A dynamic knowledge model for water management in maize

Farmland irrigation management and model establishment are always core and difficult contents in crop simulation. This research was focused on exerting the establishment theory of knowledge model, and applying the systematic analysis method and mathematic modeling technology to knowledge expression system of maize water management. Based on soil water balance, a dynamic knowledge model with systematic and wide-application characteristics for maize water management was developed, after periodically quantifying the relationship of irrigation ration between cultivars’ characteristics and environmental factors. Cases were studied on the knowledge model with the data sets of normal year in different eco-sites and those of different rain years in the same eco-sites. The results showed that there was no difference in water saving in normal years under different eco-sites, irrigation schedule changes with eco-sites greatly; but a more obvious difference in different rain years of the same eco-sites existing, with 8.6% and 31.9% of water saving in both more rainfall and normal rainfall years, respectively. Additionally, irrigation in the seedling stage did not change with year types, but it did in Knurling and filling stages. This can be concluded that the irrigation regime designed by the model is well coherent to the actual planting system, which indicated that the model had good decision-making and applicability __________ Translated from Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2007, 23(6): 165–169 [译自: 农业工程学报]     

油菜产量目标设计与品种选择的知识模型

运用知识工程和系统建模方法，在综合考虑决策点光温生产潜力、历史平均产量水平、土壤肥力、肥水管理水平和生产技术水平等诸多因子对增产系数影响的基础上，通过动态量化增产系数，建立了具有时空适应性的油菜产量目标设计知识模型；通过定量计算油菜品种特征值与环境因子和生产需求之间的符合度，建立了适宜品种选择的量化知识模型。利用南京、郑州和保定3个不同生态点的常年逐日气象资料以及不同品种类型资料对产量目标设计模型进行了实例分析；利用南京、仪征、如皋、郑州和保定5个不同生态点常年逐日气象资料以及13个不同品种资料对品种选择知识模型进行了实例分析。结果表明，所建知识模型具有较好的决策性和广适性。     

小麦栽培管理动态知识模型的构建与检验

 将系统分析方法和数学建模技术应用于小麦管理知识表达体系，通过解析和提炼小麦生育及管理指标与环境因子及生产水平之间的基础性关系和定量化算法，创建了小麦管理动态知识模型WheatKnow；充分利用软构件的技术特点，在Visual C++和Visual Basic平台上研制了数字化和组件化小麦管理动态知识模型系统，实现了播前栽培方案的设计和产中适宜调控指标动态的预测2大功能。其中，播前栽培方案包括产量目标、适宜品种、播期、基本苗及播种量、肥料运筹和水分管理；产中调控指标包括适宜生育期、穗分化进程、生长指标、源库指标和营养指标动态。利用不同生态点、不同品种、不同土壤等资料及大田对比试验对所建知识模型进行实例分析和检验的结果表明，所提出的小麦管理动态知识模型总体上具有较好的广适性和决策性。本研究克服了传统作物栽培模式与专家系统地域性强和广适性弱的不足，从而为实现作物栽培管理的精确化和数字化奠定了基础。     

紫苏栽培管理知识模型及决策支持系统研究

将系统分析原理和数学建模技术应用于紫苏栽培管理知识表达体系,通过解析和提炼紫苏生育指标及栽培技术与生态环境和生产技术水平之间的基础性关系和定量化算法,构建了具有时空规律的紫苏栽培管理动态知识模型,并进一步利用软件技术在Visual C++平台上构建了基于知识模型的紫苏管理决策支持系统(KMDSSPM),实现了不同环境条件下的紫苏播前栽培方案设计及产中调控指标预测。其中,播前方案设计包括产量目标与产量结构、密度设计、移栽方案、肥料运筹及水分管理等;调控指标预测包括叶龄动态,叶面积指数动态和干物质积累动态等。紫苏栽培管理知识模型的建立,克服了传统紫苏栽培模式及专家系统地域性强和广适性差的不足,从而为实现紫苏栽培管理决策的定量化和数字化奠定了基础。     

