论文总字数：18783字

目 录

摘要 1

Abstract 2

1　引言 3

2　材料与方法 4

2.1　实验区自然情况 4

2.2　实验设计与测定项目 4

2.3 数据来源以及数据库的建立 4

2.4 模型检验方法 7

3　结果与分析 7

3.1 WOFOST模型参数本地化 7

3.2 参数敏感性分析 8

3.3 玉米生物量模拟 9

3.4 模型检验 12

4　结论 14

参考文献: 14

致谢 17

基于WOFOST模型玉米产量的研究

李伟燕

，China

Abstract: Based on the WOFOST model, experiments on maize were performed in Nanjing University of Information Science amp; Techonology. Employing the experiment data, model parameters were sdjusted and verified. The results showed that the decision coefficient R² of the dry weight of leavs was 0.9785, and the normalized root of mean square errors(NRMSE) was 12.7%. The LAL simulation results were similar to the dry resimulation results of the blades, which was 0.9811, and NRMSE was 13.9%. The R² of the dry weight of stem (scabbard), was 0.9589, and NRMSE was 15.5%. The simulated values of dry weight of the total aboveground biomass were consistent with the measured values, which was 0.9551, and NRMSE was 27.5%. The R² of the growth process was 0.9982, and NRMSE was 1.10%. The simulation the weight growth of ear was 0.7954, and NRMSE was 41.4%. Generally, after calibration, the simulation on parameters like the LAL, dry weight of leaf, stem, grain, the total aboveground biomass, was more agreeable with the measured values. Due to the heat stress and continous rainy, The error of the third stage(Y3) was bigger. Since the former two stages(Y1、Y2) met normal wether condition, the simulations of them were pretty good. Thus it coud be used in the simulation of the maize growth and the yield prediction in Jiangsu province.

Keywords: WOFOST model；Maize；Yield

1　引言

C4作物玉米具有高光效高产的潜力，是世界重要的粮食作物、化工和制药原料、家畜饲料等，也是我国三大粮食作物之一。中国玉米带是世界上最适于种植玉米的三个玉米带之一，在我国供需缺口将达到5100万吨^[1-2]。目前国内对玉米的研究主要集中在东北、河北和山东这些地区^[3-5]，长江中下游玉米的有关研究相对较少。因此，利用作物生长模型，在长江下游开展玉米生物量模拟和产量模拟的研究，对玉米的生产决策，具有重要的理论指导和实践意义。

作物生长模型简称作物模型，它将作物、环境和田间管理作为一个整体系统，应用系统分析的原理和方法，综合大量学科的理论和研究成果，对作物的生长发育、光合作用、器官建成和产量形成进行定性和定量的模拟与研究^[6]，目前国内外的主要作物模型有美国开发的DSSAT系列模型、荷兰Wageningen大学开发的SUCROS模型组、ORYZA水稻模型、澳大利亚的APSIM等，主要应用于水稻、小麦、玉米、棉花、花生、番茄、大豆、首蓓等多种作物的作物育种、研究气候变化对作物生产的影响、田间管理、产量预测等方面^[6-11]。

我国作物生长模型起步较晚，但国内专家学者在作物模拟模型方面做了很多研究^[12-15]，在学习借鉴的基础上，形成了适用于国内的作物生长模型^[10]。高亮之对国内早期作物模型模拟做出了很大贡献：用播期、纬度和温度3个因子建立了水稻生育期的温光模型^[16]；又提出水稻钟模型^[17]，用来模拟逐日温度和日长对水稻发育的影响，随后又与冯利平等人，基于水稻钟模型提出建立了小麦钟模型^[18]；在研制水稻栽培模拟优化决策系统RCSODS之后，为了优化完善RCSODS系统，又推出了小麦栽培模拟优化决策系统WCSODS,用来评价气候变化对小麦生长的影响等^[19-20]。

WOFOST模型世界粮食研究中心开发，主要模拟作物的生态生理过程如叶、茎、穗、地上部分总干重的积累，以及模拟作物的发育期等，并描述这些过程如何受环境的影响^[21-23]。模型中需要数据有气象数据、作物数据、土壤数据，包括土壤水分平衡、发育期、维持呼吸、光合生产、干物质积累及分配等在内的六个模块 ^[24]。WOFOST模型擅于分析产量的年际变化、产量对水分和土壤条件、气候变化的响应、品种间的差异、种植制度对产量的影响、区域生产力的限制因素等，所以目前被用于产量预测、土地的定量评价等方面，比如评价某地区潜在生产力水平，研究影响作物种植的不利因素等，同时，WOFOST模型广泛用于如下范围：

孙琳丽等、邬定荣等分别评估了内蒙古河套区玉米生长的适用性、华北平原WOFOST的适用性^[25-26]。Li等评估了中国东北部玉米生长期气象条件适宜性^[27]。谢文霞等利用WOFOST进行浙江省水稻的潜在增长模拟和验证，调整了WOFOST的参数，并模拟了该地区水稻产量^[28]。陈振林等、刘维等，分别利用WOFOST模型模拟了低温和干旱、干旱对玉米产量的影响^[29-30]。栾庆祖等以北京为例对玉米进行干旱损失的评估^[31]。张建平等利用WOFOST模型，以西南玉米干旱灾害为研究对象，模拟分析了研究区域干旱年份玉米的产量损失情况，并与实测数据进行对比分析,从而确定分为科学的评估技术^[32]。

上述应用大田的规模，同时模型也可以结合GIS技术，使得WOFOST的应用区域规模得以扩大。郭建茂^[33]的关于冬小麦的生长模拟研究就是利用了将遥感信息和作物模拟相结合，从而进行区域作物涨势检测和产量预报。Ma等在华北平原通过放大WOFOST模型模拟了冬小麦区域生长^[34]。李秀芬等、高永刚等、杜春英等分别在黑龙江省使用WOFOST进行模拟水稻，小麦，玉米，大豆，甜菜，马铃薯等的的生长^[35-38]。王涛等分析了京津冀地区冬小麦的生长潜力^[39]。Huang等基于冬小麦返青阶段的LAI和MODIS LAI，同化模拟优化WOFOST参数，从而估计区域冬小麦产量。但是，有关于使用测量的LAI和土壤水分来福及模型的灌溉参数，并在区域内模拟作物生长指数，的这种方法的报道很少^[40]。但是，有关使用作物的生物量（叶、茎、穗、地上部分总干重）和LAL来调整作物参数，并在区域内模拟作物的生长发育，这种研究很少。

在本文中，研究区是江苏省南京市，使用观测的生物量、发育期数据。调整作物参数、土壤参数用于运行模拟玉米生长进程和估算玉米的产量。使用作物生长模型，协同本地化后的参数，可以用于该区域玉米作物估计产量的依据。

2　材料与方法

2.1　实验区自然情况

实验于2014年和2015年在农业气象试验站（32°12′24″N，118°42′17″E）进行，试验站海拔约22m，地处长江下游，地势平整，属亚热带季风气候，两年降水量分别为498mm、546mm，平均温度分别为17.2℃、16.7℃。试验站土壤质地为壤质黏土，黏粒含量为26.1%，土壤pH值（H₂O）为6.2，全氮的含量为11.5g/ kg，有机碳含量为19.4 g/ kg。

2.2　实验设计与测定项目

2.2.1实验设计

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