基于APSIM模型的旱地胡麻生长模拟及产量预测模型研究

Dryland flax (Linum usitatissinum L.)growth model and simulation system will be developed by comprehensive utilization of systems engineering, mathematical model and computer technology , it is very important to describe and predict the dynamic relationship between dryland flax during growth and development and the environment, cultivated technology,assess and control flax yeild. According to the physiological and ecological processes of growth and development of dryland flax, cultivation and management techniques, have successful experiences of similar research at home and abroad, based on APSIM(Agricultural Production System Simulator)model, the dryland flax growth and development model of physiological and ecological process, the yield prediction model, and the visual simulation system was established, by using the results of long-term field experimental test, climate date, flax varieties, and soil environmental data. It laies the theoretical foundation and practice guidance for the implementation of dynamic and visual prediction of dryland flax growth and yield formation, and digital and standard management of the flax production.

综合运用系统工程、数学模型和计算机技术开发旱地胡麻生长模型及仿真系统，对于描述和预测旱地胡麻生长发育过程及其与环境和技术的动态关系，评估和调控研究区域胡麻生产能力具有十分重要的意义。本研究根据旱地胡麻生长发育生理生态过程和栽培管理技术，在国内外同类研究的基础上，以APSIM模型为平台，以胡麻生长发育的生理生态过程为主线，根据胡麻生长发育及其产量形成的动态变化，建立基于APSIM的胡麻生长发育模型及其产量预测模型，并利用已有的长期定位试验研究结果，结合气候环境资料、胡麻品种属性资料、土壤环境资料，开发基于旱地胡麻生长发育生理生态过程的可视化仿真系统。可为实现旱地胡麻生长发育和产量形成的动态、可视化预测，胡麻生产的数字化、标准化管理奠定理论基础和实践指导。

作物模型的研究和应用有利于科学研究成果的综合集成利用，是作物种植管理决策现代化的基础，对农业生产和作物管理具有重要意义。本项目基于 APSIM农业生产系统模拟器，根据水旱地胡麻生长发育生理生态过程和栽培管理技术，以胡麻生长发育的生理生态过程为主线，利用气象参数、土壤参数和胡麻属性资料构建了基于APSIM的胡麻生长发育模型APSIM-Oilseed Flax，旨在为数字化农作系统的构建奠定基础，有助于决策者和管理人员获得制定有效管理措施的信息，为全球气候变暖大背景下我国干旱半干旱地区的胡麻生产管理提供科学指导。取得主要结果：.1．以积温法为基础，充分考虑品种对春化和光周期反映的遗传特性，构建了胡麻物候期模拟模型。回归分析显示，模型模拟天数与实际观测天数之间的误差较小，RMSE最大2.18d，最小只有0.33d，平均1.08d，同时，在99%的置信区间内的决定系数范围是0.81≤R2≤0.99。研究结果表明，胡麻物候期模型具有较好的模拟效果。.2．充分考虑环境效应和作物遗传特性对叶面积指数的作用，采用潜在叶片数、叶片尺寸和种植密度构建潜在叶面积指数，构建了基于APSIM的油用亚麻叶面积指数模型。检验结果表明，该模型能够较准确地模拟油用亚麻叶面积指数，RMSE最小值0.043，最大值0.672，决定系数R2取值范围0.56~0.98，模型拟合效果良好。.3．采用辐射利用率，考虑环境因子对光合速率的影响及呼吸作用消耗的同化量，构建基于生理生态过程的胡麻光合生产与干物质积累模拟模型。检验结果表明：不同肥料设置，RMSE值介于0.3486~1.9538 g﹒plant-1之间，3种播种方式，RMSE值介于0.5685~1.1164 g﹒plant-1之间。.4．充分考虑胡麻在不同生长发育阶段的器官生长特征，通过关键遗传参数叶片生物量、蒴果生物量、收获指数增长率等确定各器官的物质分配比例，构建胡麻干物质分配与器官生长模拟模型，各器官干重茎、叶、果的平均RMSE值分别为1.7751、2.6371、1.9785 g﹒plant-1，表明模拟效果良好。.5．基于品种遗传参数单位面积蒴果数、每果粒数、粒重构建胡麻产量构成模型，及基于粒壳比和蒴果干物质总量构建胡麻产量形成模型。结果表明，产量构成因素法RMSE平均为1.3347 kg﹒hm-2，具有较高的预测性和通用性。