黄土高原节水农业专家系统的研制

摘要为了提高黄土高原地区农业水资源利用率和利用效率，发展节水农业生产，利用人工智能技术，建立黄土高原节水农业专家系统。系统主要由小麦覆盖节水栽培子系统、节水型小麦施肥推荐技术子系统、种植制度推荐子系统、化学节水子系统和早地小麦品种选择子系统等组成，包括16个数据库(库内记录超过500条)、9个规则库(知识条目超过1000条)。系统开发基于PAID平台和网络运行环境，采用模块化设计思想开发.在对黄土高原地区小麦覆盖栽培知识归纳的基础上，形成了推荐小麦覆盖栽培方法选择的规则和系统流程。子系统由专家推荐模块、实例查询模块、地膜用量模块、常见问题和常用机械模块组成;系统采用了基于权重规则、基于产生式规则和基于模型的知识表示方法:建立空间分辨率为乡(镇)的黄土高原部分地区的小麦地膜试验数据库;给出了地膜用量的计算模型，适用于不规则田块地膜用量的估算。利用肥料定位试验资料，提出了适合黄土高原农业生产的冬小麦施肥推荐技术体系。系统采用前一年的底墒作为后一年产量的限制因子，建立了底墒与产量的回归方程，利用统计规律保证利用此方程对产量上限的预测达到95%的置信度，以此减少用户定产时出现不符合事实的机会，提高了施肥推荐与实际生产符合的程度;建立了黄土高原区产量效应模型数据库，增强了系统的预测能力;采用了两种肥料分配方案，便于不同的生产者进行选择。采用了面向对象的知识表示方法，建立了黄土高原地区种植制度设计专家系统，系统以热量(生育期)和降水作为具体地区种植制度可行与否的判断参数。建立了四个对象类:作物对象类、区域对象类、控制条对象类、工作区对象类;对象由其属性管理，对象间参数传递由消息来完成，较好的实现了系统的模块化。总结了常用化学节水制剂的研究成果和应用经验，建立了化学节水子系统。采用产生式规则表示方法，根据植物种类、生长发育时期及土壤因素来确定化学制剂的种类，并推荐使用技术:集成了化学保水剂的试验结果实例，方便用户选择。收集和分析由权威部门发布的早地小麦品种说明，建立了黄土高原小麦品种选择专家系统。分析了具有相对固定格式和术语的知识源，设计了适用于这类知识源的电子文本知识挖掘的步骤，即:关键词过滤一截词一专家确认;形成了专业用语的标准化表和标准词赋值表，增强了系统的知识获取能力，减轻了专家系统的知识系统维护。关键词:节水农业知识库构建专家系统黄土高原\nAbstractTheWSA-LP(theWaterSavingAgricultureExpertSystemofLoessPlateau),byusingtheartificialintelligencetechnology,isdevelopedforimprovingtheagriculturewaterresourceutilizationefficiencyandwateruseefficiency,anddevelopingwatersavingagriculture.TheWSA-LPiscomposedofwheatmulchingsub-system(WMS),fertilizerrecommendingsub-system(FRS),farmingsystemrecommendingsub-system(FSRS),chemicalwatersavingagentrecommendingsub-system(CWSARS)andwheatvarietychoosingsub-system(WVCS),including16databanks(thetotalrecordsbeyond500)and9rulesbanks(theproductrulesbeyond1000).TheWSA-LPisestablishedbothbasedonthePAIDexpertsystemdevelopingplatformandundernetworkenvironment,andthemodularizeddesignideaisapplied.TherulesystemandsystemflowchartiscompiledundertheconclusionsofwheatmulchingcultivationknowledgeonLoessPlateau.TheWMSiscomposedofspecialistrecommendingmodule,instancemodule,theamountofsoilfilmestimatingmodule,frequentaskquestion&machinemodule.Theweight-basedrule,theproductruleandthemodel-basedruleisestablishedtopresenttheknowledge.ThewheatmulchingexperimentbankofpartLoessPlateau,thespatialresolvingrateistown(XianginChina),issetup.Themodelforcalculatingtheamountofsoilfilm,whichadoptstoirregularsfield,isalsogiven.ThewheatfertilizerrecommendationtechnologysystemfortheagricultureproductiononLoessPlateauisadvancedbythefertilizerexperimentdata.Theregressionequationbetweenbasemoistureofsoilandyieldissetup,inwhichthesoilbasemoistureofpreviousyearisusedasalimitedfactorontheyieldoflateryear,whichcanforecastaupperlimitoftheyieldwith95%statisticalsignificance,sotheopportunitywhichappearswhentheyielddeterminedbyuserdisagreestothereality,andthedegreethatfertilizerrecommendresulttalliesrealityisimproved.ThedatabankofmodelbetweenyieldunderfertilizerefectonLoessPlateauareestablished,sothesystemestimateabilityisenhanced.Twofertilizersdistributionregimeisadopted,whichisfavoritetodiferentuserchoosing.TheFSRSisdesignedbytheobject-orientedmethodinwhichtheconditionthatdeterminesafarmingsystemfeasibleorunfeasibleareaccumulatetemperature(growthperiod)andprecipitation.Fourobjectclasses,cropobjectclass,regionobjectclass,controlbarclass,workwindowfieldobjectclass,iscreated.Theobjectismanagedbyits\nattribute,andthedataisdeliveredbymassage,whichachievesthesystemmodularized.TheCWSARSissetuponthesummaryoftheresearchresultofandapplicationexperienceofchemicalwatersavingagent.CWSARS,byproductrules,canrecommendtheproperwatersavingagentaccordingtothecropvariety,growthstageandsoilconditions.CWSARSintegratestheexperimentalresult,soitisconveniencesforuser'sselecting.TheWVCSisdesignedafterthecollectionandanalysisofthewheatvarietydescriptionissuedbytheauthoritativedepartment.Theknowledgesourcewhichhaverelativestableformandglossaryisanalyzed,andthedataminingstepforthiskindofknowledgeisdesigned,viz.filterbykeyword---intercept---fieldspecialistconfirm.Thestandardglossarytableandthe"value"ofeachwordsisestablished,whichenhancetheexpertsystemabilitytoknowledgeacquisitionandlighttheroughtaskofknowledgebanksmaintenance.Keyword:watersavingagricultureknowledgebankconstructionexpertsystemLoessPlateau\n第一章综述第一章综述'1.1黄土高原地区的农业水资源现状黄土高原地处内陆地区，干早少雨，水资源匾乏是本区农业水资源的一大特点，成为制约农业生产和经济发展的重要因素。农业水资源包括天然降水、土壤储水、地表径流水和地下水等四个方面，其中降水是最基本的水资源，因为土壤储水、河川径流水和地下水都是以降水为补给源的，因此，下面着重对黄土高原地区降水资源、地表水资源、地下水资源和水资源质量作以分析。1、降水资源状况黄土高原由于地表水和地下水资源贫乏，大部分地区农田水分主要依靠降水供给，因此，降水的多少与农业生产丰歉息息相关。本区降水资源有以下几个特征:降水数量少，地域差异明显。黄土高原年均降水分布在200^-600mm之间，全区平均为429mm，相当于全国平均年降水量的57%。降水年际变率大，年内分布集中。黄土高原年际间降水差异显著，降水年变率为15%^-35%，多雨年降水是历年平均降水量的140%^'170%，是少雨年降水量的2-6倍。由于受温带大陆性季风气候影响，黄土高原降水比较集中，年降水量的60%^-70%主要集中在7,8,9三个月，且常以暴雨形式出现，易形成地面径流，造成洪涝和水土流失。2、地表水与地下水资源状况黄土高原地表径流与降水分布密切相关，全区多年平均径流深度为71.1mm,相当于全国平均径流深度的26%。地下水资源可开采总量为203.76亿m3，己开采量只占可开采资源的38%，尚有一定开发潜力。但该区地下水的开发利用存在很多问题:地形破碎和地下水埋藏深厚，造成开发利用困难;地下水资源分布严重不均，占总土地面积24%的平原拥有可开采资源的近80%，而地表水缺乏的高原和山区，地下水却十分贫乏或难以开采;在黄土高原西北部的清水河、祖厉河等流域，地下水矿化度较高，难以利用:区内不少城市为了满足工业和居民生活用水，对地下水过度开采，导致城市周围出现地下水位下降。地表水总量较少、分布不均，地下水开采困难、利用难度大，加剧了这一地区其他用水形式与农业用水的矛盾。3，水资源质量黄土高原地区的主要地面径流都有不程度的污染，彭勃等‘u报道了黄河干支流受到较普遍污染，黄河流域和内陆河局部地区污染非常严重.张曙光等￡1]{p道了黄河中鱼类的砷污染，黄河水体砷主要来源于黄土高原地区的泥沙，污染造成的水体平均含砷量达PPm级，鱼体残留砷在黄河干流普遍检出，下游鱼体残留砷高于中、\n黄土高原ly水农业专家系统的研制上游。邢大韦等【”对渭河宝鸡、咸阳、西安、渭南四个河段85个排污口进行了调查，结果显示河道排污量西安段为1.87亿t，仅酚污染渭南排污口负荷就达35000万m3.黄土高原降水量少，降水年际变率大，年内分布集中且常以暴雨形式出现，易形成地面径流，造成洪涝和水土流失。加之蒸发量大，流入的径流少，还要保证有一定的径流流出，地下水位深，利用难度大，整个流域水体污染严重，已经严重的影响到这一地区社会和经济发展，探索和发展高效节水技术已是目前的当务之急。'1.2黄土高原地区农业用水现状农业用水占到黄土高原水资源可开采量的80%，是用水的大户，也应该是节水的重点〔们，但是黄土高原地区农业对水资源的利用效率却不容乐观，主要表现在以下两个方面:1、黄土高原农田灌溉输水的损失相当严重输水系统落后，渠道渗漏严重，渠系水利用率低下，如宁夏、甘肃的灌区利用率多在。.4^-0.45之间。陕西的径、洛、渭三大灌区，每千米渠道渗漏损失率一般为。.4%^-0.5%，每年渗漏损失量约3.28^-3.98亿m3，可以灌溉8.7^-10.6万hm2耕地，与黄土高原水资源紧缺的现实极不相称(5]2、局部地区出现了水资源的浪费地处黄河沿岸的宁夏引黄灌区，由于引水方便，水资源相对富裕，使得工农业生产得到了较大的发展。但该区占引水总量%%的农业用水却习惯于大水漫灌，灌溉定额一般达12000-15000m3/hm2，最高为22500m3/hm2，是常规灌溉定额的一到两倍，为同样产量水平下节水灌溉定额的十几倍到几十倍。这不仅造成了水资源的严重浪费，还引起了局部地区土壤次生盐碱化(8]，化肥淋溶污染地下水{7，等环境问题，在干早季节的大量引黄灌溉，客观上促进了黄河下游的断流〔X]的产生.随着国家西部大开发和建设重心的西移，人口和社会发展必然会要求更多的可支配水资源。因此，研究和推广现代农业节水技术，提高黄土高原地区农业生产的水分利用效率，减少农业用水总量，就显得非常迫切。'