DSSAT 作物參數 - 以玉米為例

上一篇提到DSSAT模型裡面包含品種 (Cultivar, CUL)、生態型 (Ecotype, ECO) 與物種 (Species, SPE) 等3個階層的作物參數，我們就可以體會到作物模式對於不同的外表徵狀變異性有其認知，我們可以觀察到大概是以下的架構

物種 (Species)

｜

生態型 (Ecotype)

｜

品種 (Cultivar)

越下層的特性就越容易改變。也就是說，不同的品種會有個別的品種參數，但可能會有不同的生態種參數，可能只有一個物種參數。

接下來我們要以玉米為例，從品種依序往上介紹，我們會談到 CERES-MAIZE 與 CSM-IXIM兩個玉米模型的參數。

品種參數 (Cultivar)

這邊我們先觀察MZCER047.CUL與MAIXM047.CUL兩個檔案，來了解品種參數的項目

CERES-MAIZE 的品種參數如下：

@VAR#  VRNAME......... EXPNO   ECO#    P1    P2    P5     G2    G3    PHINT
!                                       1     2     3      4     5     6
PC0001 2500-2600 GDD        . IB0001 160.0  0.750  780.0  750.0  8.50  49.00

CSM-IXIM的品種參數如下：

@VAR#  VRNAME......... EXPNO   ECO#    P1     P2      P5    G2    G3    PHINT    AX   ALL
!                                      1      2       3     4     5       6      7     8
IB0035 McCurdy 84aa         . IB0001 260.0  0.300  955.0  700.0  8.50  43.00   770.  930.  

從上面可以看到，CSM-IXIM比CERES-MAIZE多了AX與ALL兩個最大葉的參數，其他的參數相同，以下我們就來一一介紹參數的定義

P1：萌芽至幼齡期結束的累積溫度值 ，選用幼齡期結束是因為這段期間的發育不受光週期所影響

P2：光週期敏感係數，光週期超過最大日長 (12.5 小時)，日長每增加1小時，發育週期延長的日數，以日為單位。

P5：吐絲至生理成熟期積溫值

G2：潛勢籽粒數，每株玉米最大的可能粒數 (no. /plant)

G3： 潛勢籽粒生長速率，最適生長條件下籽粒重量的線性增加數率 (mg/day)

PHINT： 出葉間隔，每個葉尖出現所需經歷的累積有效溫度值 (GDD/leaf tip)

AX：最大葉的葉面積 (cm2/leaf)

ALL：最大葉的壽命 (累積溫度值)

值得注意的是，CERES-MAIZE與CSM-IXM都是以8°C作為基礎溫度計算有效溫度。

生態型參數 (Ecotype)

生態型參數

TBASE：基礎溫度，低於該溫度發育就停止 (預設值為 8)

TOPT：最適溫度，營養生長期當中發育速率最快的溫度 (預設值為 34)
ROPT：最適溫度，生殖生長期當中發育速率最快的溫度 (預設值為 34)

P2O：光週期影響的門檻值，當日長低於此值即不會影響發育速率，單位小時 (預設值12.5)

DJTI：光週期鈍感生態型，從幼齡期 (Juvenile) 結束到雄穗分化 (Tassel initiation) 所需的日數 (預設值4)

GDDE：每1公分的播種深度出土所需的累積溫度，單位是 GDD/cm，可以視為是胚軸的生長速率倒數 (預設值 6.0)

DSGFT：吐絲期到有效籽粒充實期所需的累積溫度 (預設值 170)

RUE：輻射利用效率，單位 g plant/MJ PAR (預設值4.2)

KCAN：植冠消光係數 (預設值0.85)

TSEN：會產生葉片低溫寒害的溫度 (預設值6)

CDAY：寒冷天數的參數 (預設值 15)

CERES-MAIZE 程式使用簡單的門檻值累計寒冷天數，當每天的最低溫小於TSEN就會在CDAY這個變數+1，當CDAY超過門檻值的時候，程式就會停止，並且在Warning message說明低溫日數超過門檻值。

以上的參數是CERES-MAIZE和CSM-IXIM都有的參數，以下的參數是CSM-IXM特有的參數。

PSTM：控制ISTAGE 3-4 之間碳水化合物往莖運送的係數，PSTM值越大，越多的碳水化合物進入莖、越少進入葉。預設值為0.4，Heavy Stems 型為0.75、Ligh Stem 型為0.10、Medium Stem 型為0.50。

