前为止,仍然很难判断什么样的模型更为成功。Shaffer和Larson[6]认为,从目前来看,最成功的作物模型应是那些用得最多和最广,并且经检验效果最好的模型。

美国和荷兰是目前作物生长模型研究比较集中的二个国家,Sinclair和Seligman[3]、Bouman等[7]分别总结了各自国家模型研究的发展历史。Sinclair和Seligman将美国作物生长模型的发展比喻为一个生命过程:经历了从婴儿期到成熟期的过程。30多年前,计算机科学和系统科学的发展,促进了作物模型研究的发展。此后,随着计算机的迅速普及和应用,作物模型的研究步入少年期,以模型数量的迅速增多和模型的复杂化为明显标志。在随之而来的青年期,人们开始对模型的理论化和可操作性之间的关系进行探索,重新审视模型的地位与作用。今天,作物模型的研究正经历成年期,人们在积累了丰富经验的同时,认识到模型无论从理论表述,还是实际应用上都有其局限性。Bouman等回顾了荷兰瓦赫宁根农业大学“deWit学派”系列作物生长模型的发展历史,将其分为三个阶段:(1)早期阶段(60～70年代);(2)中期阶段(80年代 …… 此处隐藏：14263字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……