棉花生產(chǎn)管理系統(tǒng)研究進(jìn)展

1、棉花生產(chǎn)管理系統(tǒng)研究進(jìn)展】997.5(總217術(shù)章敲培佼言u(píng)饞世界農(nóng)業(yè)WorldAgricultureLL棉花生產(chǎn)管理系以棉花生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)模型和棉花栽培專(zhuān)家識(shí)與經(jīng)驗(yàn)為內(nèi)核,利用機(jī)和交互式人機(jī)接口,成棉花生產(chǎn)管理的具策.本文就棉花生產(chǎn)系統(tǒng)各棱心部分的研展做簡(jiǎn)要闡述.一,棉花生長(zhǎng)模擬1.棉花生長(zhǎng)模擬的概念和原理棉花生長(zhǎng)模擬模是利用計(jì)算機(jī)程序模花在自然環(huán)境條件下光能資源,把水和二氧結(jié)臺(tái)制造成有機(jī)物質(zhì),和器官的建成和死亡產(chǎn)品的形成等過(guò)程,還棉花生長(zhǎng)需要水分和元素在土壤中的分配,移動(dòng)和被吸收的過(guò)程,同時(shí)應(yīng)考慮到各種環(huán)境因子的制約.因此一個(gè)完整的棉花模型應(yīng)包括以下幾個(gè)部分:碳素平衡模塊(包括光臺(tái)作用,呼吸

2、用,干物質(zhì)生產(chǎn)和分配以及產(chǎn)量和品質(zhì)形成);棉花發(fā)育與形態(tài)發(fā)生模塊(包括發(fā)育階段,形態(tài)發(fā)生,蕾鈴脫落);水分平衡模塊(潛在蒸發(fā)蒸騰,各層土壤水分平衡);氮素平衡模塊(土壤N索平衡和棉株內(nèi)N素平衡);P,K以及微量元素的吸收模塊;栽培管理模塊;棉花病,蟲(chóng),雜草影響模塊;經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模塊.2棉花生長(zhǎng)模擬模型研究進(jìn)展早在60年代末,Stapleton和Duncan等人開(kāi)始進(jìn)行模擬棉花生長(zhǎng)發(fā)育的工作,并建立了sIMO0T模型.1972年Baker和Hes-keth等人把有關(guān)植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)理論應(yīng)用到模一18一型中,估測(cè)碳水化臺(tái)物和氮素的脅迫作用.1974年James增添了氮素估算程序,至此建立了第二代棉花模擬模型

3、SIMCoTII.1975年以來(lái),匯集了近30年的前人研究成果,尤其是1978年建立和使用了SPAR棉花作物與環(huán)境物理模擬系統(tǒng)以來(lái),Baker,Lainbel”t等人在sIMCOT1I基礎(chǔ)上豐富了溫度和水分脅迫以及氮素脅迫影響棉花生長(zhǎng)發(fā)育和器官建成諸方面的資料,并聯(lián)接了根系模型RHIZoS,于1983年建立了GOSSYM模型.該模型已在不同氣候條件,土壤和管理措施下進(jìn)行了.驗(yàn)證,并與專(zhuān)家系統(tǒng)COMAX結(jié)合完成了(ossYM/()0MAX棉花管理模型.截止1987年底,這個(gè)棉花管理模型已在美國(guó)棉花帶14個(gè)州的170多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了檢驗(yàn)和驗(yàn)證.美國(guó)農(nóng)業(yè)部經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)臺(tái)作局已經(jīng)用GOssYM進(jìn)行產(chǎn)量預(yù)報(bào).1

4、989年G0SsYM模型叉增添普通昆蟲(chóng)模型和化學(xué)藥物對(duì)棉花生理影響的模型.同時(shí)還將為增補(bǔ)品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)軟件包作努力,使GOssYM模型日臻完善.總之,模型GoSSYM是目前世界上最完善的棉花生長(zhǎng)模撒模型.同期出現(xiàn)的棉花生長(zhǎng)模擬模型還有COTTONSI尼4ACKUTUNCOTCROP等.這些模型與GoSSYM一樣,都需要輸人大量的數(shù)據(jù),這無(wú)疑為在各方面的應(yīng)用增添了難度.我國(guó)棉花計(jì)算機(jī)模擬模型研究開(kāi)展較世界農(nóng)業(yè)WorldAgricldt19975(總217)晚,與國(guó)外相比還存在較大差距,從80年代以來(lái),我國(guó)的棉花模擬模型研究集中體現(xiàn)在3個(gè)方面:以建立回歸方程為主來(lái)描述棉花的生長(zhǎng),發(fā)育,產(chǎn)量形成與某一特

