山東省德州市寧津縣柴胡店鎮(zhèn)政府 劉秀英

引言

作物模擬技術(shù)是新時(shí)代的產(chǎn)物，是農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的主要組成部分，這項(xiàng)技術(shù)的特殊性在于將作物科學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)建立關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上，利用生態(tài)學(xué)原理，分析與作物生長(zhǎng)有關(guān)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象的處理，最終建立動(dòng)態(tài)模型。針對(duì)作物模擬技術(shù)而言，有廣泛的應(yīng)用范圍，而且易于控制。農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬模型是其核心內(nèi)容，最終形成完善的模擬優(yōu)化系統(tǒng)，為工作人員處理動(dòng)態(tài)決策提供了條件，還為他們處理農(nóng)作物的優(yōu)化生長(zhǎng)奠定了基礎(chǔ)，推動(dòng)了“精確農(nóng)業(yè)”的發(fā)展。自21 世紀(jì)以來，在農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，生物與信息技術(shù)的作用日益彰顯出來，以信息技術(shù)為例，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)主要體現(xiàn)在5 方面，分別是管理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、專家系統(tǒng)及人工智能、多媒體技術(shù)與作物生長(zhǎng)發(fā)育模擬技術(shù)。本文主要分析小麥栽培作物模擬技術(shù)，希望能為相關(guān)人士帶來思想上的啟迪。

1 作物模擬技術(shù)的概述

自21 世紀(jì)以來，在農(nóng)業(yè)種植中，已經(jīng)逐漸應(yīng)用生物以及信息技術(shù)，比如以作物模擬技術(shù)為例，取得了良好的應(yīng)用效果，小麥栽培技術(shù)水平到達(dá)一個(gè)新高度。在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)揮著重要作用，所以我們應(yīng)加大農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)力度，而作物模擬技術(shù)是其重要內(nèi)容，該技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)以及科學(xué)知識(shí)，雙管齊下，保證作物質(zhì)量的同時(shí)提高產(chǎn)量，促進(jìn)作物科學(xué)發(fā)展。站在生態(tài)學(xué)與生物學(xué)角度，結(jié)合與作物相關(guān)的理論知識(shí)，系統(tǒng)地分析在作物生長(zhǎng)過程中涉及的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析環(huán)境因素對(duì)作物生長(zhǎng)的影響?，F(xiàn)如今，作物模擬技術(shù)已經(jīng)獲得了積極的應(yīng)用成果，對(duì)相關(guān)的影響因素有非常全面的了解，能夠?qū)ψ魑锷L(zhǎng)過程進(jìn)行控制。時(shí)至今日，作物模擬技術(shù)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬模型的主要內(nèi)容，成功將優(yōu)化和模擬結(jié)合在一起[1]。

2 作物模擬技術(shù)在小麥栽培中的應(yīng)用

2.1 當(dāng)年決策與常年決策

2.1.1 當(dāng)年決策

小麥在栽培過程中呈現(xiàn)不同的生長(zhǎng)情況，根據(jù)苗情的不同，可以分為長(zhǎng)勢(shì)弱、長(zhǎng)勢(shì)壯、長(zhǎng)勢(shì)旺等。在栽培小麥過程中，需要進(jìn)行實(shí)地勘查，科學(xué)分析小麥的生長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)，將小麥生長(zhǎng)過程用不同生長(zhǎng)周期進(jìn)行體現(xiàn)，對(duì)不同的生長(zhǎng)階段進(jìn)行科學(xué)的審查。小麥作為農(nóng)作物在生長(zhǎng)過程中，其長(zhǎng)勢(shì)狀況和環(huán)境有密不可分的關(guān)系。以傳統(tǒng)計(jì)量方式為例，大多進(jìn)行環(huán)境預(yù)期分析，對(duì)小麥生長(zhǎng)趨勢(shì)進(jìn)行科學(xué)的推斷，這樣能為后期的栽培提供理論支持，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。在應(yīng)用作物模擬技術(shù)的過程中，將作物整個(gè)生長(zhǎng)過程視為一個(gè)整體，然后系統(tǒng)地分析小麥動(dòng)態(tài)化生長(zhǎng)情況。為了讓小麥生長(zhǎng)系統(tǒng)更加全面，需要在生長(zhǎng)模型中同時(shí)建構(gòu)可控與不可控體系。以不可控體系為例，主要指的是外界因素，比如氣候條件、溫度以及光照等，可控體系主要是主觀因素，指的是人工操控階段，比如播種、施肥管理等。作物模型系統(tǒng)的最終目的在于針對(duì)小麥生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行觀察和分析，然后輸出相關(guān)信息。在模型系統(tǒng)的支持下，相關(guān)工作人員將小麥的各項(xiàng)生長(zhǎng)因素輸入其中，比如施肥的數(shù)量、土壤條件以及天氣環(huán)境等，將這些生長(zhǎng)因素輸入進(jìn)去后，系統(tǒng)開始自動(dòng)模擬，最終得出相應(yīng)結(jié)果。然后將結(jié)果和群體展開對(duì)比，借助系統(tǒng)施控模塊合理地調(diào)整結(jié)果，落實(shí)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。針對(duì)當(dāng)年決策而言，具體體現(xiàn)在作物苗情、產(chǎn)量上，還體現(xiàn)在土壤分析以及模型控制上。針對(duì)小麥整個(gè)生長(zhǎng)周期而言，當(dāng)年生長(zhǎng)模型主要包括小麥抽穗、拔節(jié)以及發(fā)芽。根據(jù)產(chǎn)量衡定技術(shù)與其進(jìn)行比對(duì)，令系統(tǒng)獲得決策性信息。圍繞小麥栽培土壤進(jìn)行分析時(shí)，結(jié)合養(yǎng)分均衡模型，對(duì)小麥生長(zhǎng)階段進(jìn)行科學(xué)的觀測(cè)，了解影響小麥發(fā)育的因素，以此得到線性函數(shù)。結(jié)合天氣預(yù)測(cè)時(shí)，以月為單位，對(duì)小麥栽培情況進(jìn)行分析，結(jié)合小麥成熟階段，對(duì)其生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)走勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，合理地判斷小麥成熟狀況[2]。

