基于GIS的农作物病虫害防治决策支持系统

系统将植保知识、人工智能技术、地理信息系统(GIS)、决策支持系统(DSS)有机结合起来，能够对主要作物病虫害进行预测、决策、诊断、咨询，并将抽象的数据转化成清晰简明的电子地图，直观显示病虫害发生程度及地域分布规律，为病虫害防治提供服务。     

基于生长模型与Web应用的小麦管理决策支持系统

基于生长模型的作物管理决策支持系统(DSS),是在作物生长模型的基础上,增加数据库管理系统和策略评估系统,通过有目的的模拟试验与分析评价来辅助用户进行管理决策。将Web技术应用于DSS是当前农业决策支持系统发展的主要方向。该研究在已有单机版基于生长模型的小麦管理决策支持系统的基础上,采用“Web浏览器/Web服务器/应用程序服务器/数据库服务器”四层结构设计,应用面向对象的程序设计、COM+构件化技术与WEB应用程序扩展技术,构建了一个具有较强兼容性、层次性和安全性的网络化小麦生长模拟与管理决策支持系统(GMDSSWM^W),具有系统管理、数据管理、动态模拟、方案评估、因苗预测、时空分析与系统帮助7项功能。系统的测试应用结果表明,GMDSSWM^W系统具备较强的远程预测功能、决策支持功能与动态调控功能,从而为构建网络化数字麦作系统及其它作物基于Web应用的管理决策支持系统奠定了基础。     

基于作物生长和控制成本的温室气候控制决策支持系统

根据试验和观察获得的数据建立了温室作物生长模拟模型、温室的环境调控的技术效果模型和温室的环境调控成本模型,并建立相应的模型库;通过收集资料和专家经验建立了温室环境调控的知识库。以温室生产的“产出投入比”最大为目标,综合利用模型预测功能和知识库系统的推理功能,建立了温室环境调控决策支持系统。系统能够根据温室内外的环境信息、作物生长信息和温室调控设备状态信息给出温室环境调控实时最优的温度、湿度、光照和CO₂浓度等参数,并提供相应的调控方案。     

Producing nitrogen (N) uptake maps in winter wheat by combining proximal crop measurements with Sentinel-2 and DMC satellite images in a decision support system for farmers

Responsive fertilisation of winter wheat (Triticum aestivum L.) is often adopted, with N applied two or three times between the developmental stages of tillering and booting. Satellite-based decision support systems (DSS) providing vegetation index maps calculated from satellite data are available to aid farmers in adjusting the topdressing nitrogen (N) rate site-specifically to the current season and to variations in growth conditions within the field. One example is the freely available CropSAT DSS used in Scandinavia, which provides farmers with raster maps of the modified soil-adjusted vegetation index (MSAVI2) calculated mainly from data obtained from satellites Sentinel-2 (ESA, EU) and DMC (DMCii Ltd, Guildford, UK). This study investigated the possibility of calibrating MSAVI2 maps with data from handheld proximal sensor measurements of N uptake covering the main agricultural regions in Sweden during growth stages Z30-45 on the Zadok scale, in order to facilitate farmers’ decisions on N rate. More than 200 N-sensor measurements acquired during 2015 and 2016 in seven different winter wheat cultivars were combined with MSAVI2 values from CropSAT. It was found that N uptake could be predicted in a general, national model, i.e. for sites and dates other than those for which the calibration model was parameterised, with a mean absolute error of 11–15?kg?N?ha^?1. A cultivar-specific model performed better than this general model, but a regional model showed no improvement compared with the model parameterised with national data. Vegetation indices calculated from the two narrow bands of Sentinel-2 in the red edge-near infrared region of the crop canopy reflectance spectrum proved to be promising alternatives to the broadband index MSAVI2. Based on the results, we suggest that data from a monitoring programme involving handheld N sensor measurements can be integrated with a satellite-based DSS to upscale N uptake information.     

