基于生長模型與GIS的小麥生產力預測技術研究.pdf

1、預測作物生產力、分析未來氣候變化對農業(yè)生產的影響是評價糧食安全的重要內容之一。作物生長模型由于具有較強地系統(tǒng)綜合和定量預測的功能，已成為作物生長動態(tài)預測、管理決策以及氣候環(huán)境影響評估的有力工具。本研究以小麥為對象，首先運用系統(tǒng)分析和動態(tài)建模技術，建立了基于生理發(fā)育時間(GDD)的籽粒蛋白質組分含量模擬模型；然后基于生長模型區(qū)域化應用升尺度化技術，耦合GIS功能與小麥生長模型，構建了小麥空間生產力預測模型；進而利用情景模擬與系統(tǒng)分析方法，

2、模擬與評價了生產水平和氣候變化兩種情景對區(qū)域小麥生產的可能影響；最后運用軟構件在不同空間尺度、不同生產水平下進行小麥生產力模擬與分析，而且還具有體系構架靈活容易移植、操作簡便直觀、界面友好的特點。然而，由于工作量和研究資料有限，所形成的系統(tǒng)有待于數字化基礎。
　　 以生長度日為時間尺度，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組分含量的變化規(guī)律，構建了基于過程的籽粒蛋白質組分含量動態(tài)模擬模型。模型采用冪函數方

3、程描述了清蛋白含量隨花后GDD的動態(tài)變化規(guī)律，對數函數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小麥籽粒蛋白質組分含量動態(tài)變化的影響。并利用獨立觀測資料對所構建的模型進行了初步檢驗。結果表明模型對不同生長條件下小麥籽粒蛋白質組分含量的變化動態(tài)具有較好的預測性。
　　 針對生長模型區(qū)域化應用中的升尺度連接，通過耦合GIS與田塊尺度的小麥生長模型(WheatGrow)，建立了小麥空間生產力預

4、測模型(Regional Wheat Model)。首先借助GIS的空間插值、圖層疊加等技術對氣象要素、土壤特性、管理措施等模型基本輸入數據進行空間柵格化預處理，通過將研究區(qū)域劃分成許多視為均質的柵格，解決了區(qū)域內環(huán)境的空間變異；然后以劃分好的空間柵格大小為計算單元驅動WheatGrow運行，獲得柵格化模擬結果，實現了小麥區(qū)域生產力的模擬預測。利用試驗觀測與統(tǒng)計資料對WheatGrow模型和空間生產力模型進行了測試與檢驗。結果表明，模型

5、具有較好的預測性與普適性，對溫度與CO2變化較為敏感，可用于區(qū)域小麥產量、水分生產力、氮素生產力的模擬預測，也可以用于生產潛力分析、環(huán)境影響評估。
　　 基于所建立的小麥空間生產力預測模型，結合情景模擬方法，構建了生產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，不同生產水平情景下小麥光溫潛在、氣候潛在及土地潛在生產力分別為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下，綜合運用軟構件技術的語言無關性、可重用性、易維護等特點，基于Visual Studio2005開發(fā)環(huán)境，采用MicrosoftⅥsual C＃為編程語言和Access數據庫，通過集成小麥生長模型WheatGrow組件與SuperMap Objects GIS組件，研制開發(fā)了基于生長模型和GIS的小麥生產力預測系統(tǒng)，實現了不同空間尺度下小麥籽粒產量、水分生產力、氮素生產力及光溫潛在、氣候潛在、土地潛在生產力的動態(tài)模擬