2.1.2 常年決策

小麥?zhǔn)敲癖娰囈陨娴霓r(nóng)作物之一，其栽培是持續(xù)性的，針對(duì)傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方式而言，周期通常以5 年為主，然后綜合分析數(shù)據(jù)結(jié)果。這種統(tǒng)計(jì)方法存在弊端，會(huì)受到時(shí)間的限制，而且缺少機(jī)動(dòng)性，最終獲得的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)缺少代表性，過于定型化。該技術(shù)常年決策是借助虛擬模型參照小麥栽培地域以前的資料，最終得出相關(guān)的決策信息。常年決策主要有兩種方式，分為實(shí)際季節(jié)與最佳季節(jié)。在進(jìn)行常年決策時(shí)，需要考慮先決條件，比如作物的生長(zhǎng)地域和產(chǎn)量、地質(zhì)參數(shù)、作物的種植方式和品種參數(shù)等。以品種參數(shù)為例，指的是圍繞目標(biāo)展開參數(shù)比對(duì)，根據(jù)參數(shù)內(nèi)容合理地調(diào)整作物品種，最終引入模型中；靈活選擇種植方式，分析當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、了解品種的生長(zhǎng)需求；地質(zhì)參數(shù)主要是圍繞土壤動(dòng)態(tài)參數(shù)展開分析；在系統(tǒng)模型中，產(chǎn)量是比較重要的因素，產(chǎn)量的高低與外界環(huán)境因素和人為因素有關(guān)。地域是栽培小麥的地方，常年決策內(nèi)容包括產(chǎn)量、土壤、種植體系等。常年決策可表現(xiàn)為與小麥栽培相關(guān)的數(shù)據(jù)的確定，這些數(shù)據(jù)包括模型圖、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)、肥土地質(zhì)、光合生產(chǎn)效率等，還表現(xiàn)在季節(jié)、動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)趨勢(shì)等方面。比如以季節(jié)為例，在小麥播種環(huán)節(jié)，需要選擇合適的季節(jié)。動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)趨勢(shì)主要指的是小麥的各個(gè)生長(zhǎng)過程，圍繞小麥的葉面積、葉齡、莖數(shù)展開分析，還能了解麥穗在每個(gè)階段的數(shù)量。在日照條件下，小麥會(huì)進(jìn)行光合作用，光合生產(chǎn)效率能夠分析出在光合作用中小麥葉體積的消耗比。產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的意義在于能夠預(yù)估區(qū)域內(nèi)的小麥的產(chǎn)量，由于氣候環(huán)境是不斷變化的，在產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的作用下，能夠?qū)π←溸M(jìn)行參數(shù)調(diào)整。模型圖主要是科學(xué)地分析小麥的地質(zhì)與環(huán)境因素、生長(zhǎng)特性等，最終獲得比較精確的計(jì)算結(jié)果。

