《SWAT之作物生長》ppt課件

1、作物生長模塊的構(gòu)造作物生長模塊概述有效積溫的計(jì)算生物量的同化對水分的吸收對N、P的吸收實(shí)踐生長耕作措施SWAT的作物生長模塊1.作物生長模塊的構(gòu)造上圖是SWAT模型中，模擬作物生長的模塊的構(gòu)造。程序流程的次序如下：按箭頭的指向，先上后下，先左后右；箭頭指的是調(diào)用關(guān)系，例如，crpmd子程序先后調(diào)用了三個子程序，先調(diào)用swu程序，然后調(diào)用operatn子程序，最后是grow子程序。而grow子程序又按先后順序調(diào)用了tstr、npup、nup和anfert子程序。其他的以此類推。上圖的這些子程序僅在此被調(diào)用，不存在交叉調(diào)用的情況；圖中灰色塊部分，分別是作物生長的兩大模塊： operatn和grow

2、，實(shí)現(xiàn)耕作模擬和作物生長模擬的功能。2.作物生長模塊概述 SWAT模型中作物生長模塊是一種多作物能用型生長模型，可以模擬上百種大田作物、園藝作物、草原牧草和樹木生長，其特點(diǎn)是根據(jù)各種作物生理生態(tài)過程的共性研制成模型的主體框架，再結(jié)合各種作物的生長參數(shù)和田間管理參數(shù)分別進(jìn)展各種作物生長與產(chǎn)量模擬。模型對作物生長與產(chǎn)量構(gòu)成過程，及其對環(huán)境呼應(yīng)進(jìn)展定量模擬的根本過程如下：作物模型在逐日氣候要素的驅(qū)動下，首先模擬計(jì)算太陽輻射能轉(zhuǎn)化為干物質(zhì)的數(shù)量，涉及到估算光截獲數(shù)量的葉面積變化動態(tài)，主要經(jīng)過最大葉面積系數(shù)、葉面積變化的S形曲線形狀參數(shù)、葉面積下降速度等作物生長參數(shù)來確定。同時(shí)，光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)化受作物水汽壓

3、差和大氣CO2濃度的影響。葉面積的增長和變化與溫度、水分、營養(yǎng)等作物生長要素親密相關(guān)。經(jīng)過作物生長的最適溫度、最低溫度與作物生育過程計(jì)算濕度對葉面積增長的影響效應(yīng)。經(jīng)過計(jì)算根系分布層次的土壤水分和營養(yǎng)情況，估計(jì)水分和營養(yǎng)脅迫對葉面積增長的影響效應(yīng)。根據(jù)作物生長期生物量增長的、氮、磷和溫度等四種脅迫因子，校正干物質(zhì)的合成數(shù)量。計(jì)算分配到地上部和根系的干物質(zhì)數(shù)量，估算根系分布深度和根系密度，進(jìn)而計(jì)算作物根系吸收的土壤水分和營養(yǎng)在不同土層的分布情況。而植株水分、氮素、磷素滿足程度最終又影響干物質(zhì)合成數(shù)量。經(jīng)過作物水分和營養(yǎng)臨界期水分、營養(yǎng)虧缺情況估計(jì)實(shí)踐收獲指數(shù)，最后經(jīng)過地上部生物量和收獲指數(shù)計(jì)算可

4、供收獲的作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。 有效積溫為日平均溫度減去根底溫度計(jì)算公式如下： 在全生育期內(nèi)將HU中大于零的部分累加，就得到植物生育期有效積溫的總和。農(nóng)事活動可以根據(jù)到達(dá)有效積溫的某個比例進(jìn)展安排。3.有效積溫的計(jì)算baseavTTHUavT4.生物量的同化植物葉面積截獲光能的量，經(jīng)過Beer法那么來計(jì)算:利用截獲的光，根據(jù)光能利用率，就得到時(shí)間步長內(nèi)生物量的最大增量，公式如下：SWAT思索了CO2濃度對光能利用率的影響。 CO2濃度對光能利用率校正的公式如下：)*1exp(1 (*5 . 0LAIkHHldayphosynphosynHRUEbio*)*exp(*10022122COrrCOCORU

