水稻生长模型发展及应用

马熙达，吴丹，余克勤，孙嘉俊，徐一丹，李璇

摘要：水稻是我国主要的粮食作物，关系到民生和粮食安全问题。作物模型可在全球范围内帮助理解、预测、调控作物生长及其对环境的影响，是作物研究的重要工具。本文研究以水稻模型为例，重点介绍CERES -Rice、ORYZA2000 、WOFOS、EPIC，讨论了各水稻模型的特点、功能、研究应用情况，展望了水稻生长模型的发展方向。

关键词：水稻；生长模型；应用

中图分类号：S511 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.24.005

水稻产量的高低受很多方面因素的影响，水稻模型的应用对研究气候变化影响评估和作物产量预测具有重要的意义。作物模型发展于20世纪60年代，随着人们对作物生理生态过程机理认识的不断深入和计算机技术的迅猛发展，国内外学者对模型进行了大量的研究。本文就几个应用比较广泛的水稻模型ORYZA2000模型、WOFOST模型、CERES-Rice模型、EPIC模型等的应用情况和发展前景进行综述。

1 应用广泛的作物模型

1.1 ORYZA 2000模型

ORYZA2000水稻模型源于20世纪90年代IRRI和瓦赫宁根大学。此后ORYZA2000模型经过几代的研究和不断更新，ORYZA2000模型不仅可以模拟水稻潜在产量，而且可以分析水分限制条件下和氮素限制条件下的产量以及生长和发育情况，国内外学者对该模型进行了参数校正和验证，ORYZA2000模型在多个国家的研究中得到了广泛的应用和验证。但是，ORYZA2000模型对磷、钾等考虑较少，参数要求繁多，使用起来比较复杂[1]。

1.2 WOFOST（World Food Studies）模型

WOFOST模型是由荷兰瓦赫宁根大学和世界粮食研究中心共同开发，可以在不同的气候条件和土壤条件下进行农作物干物质累积过程分析和模拟潜在产量等[2]，具有较强的机理性和应用性。WOFOST模型已经在全球多个地区得到了运用和验证，描述作物基本生理过程、如光合作用、呼吸作用等。用于水稻产量模拟、水稻潜在生长过程模拟以及与遥感相结合对水稻生长空间分布趋势的研究等。但是，WOFOST模型缺少对土壤资源利用系统分析，缺少品种的适应性以及管理技术的试验验证，在特殊土壤和环境等细节上考虑不够全面和准确[3]。

1.3 CERES-Rice模型

CERES-Rice模型是CERES（Crop-environment resource synthesis）模型系列中主要的模型之一。通過系统软件DSSAT，可以模拟不同气候条件、土壤肥沃能力、田间管理、遗传特点等对作物生长发育过程中干物质积累、叶面积指、物候期和产量形成的影响，以及能提供一个灵活、省时、适宜的农田优化管理措施，其中包括最适需氮量和灌溉量。CERES-Rice模型的氮素平衡子程序中详细模拟植物残茬和硝态氮的淋溶、氮元素根系吸收等过程，机理性强、应用性好[4]。在国内外得到广泛的应用，但是，CERES-Rice模型采用函数关系相对简单，对生理生态的描述还是半经验性[1]。

1.4 EPIC模型

最早于1977年提出，此后，模型经历不断的发展和更新。该模型应用性较高，只需更改参数，即可模拟不同作物的产量和发育过程。可以进行土地资源管理评价，并为农业生产管理提供适应性决策。EPIC模型能够综合考虑土地生产力和土壤侵蚀变化等对作物生长的影响，其具有综合性强和可操作性高等优点。但是，EPIC模型模拟复杂、参数复杂繁多，存在不确定性，EPIC模型最初的研究是针对美国地区研发的模型，具有很强的区域特点，在其他地区应用较少。对剧烈变化的气候因子的模拟能力低，造成模型高估作物产量[5]。

2 研究与展望

遥感和地理信息系统、全球定位系统三项信息技术，能够快速准确地获取天气、土壤数据、管理数据及农作物的生长等数据，与模型相结合，可以快速对某一地区的环境条件变化进行实现远程监测，实现气象灾害监测和预报。目前的模型模拟就是对物候期、产量、播种时间等宏观上的模拟，模型的研究可以趋向细化和具体化，对组织、细胞、甚至生理生化过程进行模拟。并且生长模型本身大部分是单点模型，还没有完全普适的用于大尺度模拟的作物模型，试验站点上的模拟结果不能完全代表该地区结果， 模型的预测结果与实测值必将产生很大的差异。

参考文献

[1]叶芳毅，李忠武，李裕元，等.水稻生长模型发展及应用研究综述[J].安徽农业科学，2009，37（01）：85-89.

[2]邬定荣，欧阳竹，赵小敏，作物生长模型WOFOST在华北平原的适用性研究[J].植物生态学报，2003，27（05）：594-602.

[3]谢文霞，严力蛟，王光火.运用WOFOST模型对渐江水稻潜在生长过程的模拟与验证[J].中国水稻科学，2006，20（03）： 319-323.

[4]石春林，金之庆，高亮之，等.CERES -Rice在水稻氮肥管理中的应用与分析[J].江苏农业学报，2003，19（01）：1-4.

[5]范兰，吕昌河，陈朝.EPIC模型及其应用[J].地理科学进展，2012，31（05）：584-592.

[6]赵利婷.遥感同化WOFOST模型监测水稻重金属胁迫方法研究[D].中国地质大学（北京），2015.

作者简介：马熙达，硕士，助理工程师，研究方向：气候条件对农业生产的影响。