第5讲“精细农作”的主要支持技术(三) 作物生产管理决策支持技术 “精细农作”是基于信息和知识的农田作物生产经营管理技术,它既需要利用 先进的田间信息采集技术以获得农田小区作物产量和影响作物生长主要因素的 空间分布信息;又需要对这些信息进行处理,运用农业科学知识制定农田与作物 栽培管理决策,指导分布式定位处方农作,以实现资源高效利用,高产出、省投 入和可持续发展的优化目标。其过程示意于图1. 作物产 尾时计 生成小区产量分布图 空问分布偕 品种俗息 分折小区产量差异原因 情病虫言 制定分布式处方决策 空间分布俗息 效压数 生成田问国作处方图 指导可行的 分区处方农作 女施定怕处方衣作 图1.“精细农作”工作 过程示意图 所有绿色植物生产的基本过程都是基于叶绿素的光合作用。如何更好地 利用作物生产的经济产量潜力,一方面需要通过选育更好的品种,使之有更高的 光合作用效率,更好的抗逆性能和更高的谷秸比;而制定作物生产管理实践的措 施,就需采用综合优化的农田资源髙效利用与先进的作物栽培管理技术。这正是 “精细农作”技术体系追求的目标。传统农业的农田精耕细作,是基于农民的勤 劳和长期积累的丰富经验,加上对农田土壤状况、病虫草害分布与作物长势的查 田观察,有的放矢地在小块农田进行作物种植的精细管理,以获得较高的平均产 量和较好的经济回报:一个高投入、高产出、高效益的现代农作系统,需要集成 现代作物科学有关的生物、环境、技术和经济分析等综合措施,在更大的集约规 模化生产系统中,实现更好地利用资源与作物的经济产量潜力,实现作物生产系 统的可持续发展目标
第 5 讲 “精细农作”的主要支持技术（三） 作物生产管理决策支持技术 “精细农作”是基于信息和知识的农田作物生产经营管理技术，它既需要利用 先进的田间信息采集技术以获得农田小区作物产量和影响作物生长主要因素的 空间分布信息; 又需要对这些信息进行处理，运用农业科学知识制定农田与作物 栽培管理决策，指导分布式定位处方农作，以实现资源高效利用，高产出、省投 入和可持续发展的优化目标。其过程示意于图 1. 图 1. “精细农作”工作 过程示意图 所有绿色植物生产的基本过程都是基于叶绿素的光合作用。如何更好地 利用作物生产的经济产量潜力，一方面需要通过选育更好的品种，使之有更高的 光合作用效率，更好的抗逆性能和更高的谷秸比；而制定作物生产管理实践的措 施，就需采用综合优化的农田资源高效利用与先进的作物栽培管理技术。这正是 “精细农作”技术体系追求的目标。传统农业的农田精耕细作，是基于农民的勤 劳和长期积累的丰富经验，加上对农田土壤状况、病虫草害分布与作物长势的查 田观察，有的放矢地在小块农田进行作物种植的精细管理，以获得较高的平均产 量和较好的经济回报；一个高投入、高产出、高效益的现代农作系统，需要集成 现代作物科学有关的生物、环境、技术和经济分析等综合措施，在更大的集约规 模化生产系统中，实现更好地利用资源与作物的经济产量潜力，实现作物生产系 统的可持续发展目标
作物生产管理计算机辅助决策支持系统(DSS),是应用计算机信息处理技术,综 合现代农业相关科学技术成果,制定作物生产管理措施,实现处方农作的基础 也是实现“精细农作”技术思想的核心。一个完整的作物生产管理决策支持系统, 包括:作物系统模拟模型组成的模型库;支持模型运算和数据处理的方法库;储 存支持作物生产管理决策和模型运算必需的数据库:反映不同地区自然生态条件 等作物栽培管理经验知识和具有知识推理机制的专家知识库;各子系统的管理、 维护子系统和为作物生产管理者参与制定决策,提供知识咨询的良好人机接口 等。由于作物生产系统的复杂性,许多影响因素与作物生长过程的关系尚难于完 全用解析方法进行过程的定量描述。对这一类半结构性的系统,兼容解析性模拟 模型的研究成果及基于专家知识的智能化农业专家系统的结合,能为当地生产管 理决策者提供参与决策制定的良好人机接口是十分必要的。一个完整的作物生产 管理决策支持系统,可示意于图2。 作物生产皆 决策制定者 人机对话曾干系统 加识座管座干系统 作物生产加识座 数据压胬魁干系统 糗型胬干系统 方法胬干系统 作物生产有关 作物生长与管 数压 方法压 图2.作物生产管理决策支持系统示意图 八十年代初以来,作物生长动态模拟模型的研究取得了重要的进展。它 综合作物生理、生态、农业气象、土壤、植保和作物栽培等多个分支学科的研究 成果,将作物生产过程与其生态环境因子的变化作为一个整体进行动态定量化分 析和生长发育过程模拟研究,并开发了一批面向应用的模拟模型研究成果,如在 国际上具有重要影响的小麦、玉米、水稻、高粱等谷类作物的 CERES系列模拟模 型,GoSSⅧM棉花模型; GLYCIM大豆模型等。我国学者结合本国国情和区域自然 条件开发的 RICEMOD和RICM等水稻生长模拟模型, CGSIM棉花高产栽培发育动 态模拟模型及小麦生长模拟模型等,围绕实现作物髙产、稳产、节本、髙效的应 用目标,将能否有效地促进作物生产作为检验模型优劣的一个主要标准,已开始 显示出其紧密结合作物生产管理实践的特色,我国八十年代初以来,对农田施肥
