精確農(nóng)作管理模型與決策支持系統(tǒng)的研究.pdf

1、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(chǔ)，是整個(gè)精確農(nóng)作信息流管理中的核心環(huán)節(jié).本研究以小麥、水稻為對(duì)象，運(yùn)用系統(tǒng)學(xué)分析方法和定量建模技術(shù)，基于作物-土壤-氣候-技術(shù)的動(dòng)態(tài)關(guān)系，建立了精確農(nóng)業(yè)管理模型的框架結(jié)構(gòu)及共性算法，重點(diǎn)構(gòu)建了水氮運(yùn)籌設(shè)計(jì)模型、生長(zhǎng)指標(biāo)動(dòng)態(tài)模型，進(jìn)而建立了基于作物和土壤實(shí)時(shí)養(yǎng)分及水分狀況的精確診斷與動(dòng)態(tài)調(diào)控模型；最后，基于農(nóng)田信息獲取技術(shù)，結(jié)合GIS和數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用軟構(gòu)件設(shè)計(jì)方法，研制和實(shí)現(xiàn)

2、了基于模型和GIS的精確農(nóng)作決策支持系統(tǒng)。研究成果為構(gòu)建精確生產(chǎn)管理模型提供了基本框架，也為精確農(nóng)作技術(shù)的應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ). 通過(guò)綜合分析作物生產(chǎn)管理系統(tǒng)的相關(guān)成分及影響因子，提出了精確農(nóng)作管理模型的結(jié)構(gòu)及框架，包括播前栽培方案設(shè)計(jì)、產(chǎn)中適宜生育指標(biāo)預(yù)測(cè)以及基于實(shí)時(shí)苗情信息的作物生長(zhǎng)精確診斷與動(dòng)態(tài)調(diào)控三大模塊.在此基礎(chǔ)上，利用作物栽培理論與技術(shù)方面的已有研究資料，借助動(dòng)態(tài)建模技術(shù)，對(duì)作物生育及栽培管理指標(biāo)與品種類型、生態(tài)環(huán)境及

3、生產(chǎn)力水平之間的關(guān)系進(jìn)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(nóng)作管理模型中的通用函數(shù)構(gòu)件，提高精確農(nóng)作模型系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率提供了技術(shù)指導(dǎo)和基本框架. 通過(guò)定量分析和提煉作物水氮管理方案與栽培技術(shù)、品種類型、生態(tài)環(huán)境之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，建立了具有時(shí)空適應(yīng)性的作物水氮運(yùn)籌設(shè)計(jì)模型。模型包括氮肥運(yùn)籌和水分管理兩個(gè)子模塊.氮肥運(yùn)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(guò)將不同類型稻麥品種按

4、產(chǎn)量和品質(zhì)進(jìn)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(biāo)產(chǎn)量和空白區(qū)產(chǎn)量計(jì)算目標(biāo)產(chǎn)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(shì)作為灌溉指標(biāo)，動(dòng)態(tài)計(jì)算了各主要生育期的適宜水分灌溉量.利用歷史文獻(xiàn)資料及大田試驗(yàn)資料對(duì)氮肥運(yùn)籌模型和水分管理模型的可靠性和適應(yīng)性進(jìn)行了測(cè)試與檢驗(yàn)，結(jié)果表明本模型具有較好的指導(dǎo)性和廣適性. 根據(jù)作物生理發(fā)育時(shí)間(PDT)恒定的原理，以PDT為生育期

5、預(yù)測(cè)器，通過(guò)動(dòng)態(tài)計(jì)算到達(dá)不同環(huán)境條件下各主要生育時(shí)期所需的累積生長(zhǎng)度日(GDD)，然后將生長(zhǎng)指標(biāo)和GDD進(jìn)行歸一化處理，以相對(duì)GDD和相對(duì)生長(zhǎng)指標(biāo)為參數(shù)建立了適宜生長(zhǎng)指標(biāo)動(dòng)態(tài)的相對(duì)變化曲線.根據(jù)有理方程，建立了作物相對(duì)葉面積指數(shù)動(dòng)態(tài)和相對(duì)莖蘗數(shù)動(dòng)態(tài)；根據(jù)Logistic增長(zhǎng)模式，建立了相對(duì)干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)和相對(duì)植株氮積累動(dòng)態(tài)。在建立相對(duì)生長(zhǎng)指標(biāo)動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算適宜條件下的最大生長(zhǎng)指標(biāo)值，從而得到實(shí)際的適宜生長(zhǎng)指標(biāo)動(dòng)態(tài).利用

6、不同品種、不同栽培處理的試驗(yàn)資料對(duì)模型設(shè)計(jì)值進(jìn)行了對(duì)比分析，表明模型對(duì)于高產(chǎn)條件下的作物生長(zhǎng)指標(biāo)適宜動(dòng)態(tài)具有較好的預(yù)測(cè)性和指導(dǎo)性. 通過(guò)分析作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)與栽培措施、生態(tài)環(huán)境等之間的關(guān)系，確定了作物生長(zhǎng)的診斷指標(biāo)，并結(jié)合作物適宜生長(zhǎng)指標(biāo)動(dòng)態(tài)模型及作物水氮運(yùn)籌設(shè)計(jì)模型，建立了基于作物和土壤實(shí)時(shí)養(yǎng)分及水分狀況的精確診斷與動(dòng)態(tài)調(diào)控模型。模型以適宜生長(zhǎng)指標(biāo)動(dòng)態(tài)模型設(shè)計(jì)的適宜生長(zhǎng)指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)“專家曲線”，當(dāng)田間實(shí)時(shí)苗情明顯偏離標(biāo)準(zhǔn)的“專家曲線

7、”時(shí)，模型通過(guò)計(jì)算作物長(zhǎng)勢(shì)調(diào)控因子，再結(jié)合作物水氮運(yùn)籌設(shè)計(jì)模型，給出適宜的施肥灌溉量及調(diào)控時(shí)期。經(jīng)田間資料測(cè)試表明，模型對(duì)于不同條件下的作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理具有較好的科學(xué)性和適用性，克服了傳統(tǒng)作物栽培模式及農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)中經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)規(guī)則的時(shí)空適應(yīng)性差等弱點(diǎn)，為作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)的優(yōu)化管理提供了定量化工具和標(biāo)準(zhǔn)化模式. 在構(gòu)建精確農(nóng)作管理模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)與構(gòu)件化技術(shù)，并有效耦合GIS技術(shù)，在.NET平臺(tái)上運(yùn)用C＃語(yǔ)言設(shè)