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小麦生长模拟模型(WheatGrow)的适应性评价 被引量:10
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作者 赵扬辉 汤亮 +1 位作者 曹卫星 朱艳 《麦类作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期443-448,共6页
为对小麦生长模拟模型(WheatGrow)的稳定性和适应性进行测试与评价,基于IoA(一致性系数)、MAE(绝对平均误差)和NRMSE(标准根均方差)等指标,利用不同地点、年份、品种、氮素及播期的小麦田间试验资料对模型进行校正和检验。结果表明,Whea... 为对小麦生长模拟模型(WheatGrow)的稳定性和适应性进行测试与评价,基于IoA(一致性系数)、MAE(绝对平均误差)和NRMSE(标准根均方差)等指标,利用不同地点、年份、品种、氮素及播期的小麦田间试验资料对模型进行校正和检验。结果表明,WheatGrow模型对小麦生育期模拟值与实测值的误差为0~9 d,在南京、徐州、泰安和保定地区对叶面积指数、地上部干物重和产量的模拟值与实测值比较的NRMSE平均值分别为12.56%~20.78%、11.37%~20.85%和2.37%~6.99%,说明模型对各生态点具有较好的模拟效果,能较好地应用于区域适应性验证的研究。 展开更多
关键词 小麦 wheatgrow模型 适应性 评价
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基于随机森林的作物模型光温产量潜力模拟优化方法
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作者 徐浩 宋华鲁 +2 位作者 张海波 张小虎 王帅 《湖北农业科学》 2024年第8期132-139,共8页
为有效降低作物模拟所需数据量,提高计算效率,基于机器学习建立冬小麦光温产量潜力估算模型。以中国冬麦区129个农业气象站点1980—2009年光温产量潜力为研究对象,选择影响光温产量潜力模拟较大的温度、日照时数、经纬度等构建特征变量... 为有效降低作物模拟所需数据量,提高计算效率,基于机器学习建立冬小麦光温产量潜力估算模型。以中国冬麦区129个农业气象站点1980—2009年光温产量潜力为研究对象,选择影响光温产量潜力模拟较大的温度、日照时数、经纬度等构建特征变量。选择生长季与月份2个时间范围,基于WheatGrow模型输入输出数据建立生长季变量的随机森林模型(RF_GS)与月份变量的随机森林模型(RF_Mon),最后利用均方根误差(RMSE)评价随机森林模型的性能。结果表明,随机森林模型可在保证模拟精度的前提下降低数据需求量,且RF_GS精度优于RF_Mon;变量重要性检验与部分依赖图分析结果表明,纬度、生长季日照时数、5月日照时数、3月最低温度对光温产量潜力模拟影响较大;若模型验证数据的范围超出训练数据的范围,利用随机森林模型无法保证建模精度。 展开更多
关键词 作物模型 wheatgrow模型 随机森林 光温产量潜力 模拟优化方法
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Modeling the effects of extreme high-temperature stress at anthesis and grain filling on grain protein in winter wheat
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作者 Raheel Osman Yan Zhu +5 位作者 Weixing Cao Zhifeng Ding Meng Wang Leilei Liu Liang Tang Bing Liu 《The Crop Journal》 SCIE CSCD 2021年第4期889-900,共12页
Extreme high-temperature stress(HTS) associated with climate change poses potential threats to wheat grain yield and quality. Wheat grain protein concentration(GPC) is a determinant of wheat quality for human nutritio... Extreme high-temperature stress(HTS) associated with climate change poses potential threats to wheat grain yield and quality. Wheat grain protein concentration(GPC) is a determinant of wheat quality for human nutrition and is often neglected in attempts to assess climate change impacts on wheat production. Crop models are useful tools for quantification of temperature