PEAR：控制穗生長期 (250 GDD before flowering-end ISTAGE 4)碳水化合物進入穗的參數 (預設值為0.15)

物種參數 (Species)

CERES-MAIZE與CERES-IXIM使用相同的物種參數，並分為數個大項，以下針對每一個大項進行說明

溫度效應

DSSAT模式使用梯形方程式來表示效應，共有 TBASE, TOPT1, TOPT2, TMAX等4個係數，相對應的應該是0,1,1,0等數值

PRFTC：光合作用的溫度參數，模式值是6.2, 16.5, 33.0, 44.0

RGFIL：相對籽粒增加速率的溫度參數，模式值是5.5, 16.0, 39.0, 48.5

光合作用係數

PARSR：太陽輻射量(Solar radiation)轉換為光合有效輻射(PAR)的參數，模式值為0.5

CO2X, CO2Y：二氧化碳濃度效應參數，從GROSUB可以找到以下的指令，可以了解到模式認為不同CO2濃度下有不同的輻射利用效率，利用 PCO2 這個係數來表示輻射利用效率

PCO2  = TABEX (CO2Y,CO2X,CO2,10)
! JIL 08/01/2006 Intercepted PAR (MJ/plant d)
IPAR = PAR/PLTPOP * (1.0 - EXP(-LIFAC * LAI))
PCARB = IPAR * RUE * PCO2

程式碼的預設值如下

  CO2X     0   220   280   330   400   490   570   750   990  9999

  CO2Y  0.00  0.85  0.95  1.00  1.02  1.04  1.05  1.06  1.07  1.08

CANH：潛勢植冠高度，單位公尺 (m)，模式預設值2.0

逆境反應 Stress response

FSLFW：植株受到100%水分逆境時葉面積萎凋比例，單位1/day，預設值0.05

FSLFN：植株受到100%缺氮逆境時葉面積萎凋比例，單位1/day，預設值0.05

FSLFP：植株受到100%缺磷逆境時葉面積萎凋比例，單位1/day，預設值0.05

種子生長參數 Seed growth parameters

SDSZ：最大潛勢籽粒重，單位mg/sd，預設值0.2750

RSGR：相對種子生長速率，小於該值時植物會提早成熟，預設值0.1

RSGRT：種子相對生長速率小於RSGR引起提早成熟的連續日數，預設值5

CARBOT：因為缺水、缺氮或溫度逆境，使得CARBO小於0.001導致植株提早成熟之連續日數，預設值7

DSGT：播種到萌芽最長天數，超過該值種子就會死亡，預設值21

DGET：種子萌芽到出土最長的積溫，超過此值種子就會乾旱死亡，預設值150

SWCG：種子萌芽所需的最低有效水分含量值，單位cm3/cm3，預設值0.02

出土的初始狀態 Emergence initial condition

STMWTE：出土時莖乾重，單位g/plant，預設值0.2

RTWTE：出土時根乾重，單位g/plant，預設值0.2

LFWTE：出土時葉乾重，單位g/plant，預設值0.2

SEEDRVE：出土時種子儲存的碳水化合物，單位g/plant，預設值0.2

LEAFNOE：出土時的頁數，單位個/plant，預設值1

PLAE：出土時的葉面積，單位cm2/plant，預設值1

氮參數 Nitrogen parameters

TMNC：plant top minimum N concentration，單位g N/g dry matter，預設值 0.0045

TANCE：出土時地上部的氮含量，單位g N/g dry matter，預設值0.044

RCNP：根的極限氮濃度(critical N concentration)，預設值0.0106

RANCE：出土時根的氮濃度，g N/g root，預設值0.022

CTCNP1：Maximum value for critical tissue N concentration (in developing seed embryo)，預設值1.52

CNCNP2：生長期濃度的轉換係數，預設值0.16

葉面積參數 Leaf area parameters

A3, A4, AK：葉面積延展參數，預設值分別為-4.5, 1.1, 0.174，

YK, YLL：葉片壽命參數，預設值分別為0.037, 145

SLAX, SLAMX, SLAMN：比葉面積參數，預設值分別為380,750,270

ISTAGE 代碼

CERES-MAIZE 與 CSM-IXM 的都使用一樣的ISTAGE代碼

7    Sowing date      播種日期
8    Germination      發芽
9    Emergence        出土

1    End Juvenile      幼齡期結束

2    Panicle initiation        幼穗期

3    End leaf growth          葉片生長結束結束

4    End panicle growth    雄穗生長完成

5    Grain fill                     籽粒充實

6    Maturity                      成熟期