2.1.3 品種分析

栽培小麥時(shí)，作物模擬技術(shù)非常重要且應(yīng)用廣泛，能夠準(zhǔn)確分析小麥品種適應(yīng)性。最近幾年，針對(duì)農(nóng)作物的研究水平有所提高，選育小麥新品種更加有效率，如此便節(jié)省了推廣小麥品種更新的時(shí)間，從而體現(xiàn)出小麥選育成功適應(yīng)性試驗(yàn)的價(jià)值。在試驗(yàn)期間，小麥品種適應(yīng)性不強(qiáng)，其原因和試驗(yàn)周期有關(guān)。作物模擬技術(shù)可以對(duì)小麥品種適應(yīng)性進(jìn)行分析，這一點(diǎn)需要相關(guān)人員引起重視，以便在初步分析后，獲得優(yōu)質(zhì)品種。在此條件下實(shí)施品種試驗(yàn)，可以提高決策效率。在運(yùn)用該技術(shù)時(shí)，為了提高對(duì)小麥品種適應(yīng)性分析的準(zhǔn)確性，需要?dú)w類小麥品種的新品系，判斷這些品種在不同的種植條件下是否可以成功種植。除此之外，在作物模擬技術(shù)的支持下，還能預(yù)測(cè)小麥栽培實(shí)際產(chǎn)量，對(duì)小麥栽培進(jìn)行優(yōu)化[3]。

2.2 小麥生長(zhǎng)和管理中所存在的問題

在小麥栽培的過程中存在三方面問題，比如小麥的倒伏現(xiàn)象、生產(chǎn)效益以及高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)等。農(nóng)民是生產(chǎn)的實(shí)踐者，有豐富的種植經(jīng)驗(yàn)，但是缺少對(duì)栽培技術(shù)體系的了解，而且在種植小麥的過程中缺少專業(yè)的指導(dǎo)。小麥的種植過程受到諸多條件的影響，即使是專業(yè)的技術(shù)人員也難以保證種植效果。比如以小麥栽培專家為例，他們?cè)诠芾硇←溙镩g時(shí)，在小麥處于拔節(jié)的階段時(shí)，需要進(jìn)行充分灌溉以及追加肥料。然而小麥品種多樣化，種植的地質(zhì)條件存在差異性，所以在種植小麥的過程中，無論是農(nóng)業(yè)技術(shù)人員抑或是農(nóng)民，需要憑借以往的種植經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析。小麥生長(zhǎng)發(fā)育模擬的目的在于為小麥的實(shí)際栽培提供數(shù)據(jù)支持，針對(duì)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬模型而言，相當(dāng)于小麥栽培模式優(yōu)化決策系統(tǒng)核心，由專家提供關(guān)于小麥種植的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在作物模擬技術(shù)的支持下，使得小麥栽培實(shí)現(xiàn)信息化管理。小麥栽培模式優(yōu)化決策系統(tǒng)的作用非常多，不僅能夠增加小麥的總產(chǎn)量，提高經(jīng)濟(jì)效益，還能提高小麥栽培質(zhì)量，轉(zhuǎn)變小麥生長(zhǎng)的靜態(tài)化以及避免環(huán)境不被農(nóng)業(yè)生產(chǎn)破壞等，從而令農(nóng)業(yè)建設(shè)走向可持續(xù)發(fā)展之路。與此同時(shí)，在種植小麥的過程中，專家為農(nóng)業(yè)技術(shù)人員和農(nóng)民提供科學(xué)的指導(dǎo)，使得他們能夠準(zhǔn)確判斷小麥生長(zhǎng)情況與產(chǎn)量，為國(guó)內(nèi)的糧食銷售帶來數(shù)據(jù)參考。

2.3WCSODS 的一般原理

2.3.1 以小麥計(jì)算機(jī)模擬作為基礎(chǔ)

小麥栽培模擬優(yōu)化決策系統(tǒng)的重要性不言而喻，能夠詳細(xì)而科學(xué)的分析并描述小麥的整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過程，使用的方法包括計(jì)算機(jī)模擬與數(shù)學(xué)公式、定性描述、帶有數(shù)量指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)描述等。以計(jì)算機(jī)模擬為例，是參與作物發(fā)育管理的有效方法，作物在生長(zhǎng)期間，各個(gè)參數(shù)變量具有關(guān)聯(lián)性，這一點(diǎn)通過作物計(jì)算機(jī)模擬能夠體現(xiàn)出來。針對(duì)作物計(jì)算機(jī)模擬而言，研究方法非常多，可以科學(xué)地分析與了解各類別的農(nóng)業(yè)學(xué)科。

2.3.2WCSODS 的模擬對(duì)象、結(jié)構(gòu)和功能

小麥生長(zhǎng)系統(tǒng)是WCSODS 模擬對(duì)象，結(jié)合相關(guān)的理論知識(shí)，能夠?qū)⑿←溕L(zhǎng)系統(tǒng)要素分為4 點(diǎn)，分別為經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境與生物要素。以技術(shù)要素為例，涉及的內(nèi)容非常多，主要指的是小麥的病蟲害防治、小麥的播種時(shí)間、小麥的種植間距、小麥的種植品種、小麥的水分管理等。以經(jīng)濟(jì)要素為例，其內(nèi)容也很多，主要指小麥的產(chǎn)量、勞動(dòng)力資源以及化肥等。小麥和環(huán)境的關(guān)系相當(dāng)于小麥生長(zhǎng)系統(tǒng)的核心內(nèi)容[4]。

