作物生长发育的动态模拟研究始于20世纪60年代，是在作物生理生态科学中引入系统分析方法和计算机技术而兴起的。作物生长发育的动态模拟，指应用系统分析的方法，综合植物生理生态、农学、气象、土壤等相关学科的研究成果，建立计算机模型定量地描述作物的生长发育、光合生产、产量形成等生态生理过程及其与环境因子、管理技术的关系。 作物生长模拟研究在过去的40年中已取得显著的成就，但完善模型仍然需要长期的努力。水稻模型是作物模拟研究的重要内容，氮素限制下的水稻生长模拟是当前的研究热点。本研究在查阅了大量作物生长模拟领域的有关文献基础上，结合田间试验资料，组建了水稻氮素行为及施氮优化系统，并以VB6.0开发了基于Windows系统的模拟软件，简化了模型的应用。 本研究主要在以下几方面取得新进展：（1）结合作物生长模拟的有关理论和技术，建立了水稻氮素行为模拟模型和氮肥管理优化模型，行为模型用于研究水稻的生长发育、氮素动态及其影响，优化模型为水稻生产的氮肥管理提供优化的施肥方案；（2）在作物生长模型中成功地引入Price数值优化算法，解决了模型有关施肥参数的计算，进一步提高了作物生长模型指导生产实践的能力；（3）应用VB6.0完成了上述模型的模拟软件开发，软件运行于Windows环境，所有的输入输出均采用“窗口”模式，结果表达直观可视，操作过程简单方便，可以满足普通用户的使用需求。 1．施氮水平对水稻生产的影响 水稻氮肥试验于2001、2003年在杭州市余杭农科所试验站进行，设置6个氮素处理0、75、150、225、300、375kghm^-2，供试品种为武进9728、丙9363、丙9652，研究施氮水平对水稻的生长发育、氮素动态及产量性状的影响。 结果表明，随着施氮量的增加，叶面积、根茎叶生物量都持续增长，在施氮量小于225kghm^-2时，氮肥效果更明显。施氮量与植株器官氮含量之间呈线性关系，成熟期武进9728的叶、茎、根、穗的含氮量与氮肥用量的相关系数分别为0.9408、0.9649、0.9669、0.9662，达到显著水平。有效穗随着施氮水平的提高而持续增加，穗粒数、结实率、千粒重对施氮量的高低反应不同，总体上浙江大学博}论文摘要呈下降趋势。施氮量对产量的影响可用抛物线表示，根据经济学的边际收益分析原理，目前条件下当地适宜的施氮量为140一Zookghm一2。从经济、生态和效益三方面综合考虑，针对当前的施氮水平，减少30%施氮量是完全可行的。2.水稻氮素行为的模拟 在相关研究的基础上，组建了水稻氮素行为模拟模型RNDSM，包括生育期进程、叶面积发育、光合作用、呼吸作用、干物质分配、产量形成等基本生长发育过程，以及氮素的需求、供给、吸收、分配、转运等氮素动态过程。 从生育期、叶面积、生物量和植株含氮量等方面对RNDSM模型进行了验证。结果表明，生育期的模拟值仅比实际小1一2天，偏差主要发生在移栽至开花期。叶、茎、穗的生物量和总生物量的模拟结果较好，而根生物量的模拟不够理想。叶面积指数的模拟，总体效果良好，生长季节的中期略微偏低。模型对植株氮素动态的模拟好于生物量，除根以外，其他器官含氮量及总氮含量的模拟结果比较接近理想状况，误差在10%以内。3.水稻施氮优化的模拟 以ORYZAO模型为基础，组建了水稻施氮优化模拟模型RNOSM，对氮肥的施用、吸收、分配、干物质形成及土壤氮供给等过程进行了详细描述，并结合数值优化方法对施氮量、施用时间优化模拟，为水稻的氮肥管理提供服务。 验证结果表明，模型能够较好地模拟生物量的积累过程及叶氮含量、植株总氮含量的变化动态，模拟值与实测值之间的相关系数分别为0.9926、0.9130、0.9689，都达到显著水平。应用模型优化水稻的氮肥管理，首先计算理想施氮曲线，在此基础上转化为实际的施氮方案。对施氮量150kghm一的处理，模型优化的施氮时间和比例分别为移栽后10、20、30、45天和0.2、0.3、0.3、0.2，模拟产量比实际值高10%以上。4.水稻氮素模拟软件的开发 应用面向对象的编程语言VB6.O，结合VB数据库技术，开发了水稻氮素行为及施氮优化模拟软件RICEN。模拟软件在windows环境下运行，有简洁的菜单工具和命令按钮，操作过程简单，用户能够方便地编辑保存作物参数文件和气象资料，模拟结果以数据表和图形的方式直观显示，可以分别保存为纯文本文件和BMP图像文件。了浙江大学博士论文摘要5.讨论与研究展望 模型对土壤氮素动态和施氮优化方法的处理还有较大的不足，有待进一步深入研究。展望水稻生产的模拟研究，需要在完善模型自身的结构、改进模拟方法的同时，加强与现代信息技术的融合，开发基于网络环境运行的模拟软件，提高模型在生产实践中的应用能力。