作物模擬與數(shù)字作物

目錄
前言
第1章作物模擬發(fā)展概述1
1.1作物模擬的產(chǎn)生與發(fā)展1
1.1.1作物模擬的定義1
1.1.2作物模擬模型的類型2
1.1.3作物模擬的發(fā)展歷程3
1.1.4作物模擬不同學(xué)派的發(fā)展特點(diǎn)5
1.2作物模擬的主要特征7
1.2.1作物系統(tǒng)模擬的意義7
1.2.2作物生長(zhǎng)模型的基本特征7
1.2.3生長(zhǎng)模擬與生長(zhǎng)分析的比較8
1.2.4生長(zhǎng)模型與統(tǒng)計(jì)模型的比較8
1.3作物模擬的功能與作用9
1.3.1作物模型的功能9
1.3.2作物模型的應(yīng)用領(lǐng)域10
1.3.3作物模型與其他技術(shù)的耦合10
第2章作物模擬原理與方法14
2.1作物生產(chǎn)系統(tǒng)特征分析14
2.1.1作物生長(zhǎng)系統(tǒng)分析方法14
2.1.2作物生產(chǎn)系統(tǒng)的等級(jí)性15
2.1.3作物生產(chǎn)系統(tǒng)的水平和過程16
2.2作物模擬的數(shù)據(jù)支撐21
2.2.1歷史資料獲取21
2.2.2模擬支持研究22
2.3作物關(guān)系定量表達(dá)23
2.3.1模擬研究的尺度23
2.3.2析因法與系數(shù)化24
2.3.3遺傳參數(shù)25
2.4作物模擬模型研制程序26
2.4.1模型選擇與系統(tǒng)定義26
2.4.2資料獲取與算法構(gòu)建26
2.4.3模塊設(shè)計(jì)與模型實(shí)現(xiàn)27
2.4.4模型檢驗(yàn)與改進(jìn)完善28
2.5作物情景模擬技術(shù)31
2.5.1作物情景模擬思路31
2.5.2作物情景模擬應(yīng)用32
第3章作物階段發(fā)育與器官建成模擬35
3.1作物溫光反應(yīng)與生理發(fā)育時(shí)間35
3.1.1發(fā)育階段的定義與劃分36
3.1.2階段發(fā)育的生理因子與概念模式36
3.1.3作物溫光反應(yīng)的模擬37
3.2生理發(fā)育時(shí)間與階段預(yù)測(cè)45
3.2.1每日熱敏感性45
3.2.2生理發(fā)育時(shí)間46
3.2.3頂端發(fā)育階段的預(yù)測(cè)46
3.2.4物候期的預(yù)測(cè)47
3.3作物個(gè)體器官建成模擬48
3.3.1頂端原基的分化48
3.3.2葉片的出現(xiàn)50
3.3.3根系與莖稈的生長(zhǎng)53
3.3.4籽粒發(fā)育與衰老55
3.4作物群體器官建成58
3.4.1群體葉面積59
3.4.2分蘗動(dòng)態(tài)與成穗61
第4章作物光合作用與同化物積累模擬64
4.1冠層光能分布與截獲64
4.1.1大氣上界的光合有效輻射64
4.1.2冠層頂部的光合有效輻射65
4.1.3冠層內(nèi)光的分布與吸收65
4.2葉片和冠層光合作用66
4.2.1單葉光合作用67
4.2.2冠層光合作用68
4.2.3光合作用影響因子70
4.2.4呼吸作用76
4.3同化物積累與生物量79
4.3.1群體凈同化量79
4.3.2群體干物質(zhì)積累80
第5章作物籽粒產(chǎn)量與品質(zhì)形成模擬81
5.1作物籽粒產(chǎn)量形成模型81
5.1.1日同化量的分配82
5.1.2作物各器官干物質(zhì)增長(zhǎng)87
5.2作物籽粒品質(zhì)形成模型89
5.2.1籽粒蛋白質(zhì)形成模型89
5.2.2籽粒淀粉形成模型95
第6章作物溫度脅迫效應(yīng)模擬99
6.1作物溫度脅迫效應(yīng)99
6.1.1我國(guó)作物溫度脅迫時(shí)空特征100
6.1.2作物溫度脅迫的生理效應(yīng)104
6.2作物低溫脅迫響應(yīng)模擬107
6.2.1作物生長(zhǎng)模型對(duì)低溫脅迫響應(yīng)能力的比較107
6.2.2低溫脅迫對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成影響的模擬111
6.3作物高溫脅迫響應(yīng)模擬118
6.3.1作物生長(zhǎng)模型對(duì)高溫脅迫響應(yīng)能力的比較118
6.3.2高溫脅迫對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成影響的模擬119
第7章作物水分關(guān)系模擬128
7.1土壤-作物水分模型描述128
7.1.1土壤水分模型的基本公式128
7.1.2作物對(duì)降水的截留129
7.1.3地表徑流的計(jì)算129
7.1.4降水或灌溉的入滲130
7.1.5農(nóng)田蒸散的算法130
7.1.6根系吸水函數(shù)131
7.1.7層間水分再分配132
7.1.8土壤水分特征值的估算132
7.2水分影響因子133
7.2.1水分脅迫對(duì)作物生長(zhǎng)過程的影響133
7.2.2水分影響因子計(jì)算142
7.3模型計(jì)算與驗(yàn)證145