1.3节水农业技术'1.3.1节水农业的历史与现状在20世纪50^60年代，水利部门就开始实施了节水农业技术和以提高灌溉水有效性为目标的灌溉农业工程，到70年代初某些技术已在生产中大面积推广应用，如在自流灌区大力推广衬砌渠道，减少输水渗漏损失，田间开展平整土地，划小畦块，推行短沟或细流沟灌，建立健全用水组织，实行计划用水，按用水量收费。70年代中期在机电泵站和机井灌区进行节水节能技术改造。70年代后期到80年代初在丘陵区和土壤透水性强、水源奇缺的北方地区实行抗早灌溉，推广喷灌.微灌等\n第一章综述先进灌水技术。80年代中期到90年代初，在全国范围推广低压管道输水灌溉技术。日蓄水保墒耕作技术、水月已藕合周农业节水技If,nIn#i&这奎鱼塑型堕遴到Lfr:ow种植布局与结构调招孩采丁W_0RKgm.*m.-.*ijmfA*l水资源开发利用9F#-jTri-kA_R*-IN-tlA-H东7"1塑鱼水处lx*li用技术j永N,}111*mT-系配套灌水it禾一一氏后4a堕AI微灌、滴灌、*945M)控制性分根交替捆IX-Tg-49衬砌防渗技术、it面管道输水技术、-4利水稻浅湿灌水技术，改进沟畦灌永手妥禾厂藤工藻ES旦丝丝主迷遣经营管理技术、用水管理三I7'jll(*fINDNA重组技术、基因转倒iflM工程与常规育种相结合分子生物技生丝」丝些追玉魁述:水土资{农业节水专家系统技术1信息服S#1水.过算机自动控制技术、精确灌溉预垫渺塾竺翅刻.土壤改良技剂研究技术、咬薪雨#3}31-Fvu夔巡鲤边鱼拉术、柔性防渗护坡结刚柔防渗结构习图卜I节水业技术体系从20世纪90年代开始，研究节水工程技术同农业技术(水肥祸合、耕作措施、作物结构与布局、地表覆盖)和化学节水技术的综合组装，如小麦优化灌溉、水稻浅湿灌溉、膜上灌、早作坐水点种等，使加世纪末节水农业技术提高到一个新的水平。按照现阶段节水灌溉标准计算，我国19%年节水灌溉面积已达1333万hm2,北方早区低压管道输水面积达333.3万hm2，宁夏、山西、甘肃等发展水窖集雨灌溉，喷灌面积发展到67万hm2，滴灌面积1.33万公顷‘.，。甘肃在60%的地区降水量不足则300mm的情况下，充分利用水资源，兴建了提黄工程，新增水浇地7万姗2，宁陕蒙f‘”，等地区启动类似节水农业工程，效果明显。为了达到粮食增产，逐步逼近作物生产潜力，在黄土高原早农区发展节水技术\n黄土高原1y水农业专家系统的研制是有效措施和必然趋势。为了提高单位水量生产效率和粮食单产水平，还需大力发展多学科综合的节水方法，建立和推广高效的节水农业技术体系。'1.3.2节水农业的技术体系节水农业技术体系是指为充分利用有限水资源或灌溉水资源，提高有限水的利用率，达到农作物高产高效的技术措施，是由水资源、工程、农业、管理等环节组成的综合技术体系，可分为常规技术体系和高新技术体系〔mI(图1-1)。节水农业技术涉及面广，各种技术间学科与知识距离很大，限于系统开发的子系统，只对其中与子系统有关的几种节水技术加以概述。1、覆盖节水技术覆盖栽培节水技术的发展是两种技术发展的结果，一种是覆盖栽培节水理论，一种是覆盖材料.目前主要报道的覆盖研究集中在对所采用的覆盖材料的研究上，不同研究者进行的覆盖材料比较试验研究结论也互不相同，主要原因可能是大部分的覆盖材料性能还未能被完全认识。杨开宝等「川在对地膜、秸秆及沥青秆(用玉米秸秆切碎经沥青胶体蘸浆后形成的自然棒状体)三种覆盖材料在梯田谷子上的覆盖效果进行系统分析的基础上，重点就沥青覆盖增产机理作了详细论述，他认为在黄土丘陵沟壑区大田作物生产以谷子为主，秸秆十分有限，而且地膜覆盖还存在着投入太大、使用时间短、对土地的污染较重的缺点，进而指出沥青秆是目前比较好的一种新型覆盖材料。闯翠萍等(1t3就黑色液膜覆盖冬小麦的增产效应及机理进行了研究，认为黑色液膜覆盖较好的生物学效应，使每公顷产量和水分生产效率有了很大的提高。赵海祯等〔,:n在小区水平上对比了黑色液膜、白色液膜、普通地膜、小麦秸秆4种覆盖物对土壤环境及早地冬小麦产量因素的影响，发现覆盖对土壤环境和小麦产量影响差异明显。与露地对照相比，4种覆盖处理除白色液膜外，小麦产量增加均达到极显著水平。其中普通地膜和黑色液膜影响最大，其次为小麦秸秆。非织造布(不织布)在现代农业生产中占有重要地位，非织造布作为农用覆盖材料在柑桶、草墓、茶叶、水稻和玉米育苗以及人参栽培等多方面应用较为广泛。滕翠青等〔川对国外农用非织造布覆盖材料的特点、性能以及应用情况作了介绍。认为非织造布在我国农业中的应用还较少，生产农用非织造布覆盖材料和应用非织造布覆盖栽培节水技术前景广阔。卜玉山等〔1;i研究了半腐熟的小麦秸秆和城市生活垃圾、地膜、高梁秆席片、纸板等覆盖材料，结果表明与其它覆盖材料和对照相比较，秸秆和垃圾覆盖材料明显地提高了上、中、下三层土壤中的有机质和速效氮、速效钾的含量。李立科等(1U.21.2s]发展和完善了秸秆覆盖技术，提出了“早地小麦高留茬少耕全程俊盖高产技术体系”。广泛的推广到了黄土高原的渭北早19地区，提高的当地冬\n第一章综述小麦平均产量。韩思明等明将两者的结合形成“两元覆盖’，，在黄土高原的典型区应用效果也很好。总的来看，覆盖材料的发展推动了覆盖栽培节水方法的发展，丰富了瞿盖栽培节水的形式，各种不同的覆盖材料其增产效果和施用方法也不尽相同，大部分还只处于研究阶段，在实际生产中还是以地膜和秸杆两种材料覆盖为主。2、早地平衡施肥技术国内外的许多经验已证明早地施肥可以改善作物对水分的利用效率。除了直接的营养作用和“以肥调水”作用以外，还包括能够提高作物的生理抗早性，这体现在施肥可以改善干早逆境下作物的多种生理活动，如作物的水分关系、渗透调节、气孔调节、光合作用、酶活性等。适度的无机营养使作物的水分状况明显改善‘闭;随着外界水分的减少，植物能通过自身代谢活动提高细胞内溶质的浓度，降低水势，继续吸水，维持一定的膨压，从而维持正常的代谢活动实现其抗早能力，是植物适应干早的一种有利生活方式””;干早时，缺素直接影响着单位面积的气孔数目，改变了气孔形状和降低了气孔的调节能力”，，;水分胁迫时，增施肥料降低了气孔限制和非气孔限制，提高了作物的光合能力，研究表明，N,P.K混施时，无论是否存在水分胁迫，施肥处理的光合速率要比不施肥的高‘叫。在土壤水分有限的条件下，营养亏缺对植物生长发育有不利影响，增施肥料有利于提高作物对干早的忍受能力，提高早地作物产量。能促进作物根系生长，使之能从深层土壤中吸收水分，从而提高水分利用效率‘川，随着土壤中肥料的增加，作物能在较宽的水势范围内增加对营养元素的吸收。近年来，我国学者针对黄土高原旱地的生产问题，进行了大量的实践，认为影响当前黄土高原地区粮食产量低下的主要因素并非降水太少，而是水土流失和肥力不足造成对降水利用率过低所致，施肥能明显提高作物产量和水分利用效率}zz}3、早作种植制度农田轮作倒茬是耕作制的重要内容，也是黄土高原的重要农田水分控制技术。