基于生長(zhǎng)模型與GIS的小麥生產(chǎn)力預(yù)測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、預(yù)測(cè)作物生產(chǎn)力、分析未來氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響是評(píng)價(jià)糧食安全的重要內(nèi)容之一。作物生長(zhǎng)模型由于具有較強(qiáng)地系統(tǒng)綜合和定量預(yù)測(cè)的功能，已成為作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、管理決策以及氣候環(huán)境影響評(píng)估的有力工具。本研究以小麥為對(duì)象，首先運(yùn)用系統(tǒng)分析和動(dòng)態(tài)建模技術(shù)，建立了基于生理發(fā)育時(shí)間(GDD)的籽粒蛋白質(zhì)組分含量模擬模型；然后基于生長(zhǎng)模型區(qū)域化應(yīng)用升尺度化技術(shù)，耦合GIS功能與小麥生長(zhǎng)模型，構(gòu)建了小麥空間生產(chǎn)力預(yù)測(cè)模型；進(jìn)而利用情景模擬與系統(tǒng)分析方法，

2、模擬與評(píng)價(jià)了生產(chǎn)水平和氣候變化兩種情景對(duì)區(qū)域小麥生產(chǎn)的可能影響；最后運(yùn)用軟構(gòu)件在不同空間尺度、不同生產(chǎn)水平下進(jìn)行小麥生產(chǎn)力模擬與分析，而且還具有體系構(gòu)架靈活容易移植、操作簡(jiǎn)便直觀、界面友好的特點(diǎn)。然而，由于工作量和研究資料有限，所形成的系統(tǒng)有待于數(shù)字化基礎(chǔ)。
　　 以生長(zhǎng)度日為時(shí)間尺度，通過定量分析不同年份、不同品種、不同栽培條件下小麥籽粒蛋白質(zhì)組分含量的變化規(guī)律，構(gòu)建了基于過程的籽粒蛋白質(zhì)組分含量動(dòng)態(tài)模擬模型。模型采用冪函數(shù)方

3、程描述了清蛋白含量隨花后GDD的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，對(duì)數(shù)函數(shù)方程描述了醇溶蛋白和谷蛋白含量的變化過程；并以籽粒氮素和水分因子定量了不同水氮狀況對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)組分含量動(dòng)態(tài)變化的影響。并利用獨(dú)立觀測(cè)資料對(duì)所構(gòu)建的模型進(jìn)行了初步檢驗(yàn)。結(jié)果表明模型對(duì)不同生長(zhǎng)條件下小麥籽粒蛋白質(zhì)組分含量的變化動(dòng)態(tài)具有較好的預(yù)測(cè)性。
　　 針對(duì)生長(zhǎng)模型區(qū)域化應(yīng)用中的升尺度連接，通過耦合GIS與田塊尺度的小麥生長(zhǎng)模型(WheatGrow)，建立了小麥空間生產(chǎn)力預(yù)

4、測(cè)模型(Regional Wheat Model)。首先借助GIS的空間插值、圖層疊加等技術(shù)對(duì)氣象要素、土壤特性、管理措施等模型基本輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行空間柵格化預(yù)處理，通過將研究區(qū)域劃分成許多視為均質(zhì)的柵格，解決了區(qū)域內(nèi)環(huán)境的空間變異；然后以劃分好的空間柵格大小為計(jì)算單元驅(qū)動(dòng)WheatGrow運(yùn)行，獲得柵格化模擬結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了小麥區(qū)域生產(chǎn)力的模擬預(yù)測(cè)。利用試驗(yàn)觀測(cè)與統(tǒng)計(jì)資料對(duì)WheatGrow模型和空間生產(chǎn)力模型進(jìn)行了測(cè)試與檢驗(yàn)。結(jié)果表明，模型

5、具有較好的預(yù)測(cè)性與普適性，對(duì)溫度與CO2變化較為敏感，可用于區(qū)域小麥產(chǎn)量、水分生產(chǎn)力、氮素生產(chǎn)力的模擬預(yù)測(cè)，也可以用于生產(chǎn)潛力分析、環(huán)境影響評(píng)估。
　　 基于所建立的小麥空間生產(chǎn)力預(yù)測(cè)模型，結(jié)合情景模擬方法，構(gòu)建了生產(chǎn)水平和氣候變化兩種情景分析模式。以黃淮海平原模擬分析為例，不同生產(chǎn)水平情景下小麥光溫潛在、氣候潛在及土地潛在生產(chǎn)力分別為9386 kg·ha－1～13907 kg·ha－1、7735 kg·
　　 在系統(tǒng)工

6、程理論與方法的指導(dǎo)下，綜合運(yùn)用軟構(gòu)件技術(shù)的語言無關(guān)性、可重用性、易維護(hù)等特點(diǎn)，基于Visual Studio2005開發(fā)環(huán)境，采用MicrosoftⅥsual C＃為編程語言和Access數(shù)據(jù)庫(kù)，通過集成小麥生長(zhǎng)模型WheatGrow組件與SuperMap Objects GIS組件，研制開發(fā)了基于生長(zhǎng)模型和GIS的小麥生產(chǎn)力預(yù)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了不同空間尺度下小麥籽粒產(chǎn)量、水分生產(chǎn)力、氮素生產(chǎn)力及光溫潛在、氣候潛在、土地潛在生產(chǎn)力的動(dòng)態(tài)模擬