小麦栽培管理知识模型系统的设计与实现

在总结、归纳和提炼小麦栽培理论与技术的研究成果和知识积累的基础上，运用系统学方法和结构化途径，建立了具有时空适应性的小麦栽培管理动态知识模型系统，用于确定不同环境条件和生产系统下的小麦生育特征及栽培管理技术方案，系统包括：产量水平与产量结构、主要品质指标、品种类型、播种期、基本苗、播种量、适宜生育期；主要生育期的茎蘖数、叶龄、叶面积指数、生物量等动态指标；有效叶面积率、高效叶面积率和粒叶比等源库指标；氮、磷、钾肥料运筹及主要生育期的水分管理等。本系统克服了传统作物栽培模式与专家系统的地域性强和广适性差的不足，从而为实现作物栽培管理的定量化和信息化奠定了基础。     

安徽省棉业信息化工程的设想与实现

阐述了安徽省棉业实现信息化的必要性和急迫性,提出了建设以棉花产业信息网络和棉花栽培专家系统为主要内容的信息化工程的设想,论述了"安徽棉业信息网"、棉花栽培管理专家系统(AHCCE)和基于VCD/DVD平台的、简化的多媒体棉花专家系统(AHCCE-VCD/DVD)的主要功能、组成和实现方法.     

玉米肥料运筹动态知识模型研究

为给玉米田知识模型间施肥提供决策工具,试图建立一种系统化和广适性的玉米肥料运筹动态。该模型通过分析和提炼玉米肥料管理方面的最新研究资料,在综合考虑气候条件、土壤理化性质、品种特性等影响因子基础上,根据养分平衡原理,以产量为目标,结合土壤养分供给量和玉米养分需求量,建立了玉米肥料运筹动态知识模型。模型可用于精确定量不同环境和不同产量目标下的氮磷钾施用量、有机氮无机氮施用比例及不同生育时期的氮肥追施量等。利用不同生态点、不同品种、不同土壤肥力等数据对模型进行了验证,结果表明,该模型具有较好的决策性和适用性。     

种植制度知识模型系统的设计与实现

以优化利用农业自然资源为出发点，着重运用系统分析原理和数学建模技术来研究种植制度设计的知识表达体系，在系统收集和分析种植制度设计方面的献资料以及专家知识和经验的基础上，通过定量解析种植制度指标与生态环境、品种类型、社会经济条件之间的动态关系，创建了种植制度设计知识模型；充分利用软构件的技术特点，在Visual C 平台上设计并实现了数字化和组件化的种植制度知识模型系统，实现了适宜作物选择、作物搭配、作物布局设计和系统维护等功能。本研究克服了传统种植制度专家系统地域性强和广适性弱的不足，为实现种植制度设计的定量化和数字化奠定了基础。     

Study and evaluation of drought resistance of different genotype maize inbred lines

Using cultivating experiments in fields under drought stress, yields and characteristics in morphology, growth and development of different genotype maize inbred lines were studied systematically. We evaluated and classified the drought resistance of these materials based on the needed indexes, including subordinate function values of drought resistance (SV), drought coefficient (DC) and drought index (DI) of yield by fuzzy function method and cluster analysis. We also analyzed the correlations between parameters and tested values of traits. The effective parameters and indexes of comprehensive evaluation for drought resistance were selected with principal component analysis. The results showed that under drought stress, the yield of maize inbred lines obviously decreased. The anthesis and silking interval (ASI) was prolonged compared with the control, with a smaller leaf area, thinner stalk, shorter and smaller ears, lengthened barren ear tip, a decline in plant height and ear position, reduced grain number per ear and grain weight, which led to a yield decline. Effects of drought treatment on different maize inbred lines were significantly different. 79-1E, Jiao51, Su1-1 and 18599 were found to be highly resistant to drought, while 1125 and 5311 performed the worst. DI and SV were significantly correlated with drought resistance. Our results indicated that DI, SV, yield and leaf area could be used as parameters and indexes to effectively evaluate the drought resistance of maize. Meanwhile, DC, plant height, ASI, grain number per ear or row, ear length and diameter could be taken as auxiliary parameters and indexes. An applied scientific method for the comprehensive evaluation of drought resistance was offered in this paper. __________ Translated from Journal of Maize Science, 2007, 15(5): 6–11 [译自: 玉米科学]     

基于模型的冬小麦-夏玉米两熟数字化种植设计系统构建

构建基于模型的定量化和数字化种植设计系统。以农业系统学理论和模拟模型为基础,运用知识工程和信息技术原理,总结并提炼黄淮海粮食生产区冬小麦-夏玉米一年两熟制种植模式关键技术,形成了冬小麦和夏玉米生长模拟模型、水分与养分动态平衡模型以及生产管理技术设计动态知识模型,构建了冬小麦-夏玉米两熟数字化种植设计系统。该系统采用面向对象的程序设计方法,在.NET平台上运用C#语言进行开发。该系统具有7大功能模块:文件管理模块、参数管理模块、生长模拟模块、实时管理模块、方案设计模块、专家咨询模块和系统帮助模块。该系统界面友好,易于使用,具有较强的机理性,同时兼顾应用性需求,基本实现了作物生产力与效益品质的相互平衡。     