基于面向服务架构和WebGIS的小麦生产管理支持系统

作物模型与GIS集成中存在着功能重复开发、模型共享困难以及地理信息处理功能的在线能力有限等问题。该文以面向服务架构(service-oriented architecture,SOA)为基础,设计了作物模型区域应用Web服务组合框架。以ArcGIS Service和Model Builder为开发平台,给出了模型计算、动态专题图和空间插值Web服务的开发流程、接口设计和实现方法。结合富客户端技术研制了基于SOA和WebGIS的小麦生产管理支持系统原型(wheat production management support system based on SOA and WebGIS,WPMSS-GISOA),实现了地图数据的上传发布、气象和土壤数据查询、栽培方案设计、空间插值分析等功能。功能测试表明作物模型区域应用的Web服务组合框架可行,为模型与地理信息系统的在线无缝集成提供了可参考方案。     

粮食产后智能决策支持系统的研究

介绍了粮食产后系统的智能决策支持系统的研制开发,该系统包括粮食产后信息管理、粮食产量预测、粮食产后处理机械技术经济适应性分析及选型、粮食产后处理模式评估与优化、数据实时采集等子系统,为粮食生产经营和管理部门对粮食产量的预测、产后处理模式评估和优化、产后作业方式和作业机具的选型配备等问题的决策提供了有效的辅助决策工具。     

冬小麦变量施肥机控制系统的设计与试验

为了实现冬小麦生长过程中的实时变量精准追肥,使用近地光谱探测技术,结合模糊PID(proportion integration differentiation,比例-积分-微分)控制技术,研究设计了适合中国大田作业的实时变量追肥机控制系统。追肥机采用轴分段式设计,开度和转速双变量调节,通过光谱传感器获取作物冠层归一化植被指数,结合追肥算法计算出当前的目标施肥量,采用测速和测距法反馈肥料流量信息,并根据追肥机实际行进速度,实时调整追肥量,实现精准变量追肥。试验结果表明,模糊PID控制具有良好的动态稳定性和跟踪性能,大田试验的结果表明,追肥机控制精度均达到90%以上,测速系统的检测绝对误差小于0.25 km/h,可以实现精准施肥的目标。该研究为变量施肥机的在线变量施肥控制提供了参考。     

不同覆盖措施下旱地冬小麦的氮磷钾需求及其生理效率

【目的】目前西北旱地小麦水肥管理与保水栽培多集中于产量和水分利用效率的研究,养分效率以及养分吸收后形成小麦籽粒产量和养分含量能力的报道相对较少。本研究探讨了不同覆盖措施对黄土高原旱地冬小麦氮磷钾需求和生理效率的影响,为提高黄土高原旱地冬小麦养分效率,以及为促进小麦的高效优质生产提供理论依据。【方法】以冬小麦为供试作物,在陕西省永寿县连续进行了 4 年田间定位试验,以不施氮肥为对照,施 N 195 kg/hm2 (N1 农户模式)、 N 150 kg/hm2 (N2 农户减氮),全膜穴播、垄覆沟播和秸秆覆盖,共 6 个处理,3 个覆盖处理施氮量均为 150 kg/hm2 。调查分析了冬小麦籽粒产量、籽粒养分含量、籽粒产量形成和籽粒养分含量形成的氮磷钾需求及生理效率。【结果】减氮无覆盖处理较常规施氮处理籽粒产量形成的需氮量显著降低 5.3%,其他指标均无显著性差异。在 150 kg/hm2施氮条件下,与无覆盖相比,垄覆沟播的产量未增加,但提高了地上部吸氮量,籽粒产量形成的需氮量显著增加 2.6%,籽粒产量形成的氮生理效率降低 6.3%;全膜穴播籽粒产量显著增加 6.9%,地上部吸氮量提高 11.3%;秸秆覆盖产量增加 3.5%,地上部吸氮量显著增加 13.2%,籽粒产量形成的需氮量显著增加 8.5%,籽粒产量形成的氮生理效率降低 3.9%。与相同施氮量无覆盖相比,垄覆沟播地上部吸磷量和吸钾量未增加,全膜穴播地上部吸磷量和吸钾量分别显著增加 15.6%、23.4%,籽粒产量形成的钾生理效率显著降低 10.6%;秸秆覆盖地上部吸磷量和吸钾量分别显著增加 13.2%、24.4%,籽粒产量形成的磷、钾生理效率分别显著降低 9.9%、15.1%。在施氮量由 195 kg/hm2 减至 150 kg/hm2 后,与无覆盖相比,采用垄覆沟播技术未能增加小麦产量,但增加了地上部的吸氮量,从而提高了籽粒产量形成的需氮量,降低了氮的生理效率;采用全膜穴播技术提高了籽粒产量,同时增加地上部吸氮量,但未增加籽粒产量形成的需氮量和氮生理效率;采用秸秆覆盖技术增加了产量,同时增加地上部吸氮量,而籽粒产量形成的需氮量也增加,从而降低了籽粒产量形成的氮生理效率。【结论】旱地小麦生产中为保证籽粒产量和营养品质,需增加地膜覆盖和秸秆覆盖的氮肥用量。     

