全 文 ： * ?国家自然科学基金项目 ( 39970418) 资助
收稿日期 : 2004-10-21 改回日期 : 2004-11-29
小麦生长发育模拟模型在华北冬麦区适用性验证 *
孙 宁 冯利平
(中国科学院地理科学与资源研究所 北京 100101) (中国农业大学资源与环境学院 北京 100094)
摘 要 对小麦生长发育模拟模型 ( WheatSM)在华北冬麦区的适用性进行验证结果表明 , 小麦生长发育模拟模型
(WheatSM )对冬小麦生育期及产量的模拟有较高模拟精度 ,模拟值与实测值拟合良好 ,且适用性较佳。
关键词 小麦 模拟模型 适用性
Validation of WheatSM model in winter wheat production region of North China . SUN Ning( Institute of Geographical
Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China) , FENG Li-Ping
(College of Resources and Environment, China Agricultural University, Beijing 100094, China) , CJ EA , 2006, 14( 1) :
71～72
Abstract The suitability of WheatSM model was validated in the main winter wheat-producing regions in North China .
The results show that the simulation precisions of WheatSM model on the growth periods and yields of winter wheat are
higher and it is suitable in North China .
Key words Wheat, Simulation model , Suitability
(Received Oct . 21, 2004; revised Nov . 29, 2004)
1 模型简介及主要参数
小麦生长模拟模型的研究开发已有较多报道 , 但其在区域范围内的适应性、准确性、机理性等仍需验
证。小麦生长发育模拟模型 ( WheatSM ) 是在大量田间试验和大范围资料收集基础上建立的适于我国大面
积范围应用的自主版权的 1 个作物模型[ 1 , 2] , 该模型由小麦发育期模型 ( WDSM )、光合生产模型 ( WPSM ) 、
产量形成模型 ( WY SM )和土壤水分动态模型 ( WATMOD)等子模型按照一定生理生态学规律进行有机衔接
而组成。模型模拟不同类型 (冬性、半冬性和春性 )小麦品种发育期动态、叶器官形成动态、光合生产和产量
形成 , 考虑光合作用、呼吸消耗和同化物在各器官中的分配等生理过程 , 同时考虑冬小麦的春化作用、光周
期作用 ,冬小麦发育的 3基点温度、发育速度与温度的非线性关系及温度、CO2 的影响等 , 以日为步长 , 以逐
表 1 华北冬麦区若干小麦品种主要模型参数
Tal.1 Mainparametersof WheatSM for differentwheat varietiesinwinterwheatproductionregionofNorthChina
品 种 k1 ?p1 :k21 p21 Yk22 p22 kq2 k3 mp3 k4 p4 ,
Varieties
北 京 10 ?号 - 1 m. 657 0 . 930 - 3 . 395 1 . 003 - 2. 311 0. 534 0 z.943 - 2 ,. 989 1 . 016 - 3 >. 484 0 .862
冀89 ?- 6091 - 1 m. 833 1 . 325 - 2 . 970 2 . 088 - 2. 458 0. 851 1 z.076 - 2 ,. 384 2 . 146 - 3 >. 633 1 .134
鲁89505 4 ]- 1 m. 819 0 ?. 892 0 . 132 0 . 788 - 1. 118 0. 848 1 z.073 - 3 ,. 072 1 . 641 - 3 >. 465 1 .237
烟88141 4 ]- 1 m. 642 1 ?. 197 - 3 . 882 0 . 788 - 1. 118 0. 848 1 z.873 - 2 ,. 360 2 . 141 - 3 >. 639 1 .234
冀 麦 30 ]- 1 m. 423 0 ?. 829 - 1 . 868 0 . 890 - 1. 498 0. 851 0 z.294 - 2 ,. 342 1 . 342 - 3 >. 468 1 .124
石89 ?- 6021 - 1 m. 523 0 . 992 - 3 . 181 0 . 859 - 1. 498 0. 851 0 z.894 - 2 ,. 715 1 . 341 - 3 >. 589 1 .124
烟 2149 ]- 1 m. 824 0 ?. 892 - 2 . 868 0 . 998 - 2. 098 0. 651 2 z.124 - 2 ,. 681 1 . 055 - 3 >. 268 1 .137
邯 7808 ]- 1 m. 637 0 ?. 991 - 2 . 383 0 . 895 - 2. 805 0. 851 0 z.011 - 2 ,. 995 1 . 041 - 3 >. 638 0 .819
80 9( 4 ) 048 - 1 m. 407 0 ?. 990 - 1 . 868 0 . 890 - 1. 498 0. 851 0 z.294 - 3 ,. 375 1 . 241 - 3 >. 374 0 .925
80 9( 4 ) 055 - 1 m. 301 0 ?. 990 - 1 . 868 0 . 890 - 1. 498 0. 851 0 z.294 - 3 ,. 375 1 . 241 - 3 >. 396 0 .924
