玉米生长计算机动态模拟研究

张玉秋+刘雪利

摘要：本研究是以玉米的生育模型为主要对象，研究的主要依据是以作物生理、生态学理论、实验数据，应用系统分析原理和数学建模技术，在此基础上，通过研究玉米的栽培管理知识体系，分析和构建一个以玉米为中心的环境整体体系，运用计算机知识，结合软件管理和数字技术，研究玉米的产量与生育环境间的关系，使玉米的生育过程进行数字化的表达，可以定量地分析玉米的整个生育过程，为实现玉米生长过程的定时、定量、定位，对玉米进行数字化和精确化的农作信息管理，为整体的生长提供基础依据。

关键词：玉米；数字化；精确农业

中图分类号： TP391.9 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.10.020

农作物模拟技术的发展为我国的农业建设提供了广阔的发展空间，同时作为现代农业信息技术发展过程中的重要组成部分，其主要方式是应用现代先进的计算机技术，分析和管理作物的生长，一面通过数据结合作物的生理学和生态学原理，可以更好地将作物的生长过程加以概括和抽象，通过抽象的分析建立一个作物生长相关的物候发育、光合生产、器官建成和产量形成等生理过程的模拟数字化程序，同时结合环境因子的关系组建一个动态数学模型，这个系统兼具解释能力强、应用面较宽，同时容易控制等优良的性能，可以及时地为设计者提供优化的动态决策。以现有的农业系统模型为核心基础，模拟优化互相结合，与专家进行沟通，形成现有模型下的优化配套，系统分析的数据涉及作物科学、系统科学、农业气象学、土壤学和植物保护学以及计算机信息技术，具有整体性反馈控制、优化和动态定量决策的特点，是实现“精确农业”的前提和基础。

1 研究的意义

玉米在我国的整体种植面积位居第三，也是生长期最长的作物之一，其生育期适中，适应能力较强。玉米的实用性广泛，从生活到养殖，从农业到工业，玉米都是具有很高的价值，对我国的农业发展具有举足轻重的作用。为了更好地促进民生发展，玉米的发展至关重要，为此我国的玉米优质高产是农业发展永恒不变的话题。

为了使玉米种植得到更好的发展，建立计算机模拟动态程序是一种非常优秀的方式，利用玉米生育过程中与环境之间的切合程度，建立一套玉米、光、温度、水分、土壤等条件相结合，模拟玉米的整体生育过程，从光合作用、呼吸作用到作物的生长和干物质的积累，最后到各个器官的发展和生理分配的过程。这是一个系统性的工程，从作物的营养吸收到作物的生长，可以系统地对玉米生长进行分析和总结，可以将相关的知识点应用到其他种类的作物上，更好地推动种植业的深化发展，经过不断发展得到的理论将成为农业发展的一个全新领域。

2 研究的发展

在目前的农业发展方面，研究农业模型的重点还是生物生理生态的过程，利用计算机强大的处理作用，形成结构化的生长模型，建立一种长效的生殖生长和生长生长，营养元素的同化方面的系统模拟，同时利用现有的多媒体技术制成相应的动态动画，以期更好地分析营养元素的摄入与生长间的总体关系。

这种系统可以应用到大田间试验中，代替人对田间进行更加系统的管理，但是与人的管理存在一定的局限。一是系统的开发过程中是以输入来产生的智能，这在很大程度上无法建立决策支撑系统，多数的实践都是应用到科学的发展上，造成系统中知识密集型不足；二是这种系统的建立过程复杂，同时也涉及建设者的问题，地域性决定了无法大面积应用，除非建立一个全世界的专家库，而这种设备建立的过程太复杂，没有办法完成；三是建立的知识无法自动更新，农业生产是一个动态变化的过程，但是系统的知识总是跟不上模型的发展，建立的系统生育模型往往不能准确概括生育的整个过程，我国现有的发展不能更好的概括，所以采用的往往是国外现有的模型，但只对我国的气候、种植现状、生育特点等方面的内容都存在着不同的误差；四是模型的建立还是应用于数值的估算，对于理论的叠加和数字理论的吸收过少，造成系统分析不够全面；五是由于模型建立过程中对现实的依据采集较少，所以模型的实用性有限，其中大部分数据的输出单一，没有系统的分析和解读，对于大多数使用者来说相对比较复杂，没有专家加以辅导很难对所有数据进行分析，实用价值比较低。

3 模型在我国的发展现状

模型的建立与发展在我国起步较晚，其应用到玉米上就更晚了。近年来，我国的模型研究都是在外国基础模型的基础上发展起来的，随着我国软件开发工作的发展开始取得了一些显著的进步，建立了一系列的典型玉米生长模型进行动态的生长分析，不断应用到现有的农业生产中。

随着农业发展的加快，农民对知识的认识程度不断增加，这种技术模型在我国一些地区比较成型，且有较大影响能力的模型相继成型并问世。我国最早将这种模型应用到生产中，还要追溯到玉米生产光学模型的建立，例如1987年山东省农业科学院高新学等发表了“玉米光强的光合速率的数学模型分析”，这是我国发现的比较早的模型建立和应用了，之后在1993年叶修祺等研究室通过在数据支撑的基础上分析，建立了玉米产量与整体气候间的气候模型，比较接近现在的研究是1999年在沈阳农业大学尚宗波等通过对数据的比较和模拟，建立和完善了玉米生育发展的综合动力模拟，其主要研究目的是可以使系统通过利用气温、降水量和日照时数，形成气候要素的影响因子，分析和建立土壤水分动态模型分析系统，这种通过系统的研究发现了土壤水分可以为植物生长带来不同影响，对我国玉米生长发育作出了卓越的贡献。

这说明我国农业生育模型的建立還处在发展阶段，虽然我国还不能完全监测整个生育过程，但是通过对玉米生育过程模型的建立，可以应用模型来指导实践中的玉米种植，随着模型的建立与完善，未来的玉米种植可能走出传统的种植模式，走向一个崭新的领域。

作者简介：张玉秋，硕士，中级农艺师，研究方向：玉米栽培，玉米育种。