国内外紫花苜蓿生长模型研究进展与展望X

    朱玉洁 ,冯利平

    (中国农业大学资源与环境学院,北京 100094)

    摘要:作物生长模拟模型有助于理解和预测作物生长发育、产量形成及其对环境的反应,并可用于资源利用分析,为生产提供决策支持。本文介绍了紫花苜蓿生长模拟模型的国内外研究进展、现状及特点,剖析了新近开发的紫

    花苜蓿生长模型(APSIM2 Lucerne)的组成和结构,对紫花苜蓿生长模型研究的重点与前景进行了分析讨论。

    关键词:紫花苜蓿;生长;模拟模型;研究进展;APSIM2 Lucerne 模型

    作物模拟模型是在 20 世纪 60 年代随着计算机

    技术的发展而逐步兴起的研究领域 ,是信息技术应

    用于农业生产的一个重要方面。经过 40 多年的发

    展 ,作物模型研究已从理论研究进入生产应用 ,并逐

    步深入到农业研究的各个领域。从目前总体的发展

    来看 ,各种作物生长模型开发并不平衡 ,有的作物研

    究很多 ,模型较为成熟 ,如禾谷类作物小麦、水稻、玉

    米及棉花、大豆等;而有的作物则研究不够深入 ,如

    紫花苜蓿、各种蔬菜等。本文介绍了紫花苜蓿生长

    模拟模型的国内外研究进展、现状及特点 ,重点介绍

    了澳大利亚农业生产系统研究所(APSRU)新近开发

    的农业生产系统模型 (APSIM2 Lucerne) 的组成和结

    构 ,并对紫花苜蓿生长模型研究的前景进行了分析

    和讨论。

    1 国外紫花苜蓿生长模型研究进展

    国外紫花苜蓿生长模型的研究始于 20 世纪 70

    年代 ,比小麦、玉米等作物模型的研究起步晚。最早

    可见 Field[1 ]

    进行的温度对紫花苜蓿生长和发育影响

    的分析与模拟研究工作。1975 年 ,Holt 等开发了紫

    花苜蓿生长模型 SIMED ,成为第一个较为完整的紫

    花苜蓿作物生长模型 ,该模型可用来模拟苜蓿的光

    合、呼吸和代谢产物的运输作用以及根、茎、叶生长

    和干物质积累 ,模型根据紫花苜蓿田间观测资料进

    行了验证和参数调试。SIMED模型曾经被用来作为

    紫花苜蓿害虫管理系统中的作物模型[2 ]。

    从70年代中后期到80年代初 ,在国际上较有影

    响力的几个紫花苜蓿生长模型 ,除了上述 Holt 等开

    发的 SIMED模式 ,还有 Fick 等接连研制的一系列不

    同水平的苜蓿生长模型 ,即 ALSIM(LEVEL 1 , LEVEL

    2 , LEVEL 0)和生长模型 REGROW13[3 ]。

    ALSIM1(LEVEL 1、 LEVEL 2)是模拟紫花苜蓿生

    产管理的一个例子 ,这些模型系列模拟的时间步长

    是1d ,模型能够模拟季节性的产量变化 ,而不是常年

    变化。ALSIM1 模型结构细节上相对于 SIMED 模型

    有所减少 ,其方程比 SIMED模型少 ,并且没有预测根

    的生长和根生物量子模型。Fick 等研究了紫花苜蓿

    再生长机制 ,其结果用来开发 ALSIM1 (LEVEL 2) ,以

    模拟苜蓿的再生长过程[2 ]。

    ALSIM1(LEVEL 0)模式作为一个简单的紫花苜

    蓿生产模拟模型 ,适合开发和制定紫花苜蓿生产管

    理方案。这个模式考虑了湿润环境中多个品种的基

    因特性、土壤湿度、温度、刈割管理等。LEVEL 0版本

    是初级作物生长模型的一个较好的例子 ,苜蓿生长

    速率依赖于积温条件、土壤持水能力 ,潜在再生作为

    两次刈割期间积温的函数。尽管这个模型较简单地

    预测作物生长速率 ,但是其用于相关的收割管理方

    面还是有效的[3 ]。

    此外 ,较为重要的紫花苜蓿生长模拟模型或过

    程子模型 ,如 SIMFOY[7 ]

    和 GROWIT[5 ]

    是用于常年生

    牧草开发的模型 ,模型可以根据描述紫花苜蓿的数

    据参数来模拟紫花苜蓿生长。YIELD模型[9 ]