7.3.1計(jì)算流程145
7.3.2模型驗(yàn)證146
第8章作物養(yǎng)分動(dòng)態(tài)模擬150
8.1土壤氮素動(dòng)力學(xué)150
8.1.1土壤無機(jī)態(tài)氮的淋洗量151
8.1.2礦化與固定（生物固持）152
8.1.3作物殘留與還田秸稈分解155
8.1.4硝化作用與反硝化作用156
8.1.5銨的黏土礦物固定與釋放、吸附與解吸157
8.2土壤磷素的動(dòng)態(tài)模擬158
8.2.1土壤有效磷基本平衡模型158
8.2.2土壤有效磷各組分的動(dòng)態(tài)模擬159
8.3土壤鉀素的動(dòng)態(tài)模擬161
8.3.1土壤有效鉀基本平衡模型161
8.3.2土壤有效鉀各組分的動(dòng)態(tài)模擬161
8.4養(yǎng)分吸收與分配163
8.4.1氮素的吸收與分配動(dòng)態(tài)163
8.4.2磷素的吸收與分配動(dòng)態(tài)167
8.4.3鉀素的吸收與分配動(dòng)態(tài)170
8.5養(yǎng)分效應(yīng)因子173
8.5.1氮效應(yīng)因子174
8.5.2磷效應(yīng)因子174
8.5.3鉀效應(yīng)因子174
8.5.4養(yǎng)分虧缺因子175
第9章作物形態(tài)結(jié)構(gòu)模擬與可視化表達(dá)176
9.1作物形態(tài)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建176
9.1.1葉片生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)模擬176
9.1.2葉鞘長(zhǎng)度的動(dòng)態(tài)模擬183
9.1.3節(jié)間長(zhǎng)度和寬度的動(dòng)態(tài)模擬185
9.1.4莖葉夾角的動(dòng)態(tài)模擬185
9.1.5葉曲線的動(dòng)態(tài)模擬186
9.1.6穗生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)模擬188
9.2作物結(jié)構(gòu)-功能模型的構(gòu)建193
9.2.1作物單位器官干物質(zhì)分配的動(dòng)態(tài)模擬193
9.2.2作物單位器官干物質(zhì)增長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)模擬195
9.2.3作物單位葉片葉面積的模擬196
9.3作物形態(tài)結(jié)構(gòu)的可視化表達(dá)197
9.3.1作物器官的可視化表達(dá)197
9.3.2作物個(gè)體的可視化表達(dá)203
9.3.3作物群體的可視化表達(dá)204
9.3.4碰撞檢測(cè)技術(shù)及效果展示209
第10章作物模型的不確定性分析214
10.1模型參數(shù)的不確定性214
10.1.1模型參數(shù)的敏感性分析215
10.1.2模型參數(shù)的估算方法217
10.1.3模型參數(shù)不確定性的量化221
10.2模型輸入數(shù)據(jù)的不確定性224
10.2.1氣象數(shù)據(jù)輸入的不確定性224
10.2.2土壤數(shù)據(jù)輸入的不確定性226
10.2.3管理措施數(shù)據(jù)輸入的不確定性229
10.3模型算法的不確定性229
10.3.1模型算法的不確定性量化230
10.3.2作物模型不同來源不確定性的比較231
第11章作物模型集成構(gòu)造與輔助建模234
11.1作物模型集成構(gòu)造的概念與內(nèi)涵234
11.1.1作物建模知識(shí)庫235
11.1.2作物模型軟件組件庫236
11.1.3作物生長(zhǎng)模型集成構(gòu)造236
11.2作物生長(zhǎng)建模通用知識(shí)框架237
11.2.1作物生長(zhǎng)建模通用概念模型的組分分析238
11.2.2作物生長(zhǎng)子模型分析與算法框架240
11.3作物模型集成構(gòu)造的原理244
11.3.1作物模型的表示與映射245
11.3.2作物生長(zhǎng)集成建模的構(gòu)造原理249
11.4作物生長(zhǎng)集成建模方法253
11.4.1基于概念的模型結(jié)構(gòu)集成253
11.4.2基于組件的模型動(dòng)態(tài)組裝254
11.4.3模型算法動(dòng)態(tài)集成256
11.4.4模型參數(shù)集成與校正257
11.5作物生長(zhǎng)集成建模輔助系統(tǒng)與建模案例257
11.5.1ICMCS結(jié)構(gòu)258
11.5.2ICMCS主要功能261
11.5.3基于ICMCS的小麥生長(zhǎng)模型構(gòu)建案例263
第12章作物模型與空間信息耦合267
12.1作物模型與地理信息系統(tǒng)（GIS）耦合267
12.1.1作物模型與GIS耦合的基本策略267
12.1.2作物模型與GIS耦合的尺度效應(yīng)272