5、定變量間的關(guān)系;以消化國(guó)外棉花模型為主,進(jìn)行校驗(yàn)和參數(shù)修改;借鑒國(guó)外棉花模型,嘗試著建立自己的棉花生長(zhǎng)發(fā)育模擬模型:CDSM,CGSM,CoTSM,C(yrGROW.綜觀國(guó)內(nèi)外棉花模擬模型的研究.也還存在不足之處:絕大多數(shù)棉花模擬模型還僅限于模擬理想化的第一生產(chǎn)水平或水分限制的第二生產(chǎn)水平,有的主要研究N索,但尚未涉及P,K和微量元素(如G0SSYM),COTGROW(潘學(xué)標(biāo),1995)雖考慮了P,K的吸收,但只考慮了平均吸收狀況,P,K的吸收機(jī)理仍無(wú)涉足.另外,大多模型中,對(duì)干物質(zhì)的分配比例及其調(diào)節(jié)還不盡人意;棉花模型尚未與棉花病蟲(chóng)害和雜草模型連接,模型中還缺少經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模塊.二,棉花管理專(zhuān)家

6、系統(tǒng)研究進(jìn)展70年代末.美國(guó)開(kāi)始研制農(nóng)用專(zhuān)家系統(tǒng),到80年代中后期已經(jīng)研制出了多個(gè)較成熟的棉花管理專(zhuān)家系統(tǒng).1984年,Lemmon和Mckinion等為了,幫助棉農(nóng)使用GOSSYM模型,用GCLISP編寫(xiě)了一專(zhuān)家系統(tǒng),用來(lái)解釋【抑SSYM的輸出信息,并向棉農(nóng)推薦棉花生產(chǎn)中的管理措施.這就是cOMAX專(zhuān)家系統(tǒng).目前,美國(guó)有4個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)還用于棉花害蟲(chóng)管理:GOTFlEx,CALEx/cotton,CLCEM和rbwHIMS.CLCEM是一個(gè)基于分類(lèi)規(guī)劃的專(zhuān)家系統(tǒng),主要在密西西比州使用.可以完成l3個(gè)棉花害蟲(chóng)的管理.rbwHIMS是美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究署的作物模擬研究組(CSRU)設(shè)計(jì)的,包括700

7、多條規(guī)則,可以完成9組l5種害蟲(chóng)的管理,th-wHIMS將進(jìn)一步集成到GOSSYM和COMAX中去.目前,澳大利亞已全面開(kāi)展棉花生產(chǎn)管理系統(tǒng)的研究,其中有棉花管理專(zhuān)家系統(tǒng).我國(guó)也于8O年代末期開(kāi)始了棉花專(zhuān)家系統(tǒng)的研究.原北京農(nóng)業(yè)大學(xué)肖熒南等(1990,1991)建立了棉花生產(chǎn)決策系統(tǒng),該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù),知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)組織,具有多目標(biāo)決策,播前決策和動(dòng)態(tài)決策等功能.中棉所董占山等(1992,1993)建立了棉花管理專(zhuān)家系統(tǒng)cPMSS,并與棉花模擬模型GSM結(jié)合成CPMSS佑SM棉花生產(chǎn)管理模擬系統(tǒng).董占山等(1995)為了解釋GOSSYM的信息并在黃淮海棉區(qū)運(yùn)用GOSSYM模型,建立CMES棉花管