基于模型的玉米管理决策支持系统研究

通过对已有玉米生产管理理论和技术研究成果的分析和提炼,运用系统分析理论和数学建模方法,充分挖掘玉米生长和管理指标与品种特性、生态因子及生产水平之间的动态关系和定量算法,分别构建了玉米生长模型和玉米管理知识模型.利用组件技术,在Microsoft Visual C＋＋.NET开发平台上建立了综合性和定量化的基于模型的玉米管理决策支持系统,该系统实现了玉米生长模型与管理知识模型的耦合.利用不同生态点和不同年份的气象、土壤和品种资料及大田比较试验对系统进行了检验,结果表明系统可以有效地进行玉米管理的辅助决策及实时诊断调控.     

玉米精准施肥专家系统的研究

精准施肥是玉米精准作业系统中的重要组成部分,结合玉米生产的实际情况,综合信息技术、传统施肥技术和专家的经验知识,利用ASP.NET技术和SQLSERVER2005数据库平台,研制并开发了玉米精准施肥专家系统,该系统的开发为玉米精准作业提供了方便的操作平台;系统融合了人工智能等多项信息技术,构建了规范的数据库、模型库和知识库,避免了数据冗余,有利于施肥数据的规范化管理;高效的数据处理和推理机制,提高了精准施肥的准确性。玉米精准施肥专家系统的应用,给传统的玉米生产注入了新的生机和活力,降低肥料投入,减少环境污染,提高玉米产品质量和产量。     

A Dynamic Knowledge Model for Nitrogen Fertilization in Wheat Management

By analyzing and extracting the research progress on nitrogen fertilization in wheat, a dynamic knowledge model for management decision-making on total nitrogen rate, ratios of organic to inorganic and of basal to dressing nitrogen under different environments and cultivars in wheat was developed with principle of nutrient balance and by integrating the quantitative effects of grain yield and quality targets, soil characters, variety traits and water management levels. Case studies on the nitrogen fertilization model with the data sets of different eco-sites, cultivars, soil fertility levels, grain yield and quality targets and water management levels indicate a good performance of the model system in decision-making and wide applicability.     

小麦栽培氮肥运筹的动态知识模型

 通过分析和提炼小麦氮肥管理方面的最新研究资料 ,以小麦产量和品质为目标 ,根据土壤理化特性、品种遗传特征和水分管理水平等 ,利用养分平衡原理 ,建立了系统化和广适性的小麦栽培氮肥运筹的动态知识模型。该模型可用于精确定量不同环境条件及不同小麦品种生产过程中的总施氮量、有机氮与无机氮的比例以及氮基肥与氮追肥的比例等。利用南京和徐州 2个不同生态点的不同土壤和品种资料、不同产量和品质目标 ,以及不同水分管理水平等对所建氮肥运筹知识模型进行了实例分析 ,表明所建知识模型具有较好的决策性和适用性。     

基于web的玉米精准施肥专家系统的研制

针对吉林省现有生产状况,利用农业专业知识、计算机和网络技术开发一套行之有效的玉米精准施肥专家系统。在系统的开发过程中,根据需要设计出推荐施肥、营养诊断、空间查询、知识导航、精准管理和系统管理等6个功能模块。每个功能模块又包含子功能模块,且各功能模块之间相互联系。该系统不仅实现了吉林省部分空间数据信息的开放和资源共享,使用户能够方便、快捷地查询、检索所需数据,还能为其提供科学合理的施肥方案,有针对性的满足不同用户的需要。     

