馬熙達(dá)，吳丹，余克勤，孫嘉俊，徐一丹，李璇

摘要：水稻是我國主要的糧食作物，關(guān)系到民生和糧食安全問題。作物模型可在全球范圍內(nèi)幫助理解、預(yù)測、調(diào)控作物生長及其對環(huán)境的影響，是作物研究的重要工具。本文研究以水稻模型為例，重點介紹CERES -Rice、ORYZA2000 、WOFOS、EPIC，討論了各水稻模型的特點、功能、研究應(yīng)用情況，展望了水稻生長模型的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：水稻；生長模型；應(yīng)用

中圖分類號：S511 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.24.005

水稻產(chǎn)量的高低受很多方面因素的影響，水稻模型的應(yīng)用對研究氣候變化影響評估和作物產(chǎn)量預(yù)測具有重要的意義。作物模型發(fā)展于20世紀(jì)60年代，隨著人們對作物生理生態(tài)過程機(jī)理認(rèn)識的不斷深入和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者對模型進(jìn)行了大量的研究。本文就幾個應(yīng)用比較廣泛的水稻模型ORYZA2000模型、WOFOST模型、CERES-Rice模型、EPIC模型等的應(yīng)用情況和發(fā)展前景進(jìn)行綜述。

1 應(yīng)用廣泛的作物模型

1.1 ORYZA 2000模型

ORYZA2000水稻模型源于20世紀(jì)90年代IRRI和瓦赫寧根大學(xué)。此后ORYZA2000模型經(jīng)過幾代的研究和不斷更新，ORYZA2000模型不僅可以模擬水稻潛在產(chǎn)量，而且可以分析水分限制條件下和氮素限制條件下的產(chǎn)量以及生長和發(fā)育情況，國內(nèi)外學(xué)者對該模型進(jìn)行了參數(shù)校正和驗證，ORYZA2000模型在多個國家的研究中得到了廣泛的應(yīng)用和驗證。但是，ORYZA2000模型對磷、鉀等考慮較少，參數(shù)要求繁多，使用起來比較復(fù)雜[1]。

1.2 WOFOST（World Food Studies）模型

WOFOST模型是由荷蘭瓦赫寧根大學(xué)和世界糧食研究中心共同開發(fā)，可以在不同的氣候條件和土壤條件下進(jìn)行農(nóng)作物干物質(zhì)累積過程分析和模擬潛在產(chǎn)量等[2]，具有較強(qiáng)的機(jī)理性和應(yīng)用性。WOFOST模型已經(jīng)在全球多個地區(qū)得到了運用和驗證，描述作物基本生理過程、如光合作用、呼吸作用等。用于水稻產(chǎn)量模擬、水稻潛在生長過程模擬以及與遙感相結(jié)合對水稻生長空間分布趨勢的研究等。但是，WOFOST模型缺少對土壤資源利用系統(tǒng)分析，缺少品種的適應(yīng)性以及管理技術(shù)的試驗驗證，在特殊土壤和環(huán)境等細(xì)節(jié)上考慮不夠全面和準(zhǔn)確[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。通過系統(tǒng)軟件DSSAT，可以模擬不同氣候條件、土壤肥沃能力、田間管理、遺傳特點等對作物生長發(fā)育過程中干物質(zhì)積累、葉面積指、物候期和產(chǎn)量形成的影響，以及能提供一個靈活、省時、適宜的農(nóng)田優(yōu)化管理措施，其中包括最適需氮量和灌溉量。CERES-Rice模型的氮素平衡子程序中詳細(xì)模擬植物殘茬和硝態(tài)氮的淋溶、氮元素根系吸收等過程，機(jī)理性強(qiáng)、應(yīng)用性好[4]。在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用，但是，CERES-Rice模型采用函數(shù)關(guān)系相對簡單，對生理生態(tài)的描述還是半經(jīng)驗性[1]。

1.4 EPIC模型

最早于1977年提出，此后，模型經(jīng)歷不斷的發(fā)展和更新。該模型應(yīng)用性較高，只需更改參數(shù)，即可模擬不同作物的產(chǎn)量和發(fā)育過程?？梢赃M(jìn)行土地資源管理評價，并為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理提供適應(yīng)性決策。EPIC模型能夠綜合考慮土地生產(chǎn)力和土壤侵蝕變化等對作物生長的影響，其具有綜合性強(qiáng)和可操作性高等優(yōu)點。但是，EPIC模型模擬復(fù)雜、參數(shù)復(fù)雜繁多，存在不確定性，EPIC模型最初的研究是針對美國地區(qū)研發(fā)的模型，具有很強(qiáng)的區(qū)域特點，在其他地區(qū)應(yīng)用較少。對劇烈變化的氣候因子的模擬能力低，造成模型高估作物產(chǎn)量[5]。

2 研究與展望

遙感和地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)三項信息技術(shù)，能夠快速準(zhǔn)確地獲取天氣、土壤數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)及農(nóng)作物的生長等數(shù)據(jù)，與模型相結(jié)合，可以快速對某一地區(qū)的環(huán)境條件變化進(jìn)行實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，實現(xiàn)氣象災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)報。目前的模型模擬就是對物候期、產(chǎn)量、播種時間等宏觀上的模擬，模型的研究可以趨向細(xì)化和具體化，對組織、細(xì)胞、甚至生理生化過程進(jìn)行模擬。并且生長模型本身大部分是單點模型，還沒有完全普適的用于大尺度模擬的作物模型，試驗站點上的模擬結(jié)果不能完全代表該地區(qū)結(jié)果， 模型的預(yù)測結(jié)果與實測值必將產(chǎn)生很大的差異。

參考文獻(xiàn)

[1]葉芳毅，李忠武，李裕元，等.水稻生長模型發(fā)展及應(yīng)用研究綜述[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（01）：85-89.

[2]鄔定榮，歐陽竹，趙小敏，作物生長模型WOFOST在華北平原的適用性研究[J].植物生態(tài)學(xué)報，2003，27（05）：594-602.

[3]謝文霞，嚴(yán)力蛟，王光火.運用WOFOST模型對漸江水稻潛在生長過程的模擬與驗證[J].中國水稻科學(xué)，2006，20（03）： 319-323.

[4]石春林，金之慶，高亮之，等.CERES -Rice在水稻氮肥管理中的應(yīng)用與分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2003，19（01）：1-4.

[5]范蘭，呂昌河，陳朝.EPIC模型及其應(yīng)用[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2012，31（05）：584-592.

[6]趙利婷.遙感同化WOFOST模型監(jiān)測水稻重金屬脅迫方法研究[D].中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2015.

作者簡介：馬熙達(dá)，碩士，助理工程師，研究方向：氣候條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。