论文摘要
农业生产过程的精确管理模型及决策支持系统是变量处方生成的数字化基础,是整个精确农作信息流管理中的核心环节。本研究以小麦、水稻为对象,运用系统学分析方法和定量建模技术,基于作物-土壤-气候-技术的动态关系,建立了精确农业管理模型的框架结构及共性算法,重点构建了水氮运筹设计模型、生长指标动态模型,进而建立了基于作物和土壤实时养分及水分状况的精确诊断与动态调控模型；最后,基于农田信息获取技术,结合GIS和数据库,运用软构件设计方法,研制和实现了基于模型和GIS的精确农作决策支持系统。研究成果为构建精确生产管理模型提供了基本框架,也为精确衣作技术的应用奠定了技术基础。通过综合分析作物生产管理系统的相关成分及影响因子,提出了精确农作管理模型的结构及框架,包括播前栽培方案设计、产中适宜生育指标预测以及基于实时苗情信息的作物生长精确诊断与动态调控三大模块。在此基础上,利用作物栽培理论与技术方面的已有研究资料,借助动态建模技术,对作物生育及栽培管理指标与品种类型、生态环境及生产力水平之间的关系进行解析、提炼和综合,建立了各功能模块的算法框架,为有效利用精确农作管理模型中的通用函数构件,提高精确农作模型系统的开发效率提供了技术指导和基本框架。通过定量分析和提炼作物水氮管理方案与栽培技术、品种类型、生态环境之间的动态关系,建立了具有时空适应性的作物水氮运筹设计模型。模型包括氮肥运筹和水分管理两个子模块。氮肥运筹模型借鉴养分平衡原理,综合考虑了气候、土壤、品种等多种因子的影响,通过将不同类型稻麦品种按产量和品质进行分类,确定了不同品种类型的百公斤籽粒吸氮量,并根据目标产量和空白区产量计算目标产量需氮量和土壤供氮量,确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,采用土壤水势作为灌溉指标,动态计算了各主要生育期的适宜水分灌溉量。利用历史文献资料及大田试验资料对氮肥运筹模型和水分管理模型的可靠性和适应性进行了测试与检验,结果表明本模型具有较好的指导性和广适性。根据作物生理发育时间（PDT）恒定的原理,以PDT为生育期预测器,通过动态计算到达不同环境条件下各主要生育时期所需的累积生长度日（GDD）,然后将生长指标和GDD进行归一化处理,以相对GDD和相对生长指标为参数建立了适宜生长指标动态的相对变化曲线。根据有理方程,建立了作物相对叶面积指数动态和相对茎蘖数动态;根据Logistic增长模式,建立了相对干物质积累动态和相对植株氮积累动态。在建立相对生长指标动态模型的基础上,通过进一步计算适宜条件下的最大生长指标值,从而得到实际的适宜生长指标动态。利用不同品种、不同栽培处理的试验资料对模型设计值进行了对比分析,表明模型对于高产条件下的作物生长指标适宜动态具有较好的预测性和指导性。通过分析作物生长动态与栽培措施、生态环境等之间的关系,确定了作物生长的诊断指标,并结合作物适宜生长指标动态模型及作物水氮运筹设计模型,建立了基于作物和土壤实时养分及水分状况的精确诊断与动态调控模型。模型以适宜生长指标动态模型设计的适宜生长指标为标准“专家曲线”,当田间实时苗情明显偏离标准的“专家曲线”时,模型通过计算作物长势调控因子,再结合作物水氮运筹设计模型,给出适宜的施肥灌溉量及调控时期。经田间资料测试表明,模型对于不同条件下的作物生长动态优化管理具有较好的科学性和适用性,克服了传统作物栽培模式及农业专家系统中经验性知识规则的时空适应性差等弱点,为作物生长动态的优化管理提供了定量化工具和标准化模式。在构建精确农作管理模型的基础上,应用面向对象的程序设计与构件化技术,并有效耦合GIS技术,在.NET平台上运用C#语言设计和实现了基于模型和GIS的精确农作决策支持系统（MGPFDSS）,实现了不同尺度下精确农作生产管理决策的精确化和动态化,为精确农业体系中主要农作物的全过程变量处方生成提供了模型化和系统化的决策工具,为精确农作和数字农作的发展奠定了技术基础。
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标签：精确农作论文; 管理模型论文; 框架论文; 方案设计论文; 水氮运筹论文; 生长指标论文; 实时调控论文; 决策支持系统论文;