棉花生产管理系统研究进展

1、棉花生产管理系统研究进展】997.5(总217术章敲培佼言u馋世界农业WorldAgricultureLL棉花生产管理系以棉花生长发育动态模型和棉花栽培专家识与经验为内核,利用机和交互式人机接口,成棉花生产管理的具策.本文就棉花生产系统各棱心部分的研展做简要阐述.一,棉花生长模拟1.棉花生长模拟的概念和原理棉花生长模拟模是利用计算机程序模花在自然环境条件下光能资源,把水和二氧结台制造成有机物质,和器官的建成和死亡产品的形成等过程,还棉花生长需要水分和元素在土壤中的分配,移动和被吸收的过程,同时应考虑到各种环境因子的制约.因此一个完整的棉花模型应包括以下几个部分:碳素平衡模块(包括光台作用,呼吸

2、用,干物质生产和分配以及产量和品质形成);棉花发育与形态发生模块(包括发育阶段,形态发生,蕾铃脱落);水分平衡模块(潜在蒸发蒸腾,各层土壤水分平衡);氮素平衡模块(土壤N索平衡和棉株内N素平衡);P,K以及微量元素的吸收模块;栽培管理模块;棉花病,虫,杂草影响模块;经济评价模块.2棉花生长模拟模型研究进展早在60年代末,Stapleton和Duncan等人开始进行模拟棉花生长发育的工作,并建立了sIMO0T模型.1972年Baker和Hes-keth等人把有关植物营养学理论应用到模一18一型中,估测碳水化台物和氮素的胁迫作用.1974年James增添了氮素估算程序,至此建立了第二代棉花模拟模型

3、SIMCoTII.1975年以来,汇集了近30年的前人研究成果,尤其是1978年建立和使用了SPAR棉花作物与环境物理模拟系统以来,Baker,Lainbel”t等人在sIMCOT1I基础上丰富了温度和水分胁迫以及氮素胁迫影响棉花生长发育和器官建成诸方面的资料,并联接了根系模型RHIZoS,于1983年建立了GOSSYM模型.该模型已在不同气候条件,土壤和管理措施下进行了.验证,并与专家系统COMAX结合完成了(ossYM/()0MAX棉花管理模型.截止1987年底,这个棉花管理模型已在美国棉花带14个州的170多个点进行了检验和验证.美国农业部经济统计台作局已经用GOssYM进行产量预报.1

4、989年G0SsYM模型叉增添普通昆虫模型和化学药物对棉花生理影响的模型.同时还将为增补品质和经济软件包作努力,使GOssYM模型日臻完善.总之,模型GoSSYM是目前世界上最完善的棉花生长模撒模型.同期出现的棉花生长模拟模型还有COTTONSI尼4ACKUTUNCOTCROP等.这些模型与GoSSYM一样,都需要输人大量的数据,这无疑为在各方面的应用增添了难度.我国棉花计算机模拟模型研究开展较世界农业WorldAgricldt19975(总217)晚,与国外相比还存在较大差距,从80年代以来,我国的棉花模拟模型研究集中体现在3个方面:以建立回归方程为主来描述棉花的生长,发育,产量形成与某一特

5、定变量间的关系;以消化国外棉花模型为主,进行校验和参数修改;借鉴国外棉花模型,尝试着建立自己的棉花生长发育模拟模型:CDSM,CGSM,CoTSM,C(yrGROW.综观国内外棉花模拟模型的研究.也还存在不足之处:绝大多数棉花模拟模型还仅限于模拟理想化的第一生产水平或水分限制的第二生产水平,有的主要研究N索,但尚未涉及P,K和微量元素(如G0SSYM),COTGROW(潘学标,1995)虽考虑了P,K的吸收,但只考虑了平均吸收状况,P,K的吸收机理仍无涉足.另外,大多模型中,对干物质的分配比例及其调节还不尽人意;棉花模型尚未与棉花病虫害和杂草模型连接,模型中还缺少经济评价模块.二,棉花管理专家