在早作农田，自然降水不足，而土壤水分库容较大，如果采用合理轮作方式，则可提高水分利用效率。轮作是在同一块农田上，有计划地播种几种不同作物，使前后作物相互配合，以充分利用气候、地力、肥力、劳力、畜力等生产要素。合理轮作是通过肥(施用有机肥、肥田保水)、作(作物调剂用水)、蓄(改善土壤条件，扩大蓄水量)、用(挖掘不同层次的有效水利用)等途径来解决有限供水下的农业持续增产问题。在大多数情况下，适合当地的轮作与小麦连作相比，均能提高水分利用率，其中半湿润偏早区提高6.8%-7.0%，半干早区和半干早偏早区分别提高2.0%-94%和24%-6.1%.据中科院水利部水土保持研究所在澄城试验，高肥豌豆麦(谷)\n黄土高原f7水农业专家系统的研制轮作1983-x1992年对降水利用率平均值在55.0%以上，比无肥连作提高3.0%-6.0%,比油菜和冬小麦(2年)与首稽(3年)和冬小麦(2年)轮作提高5.0%-7.0%。在干早年，比高肥连作提高别20.0%^-30.0%。切合实际的轮作可提高可供有效水的利用率，一般提高2.0%-9.0%。轮作一般都要加进经济作物，提高总产值。在黄土高原地区，年和季降水不均，干早时刻威胁每季作物，肥力的作用还不能充分发挥出来，只有轮作来调节分配不均的降水，以便释放出应有的能量。试验表明，轮作地无论是在干早年型、平水年型或丰水年型，都使籽粒产量和水分利用率达到最高水平。3年轮作小区的粮食产量比连作提高36.4%^-109.8%,增产735600kg/hm'，水分利用率提高25.1%^-92.0%。黄土高原部分地方实行玉米和首蓓、小麦和杂粮轮作，缓解了早情，扭转了粮食徘徊不前的局面。4、旱地品种黄土高原冬小麦的生育期都可能受到干早胁迫，选择抗早丰产品种是干早、半干早地区提高水分利用率，实行高产稳产的主要措施。20世纪50年代初赵洪璋育成的小麦抗早品种碧蚂1号，在甘肃、河南、山西推广之后，比当地品种增产20%^-50%080年代选育推广渭麦5号、晋麦16号等抗旱丰产优良品种，使小麦产量达到2250kg/hm'o“七五”期间，又有一批抗早丰产的良种选育出来，如早选11号、平阳27等，平均产量为3000kg/hm2o“八五”至“九五”期间，科技工作者又选育小堰22.101,168,264号等系列品种，平均产量为3750^-4000kg/hm'o1975^-2000年的25年间，黄土高原小麦产量创造了一些高产纪录，如1977年阿勃小麦在兴平杜马村试验达6525kg/hm'，咸农68号小麦丰产田单产达7583kg/hm2，小僵5号小麦达到8820kg/hm'e近年来，对有关早地品种评价的模型也有一定的研究.柴守玺等〔231选用15个冬小麦品种(系)在大田自然干早条件下，利用专家经验分类和两种较理想的数学分类结果(对应分析法和模糊聚类法)，分别进行了逐步判别分析，从21个农艺性状中筛选出5个在小麦抗早生态分类鉴定中应用价值较大的性状。汤瑞凉等洲应用嫡权系数法的基本原理，综合考虑农作物的多种性状，提出了对农作物品种进行多准则综合评价的嫡权系数方法，克服了以往评判中只注重作物的某一或某几项性状而忽略其它性状所造成的偏差，并以鲁西北棉区两熟的小麦配套品种(系)为例，进行了具体的评价计算。但这些研究多是以小麦形态对小麦品种本身作的评价，很少涉及特定环境下品种选择的问题，因些多只具有科研辅助功能，不能用于专家系统对用户进行品种推荐。5、化学节水技术抗早化学制剂是利用化学手段生产的用于抑制土壤水分蒸发、促进作物根系吸水或降低蒸腾强度的化学物质。目前用于研究和生产的抗早化学制剂，主要包括化\n第一章综述学覆盖剂、保水剂(Waterratening)和抗蒸腾剂三种类型。对于化学节水研究，国外做了大量的研究，在日本、法国、印度等国引起广泛的重视，先后在农业上应用化学覆盖，增产效果很好‘n7施用抗蒸腾剂可以减少作物蒸腾损失，提高水分利用效率12X1,70年代末，我国从风化煤中提取的黄腐酸，是一种较好的调节植物生长的抗蒸腾剂，具有广泛的抗早节水功能。喷施黄腐酸(Fuluvicacid)可以抑制作物叶片气孔开张度，使蒸腾减弱。全国10多个单位己研究出多种类型的保水剂，在60余种作物上推广，应用面积7万公顷【2X7。到90年代，化学节水技术被列为国家“八五”、“九五”科技攻关计划，并取得重大进展，研制出了新一代的抗旱剂FA早地龙，该产品具有抗旱和生长营养的双重功能，能使气孔开度缩小，减少水分蒸腾，提高多种酶的活性和叶绿素含量，提高ABA和IAA含量，干早条件下含较高含量ABA的植物有较强的抗旱力，较高IAA含量的植物生长较少受到抑制，也增大了小麦幼苗的超氧物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性，使植物抗干早的能力增强。现己在全国28个省区推广66.7万多hmM2。施用FA早地龙可使作物增产10%^-15%，节水20%-30%.山仑(1991)采用氯化钙一赤霉素合剂混合处理小麦种子，促进干早环境下的成苗，而且具有提高叶面光合/蒸腾比及植物群体水分利用效率(WUE)的作用，现己推广67m万hm1e保水剂由具有强吸水性能的高分子材料制成，它能使土壤在降水或灌溉后吸收相当自身重量2000.3000倍的水分，膨胀形成水分不易离析的凝胶，而它的吸水压高于大气在一般相对湿度(50%^-70%)时的吸水压，因此它不但能吸收大气中的水汽，而且还能把土壤水分吸收到根系附近。同时它的吸水压又低于根系的吸水压，在土壤干早时将所含水分慢慢释放出来供作物吸收利用，以后遇到降水或灌水还可再吸水膨胀，重复发挥作用。随着人们对土壤水分运动规律认识的深入，有关调控土壤水分蒸发的研究成为一个热点，研究的结果促进了土壤保水剂的出现和发展，已有多篇论文报道保水剂在土壤上的应用效果，主要集中在施用方法【92,i8]和施用效果['2v.341上。应用的研究表明，保水剂能够提高土壤汲取地表水的能力，同时，土壤保水性能增强，减少土表蒸发和阻滞水分深层渗漏【fl]，提高水分利用效率【17]，改善植物体内水分和种子萌发生理状况，缓解水分对作物的不良影响‘川等。6、信息节水技术节水农业同别的行业相比，具有它自身的特点，因为节水农业必须与土地相结合，而土地具有高度分散、信息不灵的特点;还要考虑区域的地理、资源、生态环境条件。这些条件总是处在不断的变化之中，因而节水农业地域性很强，时变性很大，可控性低，稳定性差，所以其经验性强，定量化程度差，技术集成度也不高。为弥补节水农业这些不足，全新的信息节水技术系统应运而生。利用智能化技术，\n黄土高原节水农业专家系统的研制根据农作物生长状况准确地判别作物是否受到大气或土壤的水分亏缺，及受到胁迫的程度、作物体内养分平衡与土壤养分供应状况、作物病虫害类型与严重程度、田间杂草的种类和位置等信息。使节水农业的经验性大大降低，定量化、规范化、集成化的程度提高，在这方面美国和以色列处于领先地位。由于我国地域辽阔，地形气候复杂多样，与发达国家相比该方面存在较大差距。