5、ESWAT按照右圖的曲線來模擬冠層高度與LAI隨發(fā)育階段而變化的過程，經(jīng)過對用戶輸入的曲線特征值求解曲線。冠層高度的計(jì)算公式如下：其中，hc是冠層高度，hc,max是冠層最大的高度，frLAImx是植物最大LAI的分?jǐn)?shù)。LAI的計(jì)算公式如下：LAI到達(dá)最大值后，這個最大值將會維持一段時(shí)間，直到葉片老化的速率超越葉片生長補(bǔ)充的速率 xLAmxccfrhhIm,*mximxixLAixLAiLAILAILAIfrfrLAI11,Im,Im*5exp1*根系的發(fā)育：分配到根系的干物質(zhì)從出苗期的40%變化到成熟期的20%。根系逐日的分配系數(shù)依下式計(jì)算： 其中，frroot是該日分配給根系的比例，frP

6、HU是在到達(dá)生長季指定的某天時(shí)積累的潛在熱量單位的分?jǐn)?shù)。根深的計(jì)算，依作物不同而不同，對一年生植物，開場時(shí)根系的深度被設(shè)置為10.0 mm，隨后發(fā)育階段為0.4時(shí)到達(dá)最大，維持在最大值。在發(fā)育階段小于0.4時(shí)，根深依下式計(jì)算 ：PHUrootfrfr*20. 040. 0mxrootPHUrootzfrz,*5 . 25.對水分的吸收在根區(qū)任何深度的土層下，利用下式來計(jì)算植物的潛在吸水量： 其中，wup,z是某一特定深度的土層內(nèi)吸收的水量，Et是該日的最大蒸騰量，是水分利用分布參數(shù)，z是土層深度，zroot是該日根深。經(jīng)過代入土層頂層和底層，取其差值后再對公式求解，可以得到恣意土層的潛在吸水量

7、。rootwtzupzzEwexp1*exp1,隨著土壤含水量的降低，土壤水分被土壤顆粒吸附得越來越牢，植物的吸水因此也變得越來越困難。為了反響這個景象，利用下面這個公式來修正植物的潛在吸收水量：吸收的水量經(jīng)過校正后，就可以用來下式來計(jì)算從某一土層吸收的水量：1*25. 0*5exp*, ,lylyluuplyupAWCSWwwlylyAWCSW*25. 0when, ,lyuplyupwwwhenlylyAWCSW*25. 0lylylyuplyactualupWPSWww,min ,6.對N、P的吸收植物對氮素的吸收受植物氮素平衡的控制。植物氮素平衡公式計(jì)算植物生物量中的含氮量，在最適生長

8、條件下，這個含氮量是植物生長階段的函數(shù)。3 ,213 ,1 ,*exp1*NPHUPHUPHUNNNfrfrnnfrfrfrfrfr計(jì)算植物N需求的公式如下：biofrbiobioMinNNNtNup3 ,4被吸收的氮素在不同深度土層中的分配，按下式計(jì)算：rootnnupzupzzNN*exp1*exp1,地表根系的密度最大，因此地表層氮素吸收的強(qiáng)度也最大。這種隨深度不同而異的分布由氮素吸收分布參數(shù)來控制，這是一個用戶可以本人調(diào)整的參數(shù)。 假設(shè)根區(qū)的含氮量缺乏以滿足豆類植物的需求，SWAT允許植物經(jīng)過固氮獲得額外的氮素。固氮量是土壤水分，土壤氮素和植物發(fā)育階段的函數(shù) ：1 ,min*3nosw