玉米行距变化对间作系统生产力及玉米生长的影响

间作系统中作物种间距离的变化直接影响着系统的生产力,因此,合理的种间配置是间作获得高产的前提。本研究总结归纳了2010年甘肃武威和2014年甘肃张掖的小麦/玉米、蚕豆/玉米间作系统玉米行距试验,旨在探明间作玉米在不同种植行距下对间作体系生产力的影响及玉米生长的差异。试验设置5个间作玉米的种植行距处理（D0：10 cm、D20：20 cm、D40：40 cm、D60：60 cm、D80：80 cm）,测定了作物产量、产量构成、生物量累积。结果表明：间作玉米行距变化对间作配对作物产量无显著影响,主要影响间作玉米产量; 2010年,两间作体系间作玉米产量、体系混合产量、系统生产力（system productivity）均以D60最高,2014年均以D40最高;随玉米行距增大,系统生产力先增加后减小,拐点均出现在D60;玉米行距变化显著改变了玉米的穗粒数、百粒重、单株粒重;小麦/玉米体系,两年单株粒重峰值分别出现在D60（132 g·株^-1）和D40（216 g·株^-1）;蚕豆/玉米体系均出现在D40,分别为158 g·株^-1（2010年）和220 g·株^-1（2014年）;不同行距处理下玉米共生期和单独生长期生长速率均存在差异,共生期各处理生长速率显著低于单独生长期,无论哪个时期,D40和D60处理的生长速率均占优。河西灌区小麦/玉米和蚕豆/玉米间作中玉米种植的最佳行距为40 cm和60 cm,此行距下间作系统可得到最大系统生产力。     

广西玉米病虫害诊断决策专家系统的建立与应用

广西玉米专家系统智能推理部分由玉米栽培管理、病虫害诊断防治、营养诊断、效益分析等功能模块组成。病虫害诊断决策专家系统是广西玉米专家系统的重要组成部分,是基于PA ID平台进行二次开发建立的、可以针对广西玉米常见病虫害进行诊断和防治的智能系统,迄今为止该系统已在广西玉米主产区示范应用6.67万hm2,取得了良好的社会和经济效益。文章介绍了该系统的建立过程,并着重探讨了系统决策模块结构、模式、条件因子及因子值的设计情况。     

冬小麦适宜播期和播种量设计的动态知识模型研究

 运用知识工程和系统建模方法 ,在总结、归纳和提炼冬小麦生长发育与品种类型、生态环境和生产技术关系的基础上 ,建立具有时空适应性的冬小麦适宜播期、播种量设计动态知识模型 ,可用于精确定量不同环境和生产条件下冬小麦品种的适宜播期、基本苗和播种量。利用南京、郑州、泰安、保定、太原 5个不同生态点的常年、偏暖年和偏冷年每日气象资料以及各点不同土壤肥力和典型品种资料对播期设计模型进行了实例分析 ;并利用基本苗和播种量设计模型对泰安地区不同品种、不同土壤类型、不同土壤肥力、不同播期和不同产量水平下的基本苗和播种量进行了设计。结果表明 ,知识模型对播期和播种量设计均具有较好的决策性、解释性和适用性。     

水稻高产栽培专家决策系统的研制

为了给水稻高产栽培管理决策提供优化方案，在Windows操作系统中，以Visual C 6.0为开发工具，采用面向对象的方法用原型类表示知识类型，以及原型和型自顶向下的方法，开发出了南方双季稻区水稻栽培专家决策系统，该系统依据可视水稻生长模型（VRGM）系统为基础，以水稻“旺壮重”高产栽培技术体系、一次性全层施肥法、水稻生产全程化控栽培管理民果为知识中心，试图覆盖水稻生产全部栽培过程和方式。     

Off-nadir hyperspectral measurements in maize to predict dry matter yield,protein content and metabolisable energy in total biomass

Sensor-based methods of analysis to assess dry matter yield and quality constituents of crops are time- and labour-saving, and can facilitate site-specific management. Nevertheless, standard nadir measurements of maize (Zea mays cv. Ambrosius), based on top-of-canopy reflectance, are difficult due to plant heights of more than three metres. This study was conducted to explore the potential of off-nadir field spectral measurements for the non-destructive prediction of dry matter yield (DM), metabolisable energy (ME) and crude protein (CP) in total biomass in a maize canopy. Plants were measured at five different heights (0–50, 50–100, 100–50, 150–200 and 200–250 cm above the soil) at three zenith view angles (60°, 75° and 90°, respectively). Modified partial least squares regression was used for analysis of the hyperspectral data (355–2300 nm and 620–1000 nm). Optimum combinations of angle and height as well as an optimum one-sensor-strategy were determined for DM yield, CP and ME in total biomass. Coefficients of determination for off-nadir measurements were compared to nadir measurements; the results showed improved prediction accuracies for DM yield and ME using off-nadir measurements, but not for CP for which nadir measurements were better.