随着我国计算机网络技术的迅速发展，进一步加强智能化专家系统、农业信息网络技术、农业数据库和信息服务技术等方面的研究是今后的发展方向.圣1.4农业专家系统研究进展农业专家系统是一个具有大量农业专门知识与经验的计算机软件系统，它应用人工智能技术，依据一个或多个农业专家提供的特殊领域知识、经验进行推理和判断，模拟农业专家就某一复杂农业问题进行决策.典型的农业专家系统主要由知识获取、知识库、数据库、模型库、推理机、数据接口等6部分组成。自从Shlrtliffe等人员1974年完成用于诊断和治疗传染性疾病的医疗专家系统MYCIN以来，专家系统的发展主要经历了三个阶段:高度专业化的第一代专家系统，具有一定通用性、多知识表示方法的第二代专家系统和有专门开发工具、多学科综合型的第三代专家系统。近年来，研究者进一步开发出大量的专家系统，在农业领域内得到成功应用。'1.4.1国外农业专家系统进展国外农业专家系统的开发和研究主要集中在三个方面:对整个农业领域的广度开发，对单个农业领域的深度开发以及专家系统开发技术的开发等方面。农业专家系统的广度开发主要表现在研制的专家系统涉及到更多的农业生产领域，研究者开始开发一些用于农副业生产的专家系统，如McClur。等「12:11开发了有关蜜蜂的病害、寄生虫等的专家系统;用于解决农业生产链条中大田生产以外的专家系统，Bergsma等〔1131开发了用于诊断新鲜果实采后急速冷冻伤害的专家系统，Longstaff等‘11u开发了用于谷物贮藏的害虫管理专家系统等;农业财务管理和规划方面的专家系统也有研究者报道，Falconer等[Dl.]开发了牧场投资使用专家系统。这些研究拓宽的农业专家系统对农业生产的支持范围，使专家系统可以在更广泛的农业生产领域内发挥作用。农业专家系统的深度表现在对几个主要的农业问题专家系统的深入研究上，植物保护、施肥推荐、各种诊断系统和大综的粮食作物小麦、水稻等一直是农业专家系统开发的热点。研究者近年来进一步完善和发展了这些专家系统，如Cu等〔1161开发了小麦病害的专家系统，Edwards-Jones等「‘1.]研究了基于规则作物保护专家系统，Uzunova等【，:，:，，开发了保加利亚冬小麦植保决策系统WES(Wheatexpertsystem);Plant等〔，‘，，开发T棉花管理专家系统:Djodji。等【”，，、Robert等【’““，、Passam等〔ILS]`Pathares等Irat]分别报道了自己开发的施肥推荐的专家系统。\n第一章综述建设农业专家系统的方法，随着知识工程技术和信息技术的发展而发展，新的知识获取、知识表达和数据仓库、数据挖掘等新兴的方法被大量的应用到专家系统的开发中来。Ruanet等‘12!1，利用人1神经元技术(artificialneuralnetworks)研制了硬质小麦电泳的识别专家系统;Lukasheh等[1221对地理信息系统(GeographicInformationSystem)，决策支持系统(DecisionSupportSystem)和专家系统作了评论。随着更多新技术被应用到专家系统的开发中来，专家系统对问题的求解能力必然会有明显的增强。'1.4.2我国农业专家系统应用及发展现状我国农业专家系统的研究，开始于20世纪80年代初期，中国科学院合肥智能机械研究所与安徽省农业科学院土壤肥料研究所合作研制的砂姜黑土小麦专家施肥咨询系统于1985年10月建成，在安徽省淮北10多个县得到较大规模的应用。随后，许多科研院所开展了各种农业专家系统的研究、开发及推广应用活动，在基础研究和应用两个方面推动了我国农业专家系统的发展。我国20世纪80年代中期研制出适合农业领域技术人员操作的专家系统开发工具，也就是面向领域和面向任务的专家系统开发工具，主要是编辑型开发工具和智能型开发工具，如熊范纶等研制的雄风系列、吉林大学的MES、浙江大学的ZDEST.中国科学院计算所的VESS以及本系统开发采用的由国防科技大学和北京农林科学院研制的开发平台(PAID)等，同时还开发出自动知识获取工具。砂姜黑土小麦施肥专家咨询系统开创了我国农业专家系统的应用，随后施肥专家系统、品种选育专家系统、粘虫测报专家系统、蚕育种专家系统相应问世。到目前为止，已广泛应用于农业的专家系统有:(1)大宗作物专家系统，如黄土早源小麦生产综合管理专家系统[:M，小麦栽培管理计算机专家系统(401，淮北小麦栽培专家系统(41)，小麦栽培技术查询系统〔42]多媒体玉米生产智能系统[431，玉米高产栽培多媒体信息系统叫，油菜生产专家系统(451，旱地作物需水量预报决策辅助系统「们。(2)各类经济作物的专家系统，如烤烟配方施肥专家系统「471，草业开发专家系统〔51，云南甘蔗电脑专家系统〔川。(3)病虫害防治专家系统，如龙眼专家系统中病虫害咨询子系统〔侧，棉花害虫综合管理专家系统‘划，作物病虫处方生成专家系统(51，杨树天牛综合管理专家系统「5'21(的其它农业专家系统，包括品种选育、畜牧兽医‘531饲料配方、林业病虫害、农业气象、农业工程、种植制度【闭、杂草鉴别‘551、水土保持【51i571盐碱地改造等方面的专家系统。可以说，农业专家系统已触及我国农业领域的各个方面，为发展高产、优质、高效农业做出了贡献。\n黄土高原17水农业专家系统的研制'1.4.3专家系统在节水农业中的应用人们对于节水农业体系中各种不同的节水方法认识程度是不同的，这也表现在专家系统的开发上，在节水农业体系中，以灌溉优化专家系统【5".26,I:"]和施肥推荐专家系统[5'..I最为常见，对早地种植制度优化的专家系统也有一定的研究「SA]，而其它的节水措施，如覆盖栽培、早地品种选择、化学节水的专家系统研究较少。因此，下面分别对专家系统在灌溉优化、种植制度优化中的应用作一些分析。I、专家系统在灌溉优化中的应用专家系统在确定作物蒸发蒸腾量(ET)、灌溉日期、灌溉水量及土壤墒情方面研究较多。Plant等‘IN，利用CLAXE专家系统外壳开发的棉花生产管理专家系统，其知识库非常丰富，共用到巧种方法来确定作物蒸发蒸腾量、灌溉日期及水量，并可以根据外界条件的变化随时调整灌溉计划。Srivasan等〔IJI]开发的ESIM灌溉管理专家系统，包括知识的获取、系统规划、任务的实现和评估，有效的利用图表进行解释和分析，根据用户的需求有固定的、调整的、要求的3种灌溉制度。Clarke等〔114]采用粮农组织的CROPWAT软件包开发出CWR-VB程序来确定灌溉制度，它保留了CROPWA中的许多特征，又提供了一系列其他特征量，如产量图、气象资料、ET值和土壤含水量。这些专家系统在应用中收到良好的效果，证明是切实可行的。由于各个灌区的地理、气候、土壤条件不同，渠系布置及采用的灌溉方式各异，在同一地区又有不同的设计方法。专家系统通过丰富的内部知识库，可以解决规划设计中的复杂问题.水利部农田灌溉研究所与合肥智能研究所合作开发了华北地区节水型农业技术体系专家系统(NCWSA)，该系统针对华北地区灌溉农业存在的问题，提出了节水型技术体系的总体规划及实施的有关措施「5"'oBalches等(112〕开发了一个评价地下滴灌适宜性的专家系统。