2.3.3WCSODS 的建模目標(biāo)及其實(shí)用性

WCSODS 建模的目的在于使得小麥生長(zhǎng)全過程能夠有相應(yīng)的指導(dǎo)，從而令小麥質(zhì)量與產(chǎn)量得到提升，與此同時(shí)也是為了節(jié)約種植成本。小麥?zhǔn)敲癖娰囈陨娴淖魑?，既要滿足社會(huì)需求，還要保證農(nóng)民的種植效益。因此，小麥高產(chǎn)成為當(dāng)今時(shí)代的農(nóng)業(yè)種植需求。針對(duì)WCSODS 實(shí)用性而言，在選擇小麥品種與小麥栽培過程中起到管理的作用。

2.4 小麥當(dāng)年預(yù)測(cè)與栽培決策

苗期指的是植物發(fā)芽到拔節(jié)的過程，在實(shí)施小麥栽培管理時(shí)，苗期制定決策主要根據(jù)苗情。經(jīng)過不斷的實(shí)踐，種植者成功整理出苗情標(biāo)準(zhǔn)，以此為依據(jù)選擇科學(xué)的措施。在小麥苗期階段，主要工作是觀察小麥苗情，以便對(duì)小麥生長(zhǎng)信息有充分的了解，使得制定的管理決策具有可行性。然而苗情標(biāo)準(zhǔn)是比較形象化的，決策具有盲目性。預(yù)測(cè)小麥苗情時(shí)，需要將當(dāng)年苗情優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)和未來的氣候條件進(jìn)行結(jié)合，不斷完善栽培措施，使得小麥栽培能夠科學(xué)合理，將小麥栽培管理問題一一解決。

2.4.1 小麥栽培當(dāng)年決策原理

在優(yōu)化控制原理的基礎(chǔ)上，小麥生長(zhǎng)可以視為動(dòng)態(tài)信息反饋系統(tǒng)，主要分為可控與不可控因素。結(jié)合系統(tǒng)輸出信息而言，主要反饋的是小麥產(chǎn)量與生長(zhǎng)發(fā)育態(tài)勢(shì)。該系統(tǒng)的目的在于提前預(yù)測(cè)小麥高產(chǎn)群體，從而使小麥種植產(chǎn)量得到顯著的提高。

2.4.2 小麥栽培當(dāng)年決策的功能

在小麥模擬模型的基礎(chǔ)上，輸入小麥生長(zhǎng)溫度與光照時(shí)間，分析并總結(jié)在不同階段小麥的生長(zhǎng)要素，對(duì)有效稻穗數(shù)量進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，調(diào)查小麥在以往年份最理想的種植情況，然后和當(dāng)年小麥的發(fā)育情況進(jìn)行比較。小麥的種植成果與地質(zhì)條件密不可分，地質(zhì)條件好，小麥便容易高產(chǎn)。結(jié)合小麥土質(zhì)酸堿性及磷、有機(jī)質(zhì)的情況，科學(xué)地預(yù)測(cè)小麥的產(chǎn)量，結(jié)合養(yǎng)分平衡模型，合理判斷在不同成長(zhǎng)環(huán)節(jié)小麥所需的肥料的數(shù)量，使得小麥獲得充分的肥量，保證其成長(zhǎng)質(zhì)量。結(jié)合天氣變化情況，以日為單位，判斷小麥呼吸消耗數(shù)量以及光合作用。

3 結(jié)語

在作物模擬技術(shù)的支持下，成功構(gòu)成小麥決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要內(nèi)容為小麥模擬模型，還涉及相關(guān)的專家指導(dǎo)與栽培優(yōu)化理論，充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)信息技術(shù)對(duì)于小麥栽培的積極作用，為農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。截至目前，小麥栽培發(fā)展趨勢(shì)良好，不僅增加了農(nóng)民的收入，還推動(dòng)了糧食貿(mào)易發(fā)展，所以國(guó)家對(duì)于新型技術(shù)加大了研究力度。隨著技術(shù)革新步伐的加快，小麥栽培的壓力逐漸加大。對(duì)于小麥栽培而言，作物模擬技術(shù)是最為先進(jìn)的技術(shù)，包含很多學(xué)科，實(shí)現(xiàn)了小麥栽培的動(dòng)態(tài)決策，促進(jìn)了其優(yōu)化發(fā)展，為相關(guān)人員解決栽培問題提供了幫助，不僅提高了小麥的產(chǎn)量，還為小麥栽培深化發(fā)展打下穩(wěn)固的基礎(chǔ)?；诖?，我們要在借鑒傳統(tǒng)小麥栽培的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，科學(xué)地運(yùn)用新技術(shù)。