精確農作管理模型與決策支持系統(tǒng)的研究.pdf

1、農業(yè)生產過程的精確管理模型及決策支持系統(tǒng)是變量處方生成的數(shù)字化基礎，是整個精確農作信息流管理中的核心環(huán)節(jié).本研究以小麥、水稻為對象，運用系統(tǒng)學分析方法和定量建模技術，基于作物-土壤-氣候-技術的動態(tài)關系，建立了精確農業(yè)管理模型的框架結構及共性算法，重點構建了水氮運籌設計模型、生長指標動態(tài)模型，進而建立了基于作物和土壤實時養(yǎng)分及水分狀況的精確診斷與動態(tài)調控模型；最后，基于農田信息獲取技術，結合GIS和數(shù)據(jù)庫，運用軟構件設計方法，研制和實現(xiàn)

2、了基于模型和GIS的精確農作決策支持系統(tǒng)。研究成果為構建精確生產管理模型提供了基本框架，也為精確農作技術的應用奠定了技術基礎. 通過綜合分析作物生產管理系統(tǒng)的相關成分及影響因子，提出了精確農作管理模型的結構及框架，包括播前栽培方案設計、產中適宜生育指標預測以及基于實時苗情信息的作物生長精確診斷與動態(tài)調控三大模塊.在此基礎上，利用作物栽培理論與技術方面的已有研究資料，借助動態(tài)建模技術，對作物生育及栽培管理指標與品種類型、生態(tài)環(huán)境及

3、生產力水平之間的關系進行解析、提煉和綜合，建立了各功能模塊的算法框架，為有效利用精確農作管理模型中的通用函數(shù)構件，提高精確農作模型系統(tǒng)的開發(fā)效率提供了技術指導和基本框架. 通過定量分析和提煉作物水氮管理方案與栽培技術、品種類型、生態(tài)環(huán)境之間的動態(tài)關系，建立了具有時空適應性的作物水氮運籌設計模型。模型包括氮肥運籌和水分管理兩個子模塊.氮肥運籌模型借鑒養(yǎng)分平衡原理，綜合考慮了氣候、土壤、品種等多種因子的影響，通過將不同類型稻麥品種按

4、產量和品質進行分類，確定了不同品種類型的百公斤籽粒吸氮量，并根據(jù)目標產量和空白區(qū)產量計算目標產量需氮量和土壤供氮量，確立了氮的合理用量及基追比.水分管理模型基于水分平衡原理，采用土壤水勢作為灌溉指標，動態(tài)計算了各主要生育期的適宜水分灌溉量.利用歷史文獻資料及大田試驗資料對氮肥運籌模型和水分管理模型的可靠性和適應性進行了測試與檢驗，結果表明本模型具有較好的指導性和廣適性. 根據(jù)作物生理發(fā)育時間(PDT)恒定的原理，以PDT為生育期

5、預測器，通過動態(tài)計算到達不同環(huán)境條件下各主要生育時期所需的累積生長度日(GDD)，然后將生長指標和GDD進行歸一化處理，以相對GDD和相對生長指標為參數(shù)建立了適宜生長指標動態(tài)的相對變化曲線.根據(jù)有理方程，建立了作物相對葉面積指數(shù)動態(tài)和相對莖蘗數(shù)動態(tài)；根據(jù)Logistic增長模式，建立了相對干物質積累動態(tài)和相對植株氮積累動態(tài)。在建立相對生長指標動態(tài)模型的基礎上，通過進一步計算適宜條件下的最大生長指標值，從而得到實際的適宜生長指標動態(tài).利用

6、不同品種、不同栽培處理的試驗資料對模型設計值進行了對比分析，表明模型對于高產條件下的作物生長指標適宜動態(tài)具有較好的預測性和指導性. 通過分析作物生長動態(tài)與栽培措施、生態(tài)環(huán)境等之間的關系，確定了作物生長的診斷指標，并結合作物適宜生長指標動態(tài)模型及作物水氮運籌設計模型，建立了基于作物和土壤實時養(yǎng)分及水分狀況的精確診斷與動態(tài)調控模型。模型以適宜生長指標動態(tài)模型設計的適宜生長指標為標準“專家曲線”，當田間實時苗情明顯偏離標準的“專家曲線

7、”時，模型通過計算作物長勢調控因子，再結合作物水氮運籌設計模型，給出適宜的施肥灌溉量及調控時期。經田間資料測試表明，模型對于不同條件下的作物生長動態(tài)優(yōu)化管理具有較好的科學性和適用性，克服了傳統(tǒng)作物栽培模式及農業(yè)專家系統(tǒng)中經驗性知識規(guī)則的時空適應性差等弱點，為作物生長動態(tài)的優(yōu)化管理提供了定量化工具和標準化模式. 在構建精確農作管理模型的基礎上，應用面向對象的程序設計與構件化技術，并有效耦合GIS技術，在.NET平臺上運用C＃語言設