DSSAT模型原理與軟件使用簡(jiǎn)介.docx

第1章 DSSAT模型簡(jiǎn)介1.1 DSSAT模型簡(jiǎn)介近40多年來(lái)，世界上許多國(guó)家都積極研發(fā)作物模型，至今經(jīng)歷了從幼稚走向成熟，從經(jīng)驗(yàn)走向機(jī)理，從理論走向?qū)嵱玫陌l(fā)展歷程。迄今為止已經(jīng)有至少100種不同的模擬模型。DSSAT（Decision Support System for Agrotechnology Transfer）農(nóng)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移決策支持系統(tǒng)，是目前使用最廣泛的模型系統(tǒng)之一。DSSAT是在IBSNAT（Inter-national Benchmark Sites Network for Agrotechnology Transfer)農(nóng)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移國(guó)際基準(zhǔn)網(wǎng)的贊助和指導(dǎo)下進(jìn)行，由美國(guó)國(guó)際開發(fā)署授權(quán)夏威夷大學(xué)開發(fā)研制的綜合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，目的是將各種作物模型匯總，將模型輸入和輸出變量格式標(biāo)準(zhǔn)化，以便模型的普及及應(yīng)用，從而加速農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣，為發(fā)展中國(guó)家合理有效地利用自然資源提供決策和對(duì)策。DSSAT不是通用模型，它針對(duì)不同作物開發(fā)了不同模型。DSSAT目前由主要26種不同的作物模擬模型組成，主要包括CERES（Crop Environment REsource Synthesis）系列模型、CROPGRO豆類作物模型、SUBSTORpotato馬鈴薯模型、CROPSIMcassava木薯模型、OILCROP向日葵模型以及最新加入的CANEGRO甘蔗模型。由于包括了多種作物模型，DSSAT 可為用戶提供多種選擇方案。 DSSAT模型是由作物模擬模型支持的決策支持系統(tǒng)，除了數(shù)據(jù)支持以外，還提供了計(jì)算、解題的方法，并為決策者提供決策的結(jié)果。DSSAT模型能幫助決策者和糧食貿(mào)易商通過(guò)作物模擬技術(shù)和系統(tǒng)分析方法估價(jià)作物的產(chǎn)量，為制定糧食進(jìn)出口貿(mào)易提供依據(jù)，同時(shí)為農(nóng)民在不同氣候年景下提供不同的栽培管理措施（如作物的合理施肥、灌水）提供科學(xué)的決策。DSSAT軟件首次發(fā)布時(shí)間為1989年的V2.1，1994年發(fā)布DSSAT V3.0，1998年發(fā)布DSSAT V3.5，2003年發(fā)布DSSAT V4.0，2012年發(fā)布DSSAT4.5。1.2 DSSAT模型原理與結(jié)構(gòu) DSSAT 4.5模型將所有的農(nóng)作物模型集成到基于模塊模擬路徑的CSM（Cropping System Model）農(nóng)作系統(tǒng)模型中，CSM使用一套模擬土壤水分、氮和碳動(dòng)力學(xué)的代碼，而農(nóng)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育則通過(guò)CERES、CROPGRO、CROPSIM和SUBSOR模塊來(lái)進(jìn)行模擬。DSSAT適用于單點(diǎn)或相同類型區(qū)，可通過(guò)GIS外插至區(qū)域水平。 DSSAT系列模型模擬了作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程、作物光合作用、呼吸作用、干物分配和植株生長(zhǎng)以及衰老等基本生理生態(tài)過(guò)程。DSSAT包括一維土壤水平衡模塊，其中的多數(shù)作物模型還包括一維土壤氮素平衡模塊。DSSAT4.5分為數(shù)據(jù)模塊、模型模塊、分析模塊和工具模塊等幾個(gè)部分。其中數(shù)據(jù)模塊主要由背景資料、試驗(yàn)資料、遺傳參數(shù)資料、氣象資料、土壤資料、害蟲管理資料及經(jīng)濟(jì)收益七大數(shù)據(jù)庫(kù)組成。模型模塊包括禾谷類作物模型、豆類作物模型、塊莖與塊根作物模型、油料作物模型、蔬菜作物模型、草料作物模型及其他作物模型；分析模塊包括季節(jié)分析-評(píng)估生長(zhǎng)季內(nèi)不同管理措施、序列分析-分析跨年度的不同作物輪作效應(yīng)和空間分析-鏈接GIS分析大田內(nèi)或農(nóng)田內(nèi)的空間變異性；工具模塊主要是提供進(jìn)入試驗(yàn)數(shù)據(jù)模塊、繪圖數(shù)據(jù)模塊、土壤數(shù)據(jù)模塊、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)模塊、氣象數(shù)據(jù)模塊以及其他模塊的快捷方式。1.3 DSSAT安裝與啟動(dòng)1.3.1 模型安裝插入光盤或者拷貝軟件后，單擊Install，出現(xiàn)如下界面。然后單擊”Install DSSAT v4.5”即可。