具体描述
作物模型是借助信息技术进行农业生产精准管理的基础，是农业生产和研究进步的标志之一。国外已发表了较多的作物模型，但国内独立开发的作物模型还不多。本书介绍了作物模型的发展和应用概况，系统地对作物生长发育模型中的发育与形态发生、碳衡、水分平衡、氮素平衡等机理过程进行理论描述，重点结合由国家自然科学基金资助完成的棉花模型COTGROW进行具体建模过程阅述。引外还介绍了GOSSYM、DSSAM、APSM、OZCOT等几个国外典型作物模型。
本书适合于从事农林业、气象、生态、自然地理等领域模型和信息技术研究的科技与教育工作者、研究生、大学高年级学生参考。
好的，这是一份关于一本名为《作物模型原理》的图书的详细简介，内容涵盖了该书可能涉及的各个方面，但严格避免提及任何AI相关内容，旨在提供一个专业、详尽的图书介绍。 --- 《作物模型原理》图书简介 导言：理解与模拟农业系统的基石 在全球人口持续增长、气候变化日益严峻的背景下，粮食安全与可持续农业管理成为了人类社会面临的核心挑战。《作物模型原理》一书，正是在这样的时代背景下应运而生，它系统而深入地探讨了现代农业科学中至关重要的工具——作物模型。本书旨在为农学、生态学、环境科学及信息技术等领域的科研人员、高级学生、农业技术推广人员以及政策制定者提供一个全面、严谨的学习框架，使读者不仅能理解作物生长的复杂机制，更能掌握如何利用数学和计算工具来模拟、预测和优化农业系统的动态过程。 本书的核心在于“原理”二字，它强调的不是特定软件的使用指南，而是支撑所有作物模型构建与应用的基础理论、数学框架和生态学逻辑。通过对这些基本原理的深入剖析，读者将具备独立分析、评估现有模型，并根据具体需求设计新模型的能力。 第一部分：作物模型的基础理论与发展历程 本书开篇追溯了作物模型学的历史沿革，从早期的经验统计模型，到基于过程的（Process-Based）模型，再到集成复杂环境因子与管理决策的现代集成模型。这一部分详细阐述了模型在农业科研、生产决策支持和宏观环境影响评估中的地位和作用。 我们首先建立了理解作物模型的理论基石——生态学和生理学基础。作物的生长、发育和产量是光合作用、呼吸作用、水分平衡、养分吸收与分配等一系列生理生化过程的综合体现。本书用严谨的语言和详实的图表，解释了如何将这些生物学过程转化为可量化的数学关系。重点介绍了关键的驱动因子，如太阳辐射的截获与转换、生物量分配的调节机制（如碳分配模型），以及作物对环境胁迫（如干旱、高温、盐渍化）的生理响应机理。 第二部分：核心过程的数学表征与建模方法 本书的重点和难点在于对核心农学过程的数学建模。这一部分详细介绍了构建过程模型所需的主要数学工具和方法论。 1. 光合作用与呼吸作用模型： 深入探讨了从经典的Blackman反应限制理论到现代基于电子传递链的复杂光合模型。书中详细分析了不同模型如何处理光照强度、二氧化碳浓度、叶片温度等变量对净光合速率的影响，并讨论了呼吸作用（如维持性呼吸和生长性呼吸）的参数化方法。 2. 水分平衡与胁迫响应： 详细描述了作物冠层、土壤与大气之间的水热交换过程。包括能量平衡法的应用、土壤水运动的Richards方程及其在作物水分吸收模型中的简化与耦合。尤其关注干旱胁迫下气孔导度的变化规律及其对生长和产量的反馈机制。 3. 养分（氮、磷、钾）动态模型： 这一章节侧重于土壤-植物-大气连续体中的物质循环。重点介绍了氮素的形态转化（矿化、硝化、反硝化、淋失）与作物吸收之间的动态平衡。书中提供了不同复杂程度的养分动态模型框架，并讨论了如何将化肥施用和有机质投入纳入模型进行模拟。 4. 生长发育与器官建成： 阐述了作物发育阶段的量化（如积温法则、分期发育模型），以及生物量在茎、叶、根、籽粒之间的分配规律。强调了激素调控在决定最终产量结构中的作用及其在模型中的初步体现。 第三部分：模型集成、参数化与验证 一个优秀的作物模型不仅需要坚实的理论基础，更需要严谨的工程实践。《作物模型原理》用大量篇幅介绍了如何将上述分离的子模块整合为一个功能完整的系统模型。 1. 模型集成与结构设计： 探讨了不同建模范式（如机械式、统计式、混合式）的优劣，并提出了构建模块化、易于扩展的模型架构。详细分析了时间步长（日尺度、小时尺度或更小）的选择对模型精度和计算效率的影响。 2. 参数估计与校准： 模型参数的准确性是预测能力的关键。本书提供了多种参数化技术，包括基于实验室测定数据的直接估计、敏感性分析引导下的现场试验校准，以及利用优化算法进行全局参数优化的方法。对模型的敏感性分析和不确定性分析给予了专门的讨论，帮助读者量化模型的可靠性区间。 3. 模型验证与应用评估： 强调了模型验证的科学性，区分了内部一致性检验和外部预测能力评估。书中提供了多站点、多年份数据的交叉验证策略，并详细阐述了如何计算和解释决定系数（$R^2$）、均方根误差（RMSE）等关键评估指标。 第四部分：模型的应用与前沿展望 在掌握了基本原理和方法论之后，本书引导读者将理论付诸实践，探索作物模型在现代农业管理和环境科学中的广泛应用。 1. 决策支持系统（DSS）： 介绍了作物模型如何集成到农田尺度的精准管理系统中，例如优化灌溉时间、精准推荐施肥量、以及预测最佳播种窗口。强调了模型输出结果的可视化和用户友好性设计。 2. 气候变化影响评估： 讨论了如何利用作物模型驱动全球或区域气候情景，评估未来气候变化对主要粮食作物的潜在产量冲击，并探索适应性策略的有效性，如调整播期、选择耐逆新品种等。 3. 区域尺度模拟与遥感数据同化： 介绍了如何将点过程模型推广至区域尺度，包括空间异质性的处理、遥感数据（如NDVI、LAI）在模型状态变量校正中的应用，以及数据同化技术在提升区域模拟精度中的作用。 结语 《作物模型原理》不仅仅是一本教科书，它是一座连接基础生命科学与现代信息技术的桥梁。通过对作物模型背后复杂逻辑的层层剥离，本书旨在培养读者对农业系统动态的深刻洞察力，使之能够驾驭这一强大的科学工具，为提升全球农业生产效率、促进资源可持续利用提供坚实的理论和技术支撑。掌握本书内容，即是掌握了理解和塑造未来农业的钥匙。
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