impacts on grain yield and quality.Current crop models either cannot simulate or can simulate only partially the effects of HTS on crop N dynamics and grain N accumulation. There is a paucity of observational data on crop N and grain quality collected under systematic HTS scenarios to develop algorithms for model improvement as well as evaluate crop models. Two-year phytotron experiments were conducted with two wheat cultivars under HTS at anthesis, grain filling, and both stages. HTS significantly reduced total aboveground N and increased the rate of grain N accumulation, while total aboveground N and the rate of grain N accumulation were more sensitive to HTS at anthesis than at grain filling. The observed relationships between total aboveground N, rate of grain N accumulation, and HTS were quantified and incorporated into the WheatGrow model. The new HTS routines improved simulation of the dynamics of total aboveground N, grain N accumulation, and GPC by the model. The improved model provided better estimates of total aboveground N, grain N accumulation, and GPC under HTS(the normalized root mean square error was reduced by 40%, 85%, and 80%, respectively) than the original WheatGrow model. The improvements in the model enhance its applicability to the assessment of climate change effects on wheat grain quality by reducing the uncertainties of simulating N dynamics and grain quality under HTS. 展开更多
关键词 Heat stress Total aboveground N Grain N accumulation Grain protein concentration model improvement wheatgrow model
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白粉病对小麦光合特性的影响及病害严重度的定量模拟 被引量:1
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作者 常春义 曹元 +8 位作者 Ghulam Mustafa 刘红艳 张羽 汤亮 刘兵 朱艳 姚霞 曹卫星 刘蕾蕾 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1061-1073,共13页
【目的】明确白粉病胁迫对小麦光合特性的影响规律,构建白粉病胁迫下小麦光合生产的模拟模型。【方法】以小麦为试验材料,分别于拔节期和孕穗期进行不同接种程度的小麦白粉病试验,明确白粉病对小麦光合特性的影响规律;在此基础上构建小... 【目的】明确白粉病胁迫对小麦光合特性的影响规律,构建白粉病胁迫下小麦光合生产的模拟模型。【方法】以小麦为试验材料,分别于拔节期和孕穗期进行不同接种程度的小麦白粉病试验,明确白粉病对小麦光合特性的影响规律;在此基础上构建小麦白粉病严重度预测模型,量化白粉病对小麦的生理影响;基于单叶净光合速率(Pn)和叶面积指数(LAI),实现小麦白粉病严重度预测模型与作物生长模型(WheatGrow)的耦合。【结果】白粉病胁迫下,小麦单叶Pn和LAI均呈现下降趋势,与对照(CK)相比分别平均下降18.81%和23.41%,且与初始接种程度相比,发病时期对小麦Pn和LAI的影响更为严重;小麦白粉病田间病情发展具有明显的平缓期、指数爆发期和稳定期,总的来说各处理下小麦白粉病流行的时间动态变化特征符合Logistic函数,基于白粉病胁迫对小麦影响的拟合结果,构建小麦白粉病病害胁迫因子,用以反映白粉病对小麦生理指标影响的胁迫效应;基于WheatGrow模型的光合生产子模型,结合小麦白粉病病害胁迫因子,提出模拟白粉病对小麦叶片Pn和LAI效应的算法,并利用独立年份的数据资料对改进后的WheatGrow模型进行检验。【结论】耦合白粉病胁迫因子的WheatGrow模型对白粉病胁迫下小麦叶片Pn、LAI、地上部生物量和产量的预测精度均好于原模型,模拟精度较原模型分别提高了53.29%、43.61%、60.09%和67.57%,改进后的模型可为小麦白粉病严重度的预测与小麦产量损失的定量评估等提供数字化工具和技术支撑。 展开更多