6、系统研究进展70年代末.美国开始研制农用专家系统,到80年代中后期已经研制出了多个较成熟的棉花管理专家系统.1984年,Lemmon和Mckinion等为了,帮助棉农使用GOSSYM模型,用GCLISP编写了一专家系统,用来解释【抑SSYM的输出信息,并向棉农推荐棉花生产中的管理措施.这就是cOMAX专家系统.目前,美国有4个专家系统还用于棉花害虫管理:GOTFlEx,CALEx/cotton,CLCEM和rbwHIMS.CLCEM是一个基于分类规划的专家系统,主要在密西西比州使用.可以完成l3个棉花害虫的管理.rbwHIMS是美国农业部农业研究署的作物模拟研究组(CSRU)设计的,包括700

7、多条规则,可以完成9组l5种害虫的管理,th-wHIMS将进一步集成到GOSSYM和COMAX中去.目前,澳大利亚已全面开展棉花生产管理系统的研究,其中有棉花管理专家系统.我国也于8O年代末期开始了棉花专家系统的研究.原北京农业大学肖荧南等(1990,1991)建立了棉花生产决策系统,该系统由数据库,知识库和推理机组织,具有多目标决策,播前决策和动态决策等功能.中棉所董占山等(1992,1993)建立了棉花管理专家系统cPMSS,并与棉花模拟模型GSM结合成CPMSS佑SM棉花生产管理模拟系统.董占山等(1995)为了解释GOSSYM的信息并在黄淮海棉区运用GOSSYM模型,建立CMES棉花管

8、理专家系统.三,棉花生产管理系统1.研究概况如前所述,棉花生产管理系统是在棉花模拟模型和专家系统基础上,经优化决策模型联结发展而来,其核心部分包括棉花模拟模型和棉花管理专家系统,因此其水平也充分体现在模型和专家系统的研制上.棉花生产管理系统概念可由图l来表示图l棉花生产管理系统的基本框架近l0年来,有关棉花生产管理的计算机自动化决策El益增多.在生产管理上,已经涉及棉花生产的各个方面,为棉花的害虫管一191997.5总217)世界农业WoridAgricukure理,灌溉方案的制订,农事活动,经济和资金计划,作物生产状况,诊断营养管理等.美国目前有3个较成熟的棉花生产管理系统,美国农业部研究署

9、的GOSSYMCOMAX系统,得克萨斯农业及机械大学的CarTLEX,加利福尼亚州立大学的CALEX/cotton.其中eALEX/cotton可为加利福尼亚棉花生产提供PIX,害虫管理,收获期等的决策.澳大利亚7O年代棉铃虫危害十分猖撅,给澳大利亚的棉花生产造成了严重的损失.CSIRo和新南威尔士的科学家台作,从1976年开始研究棉花害虫计算机管理系统,包括棉铃虫群体动态模型和专家系统,并使之发展为完善的商用棉花害虫管理系统SIRATAC.从1983年到1988年,该系统被推广应用于澳大利亚25%的棉田.目前,澳大利亚已全面开展棉花模拟模型与生产管理系统的研究,已研制出的系统有oZO0,EN

10、ToL0GIC,HYDRo一工oGIC,S0IL队K等.我国近年来对棉花生产管理系统的研制也做了有益的尝试,除前面提到的以专家系统为主的棉花生产决策系统外,董占山等建立了一个以棉花生长动态模拟模型CGsM为主的棉花生产管理模拟系统CPMSS/CGSM.上述这两个系统已经开始推广应用.2.棉花生产管理系统的结构和功能以GoSSYM/COMAX为例图2),该系统包括知识库,推理器,气象站,GOSSYM和其他数据文件.知识库是以简略英语记下的一套规则和事实.o0MAX可以编制数据文件,虚拟天气和水,肥的施用.然后,它调用GOSSYM阅读由推理器制定的数据文件,并在该文件规定的条件下模拟棉株的生长,再把模拟结果作为事实存人知识库,COMAX解释模拟的结果并最后作为决策,如灌溉日期和灌溉量,施N时一20一间和用量,化学生长调节剂和收获期等决策.推理机第一步:推理检测规则以确定要做什么第=步:推理机准备文件,以考虑藏冉灌溉假设.然后调用C,OSS3第三步:将GO运行结果存储于事实知识库由规则与事实的知识库用简结的英语或一套一1lD规则,使推理机假设施疆和灌溉量,这些规则也应用适宜的技术分析以前的运行和假设,产生更多的可能方案竺L当前天气数据品种参敷土壤参数假定天气参数所年天气数据农场管理参数图