作物生产管理计算机辅助决策支持系统（DSS），是应用计算机信息处理技术, 综 合现代农业相关科学技术成果, 制定作物生产管理措施，实现处方农作的基础， 也是实现“精细农作”技术思想的核心。一个完整的作物生产管理决策支持系统， 包括：作物系统模拟模型组成的模型库；支持模型运算和数据处理的方法库；储 存支持作物生产管理决策和模型运算必需的数据库；反映不同地区自然生态条件 等作物栽培管理经验知识和具有知识推理机制的专家知识库；各子系统的管理、 维护子系统和为作物生产管理者参与制定决策，提供知识咨询的良好人机接口 等。由于作物生产系统的复杂性，许多影响因素与作物生长过程的关系尚难于完 全用解析方法进行过程的定量描述。对这一类半结构性的系统，兼容解析性模拟 模型的研究成果及基于专家知识的智能化农业专家系统的结合，能为当地生产管 理决策者提供参与决策制定的良好人机接口是十分必要的。一个完整的作物生产 管理决策支持系统，可示意于图 2。 图 2. 作物生产管理决策支持系统示意图 八十年代初以来，作物生长动态模拟模型的研究取得了重要的进展。它 综合作物生理、生态、农业气象、土壤、植保和作物栽培等多个分支学科的研究 成果，将作物生产过程与其生态环境因子的变化作为一个整体进行动态定量化分 析和生长发育过程模拟研究，并开发了一批面向应用的模拟模型研究成果，如在 国际上具有重要影响的小麦、玉米、水稻、高粱等谷类作物的 CERES 系列模拟模 型，GOSSYM 棉花模型；GLYCIM 大豆模型等。我国学者结合本国国情和区域自然 条件开发的 RICEMOD 和 RICAM 等水稻生长模拟模型，CGSIM 棉花高产栽培发育动 态模拟模型及小麦生长模拟模型等，围绕实现作物高产、稳产、节本、高效的应 用目标，将能否有效地促进作物生产作为检验模型优劣的一个主要标准, 已开始 显示出其紧密结合作物生产管理实践的特色，我国八十年代初以来，对农田施肥
不同作物栽培管理、病虫害预测预报、农田灌溉等农业专家系统的研究开发成果 已在生产应用中发挥了重要作用,智能化农业专家系统及其研究开发工具的研究 得到了“863”高科技计划的支持,迄今已在吉林、北京、安徽、云南等地建立 了四个智能化农业专家系统试验示范区,并进行了较大面积的辐射应用推广。有 的研究已经向以模拟模型硏究为基础,与建立专家知识库系统、部分参数的实时 采集处理系统和技术经济评估系统相结合,朝向能够帮助用户完成生产与经营管 理等半结构化决策任务提供友好的作物生产管理辅助决策支持系统方向发展,这 应是进一步发展的主流方向。系统输出结果,能够提供对作物生产潜力,过程诊 断,产量预测、经济评估、农作管理的知识咨询服务 然而,迄今进行的有关作物模拟模型、农业专家系统及其集成技术的开发研究, 主要还是基于农田或农场尺度上的作物生产管理决策支持技术,与“精细农作” 技术思想的实践要求尚有较大的距离。实施“精细农作”的作物生产管理决策支 持技术致力于根据农田小区作物产量和诸相关因素在农田内的空间差异性,实施 分布式的处方农作。因而将需要基于GPS,GIS空间定位的空间型作物管理决策 支持系统(SDSS)的支持,这已经成为“精细农作”支持技术领域的重要研究 方向。 由于作物生产系统影响因素复杂多变,当今实践的“精细农作”技术,都是从获 取农田小区产量分布数据信息为基础,通过产生若干产量等级区间为基础的模拟 聚类处理,生成农田内不同产量等级的小区分布图。之后,着重分析低产区的低 产原因,对照在GIS平台上建立的农田地形、土壤类型、土壤肥力(N、P、K及 主要微量元素)、土壤含水量与排水状况、耕作层深度、土壤压实状态,pH值 有机质含量SOM等空间信息分布图,以及在DGPS引导下在收获作业过程中同时 获取的杂草分布位置或通过田间观察获得的作物苗情与病虫草害分布图等信息 进行分析,作出实时分布式管理决策。