河北省冬小麦生产空间格局及其控制因素

在气候变化与水资源短缺的背景下,华北平原冬小麦生产面临巨大的挑战,明确冬小麦生产的空间格局及其控制因素,可为本区冬小麦的科学规划管理决策和高效生产提供依据。基于河北省各县市2004—2013年冬小麦单位面积产量与农情资料,以主产区(以县市平均冬小麦播种面积大于总播种面积的20%为标准选取)101个县市为基本研究单元,采用系统聚类分析对河北省冬小麦主产区进行区域划分;利用因子分析方法对冬小麦生产要素进行主成分分析,并利用逐步回归分析方法建立冬小麦产量与主要控制因素主成分之间的关系。结果表明,河北省冬小麦主产区分为4个(Ⅰ~Ⅳ),各区冬小麦产量水平从Ⅰ区向Ⅳ区依次递减,产量变异依次增大,且各区差异均达显著水平(P0.05)。冬小麦产量(Y)与化肥因子(F1)、灌溉因子(F3)、年降水量因子(F4)、年降水量下限因子(F5)有显著的线性回归关系(R2=0.685,P0.05),其中F1、F3分别解释了Y的21.7%、37.4%,F4、F5解释了Y的9.4%。据此说明灌溉是影响河北省冬小麦产量区域差异的首要因素,其次是化肥使用量,而年降水量对产量区域差异影响较小。农药因子(F2)的回归效应不显著,说明冬小麦病虫害发生及防治具有区域随机性变化特点,对冬小麦生产的区域差异不形成显著影响。另外,全省冬小麦播种面积比重与产量水平有较好的区域吻合度(R2=0.409,P0.05),说明在现有管理模式下冬小麦区域布局基本合理,只是在东部低平原沿海的极个别低产县的播种面积明显偏高,结合冬小麦对灌溉条件的依赖性,认为这些县市的冬小麦布局需要慎重审视。     

农业病害测报系统群决策的动态专家支持度方法

在农业病害测报系统中,经常用到专家群决策方法,并用专家支持度来反映专家个体决策对于群体决策结果的影响力,提高了群决策结果的合理性,但应用系统中往往采用静态专家支持度,专家个体的决策意见可能会因为环境不同而有较大的随机性,导致决策结果错误。该文提出了动态专家支持度的方法,建立农业测报系统多专家群决策模型,采用动态权值计算方法来动态调整系统内专家的支持度。既充分体现专家经验,也在一定程度内解决了专家意见的随机性导致的问题,不仅提高了群决策的科学性,也使农业病害测报系统群决策获得较高的决策可靠性,该方法已经在实际应用项目中使用。     

基于决策树和混合像元分解的江苏省冬小麦种植面积提取

归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)时间序列曲线能提供作物生长动态变化信息,将其应用于农作物种植面积提取具有一定优势。该文以江苏省为研究区域,采用2013年1月1日-2014年12月19日46景250 m空间分辨率的MODIS-NDVI时间序列数据、2014年4月23日的MOD09A1反射率影像及Landsat数据,开展冬小麦种植面积的遥感识别,首先利用MODIS数据建立作物的归一化植被指数时间序列曲线,再采用Savitzky-Golay滤波方法对NDVI时间序列数据进行重构,并基于农作物物候历、种植结构和种植模式等信息,提取研究区域典型地物物候生长期的关键值,在分析冬小麦、林地、水稻物候期(生长期开始时间、生长期结束时间、生长期幅度、生长期长度及生长期的NDVI最大值)变化趋势的基础上,综合比较分析不同地物平滑重构后的NDVI时间序列曲线特征,界定作物种类,确定训练规则,利用快速、高效的决策树方法,通过多阈值限定进行分类,初步提取冬小麦的空间分布范围;但是由于存在混合像元,阈值范围的设定会影响冬小麦种植面积的提取精度,针对此类问题,运用地表反射率影像数据提取冬小麦端元波谱曲线,结合线性光谱混合模型进行混合像元分解,进而根据冬小麦丰度比例精确提取冬小麦种植面积;最后利用统计数据和空间分辨率较高的Landsat TM 8影像数据对提取结果进行县域级验证。精度评价结果表明,研究区域的冬小麦种植面积提取精度达到90%,能够较准确地反映研究区域冬小麦的分布情况,表明运用中高分辨率遥感时间序列影像数据可以准确提取作物种植面积,为农作物种植面积信息提取提供参考。     