12.1.3作物模型與GIS耦合的軟件工具273
12.2作物模型與遙感（RS）耦合274
12.2.1作物模型與遙感耦合機(jī)制275
12.2.2作物模型與遙感耦合方法277
12.3作物生產(chǎn)力的時(shí)空預(yù)測(cè)281
12.3.1基于時(shí)空大數(shù)據(jù)的作物生產(chǎn)力預(yù)測(cè)282
12.3.2基于機(jī)器學(xué)習(xí)的作物生產(chǎn)力時(shí)空預(yù)測(cè)282
第13章作物生產(chǎn)力分析與評(píng)估284
13.1作物層次生產(chǎn)力預(yù)測(cè)284
13.1.1不同層次生產(chǎn)力的劃分284
13.1.2不同層次生產(chǎn)力的概念及估算方法285
13.2作物產(chǎn)量差估算287
13.2.1產(chǎn)量差的提出與發(fā)展287
13.2.2產(chǎn)量差的估算方法287
13.2.3產(chǎn)量差的劃分288
13.3作物產(chǎn)量影響要素的貢獻(xiàn)率評(píng)估289
13.4糧食安全預(yù)測(cè)預(yù)警293
13.4.1作物供給量模擬與預(yù)測(cè)方法293
13.4.2糧食需求量模擬295
13.4.3糧食供需平衡與安全保障296
第14章作物模擬與決策支持299
14.1氣候變化效應(yīng)評(píng)估299
14.1.1未來氣候情景生成300
14.1.2氣候變化對(duì)作物生產(chǎn)力影響的定量評(píng)估301
14.2作物生產(chǎn)管理方案的優(yōu)化310
14.2.1播期310
14.2.2氮肥運(yùn)籌312
14.2.3綜合管理方案315
14.3作物理想品種設(shè)計(jì)316
14.3.1作物基因效應(yīng)模擬與品種遺傳參數(shù)設(shè)計(jì)316
14.3.2基于模型的作物株型設(shè)計(jì)319
第15章數(shù)字作物平臺(tái)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)322
15.1作物生長(zhǎng)模擬與決策支持系統(tǒng)322
15.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)322
15.1.2系統(tǒng)主要功能模塊324
15.1.3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與示例325
15.2作物生長(zhǎng)可視化系統(tǒng)331
15.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)331
15.2.2系統(tǒng)主要功能模塊333
15.2.3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與示例334
15.3基于模型與GIS的作物生產(chǎn)力預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)339
15.3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)340
15.3.2系統(tǒng)主要功能模塊340
15.3.3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與示例343
15.4基于模型與遙感的作物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)與生產(chǎn)力預(yù)測(cè)系統(tǒng)347
15.4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)348
15.4.2系統(tǒng)主要功能模塊348
15.4.3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與示例348
15.5數(shù)字作物綜合應(yīng)用平臺(tái)350
15.5.1平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)351
15.5.2平臺(tái)主要功能模塊352
15.5.3平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)與示例352
第16章作物模擬與數(shù)字作物前景展望356
16.1數(shù)字作物研究方向356
16.1.1量質(zhì)協(xié)同形成模擬356
16.1.2作物生長(zhǎng)虛擬表達(dá)357
16.1.3功能基因效應(yīng)模擬359
16.1.4土壤質(zhì)量關(guān)系模擬360
16.1.5極端氣候效應(yīng)模擬361
16.1.6多模型耦合與高性能智能計(jì)算361
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