编程技术、软件应用与系统模拟(Programming, Applicaiton and Simulation) |
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只做有益人类的事
不做有害人类的事
计算机在美国棉花生产中应用的新进展─棉花生产管理系统COMAX/GOSSYM从60年代开始, 国际上已兴起各种作物生产或产量形成的模拟, 把特定的气候因素与作物的产量相联系; 自70年代起, 人们开始把农业气候资源中的太阳辐射和温度等作为驱动变量, 模拟作物的光合作用、呼吸作用和植株的生长等, 随着时间的推移, 逐渐把环境中的其它因素也?加入到生长发育模型, 从而研制出依赖一定环境资源的作物生长发育和产量形成的动力学模型, 为充分利用地区自然资源, 发展农业生产, 起到了积极的作用。由美国农业部农业研究署主持研制的棉花生产管理系统COMAX/GOSSYM, 从建成以来, 已在生产上大面积推广, 到1990年应用?面积达16万公顷,每公顷净利润169美元, 在美国的棉花生产中起着越来越重要的作用。 一、COMAX/GOSSYM的概况在美国农业部农业研究署的主持下, 其下属的密西西比农业试验站与密西西比州立大学及克莱姆森大学合作开发了COMAX/GOSSYM棉花生产管理系统。 其中，GOSSYM(Gossypium Simulation Model)是一个以土壤物理学性质、土壤养分和水分等为初始条件, 以气象要素太阳辐射、昼夜最高?和最低温度为驱动变量, 以关键农艺措施如施氮、灌水、喷脱叶剂等为控制变量的系统动力学模型。它可以模拟棉花冠层光合作用、呼吸作用、干物质积累与分配、植株的形态发生，并且有模拟土壤水分和养分动态、几种主要的除草剂、杀虫剂、植物生长调节剂等化学药品对棉花影响的功能。 COMAX (COtton MAnagement eXpert)是一个用于棉花生产管理的专家系统, 1984年研制出原型, 1985年投入试运行, 到1989止已发展得比较完善。它解决了GOSSYM模型与棉农之间的接口, 并负责GOSSYM所需数据的准备和运行结果的解释工作。 二、COMAX/GOSSYM的结构与功能
COMAX/GOSSYM系统是一个基于规则的棉花生产管理计算机软件, 如图1 所示, 它由知识库、推理机、GOSSYM、气象站和数据文件集（包括品种参数、土壤参数、假定的天气数据和农艺措施等）组成。知识库是由一系列接近英语的事实和规则组成。推理机检验规则与事实, 决定做?什么, 并根据设定的天气和设定的水和氮的使用量来准备一系列数据文件, 然后调用GOSSYM, 由它读取推理机准备好的数据文件并模拟在指定条件下棉花的生长状态, 模拟结果(如作物进入水分胁迫的日期)将作为?事实存入知识库。
COMAX/GOSSYM系统每天都重新计算优化的管理决策, 运行完毕后,向用户推荐的作物管理措施方案, 如果有必要还可以用模拟的中间结果来解释推荐措施的根据, 并能在打印机上以图表形式输出所需要的结果。在农场进行操作管理时, 具有以下几方面的功能。 ⑴制定灌溉定额
⑵决定施氮量及施氮时期
⑶决定收获期
三、COMAX/GOSSYM的应用COMAX/GOSSYM从研制成到现在, 已在全美棉花带各州试验、示范、推广, 取得了良好的经济效益, 从1990年开始, 美国农业部组织了一个COMAX/GOSSYM的推广小组GCIU(GOSSYM-COMAX Information Unit),由它负责COMAX/GOSSYM在美国的推广应用。下面举两例说明其应用效果。 1985年, COMAX/GOSSYM建成后不久, 在Mitchener农场试运行, 试验区中每公顷净增129公斤皮棉, 净利润为148美元。 1987年, 美国棉花带14个州全部开始参与试验和应用, 其中在6个州的1254公顷的棉田上使用该系统, 结果见表1。由表1可知, 熟练的用户每公顷可获350美元的纯利, 新的用户则每公顷可获100美元的纯利, 平均每公顷可以取得169美元纯利。 表1.1987年6个州使用COMAX/GOSSYM的经济效益估计表 ┌─────┬───┬───┬────────┬─────────┐ │州 名│田块数│面 积│ 每公顷的增产值 │ 平均每公顷增产值 │ │ │ │(公顷)│ (美元) │ (美元) │ ├─────┼───┼───┼────────┼─────────┤ │密西西比 │ 12 │ 835 │ 1891700 │ │ ├─────┼───┼───┼────────┼─────────┤ │路易斯安那│ 1 │ 28 │ 1400 │ │ ├─────┼───┼───┼────────┼─────────┤ │德克萨斯 │ 1 │ 60 │ 900 │ │ ├─────┼───┼───┼────────┼─────────┤ │加里福尼亚│ 3 │ 120 │ 29180 │ │ ├─────┼───┼───┼────────┼─────────┤ │佛罗里达 │ 1 │ 4 │ 300 │ │ ├─────┼───┼───┼────────┼─────────┤ │佐治亚 │ 3 │ 207 │ -7990 │ │ ├─────┴───┼───┼────────┼─────────┤ │总计 │1254 │ 211960 │ 169.05 │ └─────────┴───┴────────┴─────────┘ 经过多年的试验验证、示范推广, 证明了COMAX/GOSSYM系统对农业生产的有效性。该系统为应用现代科学技术改造传统农业的一个典范, 我国在进行这方面的工主作时可借鉴其成功的经验, 以便加快系统的组建和在生产上推广应用。 参考文献[1]Baker, D. N. et al, Simulation of growth and yield in cotton: I.Gross photosythesis respiration and growth Crop Science, 1972, 12:431-435 [2]Baker, D. N., Lambert, J. R. & McKinion, J. M., GOSSYM: A simulator for cotton crop growth and yield. S. C. Expt. Bull. Technical bulletin no. 1089, S. C. Agricultural Experiment Station, December, 1983 [3]Duncan, W. G., SIMCOT: A simulation of cotton growth and yield, in Proc. worshop on tree growth dynamics and modelling, Duke University, Oct., 1972, 115-118 [4]Jones, J. W. et al, Development of a nitrogen balance for ?cotton model: a first approximation, Crop Science, 1974, 14:541-?546 [5]Lemmon, H. E., COMAX: An expert system for cotton crop management, Science, 1986, 233:29-33 [6]McKinion, J. M. et al, SIMCOT II: A simulation of cotton growth and yield. In computer simulation of a cotton production system---A User's Manual, ARS-S-52, 1975, 27-82 [7]McKinion, J.M. & Lemmon, H.E., Expert system for agriculture, Computer and Electronics for Agriculture, 1985, 1:31-40 [8]McKinion, J.M. et al, Application of the GOSSYM/COMAX system to cotton crop management, Agricultural System, 1989, 31:55-65 [9]Stepleton, H.N., Crop production system simulation, Trans. of ASAE, 1970, 13:110-113 [10]Stepleton, H. N. et al, COTTON: A computer simultion of cotton growth. Arizona Agr. Exp. Station Tech. Bull. No. 206, 1973, 124 |
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