在众多影响作物产量的诸因素中,大致可 以区别为两类:一是相对稳定的因素(如土壤地形、土壤类型、耕作层深度、SOM pH、P、K含量等),经过一次性采样测量建立的空间分布信息数据库,即可在 多年内支持处方决策;另一些因素如土壤含N量、含水量、病虫草害、苗情信息、 气象变化的时空变异性大,需要有实时快速先进传感与实时信息处理技术的支 持,获得起其动态变化信息,将是有效地实施定位处方农作的关键 随着信息技术手段的迅速完善,在更小的空间尺度上快速获取作物产量、苗情及 其它环境因素的空间分布信息,在技术上是可以达到的。但在实施处方农作中 还要评估技术措施的经济可行性,因而并不需要根据产量差异性一一对应地区别 采取不同的处方措施,而是通过空间信息的模糊聚类处理,按不同的小区类别实 施定位技术引导下的处方农作。因而,“精细农作”的技术思想,并不是突出“准 确”二字,而是突出科学经济地利用先进技术的程度和基于信息和知识的管理措 施的逐步精细化。这就是为什么作者建议用“精细农作”名称来反映这一服务于 作物生产管理的技术思想的内涵可能更为确切的道理。这样一种基于信息和知识 的作物生产管理辅助决策支持技术也将为支持农业技术推广与知识传播服务提 供一种全新的手段
不同作物栽培管理、病虫害预测预报、农田灌溉等农业专家系统的研究开发成果 已在生产应用中发挥了重要作用，智能化农业专家系统及其研究开发工具的研究 得到了“863”高科技计划的支持，迄今已在吉林、北京、安徽、云南等地建立 了四个智能化农业专家系统试验示范区，并进行了较大面积的辐射应用推广。有 的研究已经向以模拟模型研究为基础，与建立专家知识库系统、部分参数的实时 采集处理系统和技术经济评估系统相结合，朝向能够帮助用户完成生产与经营管 理等半结构化决策任务提供友好的作物生产管理辅助决策支持系统方向发展，这 应是进一步发展的主流方向。系统输出结果，能够提供对作物生产潜力，过程诊 断，产量预测、经济评估、农作管理的知识咨询服务。 然而，迄今进行的有关作物模拟模型、农业专家系统及其集成技术的开发研究， 主要还是基于农田或农场尺度上的作物生产管理决策支持技术，与“精细农作” 技术思想的实践要求尚有较大的距离。实施“精细农作”的作物生产管理决策支 持技术致力于根据农田小区作物产量和诸相关因素在农田内的空间差异性，实施 分布式的处方农作。因而将需要基于 GPS，GIS 空间定位的空间型作物管理决策 支持系统（SDSS）的支持，这已经成为“精细农作” 支持技术领域的重要研究 方向。 由于作物生产系统影响因素复杂多变，当今实践的“精细农作”技术，都是从获 取农田小区产量分布数据信息为基础，通过产生若干产量等级区间为基础的模拟 聚类处理，生成农田内不同产量等级的小区分布图。之后，着重分析低产区的低 产原因，对照在 GIS 平台上建立的农田地形、土壤类型、土壤肥力（N、P、K 及 主要微量元素）、土壤含水量与排水状况、耕作层深度、土壤压实状态，pH 值、 有机质含量 SOM 等空间信息分布图，以及在 DGPS 引导下在收获作业过程中同时 获取的杂草分布位置或通过田间观察获得的作物苗情与病虫草害分布图等信息 进行分析，作出实时分布式管理决策。在众多影响作物产量的诸因素中，大致可 以区别为两类：一是相对稳定的因素（如土壤地形、土壤类型、耕作层深度、SOM、 pH、P、K 含量等），经过一次性采样测量建立的空间分布信息数据库，即可在 多年内支持处方决策；另一些因素如土壤含 N 量、含水量、病虫草害、苗情信息、 气象变化的时空变异性大，需要有实时快速先进传感与实时信息处理技术的支 持，获得起其动态变化信息，将是有效地实施定位处方农作的关键。 随着信息技术手段的迅速完善，在更小的空间尺度上快速获取作物产量、苗情及 其它环境因素的空间分布信息，在技术上是可以达到的。但在实施处方农作中， 还要评估技术措施的经济可行性，因而并不需要根据产量差异性一一对应地区别 采取不同的处方措施，而是通过空间信息的模糊聚类处理，按不同的小区类别实 施定位技术引导下的处方农作。因而，“精细农作”的技术思想，并不是突出“准 确”二字，而是突出科学经济地利用先进技术的程度和基于信息和知识的管理措 施的逐步精细化。这就是为什么作者建议用“精细农作”名称来反映这一服务于 作物生产管理的技术思想的内涵可能更为确切的道理。这样一种基于信息和知识 的作物生产管理辅助决策支持技术也将为支持农业技术推广与知识传播服务提 供一种全新的手段