干旱地區(qū)壓砂地西瓜作物模型及專家系統(tǒng)研究.pdf

1、本文在綜述國內(nèi)外作物模型和專家系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，針對西北干旱地區(qū)壓砂地西瓜水肥高效利用存在的問題，立足寧夏中部干旱帶中衛(wèi)市香山鄉(xiāng)西北干旱地區(qū)壓砂地持續(xù)高效利用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范基地，采用對比試驗(yàn)和二次回歸通剛旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)等方法，以田間試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用數(shù)學(xué)等作為研究手段，對寧夏中部干旱帶壓砂地西瓜作物生長發(fā)育動(dòng)態(tài)模型、作物-水靜態(tài)模型、水肥耦合模型以及基于作物模型的壓砂地西瓜專家系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要成果如下：
　　

2、 1.建立了壓砂地西瓜作物生長發(fā)育動(dòng)態(tài)模型
　　 (1)建立了壓砂地西瓜生長發(fā)育階段動(dòng)態(tài)模型并進(jìn)行了檢驗(yàn)
　　 根據(jù)作物生長發(fā)育階段生理發(fā)育時(shí)間恒定的原理以及栽培試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，對壓砂地西瓜生長發(fā)育階段進(jìn)行劃分，并建立了基于作物生理發(fā)育日(PDT)的壓砂地西瓜生長發(fā)育動(dòng)態(tài)模型，并且對所建立的模型進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明，模型對于出苗期、幼苗期、伸蔓期和膨果期的模擬達(dá)到極好的效果，對于成熟期的模擬達(dá)到好的效果，對于開花座果

3、期的模擬效果較差。
　　 (2)建立了壓砂地西瓜葉面積指數(shù)發(fā)育動(dòng)態(tài)模型并進(jìn)行了檢驗(yàn)
　　 采用葉面積指數(shù)變化與生理發(fā)育時(shí)間的關(guān)系建立了壓砂地西瓜葉面積指數(shù)發(fā)育動(dòng)態(tài)模型，通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析得到相關(guān)參數(shù)，利用試驗(yàn)資料對模型進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明干旱年水分條件模擬模型的相對誤差在-29.07～28.27％之間，平水年條件模擬模型的相對誤差在-28.43～9.08％之間，豐水年水分條件下建立的模型模擬值和實(shí)測值相對誤差在-2

4、5.83～15.14％之間，說明模型具有較高的精度，能夠?yàn)閴荷暗匚鞴仙a(chǎn)和科學(xué)研究提供參考依據(jù)。
　　 (3)建立了壓砂地西瓜光合作用動(dòng)態(tài)模型
　　 本研究中引用簡便有效的高斯積分法來計(jì)算冠層每日的總光合同化量，考慮了光合有效輻射的日變化規(guī)律和太陽高度角的變化對冠層反射率的影響，建立了壓砂地西瓜冠層光合作用動(dòng)態(tài)模型。
　　 (4)建立了壓砂地西瓜干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)模型并進(jìn)行了檢驗(yàn)
　　 建立了基于水氮條件的壓

5、砂地西瓜干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)模型，結(jié)果表明：絕對誤差在-7.0～12.2kg/hm2之間，相對誤差在-5.5～8.1％之間，相對誤差大于-10％且小于10％，可見模擬值與實(shí)測值非常接近，所以本研究建立的模型可以用于指導(dǎo)生產(chǎn)和科學(xué)研究的參考。
　　 建立了基于光合作用的普適干物質(zhì)累積動(dòng)態(tài)模型，利用觀測的干物質(zhì)積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明：壓砂地西瓜干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)模型具有較高的精度，能夠達(dá)到模擬的效果。
　　 (5)建立了壓砂

6、地西瓜水氮產(chǎn)量模型，并采用絕對誤差和相對誤差的方法對回歸模型進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明：壓砂地西瓜水氮產(chǎn)量模型的絕對誤差在-229.5～391.5kg/hm2，相對誤差在-4.1～8.3％之間，說明回歸模型具有較高的精度，可以用于指導(dǎo)生產(chǎn)和科學(xué)研究的參考。
　　 2.利用Jensen模型建立了壓砂地西瓜作物-水模型，為制定壓砂地西瓜優(yōu)化灌溉制度提供了技術(shù)依據(jù)。
　　 3.建立了壓砂地西瓜作物水肥耦合模型并進(jìn)行了檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)常數(shù)

7、項(xiàng)、一次項(xiàng)中的補(bǔ)水定額x1對產(chǎn)量的影響極顯著(***)，一次項(xiàng)中的施氮量x2、一次項(xiàng)中的施有機(jī)肥量x3、補(bǔ)水定額與施氮量的交互項(xiàng)x1x2、二次項(xiàng)中的施有機(jī)肥量平方項(xiàng)x32對產(chǎn)量影響較顯著；各因素對產(chǎn)量影響的順序?yàn)檠a(bǔ)水定額(x1)＞施有機(jī)肥量(x2＞施氮量(x3)；最優(yōu)水肥組合方案為產(chǎn)量在1500-3000kg/hm2之間的有68個(gè)組合；產(chǎn)量在3000～4500kg/hm2之間的有86個(gè)組合；產(chǎn)量在4500～6000kg/hm2之間的有7

8、3個(gè)組合。
　　 4.初步開發(fā)了基于作物模型的壓砂地西瓜種植管理專家系統(tǒng)。借鑒ESGRE專家系統(tǒng)，建立了基于壓砂地作物模型的水肥管理專家系統(tǒng)(ESWCM)，該系統(tǒng)具有壓砂地西瓜栽培技術(shù)咨詢、生產(chǎn)管理等方案設(shè)計(jì)、生長發(fā)育指標(biāo)預(yù)測調(diào)控三大功能。系統(tǒng)將模型的預(yù)測功能與專家系統(tǒng)的邏輯推理相結(jié)合，可以準(zhǔn)確預(yù)測的壓砂地西瓜生長發(fā)育期和產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)環(huán)境和作物生長發(fā)育精確化控制與定量化管理的目標(biāo)。
　　 其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為：
　　 (

9、1)建立了壓砂地西瓜動(dòng)態(tài)作物模擬模型，可以預(yù)測壓砂地西瓜生長發(fā)育日期，壓砂地西瓜葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累和最終的西瓜產(chǎn)量，指導(dǎo)壓砂地西瓜栽培管理。
　　 (2)建立了壓砂地西瓜作物-水模型，得到壓砂地西瓜每個(gè)生長發(fā)育階段作物的土壤水分敏感系數(shù)，為確定壓砂地西瓜優(yōu)化灌溉制度提供了科學(xué)依據(jù)。
　　 (3)建立了壓砂地西瓜作物水肥耦合模型，得到了影響壓砂地西瓜產(chǎn)量的主要影響因素順序以及水肥耦合最優(yōu)組合方案。
　　 (4)