基于模型與GIS的水稻精確管理處方生成技術(shù)研究.pdf

1、精確農(nóng)業(yè)管理模型是變量處方生成的數(shù)字化基礎(chǔ)，是整個(gè)精確農(nóng)作信息流管理中的核心環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮作物精確管理模型的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合空間信息獲取及分析技術(shù)，生成基于品種類型、生態(tài)環(huán)境、生產(chǎn)技術(shù)等差異的精確管理處方，已成為國(guó)內(nèi)外精確農(nóng)作發(fā)展中迫切需要解決的重要技術(shù)，也是數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本研究以水稻為研究對(duì)象，通過(guò)解析、提煉和綜合水稻栽培管理方案與生態(tài)環(huán)境、品種特性、稻作方式等諸多因素之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，對(duì)本實(shí)驗(yàn)室的水稻栽培管理動(dòng)態(tài)知識(shí)模型的部分子模

2、塊進(jìn)行了優(yōu)化和完善;在此基礎(chǔ)上，將模型與GIS相結(jié)合，運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，構(gòu)建了基于土壤和氣象資料的空間管理分區(qū)方法，形成了適用于不同區(qū)域尺度下的水稻精確管理處方生成技術(shù)體系。研究結(jié)果有效提升了水稻栽培管理動(dòng)態(tài)知識(shí)模型的準(zhǔn)確性、廣適性和實(shí)用性，也為其他作物管理知識(shí)模型的優(yōu)化及精確管理處方生成技術(shù)的研究提供了理論基礎(chǔ)和框架。
　　 運(yùn)用系統(tǒng)分析方法和動(dòng)態(tài)建模技術(shù)，基于作物-環(huán)境-技術(shù)的動(dòng)態(tài)關(guān)系，綜合考慮不同稻作方式（手栽、機(jī)插、拋秧

3、和直播）、不同稻作制度（單季稻和雙季稻）條件下氣象資料、品種類型、土壤類型、秸稈還田情況、產(chǎn)量及品質(zhì)目標(biāo)、肥水豐缺因子、栽培管理水平等因素的影響，對(duì)水稻栽培管理動(dòng)態(tài)知識(shí)模型的部分子模塊進(jìn)行了優(yōu)化。其中，適宜播栽期設(shè)計(jì)子模型構(gòu)建了根據(jù)最佳抽穗結(jié)實(shí)期和水稻主莖葉片數(shù)計(jì)算適宜播種期的算法;基本苗設(shè)計(jì)子模型構(gòu)建了不同稻作方式下模型各參數(shù)的定量化算法;氮肥基追比運(yùn)籌子模型則綜合考慮了稻作方式、土壤類型、品種參數(shù)及秸稈還田比例等因素的影響;群體莖蘗

4、動(dòng)態(tài)和干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)的適宜指標(biāo)動(dòng)態(tài)子模型構(gòu)建了基于有理方程和Richards方程的定量化算法。模型實(shí)例分析及大田試驗(yàn)資料檢驗(yàn)結(jié)果顯示，優(yōu)化后的模型具有更強(qiáng)的廣適性、準(zhǔn)確性。
　　 基于已構(gòu)建的水稻栽培管理動(dòng)態(tài)知識(shí)模型及地理信息系統(tǒng)(GIS)平臺(tái)，采用系統(tǒng)工程思想和軟構(gòu)件技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于模型與GIS的水稻精確管理系統(tǒng);通過(guò)應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和GIS空間分析方法，研究了小、中、大3個(gè)不同區(qū)域尺度下的水稻精確管理處方生成過(guò)程中農(nóng)田信

5、息差異分析、管理分區(qū)方法、管理單元設(shè)定、參數(shù)輸入及結(jié)果輸出等環(huán)節(jié)的處理方法，構(gòu)建了適用于不同區(qū)域尺度的基于模型與GIS的水稻精確管理處方生成技術(shù)體系。研究結(jié)果為今后其他作物或更大尺度的精確管理處方生成技術(shù)及管理分區(qū)的研究提供了一定的基礎(chǔ)框架。
　　 為進(jìn)一步檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)基于模型與GIS的水稻精確管理處方生成技術(shù)的實(shí)用性和應(yīng)用效果，于2008-2010年水稻生長(zhǎng)季節(jié)，在吳江、昆山、吳中、金壇、新昌、武進(jìn)、丹陽(yáng)、仙居等地開展了本技術(shù)的

6、示范應(yīng)用與評(píng)價(jià)工作。應(yīng)用結(jié)果表明，技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精確管理方案與對(duì)照方案（常規(guī)方案和農(nóng)戶方案）相比，生育期內(nèi)群體生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)更加合理，穗粒數(shù)和千粒重增加明顯，總體表現(xiàn)出5.45％～26.35％的增產(chǎn)效應(yīng)，增效993.6～2376.9元·hm-2，而且較對(duì)照方案節(jié)氮7.5～13.5 kg·hm-2，節(jié)本增效32.6～58.7元· hm-2，總體增效1026.2～2435.6元·hm-2，在增加經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益方面具有顯著效果，真正做到了按需變