石津灌区管理局、石家庄水电设计院、中科院合肥智能研究所合作开发了石津灌区管理专家系统c"O]。应用专家系统进行灌溉系统辅助设计，可以进行渠系优化布置，对灌溉管理提供各种咨询服务，对于情况复杂的灌区很有帮助。研究者开发了这些用于节水的专家系统，多限于渠系设计和灌区的水管理，因此其主要面对的对象是灌区的管理者，并不能对普通的农业生产者起到帮助作用。2、专家系统在种植制度设计中的应用李军等[941针对田间轮作试验周期长、工作量大的实际问题，采用作物生长模型DSSAT3和ALMANAC模拟研究了黄土高原典型地区作物轮作方式的产量效益，得出了关中平原区、渭北高原区和银川平原区的最优轮作方式分别为“小麦一玉米一小麦一玉米”一年二熟制、“小麦一小麦一谷子一玉米”三年四熟制和“小麦/玉米一小麦/玉米”套作一年二熟制。沈禹颖等(55]介绍了澳大利亚科学家开发研制的APSIM(AgricultureProdustionSystemSimulator)模型，用于模拟农业系统各生物过\n第一章综述程，可以用于小麦等20余种作物的模拟，该模型在作物结构和轮作序列调整、作物产量及不同种植方式下水土流失调控等方面具有良好的描述能力。王龙昌等〔侧基于宁夏回族自治区南部早作农区干旱气候特征和作物种群干旱适应性，借助农业系统工程原理和方法进行优化设计，组建了不同生态类型地区的抗旱应变种植制度决策系统。在综合考虑各种干旱发生频率及其对作物产量影咱程度的基础上，种植制度优化模式包括了随机型和确定型两种决策方案。系统分析和生产验证表明，优化方案可产生显著的经济和生态效益。专家系统集各种模拟之所长，一方面能集成各种模型，另一方面具有友好的界面和智能的支持，是种植制度选择的一个新的手段。陈长青等〔,}3将人工智能、知识库和数据库有机结合，建立种植制度专家系统(FSES)，实现了种植制度的计算机辅助设计。FSES引入数据库关联技术，结合传统的产生式规则法和框架法等人工智能技术，建立了以关系型知识库为主的农业生态系统知识库体系。采用似然推理法，用FSES对江西临川市种植制度气候适应性进行了实例分析。\n黄土高原节水农业专家系统的研制第二章系统的开发环境和开发方法'2.1研究目的针对黄土高原半干早地区的自然资源与节水农业生产的特点，总结黄土高原地区节水农业研究的成果与经验。在广泛的知识获取基础上，形成大量的知识，运用人工智能技术，在计算机网络环境和专家系统开发平台条件下，建立一个包括覆盖栽培节水、肥料推荐、种植制度、化学节水和旱地品种选择等内容的农业高效用水专家系统。系统以提高农业水资源的利用率与利用效率为目标，为黄土高原地区农业可持续发展提供技术服务。采用先进的计算机和专家系统开发技术，提高农业专家系统推理能力:加快系统的开发速度，增强系统的稳定性，简化知识系统维护和知识更新手段，深化和扩展智能化农业信息处理系统，在农业生产应用的深层次上研制开发出界面更加友好、功能更加齐全、用法更加“傻瓜化”、和智能化的应用农业专家系统，方便用户使用。'2.2研究内容黄土高原节水农业专家系统包括五个子系统:覆盖栽培节水子系统，种植制度子系统，节水型施肥子系统，化学节水子系统和旱地品种选择子系统。系统的研究内容可分为两个方面:农业领域知识体系研究和专家系统开发研究。'2.2.1领域知识领域知识是专家系统解决领域问题的基础，建立具有一定解决问题能力的专家系统，首先需要获取足够质和量的知识。建立黄土高原地区节水农业研究的知识体系包括了基础数据、规则体系、多种知识样式等几个主要内容。1、基础数据气候条件数据:黄土高原各县积温起始旬、终止旬、适宜熟制和适宜作物数据，黄土高原部分县市个降水量数据，系统需要建立黄土高原区降水量、积温、有效积温等气象因子数据;黄土高原种植区划数据;作物属性数据:黄土高原作物耗水量，生育期起始和终止积温数据，黄土高原区旱地小麦品种;覆盖材料属性数据:陕西省地膜覆盖栽培节水试验数据，地膜面积重量重量数据，覆盖生产常见关中问题数据，覆盖生产常用机械数据;土壤条件数据:黄土高原典型生态区不同年型的N肥、P肥当季利用率、土壤供N,P量数据，肥料养分含量数据，黄土肥料产量效应方程数据;化学节水试剂数据:化学节水试剂性质数据，化学节水实例数据，化学节水剂施\n第二章系统的开发环境和开发方法用方法数据。2、规则体系建立黄土高原覆盖方式推荐规则体系，覆盖实例查询规则体系花膜用量估算模型，黄土高原施肥平衡方程模型，黄土高原各肥料常数算法体系，月`*-运筹规则体系，黄土高原种植制度设计模型，黄土品种推荐规则体系体系，化学节r;,7则体系和化学节水试剂规则体系等。3、多种知识样式收集和制作各种节水技术的多媒体制品，建立节水农业音像、又国和图片库，集成农业科教材料，从而提高系统的可理解性，易于被用户接受。夸2.2.2知识工程研究一个专家系统的知识工程方面的研究，主要是要研究如何建设几个模块:知识获取和知识库，因此研究的主要内容如下:1、知识获取研究在农业专家系统中，知识如何有效获取的方法，主要是通泛以下途径:对人工获取的知识处理方法的研究，如如何建立推理规则，知识标准化，数据库技术应用等;改进和尝试新的知识获取方法，采用人工获取、半自动获取和目动获取，提高知识获取的效率和自动程度;对知识表示方法的研究，采用更接近人类思维的知识表示方式，如面向对象的知识表示方式，提高系统的适应能力，也利于后续的维护:根据知识的特点选用不同的知识表示方式，研究模型、基于权重的规则和数据库等知识表示手段的应用;研究如何从除专家系统外的不同介质的知识载体上对知识进行获取的方法，如专题地图，光盘，各种出版物等。2、知识库研究建立不同类型的知识库的方法，知识库的内容和知识库的构建模型。系统中需要两数据库，一类是基础数据库，主要是各种常数，如某地温度、积温，或者地膜的平方米重等，研究这类数据的有效性，进行必要的估算，以保证系统知识库内的基础数据是有效的，设计数据库模型，减少数据的冗余，提高数据库的运行稳定性;另一类是知识、规则库，主要是规则的前件和后件，模型，和知识库内各字段的属性，研究这类数据在系统的表示方法，各个记录的属性，如何纠错。知识库中知识的类型也是需要研究的方面，收集多媒体文件和其它类型的音像制品，提高系统的实用性。'2.3技术路线'2.3.1知识的获取专家系统就是一个知识系统.知识量的大小决定了它解决问题的能力，所以，系统获取尽可能多的知识是每个专家系统研发者的主要任务之一。目前，专家系统的知识获取主要有四种方式:人工获取、半自动获取、自动获取和知识挖掘(Knowledge\n黄土高原节水农业专家系统的研制DataMining)，在系统的开发中，不同程度的应用了四种方法。人工获取:走访专家学者，收集各种技术规范、科普推广材料、品种说明、试验数据、基层农业试验报告、论文资料和农业的音像制品、图片等，进行田间调查，咨询农户。