基于作物生长机理模型分离关键因子对作物物候影响的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于作物生长机理模型分离关键因子对作物物候影响的计算方法，通过作物田间实验观测物候资料调整作物机理模型品种积温参数，利用作物机理模型模拟不同情景下作物生长过程，分离气候变化、播期调整以及品种变换等关键因子对作物物候的影响，可以较直观的分离各个关键因子对作物物候的影响，对于作物应对气候变化、指导品种选育和改善播种制度等具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
基于作物生长机理模型分离关键因子对作物物候影响的计算方法
本专利技术涉及一种利用作物生长机理模型分离和评价气候变化、播期调整和作物品种变换对作物物候影响的计算方法，属于农业可持续发展适应性评估

技术介绍
植物物候具体指在一定生长环境下，随着气候的季节性变化而发生的萌芽、出叶、开花及成熟、休眠等规律性变化的现象，能够客观反映植物生长发育过程对外界环境条件的响应和适应性。伴随着全球地表温度的持续升高，过去几十年植物物候发生了重要变化。作物物候对气候变化的响应已经成为研究气候变化对农业生产影响的重要内容。长时间序列的作物物候变化在一定程度上能够反映该时期内作物生长发育对气候变化的适应能力。作物物候在一定程度上受人为因素的影响，比如人们通过选择适合其生长的气候条件来决定播种时间。不同的作物品种对气候变化的响应存在差异，同一作物品种的生长发育过程主要受气候条件的影响，最终导致年际间的产量差异。过去几十年作物物候受到了气候变化、播种期改变和品种变换等诸多因子的共同影响。目前研究关键因子对作物物候影响的主要方法有统计回归和作物模型模拟方法。统计模型分析简便易行，分析结果的可信度也比较高，因而得到广泛应用。但影响作物生产的各个因子相互之间往往不是独立的，统计模型不能揭示众多影响因子之间的相互关系，因此难以利用其分析结果进一步提出针对性较强的适应性对策；然而基于过程的作物机理模型可以克服这一缺点，作物模型可以模拟不同情景下的作物生长，因此可以摒弃因子之间的相互作用，准确分离和量化各个因子对作物物候的影响。APSIM(AgriculturalProductionSystemsSimulator，农业生产系统模拟模型)由隶属澳大利亚联邦科工组织(CSIRO)和昆士兰州政府的农业生产系统研究组(APSRU)在过去20多年内开发的，是能够模拟农业系统各主要组分的机理模型。该模型可用于模拟农业系统中作物生长过程及土壤水氮动态，特别适用于评价农作系统生产潜力及耕作措施的产量效益受气候波动和环境变化的影响。APSIM模型可以让用户容易地通过选择一系列的作物、土壤以及其它子模块来配置自己的作物模型。模块之间的逻辑关系可以非常简单地通过模块的“插拔”功能来规定。由于它的灵活性、可操作性，APSIM模型被认为更应该是一个模型系统的灵活软件环境，而不是针对某特定作物系统的单个模型。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于作物生长机理模型分离关键因子对作物物候影响的计算方法，以较直观的分离气候变化、播期调整以及品种变换等关键因子对作物物候的影响。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于作物生长机理模型分离关键因子对作物物候影响的计算方法，包括如下步骤：(1)对于多个研究站点的长时间序列作物，利用各研究站点的田间试验物候观测资料，确定各研究站点在研究时段中的基准作物品种；并根据各站点基准作物品种的作物生长过程记录物候数据，确定各基准作物品种的积温参数范围；(2)将各研究站点对应年份的日气象数据、土壤数据和田间管理数据输入作物生长机理模型中，将模型模拟的作物物候期与田间观测试验的实测作物物候期进行比较，通过反复调整模型的品种积温参数取值，确定各基准作物品种的积温参数值；(3)根据各研究站点的播期记录，设置长时间序列下固定播期和基准作物品种以及实际播期和基准作物品种两个模拟情景；(4)根据步骤(2)中确定的各基准作物品种的积温参数值，利用作物生长机理模型模拟不同情景下的主要作物物候期，采用线性拟合的方法分离气候变化、播期调整和品种变化对作物物候的影响。进一步的，所述步骤(4)中：(4-1)根据下列公式计算气候变化对作物物候影响：P(cl)i＝a(cl)X(cl)i+b(cl)其中，P(cl)i是固定播期和基准作物品种积温参数下主要作物物候期的模拟值，X(cl)i是气候变化对作物物候影响时间序列年份，i＝1,2,……,n；a(cl)是气候变化对作物物候的影响，天/年；b(cl)是线性拟合截距；(4-2)根据下列公式计算播期调整对作物物候影响：P(sd)i＝a(sd)X(sd)i+b(sd)P(sd)i＝P(so)i-P(cl)i其中，P(sd)i是播期调整下作物物候变化，X(sd)i是播期调整对作物物候影响时间序列年份，i＝1,2,……,n；a(sd)是播期调整对作物物候的影响，天/年；b(sd)是线性拟合截距；P(so)i是实际播期和基准作物品种积温参数下主要作物物候期的模拟值，P(cl)i是固定播期和基准作物品种积温参数下主要作物物候期的模拟值；(4-3)根据下列公式计算品种变换对作物物候影响：P(cs)i＝a(cs)X(cs)i+b(cs)P(cs)i＝P(o)i-P(so)i其中，P(cs)i是品种变换下作物物候变化，X(cs)i是品种变换对作物物候影响时间序列年份，i＝1,2,……,n；a(cs)是品种变换对作物物候的影响，天/年；b(cs)是线性拟合截距；P(o)i是实际观测作物物候期，P(so)i是实际播期和基准作物品种积温参数下作物物候期模拟值。