关键词 冬小麦 白粉病 光合特性 病害严重度预测模型 wheatgrow模型 耦合
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基于遥感与模型耦合的冬小麦生长预测 被引量:13
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作者 黄彦 朱艳 +4 位作者 王航 姚鑫锋 曹卫星 David B.Hannaway 田永超 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第4期1073-1084,共12页
遥感的空间性、实时性与作物生长模型的过程性、机理性优势互补,将两者有效耦合已成为提高作物生长监测预测能力的重要手段之一。提出了一种基于地空遥感信息与生长模型耦合的冬小麦预测方法,该方法基于初始化/参数化策略,以不同生育时... 遥感的空间性、实时性与作物生长模型的过程性、机理性优势互补,将两者有效耦合已成为提高作物生长监测预测能力的重要手段之一。提出了一种基于地空遥感信息与生长模型耦合的冬小麦预测方法,该方法基于初始化/参数化策略,以不同生育时期的小麦叶面积指数(LAI)和叶片氮积累量(LNA)为信息融合点将地面光谱数据(ASD)及HJ-1 A/B CCD、Landsat-5 TM数据与冬小麦生长模型(WheatGrow)耦合,反演得到区域尺度生长模型运行时难以准确获取的部分管理措施参数(播种期、播种量和施氮量),在此基础上实现了对冬小麦生长的有效预测。实例分析结果表明,LNA较LAI对模型更敏感,以之作为耦合点的反演效果较好。另外,抽穗期是遥感信息与生长模型耦合的最佳时机,对播种期、播种量和施氮量反演的RMSE值分别达到5.32 d、14.81 kg/hm2、14.11 kg/hm2。生长模型与遥感耦合后的模拟结果很好地描述了冬小麦长势和生产力指标的时空分布状况,长势指标的模拟相对误差小于0.25,籽粒产量模拟的相对误差小于0.1。因此研究结果可为区域尺度冬小麦生长的监测预测提供重要理论依据。 展开更多
关键词 遥感 wheatgrow模型 模型参数初始化 生长预测
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基于SCE-UA算法的小麦穗分化期模拟模型参数优化 被引量:4
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作者 刘峻明 潘佩珠 +2 位作者 王鹏新 崔珍珍 胡新 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期232-240,共9页
以河南省商丘市为研究区,首先采用OAT(One-at-a-time)方法对WheatGrow模型的输入品种参数进行敏感性分析,在此基础上以抽穗期的开始日期作为约束条件构建代价函数,引入SCE-UA(Shuffled complex evolution method developed at the Unive... 以河南省商丘市为研究区,首先采用OAT(One-at-a-time)方法对WheatGrow模型的输入品种参数进行敏感性分析,在此基础上以抽穗期的开始日期作为约束条件构建代价函数,引入SCE-UA(Shuffled complex evolution method developed at the University of Arizona)算法求解得到最优作物品种参数组合,并利用2015—2016年度和2016—2017年度田间实验资料对SCE-UA算法的有效性进行验证。结果表明,基本早熟性参数对穗分化期的模拟结果影响最显著,温度敏感性参数比光周期敏感性参数和生理春化时间参数具有更高的敏感度,生理春化时间的敏感度最低。基于优化后的参数得到的穗分化期模拟值与观测值之间的平均绝对误差(Mean absolute error,MAE)和均方根误差(Root mean square error,RMSE)均小于3 d,表明SCE-UA算法可以有效地获取WheatGrow模型最优品种参数组合。本研究可为WheatGrow模型品种参数的调整优化和模型的推广应用提供依据。 展开更多
关键词 冬小麦 模型参数优化 SCE-UA算法 wheatgrow模型 穗分化期
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小麦生育期模拟模型的比较研究 被引量:18
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作者 杨月 刘兵 +4 位作者 刘小军 刘蕾蕾 范雪梅 曹卫星 朱艳 《南京农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期6-14,共9页