山农03201 ]- 1 m. 676 0 ?. 990 - 2 . 468 0 . 890 - 1. 498 0. 851 0 z.323 - 2 ,. 015 0 . 441 - 3 >. 196 0 .924
京农86 ?-53 - 2 m. 080 0 . 990 - 3 . 785 0 . 997 - 2. 212 0. 992 0 z.940 - 3 ,. 142 0 . 755 - 3 >. 398 1 .325
第 14 ?卷第 1期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .14 No .1
2 0 0 6 ?年 1 月 Chinese Journal of Eco-Agriculture Jan ., 2006
日气温、太阳辐射、日长等气象要素为驱动变量 ,以小麦发育期为时标控制系统的运行及子程序与有关参数
的调用 ,并将小麦全生育过程划分为播种～出苗期、出苗～拔节期 (包括春化阶段和光照阶段 ) 、拔节～抽穗
期和抽穗～成熟期 4个生育阶段[ 1] , 模拟小麦生长发育与产量形成动态 , 具有较好的机理性和较高的时间
分辨率。小麦生长发育模拟模型的运行需在 Microsoft Access数据库下建立天气数据库、作物资料数据库和
土壤资料数据库。其中天气数据库是模型运行的主要输入部分 , 包括逐年逐日、常年逐日、逐年逐月、常年
逐月的最高气温、最低气温、平均气温、降水量和日照时数等 , 本研究收集了华北地区 17个代表点近 30～45
年的逐日气象数据 ;土壤资料数据库包括土壤类型、质地、典型土壤的分层田间持水量、凋萎系数、容重、土
壤水分动态和土壤养分状况等 , 资料来源于文献 [ 3～5] ; 作物资料数据库包括品种名称、品种类型、播种日
期、生育进程、产量、栽培措施数据、试点经纬度和海拔高度等 , 资料来源于全国小麦生态试验及黄淮海北片
中肥试验区 1980～1997年田间试验数据及北京地区渗灌节水高产研究田间试验等。
表 2 调试验证小麦生长发育模拟模型所用试验资料
Tab.2 Field experimental data for validation WheatSM
地 点 纬 度 经 度 播种年份 样本组合数
Sites Lati tude Longitude Sowing year Numberof samples
濮 阳 35 ?. 6 114 . 9 1987 ?,1991,1993 7 _
郑 州 34 ?. 7 113 . 7 1993 , 1996 2 _
商 丘 34 ?. 5 115 . 8 1983 , 1985 2 _
许 昌 34 ?. 0 113 . 9 1984 }1 _
安 阳 36 ?. 1 114 . 4 1991 , 1993 9 _
西 华 33 ?. 7 114 . 5 1990 ?,1993,1994,1995 4 _
运 城 35 ?. 0 111 . 0 1992 }6 _
临 汾 36 ?. 1 111 . 5 1983 , 1985 2 _
石家庄 38 ?. 0 114 . 4 1984 }1 _
北 京 39 ?. 9 116 . 4 1991 , 1993 2 _
天 津 39 ?. 1 117 . 2 1992 }1 _
济 南 36 ?. 7 116 . 9 1985 }1 _
小麦生长发育模拟模型主要参数包括小麦发育
期动态模拟模型 ( WDSM ) 中的基本发育系数 k、温
度系数 p和光周期系数 q3 组参数 , 对应不同生育
阶段有相应的 k、p、q参数 ;光合生产动态 ( WPSM )
和产量形成模型 ( WY SM ) 中的 PA、Pmax、TR1、
TR2、HI 和 SLC 等参数。采用“试错法”对某地区
某品种进行模型参数调试时须有对应的天气数据、
土壤数据和作物资料数据。利用华北麦区冬小麦生
产典型试点资料对代表性品种的遗传参数加以调试
和确定 , 其主要模型参数见表 1。
2 e小麦生长发育模拟模型在华北冬麦区的
适用性验证
选取 12个试验地点的 20 个代表性品种 , 分别
根据各品种在不同地点及不同播期播种所得38组
图 1 WheatSM 模拟冬小麦生育期 ( a)及产量 (b)的拟合状况 *
Fig.1 Relationships between simulated and observed duration of whole
growth phase (a) and simulated and observed yield( b) by WheatSM
* 图中虚线为 1∶1 线。
实测样本资料 ( 包括生育期长度和产量 ) , 对
小麦生长发育模拟模型各品种参数进行调
试 ,直至其模拟值与实测值拟合度最佳时确
定该参数 , 并用各品种在不同地点调试所得
参数的平均值作为该品种的参数。用以调
试和验证模型的试验资料见表 2。用平均所
得参数模拟冬小麦在不同试验地点及不同
播期的全生育期天数和产量 , 得全生育期天
数模拟值拟合结果及产量模拟值拟合结果
见图 1。由图 1可知小麦生长发育模拟模型
对冬小麦生育期及产量的模拟值与实测值
拟合情况良好 ,在华北平原地区适用性较佳 , 且其模拟精度较高 , 可用作华北冬麦区的产量估算、气候风险
评估及生产决策支持等。
参 考 文 献 h
1 ?冯利平 , 高亮之 ,金之庆等 .小麦发育期动态模拟模型的研究 .作物学报 , 1997 , 23( 4) : 418～424
2 ?冯利平 , 孙 宁 ,刘荣花等 .我国华北冬小麦生产影响评估模型的研究 .中国生态农业学报 , 2003 , 11( 4) : 73～76
3 ?金善宝 .中国小麦学 .北京 : 中国农业出版社 , 1996 .1～55, 595～634, 754～779 h
4 全国土壤普查办公室 .中国土壤 .北京 : 中国农业出版社 , 1998 .1～200
5 宋秉彝 .现代化吨粮田技术与实践 .北京 : 中国农业科技出版社 , 1995 .104～179
72 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14 ?卷