小麦模型算法集成平台构建与算法比较

作     者：陈先冠 冯利平 白慧卿 王春雷 王靖 余卫东 CHEN Xianguan;FENG Liping;BAI Huiqing;WANG Chunlei;WANG Jing;YU Weidong

作者机构：中国农业大学资源与环境学院北京100193 中国气象局河南省农业气象保障与应用技术重点实验室郑州450003 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2022年第53卷第6期

页      面：237-249页

核心收录：

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 090301[农学-土壤学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2016YFD0300201,2016YFD0300105) 中国气象局河南省农业气象保障与应用技术重点实验室开放研究基金项目(AMF201805) 中央高校基本科研业务费专项资金项目(2021TC117) 

主　　题：小麦 作物模型 算法集成 发育期 生物量 产量 

摘      要：为方便小麦模型算法比较与多算法集成模拟,本研究参考国内外主流作物模型CERESWheat、APSIMWheat、WheatSM、WOFOST、SWAT等的主要算法,集成了发育期、生物量、产量形成等模块的多种算法,构建了小麦模型算法集成平台(Wheat model algorithm integration platform,WMAIP)。发育期模块集成了小麦钟模型和热时两种算法;生物量模块集成了群体光合作用、光能利用效率和二氧化碳同化率3种算法;产量形成模块集成了籽粒灌浆、生物量转移和收获指数3种算法。基于模型平台组成了6个具有代表性的模拟模型。利用河北省吴桥县2017—2019年两年播期试验的田间观测数据结合2011—2014年3年播期耦合水分文献资料对模型进行参数校准与验证,并对特定模块的不同算法进行比较。结果表明,各模型的模拟结果与实测值均吻合良好,模拟误差在合理范围之内,其中发育期、地上部生物量、产量和土壤贮水量模拟值和实测值的归一化均方根误差(NRMSE)分别在0.56%~4.00%、16.13%~18.72%、12.48%~18.95%和10.78%~11.63%之间,模型集合的模拟效果优于单一模型。通过算法比较发现,发育期模块中热时法模拟播种至拔节阶段较优,小麦钟模型模拟播种至开花阶段和播种至成熟阶段较优;生物量模块中3种算法均为模拟小麦生物量的较佳模型,但在高辐射条件下,群体光合作用法模拟的生物量较高;产量模块中3种算法模拟的产量变化趋势较为一致,但生物量转移法效果略好。该平台集成了特定模块的多种算法,能较好地模拟土壤贮水量和冬小麦的生物学指标,在小麦模型算法比较与改进、集成模拟及气候变化影响评估方面具有较大的应用潜力。