中国旱作节水农业项目管理决策支持系统的设计

“中国旱作节水农业决策支持系统”是以GIS为平台结合数据库技术、多媒体技术、超文本技术和模拟分析技术以及分布式网络技术等现代计算机综合技术的具体应用。整个系统提供了对全国旱作节水农业动态发展的各类信息进行输入、存储、查询检索、统计分析、辅助决策的环境，目的在于探索应用现代技术进行旱作节水农业资源评估和项目管理，为各级有关部门投资决策、技术咨询提供自动化管理和服务的方法。该文阐述了系统设计思想与其中的关键技术。     

精确农业智能决策支持平台的设计与实现

系统基于Internet/Intranet技术,研究并集成了精确农业中的关键技术——地理信息系统(GIS)和专家系统(ES),可以为精确农业实践提供决策支持。通过访问该系统,用户不仅可以得到基于农田地块的地理信息,进行农田肥力分析;同时可进行有关品种、施肥、灌溉、病虫草害防治等方面专家智能决策。系统具有可靠、易维护、安全和易操作等性能     

Comparison between the seminal and nodal root systems of winter wheat in their activity for N and K uptake

The activity of seminal and nodal root systems of winter wheat (cv. Avalon) in taking up NO₃^? and K⁺ has been measured in solution culture using a split root technique. Plants in the tillering phase of growth (36 days old) were used for the experiment which lasted 20 days. During this time plant dry weights increased by a factor of 20, whilst root: shoot ratios and nutrient compositions remained constant. Inflows (uptake rate per unit root length) were 2–6 times higher for the nodal roots than for the seminal roots, with values varying between 1 and 9 pmol cm^?1 s^?1 for N and between 0.5 and 4 pmol cm^?1 s^?1 for K. When uptake was expressed on the basis of unit fresh weight of roots, values ranged from 1 to 2.3 pmol mg^?1 s^?1 for N and from 0.4 to 1.0 pmol mg^?1 s^?1 for K, and there were only very small differences in uptake efficiency between the nodal and seminal roots. Uptake rate per unit root decreased with plant age. This was caused by a decline in shoot demand due to the reduction of the relative growth rate. When either the nodal or seminal root system alone was supplied with nutrients, uptake rate per unit root increased and nutrient uptake per plant reached 72–92% of the control.     

食品工业发展DSS的设计与开发

本文对食品工业发展决策支持系统的功能目标、设计原则、开发步骤进行了分析 ,在此基础上建立了食品工业发展决策支持系统 ( DSS)的结构模型 ,并对结构模型的数据库、方法库、知识库、模型库及其管理系统的技术设计等进行了探讨。     

Effects of tillage method and fallow frequency on leaf spotting diseases of spring wheat in the semiarid Canadian prairies

Leaf spotting diseases of wheat (Triticum spp.) are widespread in western Canada. Because these diseases are residue-borne, they are expected to be affected by changes in the quality and quantity of crop residues. A field study was conducted to determine the effects of summerfallow and tillage practices on leaf spotting diseases of spring wheat (T. aestivum L.) in the semiarid area of the western Canadian prairies. Leaf spot severity was greater in wheat grown after fallow than in continuous wheat when these systems were managed using either cultivator- or zero-tillage methods. Disease severity in wheat after fallow was similar in all three tillage methods: cultivator-, reduced-, and zero-tillage. Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs. (tan spot) was the pathogen most commonly isolated from lesioned leaf tissue. Crop residues collected in the spring of 1995 and 1996 from cultivator- and zero-tillage treatments were examined for the presence and density of fungal infective structures. The density of mature and immature structures, especially of P. tritici-repentis, was greater in residues from two years previous than in those from the previous growing season. Most of the residues in the continuous wheat system were from the previous crop. The apparent lower amount of initial inoculum available in a continuous wheat system than in wheat grown after fallow would explain the higher leaf spotting severity in the latter system. In addition, lower levels of infective structures on residues were found in wheat after fallow in zero- rather than in cultivator-tillage. However, similar disease levels in cultivator- and zero-tillage treatments suggest that the more favourable microclimate for disease development in a zero-tillage system might have compensated for the lower amounts of residue-borne inoculum.     