收入得到原始材料，按照知识自身和专家系统对知识的要求进行整理，标准化、规则化、系统化得到系统的推理规则、各种模型、推理的控制策略，完成软件要求的策法设计。半自动获取:根据原始知识的存贮形式和主要内容，制定一个标准化的数据模型，领域专家只需要面对计算机的提示，选择相应的值输入即可完成知识库的更新和扩充。例如早地品种选择的知识库的建立，由于品种介绍的格式是相对固定，而且用词也非常精确，所以计算机只需要生成一页固定样式的表，就可以进行面对领域专家进行知识获取了。自动获取:在这种方式中，起家系统本市具有获取知识有能力，它既能直接从领域专家提供的实际原始问题中获取专家系统所需要的知识，以能从系统的运行过程中不断的总结经验，获得新知识，并修改和扩充原知识库〔IUb]知识挖掘:数据库是知识库最常用的形式，数据库中的不同字段就可以用不进行知识的挖掘，常用的知识挖掘的算法有:相关分析、聚类分析、距离判别分析等。在系统中适时的对一些字段进行发现的操作，有利于发现新知识，形成新观点，提早发现知识关联错误，也降低了知识库的冗余，提高了系统推理的效率。夸2.3.2开发工具的选择从目前的专家系统开发工具来看，可分为三种主要的类型，即语言、外壳、工具。用于建造专家系统的语言可分为两类:一类由语言提供一个推理机去执行该语言编写的语句，称为专家系统语言，如Prolog;另一类是普通的编程语言，自身不提供推理机。常用于开发专家系统的这类语言有L工SP,Sma工ltalk,C和C++语言。用编程语言开发专家系统的主要缺点是开发效率不高。专家系统外壳是抽去一些已开发成功的专家系统中的具体知识，保留它的体系结构和功能，将专用领域的界面改为能用的界面而得到的。通过向外壳中加入新的知识，就可以开发出新的专家系统，由于专家系统外壳中的知识表示模式、推理机制等都是针对原来问题领域而定制的，所以它一般用于与原专家系统相同或相近类型的应用系统的开发。专家系统开发工具是不依赖于任何已有的专家系统，完全重新设计且提供更多灵活性的一类专家系统开发工具，它是语言加上有关的实用程序，实用程序可包括脚本编辑器、调试器和代码生成器，有时还提供一些方便的构件『明。在国家863计划306主题的支持下，北京农业信息技术研究中心和国防科技大学共同研制出了网络化、构件化农业专家系统开发平台PAID(PlatformforAgriculturalIntelligenceSystemDevelopment)。该平台在充分的应用需求分析\n第二章系统的开发环境和开发方法基础上进行系统总体设计，集成了以往863计划的科研成果，采用国际上主流的计算机技术和系统集成技术研制而成，具有网络化、构件化、智能化、层次化、可视化等特点，现己在全国16个省市示范区推广应用。实践证明，农业专家系统开发平台的研究应用对规范行业标准、缩短开发周期、缓解农业专家短缺、充分发挥信息技术的主导作用，具有重要的理论意义和应用前景。在比较了多种开发方法和其它几种开发平台发后，认为PAID更有利于本系统的实现，能够提高开发效率，所以本系统的开发采用了PAID平台。;2.3.3开发过程专家系统实际是一种特殊的软件系统，所以其开发也要遵循软件开发的方法。本系统开发的过程如下(图2-1):原始材料形成知识模块级测试图2-1黄土高原地区节水农业系统开发过程开发论证:主要论证专家系统开发的必要性和技术的可行性，资金支持。划分子系统:将专家系统依据其实体特点建立不同的知识模型，各个知识模型就是系统中的不同子系统。同时确定了各个子系统内容、范围、推理方式、知识获取、知识表达、推理机制和知识管理策略等。系统定制:PAID平台是一个三层结构的平台，在领域专家着手建立知识系统前需要对推理方式，规则存贮方式，知识表达和管理策略进行定制。知识获取:通过分析来自各种知识源的知识，整理成为专家系统要求的样式，这一\n黄土高原节水农业专家系统的研制阶段要开始初步的测试，主要是一个模块级测试，要保证每个模块都能正确的推理或者运算。二次开发:有已加工好的知识，按照定制好的系统要求建立相应的知识库，数据库，形成各个子系统，完成推理机。子系统级测试:主要测试各个子系统内各个模块间是否能正常链接，数据是否能正常传递，子系统级别的能否完成，推理的结论是否正确等。打包:在平台上测试完成的专家系统可以打包生成EXE文件。专家系统级测试:全面测试整个专家系统，包括三个方面:对知识系统的测试:邀请专家进行验证，对系统进行答辩，利用实际生产数据进行考验，推出试用版等;对系统管理知识能力的测试:利用实际事例进行测试，如导入新的数据库，删除、添加数据，数据求精，知识挖掘，进行知识获取等;对系统稳定性可移植性的测试。发布和推广:进行系统必要的界面美工，数据库安全设计，系统安全和系统的知识产权保护措施的设置，打包形成具有独立知识产权，达到正常软件产品出厂条件，并形成实物产品(单机版光盘和网络的安装盘)。知识和系统维护:定期完善和维护知识库和系统，保证系统长期稳定的提供与生产紧密联系的节水技术，为黄土高原农业生产再创新高而努力。圣2.3.4结果验证结果验证是研发者在开发过程中对系统进行了必要的各种测试以后形成的测验结果，系统能在单机或网络工作条件下顺利的推理出正确的结果，说明这一个子系统完成了。本文分述了各个子系统的实现方法，并把实际中对系统测试时的最终界面作为该子系统的验证结果，用以表明子系统的建立是成功的.各个子图2-2PAID平台的结构系统的验证结果分别见后文各子系统章节。\n第二章系统的开发环境和开发方法'2.4PAID开发平台'2.4.1PAID开发平台的结构与功能PA工D开发平台采用“浏览器/Web服务器/数据库系统”三层网络结构模型，以后台数据库管理为核心，在Web服务器挂接服务构件，通过前台浏览器管理和运行，开发平台基于不同用户的需求，结合农业领域的特点，设计并实现了系统管理、知识规则维护、数据编辑、数据处理、数据查询和帮助六大功能模块(见图2-4).各个模块的功能:系统管理:该模块对系统所有的数据表进行结构定义和维护，并对维持系统正常运行的帐户、权限、界面、系统运行参数、文件类别和属性等信息进行管理和维护，定义特定领域的知识规范。知识规则维护:该模块通过可视化的输入界面定义知识和规则，实现全屏幕方式管理和维护知识规则:对知识的一致性和完整性进行检测;通过算法从大量原始数据中搜索知识规则。数据编辑:通过可视化的录入界面实现用户事实数据的编辑数据处理，根据知识规则对事实数据进行推理和解释，并产生推理结果。数据查询:用户根据口令和查询条件对原始数据和决策结果进行查询。帮助:相当于使用说明书，用户可随时请求帮助。互2.4.2开发平台实现技术1.网络技术开发平台采用目前最为流行的三层网络结构模型(附图1)，利用ADO(ActiveXdataObject),RDS(RemoteDataService),Dhtml(DynamicHtml)等多种数据访问接口和技术，支持数据的批量处理，运行速度快、稳定，便于系统管理、升级维护。通过数据绑定技术，将数据库的数据项下载到本地(客户端)后可以脱机工作，进行数据编辑和修改，待编辑完成后，再重新联机将数据上载到服务器。