另外，本軟件中參數(shù)調(diào)試程序是基于R語(yǔ)言開發(fā)的，因此若您電腦中沒有安裝R，還需單擊”Install R”。1.3.2 模型啟動(dòng)軟件安裝完畢后，雙擊桌面圖標(biāo)打開DSSAT軟件，如下圖。軟件中自帶有很多已有的氣象、土壤和實(shí)驗(yàn)等數(shù)據(jù)，遍布全世界各個(gè)國(guó)家的實(shí)驗(yàn)資料?？梢酝ㄟ^(guò)運(yùn)行軟件自帶的數(shù)據(jù)了解DSSAT的基本用途。Selector中包括CERES、Legumes、Root Crops、Oil crops、Vegetables等很多不同種類的作物。我們選擇CERES谷類作物中的Wheat冬小麥為例。冬小麥的試驗(yàn)數(shù)據(jù)有三個(gè)不同地區(qū)的，每個(gè)地區(qū)又有很多不同的試驗(yàn)處理，我們可以通過(guò)選擇兩個(gè)地區(qū)的同時(shí)運(yùn)行。選中Experiment下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，單擊菜單欄中的“Run”。 運(yùn)行進(jìn)程如下圖所示。熟練本軟件后，可以從中看出模擬結(jié)果的大致分布。運(yùn)行完畢后，后彈出如下界面，提示您可以對(duì)模型運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析。下圖為可以進(jìn)行分析的內(nèi)容，包括水分平衡、作物生長(zhǎng)、土壤溫度等等。 例如，單擊“View”打開其中SoilWat.OUT文件就可看到從冬小麥播種到收獲期間逐日的土壤水分變化情況?？梢詫⑽募泶嬉员銓?lái)的進(jìn)一步分析。而單擊“Plot”則會(huì)出現(xiàn)下圖，左側(cè)“Variables”包括不同剖面土壤水分變化，累計(jì)降水量、徑流量等等，右側(cè)“Runs”是指不同處理。您可以選擇需要進(jìn)行對(duì)比的處理及相關(guān)變量進(jìn)行成圖。1.4 DSSAT數(shù)據(jù)輸入與輸出 1.4.1 氣象數(shù)據(jù) 單擊工具欄中的“Weather Data”，出現(xiàn)下圖。我們可以通過(guò)新建一個(gè)氣象站來(lái)存放所需的氣象數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)打開一個(gè)已有的氣象站然后對(duì)其數(shù)據(jù)修改后作為自己的氣象站。如果是首次接觸該軟件，建議采用后一種方法。打開已有氣象站時(shí)，可看到系統(tǒng)自帶兩個(gè)氣象站，每個(gè)氣象站都包括數(shù)據(jù)表：觀測(cè)值、校正值和生成值。打開UFGA這個(gè)氣象站的數(shù)據(jù)，可見到下圖。包括逐日降水量、最高氣溫、最低氣溫和太陽(yáng)輻射量。這也是建立氣象站所需的最小數(shù)據(jù)集。我們可以通過(guò)SCAN工具檢查大量氣象數(shù)據(jù)中的異常值，也可以通過(guò)成圖發(fā)現(xiàn)異常值。下圖分別為降水量變化圖以及最高、最低氣溫圖。 1.4.2 土壤數(shù)據(jù)單擊SBuild，可打開SBuild軟件，首先單擊Profile，選擇新建或者編輯已有的土壤文件另存后建立自己的土壤剖面文件。下圖為系統(tǒng)自帶的土壤數(shù)據(jù)，包括根據(jù)土壤類型默認(rèn)的一些土壤數(shù)據(jù)，還有軟件使用者上傳的一些數(shù)據(jù)。土壤數(shù)據(jù)首先需要輸入一些基本信息，包括該土壤類型所在的國(guó)家、位置、經(jīng)緯度、土壤系列名稱，土壤分類等。然后還需要輸入一些土壤表面的相關(guān)信息，包括土壤顏色、土壤排水情況、土壤坡度等。單擊下一步打開土壤剖面數(shù)據(jù)輸入界面，包括土壤剖面土層的確定，土壤顆粒結(jié)構(gòu)、有機(jī)碳（可以通過(guò)有機(jī)質(zhì)含量換算得出）含量、土壤PH值等。下一個(gè)界面為根據(jù)前邊輸入數(shù)據(jù)，SBuild計(jì)算出來(lái)的土壤參數(shù)，包括土壤體積含水量，飽和水力梯度等相關(guān)內(nèi)容。1.4.3 作物管理數(shù)據(jù)作物管理數(shù)據(jù)是通過(guò)XBuild界面進(jìn)行輸入和編輯的。首先需要輸入一些基本數(shù)據(jù)，包括試驗(yàn)地點(diǎn)、編號(hào)、名稱、作物種類等。XBuild包括環(huán)境、管理、處理等幾部分內(nèi)容。環(huán)境部分包括：大田條件、初始條件、土壤分析以及環(huán)境改變。管理部分包括：作物品種、播種日期、灌溉條件、施肥措施、有機(jī)改良劑、耕作條件、收獲方式以及化學(xué)試劑的應(yīng)用等。下圖為大田基本條件的輸入界面，我們?cè)谇斑呎f(shuō)到要建立自己的氣象站和土壤類型，就是為了在這里能夠和大田試驗(yàn)相匹配。1.4.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)前邊的作物管理數(shù)據(jù)是指試驗(yàn)數(shù)據(jù)的布設(shè)，而試驗(yàn)數(shù)據(jù)是指在不同試驗(yàn)處理下的試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果，包括作物生長(zhǎng)發(fā)育數(shù)據(jù)、土壤水肥變化數(shù)據(jù)等。其中，A文件