8、理專(zhuān)家系統(tǒng).三,棉花生產(chǎn)管理系統(tǒng)1.研究概況如前所述,棉花生產(chǎn)管理系統(tǒng)是在棉花模擬模型和專(zhuān)家系統(tǒng)基礎(chǔ)上,經(jīng)優(yōu)化決策模型聯(lián)結(jié)發(fā)展而來(lái),其核心部分包括棉花模擬模型和棉花管理專(zhuān)家系統(tǒng),因此其水平也充分體現(xiàn)在模型和專(zhuān)家系統(tǒng)的研制上.棉花生產(chǎn)管理系統(tǒng)概念可由圖l來(lái)表示圖l棉花生產(chǎn)管理系統(tǒng)的基本框架近l0年來(lái),有關(guān)棉花生產(chǎn)管理的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化決策El益增多.在生產(chǎn)管理上,已經(jīng)涉及棉花生產(chǎn)的各個(gè)方面,為棉花的害蟲(chóng)管一191997.5總217)世界農(nóng)業(yè)WoridAgricukure理,灌溉方案的制訂,農(nóng)事活動(dòng),經(jīng)濟(jì)和資金計(jì)劃,作物生產(chǎn)狀況,診斷營(yíng)養(yǎng)管理等.美國(guó)目前有3個(gè)較成熟的棉花生產(chǎn)管理系統(tǒng),美國(guó)農(nóng)業(yè)部研究署

9、的GOSSYMCOMAX系統(tǒng),得克薩斯農(nóng)業(yè)及機(jī)械大學(xué)的CarTLEX,加利福尼亞州立大學(xué)的CALEX/cotton.其中eALEX/cotton可為加利福尼亞棉花生產(chǎn)提供PIX,害蟲(chóng)管理,收獲期等的決策.澳大利亞7O年代棉鈴蟲(chóng)危害十分猖撅,給澳大利亞的棉花生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的損失.CSIRo和新南威爾士的科學(xué)家臺(tái)作,從1976年開(kāi)始研究棉花害蟲(chóng)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng),包括棉鈴蟲(chóng)群體動(dòng)態(tài)模型和專(zhuān)家系統(tǒng),并使之發(fā)展為完善的商用棉花害蟲(chóng)管理系統(tǒng)SIRATAC.從1983年到1988年,該系統(tǒng)被推廣應(yīng)用于澳大利亞25%的棉田.目前,澳大利亞已全面開(kāi)展棉花模擬模型與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的研究,已研制出的系統(tǒng)有oZO0,EN

10、ToL0GIC,HYDRo一工oGIC,S0IL隊(duì)K等.我國(guó)近年來(lái)對(duì)棉花生產(chǎn)管理系統(tǒng)的研制也做了有益的嘗試,除前面提到的以專(zhuān)家系統(tǒng)為主的棉花生產(chǎn)決策系統(tǒng)外,董占山等建立了一個(gè)以棉花生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)模擬模型CGsM為主的棉花生產(chǎn)管理模擬系統(tǒng)CPMSS/CGSM.上述這兩個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始推廣應(yīng)用.2.棉花生產(chǎn)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以GoSSYM/COMAX為例圖2),該系統(tǒng)包括知識(shí)庫(kù),推理器,氣象站,GOSSYM和其他數(shù)據(jù)文件.知識(shí)庫(kù)是以簡(jiǎn)略英語(yǔ)記下的一套規(guī)則和事實(shí).o0MAX可以編制數(shù)據(jù)文件,虛擬天氣和水,肥的施用.然后,它調(diào)用GOSSYM閱讀由推理器制定的數(shù)據(jù)文件,并在該文件規(guī)定的條件下模擬棉株的生長(zhǎng),再把模擬結(jié)果作為事實(shí)存人知識(shí)庫(kù),COMAX解釋模擬的結(jié)果并最后作為決策,如灌溉日期和灌溉量,施N時(shí)一20一間和用量,化學(xué)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和收獲期等決策.推理機(jī)第一步:推理檢測(cè)規(guī)則以確定要做什么第=步:推理機(jī)準(zhǔn)備文件,以考慮藏冉灌溉假設(shè).然后調(diào)用C,OSS3第三步:將GO運(yùn)行結(jié)果存儲(chǔ)于事實(shí)知識(shí)庫(kù)由規(guī)則與事實(shí)的知識(shí)庫(kù)用簡(jiǎn)結(jié)的英語(yǔ)或一套一1lD規(guī)則,使推理機(jī)假設(shè)施疆和灌溉量,這些規(guī)則也應(yīng)用適宜的技術(shù)分析以前的運(yùn)行和假設(shè),產(chǎn)生更多的可能方案竺L當(dāng)前天氣數(shù)據(jù)品種參敷土壤參數(shù)假定天氣參數(shù)所年天氣數(shù)據(jù)農(nóng)場(chǎng)管理參數(shù)圖