进一步的，所述步骤(1)中，研究时段为过去30年及以上。进一步的，所述步骤(1)中，首先确定各研究站点在研究时段中的作物品种变换，并选择研究时段中起始时期的作物品种为基准作物品种。进一步的，所述步骤(1)中，基准作物品种的作物生长过程记录物候数据包括播种期、出苗期、拔节期、开花期和成熟期，根据实际的田间试验估算模型确定各基准作物品种的积温参数范围。进一步的，所述步骤(2)中，田间管理数据包括播种方式、灌溉、施肥和收获。进一步的，所述步骤(3)中，固定播期为研究时段中的播种期平均值。进一步的，所述步骤(4)中，主要作物物候期为开花期和成熟期。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术涉及一种利用作物生长机理模型分离和评价气候变化(30年及以上)、播期调整和作物品种变换对作物物候(开花期和成熟期)影响的计算方法。本专利技术通过作物田间实验观测物候资料调整作物机理模型品种积温参数，利用作物机理模型模拟不同情景下作物生长过程，分离气候变化、播期调整以及品种变换等关键因子对作物物候的影响，可以较直观的分离各个关键因子对作物物候的影响，对于作物应对气候变化、指导品种选育和改善播种制度等具有重要意义。附图说明图1是本专利技术实施例中玉米基准作物品种下的开花期实测值与模拟值验证；图2是本专利技术实施例中玉米基准作物品种下的成熟期实测值与模拟值验证；图3是本专利技术实施例中关键因子对玉米物候的影响。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例：基于作物生长机理模型，计算过去30年(1981-2010年)中国北部地区气候变化、播期调整和品种变换对玉米物候的影响。1、确定研究站点的基准作物品种和品种积温参数范围(1-1)选择四个代表性站点为研究站点：赤峰、丰宁、长治和武威，根据国家农业气象站过去30年(1981-2010)的试验观测数据，确定四个代表性站点过去30年的作物品种变换，并选择各站点研究时段中起始时期的作物品种为基准作物品种，如表1所示。表1代表性站点过去30年品种变换和基准作物品种(1-2)根据各站点基准作物品种的作物生长过程记录物候数据(包括播种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于作物生长机理模型分离关键因子对作物物候影响的计算方法，其特征在于：该计算方法包括如下步骤：(1)对于多个研究站点的长时间序列作物，利用各研究站点的田间试验物候观测资料，确定各研究站点在研究时段中的基准作物品种；并根据各站点基准作物品种的作物生长过程记录物候数据，确定各基准作物品种的积温参数范围；(2)将各研究站点对应年份的日气象数据、土壤数据和田间管理数据输入作物生长机理模型中，将模型模拟的作物物候期与田间观测试验的实测作物物候期进行比较，通过反复调整模型的品种积温参数取值，确定各基准作物品种的积温参数值；(3)根据各研究站点的播期记录，设置长时间序列下固定播期和基准作物品种以及实际播期和基准作物品种两个模拟情景；(4)根据步骤(2)中确定的各基准作物品种的积温参数值，利用作物生长机理模型模拟不同情景下的主要作物物候期，采用线性拟合的方法分离气候变化、播期调整和品种变化对作物物候的影响。

【技术特征摘要】
1.一种基于作物生长机理模型分离关键因子对作物物候影响的计算方法，其特征在于：该计算方法包括如下步骤：(1)对于多个研究站点的长时间序列作物，利用各研究站点的田间试验物候观测资料，确定各研究站点在研究时段中的基准作物品种；并根据各站点基准作物品种的作物生长过程记录物候数据，确定各基准作物品种的积温参数范围；(2)将各研究站点对应年份的日气象数据、土壤数据和田间管理数据输入作物生长机理模型中，将模型模拟的作物物候期与田间观测试验的实测作物物候期进行比较，通过反复调整模型的品种积温参数取值，确定各基准作物品种的积温参数值；(3)根据各研究站点的播期记录，设置长时间序列下固定播期和基准作物品种以及实际播期和基准作物品种两个模拟情景；(4)根据步骤(2)中确定的各基准作物品种的积温参数值，利用作物生长机理模型模拟不同情景下的主要作物物候期，采用线性拟合的方法分离气候变化、播期调整和品种变化对作物物候的影响。2.根据权利要求1所述的基于作物生长机理模型分离关键因子对作物物候影响的计算方法，其特征在于：所述步骤(4)中：(4-1)根据下列公式计算气候变化对作物物候影响：P(cl)i＝a(cl)X(cl)i+b(cl)其中，P(cl)i是固定播期和基准作物品种积温参数下主要作物物候期的模拟值，X(cl)i是气候变化对作物物候影响时间序列年份，i＝1,2,……,n；a(cl)是气候变化对作物物候的影响，天/年；b(cl)是线性拟合截距；(4-2)根据下列公式计算播期调整对作物物候影响：P(sd)i＝a(sd)X(sd)i+b(sd)P(sd)i＝P(so)i-P(cl)i其中，P(sd)i是播期调整下作物物候变化，X(sd)i是播期调整对作物物候影响时间序列年份，i＝1,2,……,n；a(sd)是播期调整对作物物候的影响，天/年；b(sd)是线性拟合截距；P(so)i是实际播期...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖登攀，柏会子，唐建昭，张可慧，刘剑锋，王仁德，李庆，
申请(专利权)人：河北省科学院地理科学研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13