    中既有

    紫花苜蓿作物部分 ,也有一些粮食作物[6 ]。Dension

    等[2 ]

    进行了紫花苜蓿再生和越冬生长的模拟研究。

    Gosse模型[2 ]

    是另外一个初级作物生长模拟模

    型 ,考虑了温度对叶面积的影响、叶面积对光的截获

    及光截获对产量的影响 ,用一些简单的方程来描述

    这些关系 ,以模拟苜蓿生长过程。

    高亮之和D.B. Hannaway[7 ]

    建立了苜蓿生产的农

    X 收搞日期:2004 - 02 - 18

    基金项目:863计划“农业信息化关键技术研究及示范(2001AA245021)和农业科技跨越计划项目“青刈黑麦、紫花苜蓿

    高产优质产业化生产技术集成试验示范”

    作者简介:朱玉洁(1977 - ) ,女,河北保定人,硕士,主要从事作物生长模拟模型方面的研究。

    通讯作者:冯利平,E - mail :fengl @cau. edu. cn

    中 国 农 业 气 象 ( Chinese Journal of Agrometeorology ) 2005 ,26(1) :38 - 41

    ? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.业气候模拟模式 ALFAMOD。由 4 个一级模式组成 ,即收割期与叶面积动态、苜蓿生产力与产量、苜蓿需

    求量和土壤与肥料子模式 ,可用来模拟苜蓿生产及

    其与气象、土壤环境因子之间的关系。并应用

    ALFAMOD模拟了较长时间内(10 年以上)整个俄勒

    岗州苜蓿的生产情况 ,并对不同地区苜蓿潜在产量

    和生产对肥水的需求量进行了估算。

    紫花苜蓿生长模拟模型的新近研究进展是澳大

    利亚 APSRU 开发的农业生产系统模型APSIM2 Lu2

    cerne模型[8 ]。APSIM以土壤为核心 ,考虑了植株生

    长和产量、残茬动态变化、种植制度、土壤中各因子

    动态变化过程等方面 ,包括水分动态模块、氮素动态

    模块和作物生长模块等。其中的紫花苜蓿生长模拟

    模型(APSIM2 Lucerne)在 APSIM豆科作物模块的基础

    上开发,模拟受气候因子、土壤水分供给、氮素支配等

    因子影响下的紫花苜蓿生长、发育、 N素积累等。

    上述模型都是基于紫花苜蓿生理生态过程以及

    动态模拟的方法建立的生长模拟模型 ,以用于模拟、预测作物生长及产量。但不同的模型其侧重点有所

    不同 ,功能也略异。

    2 国内紫花苜蓿生长模型研究进展

    我国的作物模拟模型研究在 80 年代初期起步 ,但发展比较快。有关紫花苜蓿的生长模型研究涉及

    苜蓿生长、地上生物量变化等方面和过程。尽管涉

    及内容较广 ,但是针对深入的紫花苜蓿生长生理过

    程模拟和完善的紫花苜蓿生长模拟模型研究还很

    少 ,严格意义上的生长模拟模型系统还未见报道。

    在苜蓿生长、地上生物量变化方面 ,多立安等[9 ]

    对生长季内三次刈割条件下各苜蓿高度生长动态进

    行了研究。结果表明 ,各茬高度生长呈“S”型曲线增

    长 ,并据此确定了各茬苜蓿高度生长最大速度值及

    时间特征值。吴勤等[10 ]

    运用定位观察法测定了不

    同生育时期紫花苜蓿草地地上生物量 ,统计分析建

    立了紫花苜蓿草地地上生物量季节动态模型和年度

    动态模型 ,确定了不同生育时期紫花苜蓿草地的最

    佳打草期和有效利用年限。

    在苜蓿建植与萌发、根系吸水方面 ,白文明

    等[11 - 12 ]

    研究了乌兰布和沙区紫花苜蓿建植与萌发

    预测模型 ,建立了乌兰布和沙区紫花苜蓿根系吸水

    模型 ,在实测获得根重密度和土壤含水量的基础上 ,运用土壤水分运动方程及Penman Monteith公式 ,计算

    得到干旱沙区不同水分处理下紫花苜蓿根系吸水速

    率和蒸腾强度;罗长寿等[13 ]

    进行了盐分胁迫条件下

    苜蓿根系吸水特性的模拟与分析 ......