基于物联网的小麦苗情诊断管理系统设计与实现

为提高小麦生产调控管理水平,该文设计并实现了基于物联网技术的小麦苗情远程诊断管理系统。系统采用浏览器/服务器模式(Browser/Server),通过远程监控节点(站点)动态数据计算,并进一步融合小麦生理生态特性和作物气象灾害指标分析,可对小麦生产过程和主要气象灾害进行精准监测、快速诊断,做出综合分析结果和生产管理调优方案,并以文字描述、现场图片与视频、数据表格多种方式输出,用户可通过LED电子显示屏、计算机及智能移动终端等多种设备,便捷快速获得多源数据资源共享和决策支持服务。该系统目前已经在中国主要小麦产区陆续开展示范应用,结果表明在提高小麦苗情的精准监测和智能管理等方面,具有较好的应用前景。     

氮硫配施对冬小麦氮硫吸收转运及利用效率的影响

采用二元二次正交旋转组合设计,通过田间试验研究了陕西关中地区氮硫配施对冬小麦氮硫素吸收、转运及利用效率的影响。试验施氮量[kg(N)·hm-2]设75(N1)、108(N2)、187.5(N3)、267(N4)和300(N5)5个水平,施硫量[kg(S)·hm-2]设75(S1)、97.5(S2)、150(S3)、202.5(S4)和225(S5)5个水平,组成N4S4、N4S2、N2S4、N2S2、N5S3、N1S3、N3S5、N3S1、N3S3 9个处理。结果表明:拔节期至开花期是冬小麦干物质和氮、硫积累的高峰期,积累量分别占全生育期内干物质和氮、硫积累量的43.33%~48.42%、28.71%~44.77%和40.11%~50.43%。氮素向籽粒的转运率(63.61%~70.64%)远高于硫素向籽粒的转运率(10.63%~30.98%);氮硫配施促进了小麦花后营养器官氮硫向籽粒的运转,同时增加了总转运量对籽粒氮硫的贡献率。在N2(108 kg·hm-2)和S2(97.5 kg·hm-2)水平,氮硫积累量及转运量随施硫量或施氮量的增加而增加;在N3(187.5 kg·hm-2)和S3(150 kg·hm-2)水平,则随施硫量或施氮量的增加先增加后趋于稳定。植株体内的氮素和硫素吸收累积量具有极显著相关关系。综合考虑氮素(硫素)表观利用率及生理效率,在施氮量(170.64~204.52 kg·hm-2)与施硫量(97.35~139.32 kg·hm-2)水平下,氮硫肥利用率较高。因此,在冬小麦栽培过程中,可以通过调节施氮量和施硫量,充分利用氮硫交互效应,提高氮硫的吸收、分配及利用效率。     

长期施用磷肥对冬小麦根际磷、锌有效性及其作物磷锌营养的影响

以中国农业大学昌平试验站长期定位试验为基础,研究了长期施用磷肥对冬小麦根际磷锌有效性及其对作物磷锌营养的影响。结果表明,长期施用磷肥[P2O5,135.kg/(hm2.a)]导致土壤有效磷含量逐年提高;对根际和非根际土壤有效锌含量没有显著影响,但是根际土壤有效锌含量显著高于非根际土壤;长期施用磷肥冬小麦抽穗期植株锌含量显著低于不施磷处理;无论拔节期和抽穗期,植株含磷量和植株磷锌比(P/Zn)都随着施磷量的增加而显著增加。长期施用磷肥处理(P1和P2)在显著提高了冬小麦子粒含磷量的同时,显著降低了其含锌量;冬小麦子粒磷锌比(P/Zn)随着施磷量的增加也显著增加,子粒含磷量与含锌量呈极显著的负线性相关关系。     

钾对冬小麦根系生理性状及地上部生长的影响

本试验采用盆栽土培试验和液培试验相结合的方式研究了施钾对小麦根系生理性状及地上部生长的影响。结果表明:在缺钾的土壤上施钾可以促进根系生长,提高全生育期的根系活力和根中可溶糖含量,提高了根系在衰老过程中氮、钾养分的含量;施钾还能增大旗叶叶面积,提高小麦灌浆后期旗叶的叶绿素含量,有利于旗叶的光合和籽粒的灌浆。施钾能显著提高小麦成穗数、穗粒数和粒重,增加产量。