对国际上较知名的小麦生育期模型进行比较,为作物生育期模型的改进和完善提供参考。以CERES-Whem、APSIM-矾eat、WhetGrow中的生育期子模型为对象,从阶段划分、参数设置、模型算法和模拟效果等方面对其进行比较分析。结果表明:在阶... 对国际上较知名的小麦生育期模型进行比较,为作物生育期模型的改进和完善提供参考。以CERES-Whem、APSIM-矾eat、WhetGrow中的生育期子模型为对象,从阶段划分、参数设置、模型算法和模拟效果等方面对其进行比较分析。结果表明:在阶段划分上,CERES.Whem和APSIM.Whe砒均以累积热时间为尺度;WhetGmw以生理发育时间为尺度,并提出以茎顶端发育为主线预测生育期。参数设置上,WhetGmw模型较CERES.Whem与APSIM.wheat模型增加了基本早熟性和温度敏感性参数。模型算法上,CERES-wheat和APSIM-Vir}leat均以折线型函数描述温度对发育速率的影响,WheatGrow则采用了正弦指数函数或余弦指数函数进行模拟;CERES-Whem和APSIM-Whem的春化效应因子是基于日平均温度的经验函数,而wheatGm、v是基于日平均温度的3段函数;3个模型对光周期效应的模拟均采用二次函数。利用不同生态点、播期、密度和高温处理的试验资料对上述3个模型模拟的小麦开花期和成熟期进行了检验,结果显示:在正常环境条件下3个模型模拟值和预测值之间的均方根误差(RMSE)为1~2d,但在生育后期极端高温条件下,3个模型对生育期的模拟效果均较差,RMSE为4~5d。3个模型在正常环境条件下对小麦生育期模拟均较为准确,其中CERES-矾eat模型对成熟期的预测效果最好,wheatGm、v模型对开花期的预测效果最好,但在极端高温下3个模型的模拟误差均较大,有待进一步改进和完善。 展开更多
关键词 小麦 生育期模型 CERES-Wheat APSIM—Wheat wheatgrow 比较
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小麦生长模型对拔节期和孕穗期低温胁迫响应能力的比较 被引量:9
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作者 肖浏骏 刘蕾蕾 +4 位作者 邱小雷 汤亮 曹卫星 朱艳 刘兵 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期504-521,共18页
【目的】作物生长模型是预测和评估气候变化对作物生产力影响的重要量化工具,明确典型作物生长模型对小麦拔节期和孕穗期低温胁迫响应能力的不足,可以为进一步改进低温胁迫对小麦生产力影响的模拟算法提供指导。【方法】本研究将来自4... 【目的】作物生长模型是预测和评估气候变化对作物生产力影响的重要量化工具,明确典型作物生长模型对小麦拔节期和孕穗期低温胁迫响应能力的不足,可以为进一步改进低温胁迫对小麦生产力影响的模拟算法提供指导。【方法】本研究将来自4套国际知名小麦生长模型(美国密歇根州立大学的CERES-Wheat、美国华盛顿州立大学的CropSyst、荷兰瓦赫宁根大学的WOFOST和法国国家农业科学研究院的STICS模型)的典型低温胁迫效应算法,与本课题组研发的小麦生长模拟模型Wheat Grow相耦合,利用2012—2013年南京和2013—2015如皋不同品种(扬麦16和徐麦30)、不同温度水平(最低至-6℃)和持续时间(2、4、6 d)的人工气候室低温盆栽试验资料,检验和评价了原WheatGrow模型和耦合后低温胁迫效应算法的WheatGrow模型在拔节期和孕穗期低温胁迫下对小麦叶面积指数动态、茎生物量、地上部总生物量、籽粒产量等指标的预测能力。【结果】拔节—孕穗期低温胁迫明显降低了小麦叶面积指数、地上部生物量积累和籽粒产量,且随低温水平的降低和持续时间的增加降低幅度呈明显升高趋势。比较不同处理时期和品种发现,小麦生长发育及产量对孕穗期低温处理较拔节期低温处理更加敏感,扬麦16较徐麦30对低温胁迫更为敏感。耦合了4种低温胁迫效应算法的WheatGrow模型在模拟叶面积指数动态上较原WheatGrow模型有所改善,但模拟误差仍然较大,其中对孕穗期低温处理的模拟误差大于拔节期处理。4种低温胁迫算法均低估了低温胁迫对茎生物量以及成熟期地上部生物量积累的不利影响。综合比较4种低温胁迫算法的预测能力可以看出,对于叶面积指数和地上部生物量的动态模拟,CropSyst模型中的低温胁迫效应算法表现最好;对于茎生物量的动态模拟,WOFOST模型中的低温胁迫效应算法表现最好,特别是孕穗期低温处理;对于籽粒产量的模拟,STICS模型中的低温胁迫效应算法表现最好,其次是CropSyst模型。【结论】耦合低温胁迫效应算法后的WheatGrow模型,在模拟叶面积指数、茎生物量、地上部生物量和籽粒产量上均好于原WheatGrow模型,且在弱低温条件下的模拟效果好于强低温条件,但是4套算法由于没有考虑低温胁迫对茎秆的直接伤害、低温胁迫对干物质分配的影响以及低温胁迫后的恢复和补偿效应,因此在模拟茎生物量积累,以及模拟不同低温持续时间下的地上部生物量积累存在明显不足。此外,4套低温效应算法引入参数较多,为模型的参数化带来一定的困难,有待今后进一步改进和完善。研究结果对改进小麦生长模型对低温胁迫响应,降低气候变化背景下作物生产力的预测预警的不确定性具有重要意义。 展开更多
关键词 小麦 低温胁迫 作物生长模型 算法比较 模型检验 wheatgrow模型
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