旱地小麦产量形成过程的协同模型及仿真研究

为了更好理解、预测和调控旱地小麦生长发育及其对环境的反应以及评估研究区域小麦生产潜力,利用系统分析法和计算机技术开发旱地小麦生长模型和仿真系统。本研究根据旱地小麦生长发育生理生态过程和小麦生理生态学理论，在国内外同类研究的基础上，基于APSIM-Wheat(澳大利亚农业生产模拟器)模型，以生理效应、气候效应、小麦遗传效应等的小麦生理发育时间为主线，利用已有的长期定位试验（甘肃定西）研究结果，联结气象资料、小麦属性资料、土壤属性资料，组建基于旱地小麦生长发育生理生态过程机理的产量形成模型和最终产量的协同模型，建立旱地小麦产量形成的仿真系统。这对于实现旱地小麦生长发育和产量形成的动态和可视化预测、研制基于旱地小麦生长发育模型的决策支持系统和小麦生产的智能化管理等方面都具有重要的意义和应用价值。

小麦产量形成的协同模型研究是作物科学中引进系统分析法和计算机技术后迅速崛起的一个新兴研究领域，并且已成为小麦种植管理科学化和精确化的重要工具之一，建立和开发良好与精确的旱地小麦产量形成协同模型具有重要的意义。本研究基于APSIM模型平台，以小麦生长发育的生理生态过程为主线，根据生理发育的原理，研究小麦生育期的动态变化关系，建立基于APSIM模型小麦光合生产与物质积累模型、器官间物质分配与生长模型、产量形成模型，并利用已有的长期定位试验，联结气象资料、小麦品种属性资料、土壤属性资料对模型进行检验。在模型验证的基础进行应用，并开发基于旱地小麦生长发育生理生态过程的可视化仿真系统。主要结论：.(1) 以APSIM模型为基础，以小麦生长发育为主线，对模型的机理进行分析研究，主要对小麦的生育阶段、光合特性、干物质的分配与积累和土壤水分等进行机理分析。.(2) 在旱地小麦产量形成模型的机理基础上，构建了光合生产和物质积累的动态模型、器官间干物质分配动态的定量模拟模型和旱地小麦产量形成模块进行组合设计，建立了小麦产量形成协同模型。.(3) 建立子模块的算法程序，对各模型进行编程，并把子模块与平台进行嵌入，与平台进行了无鏠连接，并且进行调试模拟。.(4) 构建了旱地小麦的属性、管理和控制文件：通过定位试验和对模型的反复率正的基础上，建立上气候、土壤和作物属性基础数据库；同时在平台的基础上，根据标准属性模块，建立了研究区小麦、土壤等参数文件；根据模型运行需求，建立管理参数文件和运行控制文件。.(5) 根据定位试验数据，对生育期、干物质分配、光合和水分平衡等模型进行了检验，根据检验结果对其模型的参数进行了率订。表明模型可以模拟旱地小麦产量形成过程及动态变化，模型可以用于指导作物生产及耕作措施的优化管理。.(6) 利用计算机图形技术，在.NET平台上运用VB语言进行开发，调用OpenGL作图工具，可以绘制小麦器官三维形态。.(7) 基于协同模型，研究旱地小麦产量对光、温、水及CO2等因素的协同效应。.研究结果对于实现旱地小麦生长发育和产量形成的动态预测和研制基于旱地小麦生长发育模型的决策支持系统，以及评估旱地小麦生产潜力等都具有重要的理论意义和应用价值，为小麦生产管理的系统化、定量化、信息化提供理论和决策依据。