9、grdemandfixfffNNfgr是固氮才干受生育期的影響最大，需求另外進(jìn)展校正。植物P吸收的計(jì)算與N吸收的計(jì)算類似，受植物P平衡的控制，在最適生長條件下，植物對P的吸收受植物中含P量的影響，并且是發(fā)育階段的函數(shù)：3 ,31 ,*21exp1*PPHUPHUPHUPPPfrfrppfrfrfrfrfr計(jì)算植物P需求的公式如下：biofrbiobioMinPPPoptPup3 ,45 . 1吸收的P在不同深度的土層內(nèi)的分布依下式計(jì)算：rootppupzupzzPP*exp1*exp1,7.實(shí)踐生長上述計(jì)算的是潛在條件下的生長，需求進(jìn)展水分、溫度、N和P脅迫的校正后就是實(shí)踐條件下的生長。水分脅

10、迫的計(jì)算公式如下：tactualuptacttEwEEwstrs11,其中，wstrs是該日的水分脅迫影響因子，Et是該日的最大蒸騰量，Et,act是該日的實(shí)踐蒸騰量，wactualup是該日植物總的吸水量。 溫度脅迫是日平均溫度和植物生長最適溫度的函數(shù)，在最適溫度附近，植物不會遭到溫度的脅迫。然而，假設(shè)偏離較大，植物就會開場遭到溫度的脅迫。計(jì)算公式如下：1tstrsbaseavTT22*1054. 0exp1baseavavoptTTTTtstrsoptavbaseTTTwhenwhen22*2*1054. 0exp1baseavoptavoptTTTTTtstrsbaseoptavoptT

11、TTT*21tstrsbaseoptavTTT*2whenwhenN脅迫的計(jì)算僅限于對非豆類作物，SWAT模型不允許豆類作物遭到N脅迫。N脅迫的計(jì)算公式如下：nnnnstrs*2597. 0535. 3exp15 . 0*200,optNNnbiobionstrs是氮素脅迫程因子， 依下式計(jì)算： n其中，bioN,opt是當(dāng)前發(fā)育階段下植物組織里的最適含氮量，bioN是實(shí)踐儲存在植物干物質(zhì)中的氮素。P素脅迫程度的計(jì)算，可經(jīng)過比較植物實(shí)踐的與最適的P素含量得到。當(dāng)植物的實(shí)踐含P量等于最適含P量時(shí)，P素的脅迫等于0.0，當(dāng)實(shí)踐含P量低于最適含P量的50%時(shí)，P素的脅迫等于1.0，這個P素脅迫隨含P

12、量的下降而添加的過程也是非線性的，依下式計(jì)算：ppppstrs*2597. 0535. 3exp1pstrs是P素脅迫程因子， 依下式計(jì)算： p5 . 0*200,optPPpbiobio植被的實(shí)踐消費(fèi)，取水分、溫度、N和P脅迫中最大的脅迫因子，即依下式計(jì)算：pstrsnstrststrswstrsreg,max1regactbiobio*計(jì)算出的潛在生長時(shí)的干物質(zhì)就被乘以這個值，計(jì)算公式如下：植物在該日實(shí)踐添加的葉面積依下式計(jì)算：regiiactLAILAI*,對于植物每年消費(fèi)的生物量的多少，模型允許用戶本人定義一個值。當(dāng)這個值在模型的管理文件(.mgt)文件中被設(shè)立后，模型中每年的上述脅迫要素就不再思索。當(dāng)這個值被設(shè)立后，生物量的計(jì)算方法就如下式所示： trgitrgiactbiobiobiobiobio1模型允許用戶指定一個固定的收獲指數(shù)，當(dāng)這個參數(shù)被指定時(shí)，這個參數(shù)值就取代了公式計(jì)算出來的收獲指數(shù)，此時(shí)不思索生育期的不同，也不計(jì)算水分虧缺對其的影響。mmwuwuwummactHIHIHIHI*883. 013. 6exp*其中，HIact是實(shí)踐的收獲指數(shù)，HI是潛在生長形狀下的收獲指數(shù)，HImm是植物在愛干旱脅迫的情況下，所能允許的最