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作物生长模拟的研究始于20世纪60年代，是随着系统分析方法和计算机技术在作物科学中的应用而兴起的。作物生长发育的动态模拟将作物及其生态环境因子作为一个整体，对作物生长发育、产量形成及其与环境和管理技术之间的动态关系加以理论概括和数量分析，建立起相应的数学模型。作物生长模拟已经涉及到很多种作物，包括水稻、小麦、玉米、大麦、棉花、大豆、马铃薯和高粱等。其中水稻生长发育模拟是作物模拟研究中的一个重要内容。
水稻是我国的主要粮食作物之一，在稻田生态系统中，氮素往往又是水稻生产的重要限制性因素。我国水稻生产现状是氮肥施用量过大，氮肥利用率低。基于水稻生理生态过程建立的动态模拟模型为不同生态条件下水稻生长的氮肥管理提供了一条新途径。
本文查阅了国内外水稻生长模拟领域的研究进展，总结了近年来在浙江开展的水稻肥料田间试验，修正了WOFOffT(World Food Study)模型的部分参数，利用经过校正的WOFOST模型模拟了水稻的动态生长过程和潜在产量，分析了目前水稻产量远低于潜在产量的主要原因；并在养分决策支持系统NuDSS(NutrientDecision Support System)的基础上组建了水稻氮肥优化决策支持系统ONIR(ADecision Support System for Optimization ofNitrogen to Irrigated Rice)。利用该系统推荐浙江水稻的最佳氮肥施用方案，为提高水稻的氮肥利用率和水稻产量，防止氮肥过量使用具有重要指导意义。本文的主要研究结果如下：
(1)探索了水稻群体生长特性及产量形成规律。利用杂交稻两优培九和常规稻秀水994作为研究材料，对水稻的产量组成、叶面积、干物质生产以及群体生长率(CGR)的研究表明，每穗实粒数以及生物学产量均与稻谷产量呈显著正相关(0.9561<*>，0.9573<*>)，但产量与收获指数关系不密切。叶面积系数(LAI)与移栽后的天数均呈极显著的二项式相关。两优培九的最高LAI达到8.24，而秀水994只有6.93。随着水稻群体总干物质的增长，不同时期分别有不同的分配中心：移栽期～幼穗分化期的分配中心是叶片，幼穗分化～抽穗期的分配中心是叶鞘和茎，抽穗～生理成熟期的分配中心是穗；CGR(Crop Growth Rate)在幼穗分化～抽穗期达到最大值，抽穗～生理成熟期的CGR则与产量显著相关，相关系数达0.9696<*>，其余时期相关不显著。
(2)实施了水稻氮肥优化田间试验。2001～2002年早稻和中稻的氮肥优化田间试验表明，在施肥次数固定的情况下，金早22和汕优63生长后期从植株转移到穗的干物质(Post-DMR)和氮素(Post-NR)随着施肥量的增加而增加，但氮肥回收率(RE)、农学利用率(AE)、生理利用率(PE)降低。抽穗期植株的高氮浓度和高氮积累是水稻生长后期干物质生产和氮再分配的基础，但是高氮浓度会加剧后期氮的挥发，从而降低水稻的氮肥利用率(NUE)。氮肥集中在前期施用的农民常规施肥(FFP)幼穗分化期的干物质积累(DMA)和氮积累(NA)显著高于实地氮肥管理(SSNM)和实时氮肥管理(RTNM)，但是水稻生长后期的DMA则比较低。SSNM和RTNM策略显著提高了两个品种的RE、AE和PE。原因是FFP幼穗分化前干物质和氮的积累多，这样会造成比较多的无效分蘖，同时也会引起水稻中后期氮肥供应的不足。农民常规施肥引起浙江稻田低的氮肥利用率的主要原因一方面是氮的大量投入，另一方面是氮肥施用时间的不合理，氮肥施用与水稻的生理需求不一致。相对于目前的施氮量来说，氮的施用量降低15％(金早22)和45％(汕优63)不会造成产量损失。由于RTNM策略下，汕优63的氮肥施用量仅为60kg ha<-1>，远远低于成熟期植株的氮肥积累量，这会对土壤肥力造成负面影响。因此SSNM策略优于其它氮肥管理策略。
(3)水稻生长模型WOFOST的校正及其在生产中的应用。WOFOST模型是荷兰瓦赫宁根农业大学和世界粮食研究中心共同开发研制的，是模拟特定的土壤和气候条件下一年生作物生长的动态的、解释性模型。该模型在中国水稻管理方面的应用还是空白。本研究利用2001-2003年在金华市和2004年在杭州市的水稻田间试验以及大量的文献资料，对WOFOST模型的部分参数进行了修正，并利用修正后的模型对浙江水稻生长动态进行了模拟和验证。研究结果表明，经过校正后的WOFOST模型基本适用于浙江地区水稻生长的模拟分析，可以成功地用于浙江主要水稻品种生长过程的模拟以及潜在产量的计算。由WOFOST模型计算得到浙江中部地区秀水11、协优46、两优培九和汕优63的潜在产量分别为9.5、10、13和12.5 t ha<-1>，与水稻的实际产量存在很大的差距。这种差异的产生可能与当地农民施肥重前期，轻中后期有关。这种施肥模式往往会造成水稻前期养分过多，后期养分供应不足的情况。因此，有必要对目前水稻的田间管理措施进行重新审视。
(4)创建了浙江水稻氮肥优化决策支持系统ONIR。该系统是利用NuDSS与自创的NSAM(N Splitting.Application Model)有机结合而成的。NuDSS是近年来国际水稻研究所以QUEFTS(QUantitative Evaluation of the Fertility of TropicalSoils)模型和实地养分管理(SSNM)技术为基础发展起来的养分决策支持系统，该模型可以确定目标产量下水稻最佳需肥总量；氮肥分次适用模型NSAM(Nitrogen Splitting Application Model)是我们根据水稻生长发育规律和养分平衡供应原理建立的，目的是确定各生育期的氮肥施用量，也就是氮肥的分次施用量。系统验证结果表明，模拟值与实测值均落在直观图1∶1线附近，线性回归t检验半均大于0.05，斜率α在0.847～1.034之间，相关系数R<2>在0.85～0.99之间。绝对均方根(RMSE absolute)为1～138kg ha<-1>，规范均方根(RMSE normalised)为9～24％。依据WOFOST模拟的水稻潜在产量，浙江晚稻和中稻目前合理的目标产量可以分别设定为7.3和8.3 tha<-1>。利用ONIR推荐的最佳氮肥用量分别为120和150 kg ha<-1>；基肥，分蘖前期，幼穗分化期和抽穗期施用的分配比例晚稻为0.4：0.2：0.4：0或0.4：0.2：0.2：0.2，中稻为0.4：0.2：0.4：0或者0.4．：0.2：0.2：0.2。氮肥用量大约相当于农民现行用量的70％，这说明如果改进农民的养分管理措施，即使现行的氮肥施用量有较大幅度的降低，也不会造成减产。