这样一方面可以降低上网费用，另一方面减少与服务器的交互次数，减少网络通讯量，提高网络运行效率.2、智能构件技术平台采用软构件技术，遵循COM/DCOM技术规范，可面向对象进行定制组件，挂接任何基于Windows开发的动态连接库dll(服务器端)和基于OLE技术标准的OCX构件(客户端)。(1)数据挖掘构件知识获取被公认为是专家系统建造中的瓶颈问题，通过数据挖掘实现知识的半自动获取，是国内外目前较为热门的研究课题。本平台采用KDD领域中的挖掘关联规则\n黄土高原节水农业专家系统的研制的MAQA算法，进行模式聚类分析，从大量原始数据中发现关联规则，再用知识库求精构件进行检测后，提供给知识工程师作参考，以便进一步形成有用的知识。(2)知识表示与求精构件本平台采用“模糊产生式规则十模型”的知识表示方法，实现了模糊知识和确定知识、知识和模型的有机结合，使之更加接近于农业领域知识的本质和特点，更好地应用于生产实际。知识库的建立过程是知识经过一系列变换进入计算机系统的过程，在这个过程中存在着各种各样导致知识不健全的因素，如:领域专家提供的知识中存在某些不一致、不完整、不确定的知识;知识工程师未能准确、全面地理解领域专家的意图;对知识库进行增、删、改时没有充分考虑到可能产生的影响，以致在进行了这些操作之后使得知识库出现了不完备的情况;尤其是在本模糊知识库中，由于引入了前提的逻辑子式的权值和结果值的可信度及阐值，可能的冗余及矛盾等比起传统知识库的处理会更加麻烦和复杂。由于专家系统是以知识为基础的，因此知识中的任何不一致、不完整必然影响到结论的一致性与完整性，平台采用Seek2算法，对知识的一致性与完整性进行检测和求精。知识不完整是指知识库中的知识不完全，不能满足预先定义的约束条件，即当存在应该推出某一结论的条件时，却推不出这一结论，不能形成产生这一结论的推理链;或者虽能推出结论，但却是错误的，在知识的语法检测中检测知识是否满足BNF定义。在知识的一致性检测中检测知识的冗余及冗余规则链、矛盾及矛盾规则链、环路规则链及从属规则的检测。(3)模型语法分析构件模型语法分析构件支持多种数学模型、函数的计算，如求和、连乘、三角函数、对数、指数、最大、最小等函数，同时支持各种逻辑式真值的计算、模糊匹配等等。3、分层技术由计算机专业人员基于各种信息技术开发的农业专家系统开发环境和工具，提交给系统管理员和知识工程师进行二次开发，只要装入不同领域的知识规则，即可非常方便快捷地开发出面向不同地区、不同领域的专家系统开发框架，然后通过一般用户的使用和不断反馈，经修改完善形成特定领域的农业专家系统。4、可视化技术数据编辑可视化在数据编辑模块中，通过充分运用WWW技术的多环境优势，开发出可以自由定制编辑界面的应用。通过可视化的录入界面，实现编辑界面表格和单页的切换，记录间的漫游，字段顺序的可调整性，设置字段初值，数值型字段的区间值，字符型字段的菜单输入，记录自动序列编号，字段间公式计算，自动获取当前日期等，还可根据用户录入的信息，自动获取背景数据库的信息，如土壤养分数据、作物潜力产量等。(1)知识规则维护\n第二章系统的开发环境和开发方法可视化知识规则定义:通过知识规则可视化录入界面，自由选择决策模块和决策项目，通过复选框选择前提项，前提条件、逻辑关系等菜单选择录入，决策结果可以为变量、表达式和函数等，结论描述可以是汉字、图片等。这样不但提高了录入效率，减少了人为错误，而且符合人们的思维习惯，便于维护和升级。(2)知识库求精在知识库一致性和完整性检测过程中，自动报告错误发生的位置、种类和修改建议，供知识工程师参考并修正。(3)数据挖掘知识工程师可自用选择数据来源、数据项的因果关系等。(4)推理可视化推理过程的可视化:可选择推理模块、推理项目、数据范围等。推理解释的可视化:对整个推理步骤进行描述和解释。推理结果的可视化:推理结果图文并茂，形象直观。数据查询可视化:通过菜单自由选择查询条件和查询项目，方便灵活，易于操作。由于PA工D平台广泛采用了可视化技术，管理和使用时无需修改程序代码，基于该平台容易实现系统的二次开发，从而大大缩短了专家系统的开发周期〔fifl]'2.5开发平台的运行环境硬件环境:开发平台在网络和单机环境下均能运行，网络运行时服务器配置为:主频不低于133，内存不低于64M，硬盘不低于1.OG.单机运行时计算机配置为:主频不低于133，内存不低于32M，硬盘不低于5000a软件环境:服务器端采用WindowsNT4.0网络操作系统、SQLsever7.0数据库、IIS4.0信息服务器、MTS事物处理服务器;客户端采用Windows95或Windows98操作系统，IE4.0.1以上的浏览器软件:网络通讯协议为TCP/IP协议。'2.6系统的实现PAID平台具三层的结构(如附图1)，在不同的开发阶段，由计算机程序开发者、知识工程师和领域专家(超级用户)不同的专业人员负责完成。专家系统开发者用适当的表示方法加工完成领域知识体系，与知识工程师一起进行系统定制。系统定制完毕后，由知识工程师完成系统知识的添加和系统最终的打包发布。黄土高原节水专家系统是要PAID平台上开发的，它的总体结构和各模块的功能是由平台定制的，所以开发专家系统主要的工作就是知识库的实现。本系统已建成五个子系统:小麦覆盖节水栽培子系统、节水型施肥推荐子系统、种植制度推荐子系统、化学节水子系统、早地小麦品种选择子系统(图2-3).\n黄土高原by水农业专家系统的研制各个子系统主要功能是:小麦覆盖节水子系统主要向用户提供有关瞿盖栽培黄土方法的选择、农业试验结果查询、地膜高小麦覆盖节水栽培子系统原预算和常见问题等专家意见;节水型施节水节水型施肥推荐子系统肥推荐子系统向用户提供一定降水条件农下适宜的施肥量和肥料运筹;制度推荐业种植制度推荐子系统专子系统向用户提供特定条件下可能的种家化学节水子系统系植制度:化学节水子系统可向用户推荐统早地小麦品种选择子系统多种化学节水试剂和使用方法:早地小麦品种选择子系统是在建立了早地品种图2-3黄土高原节水专家系统结构图数据库的基础上，可由用户根据所需的品种特征选择适宜品种。\n第四章节水型小麦施肥推荐子系统第三章小麦覆盖节水栽培子系统作物的生产力除受种子遗传能力、光照时间、热量积累和肥料供应等因素影响外，还主要受水分条件的制约。黄土丘陵沟壑区多年平均降水量在400-500mm之间，能够满足作物亩产量400kg的要求，但实际产量只有200kg左右，主要原因是:强烈的地表蒸发;降雨分配不均，暴雨频繁，产生地表径流;对土壤水分的利用效率不高，对降雨的利用率更低，只有4096左右。除了采取一些必要的水土保持工程措施防止地表径流外，采取有效的地面覆盖措施，抑制地表无效蒸发是提高降水利用率的有效方法之一【.u尽管目前的地膜覆盖和秸秆覆盖在现实生产中表现还不尽如人意[.9,12.70,71,72,77)但是它们仍是农业生产中的主要增产技术措施，在其它的一些覆盖材料(见综述)存在着性质不稳定、土壤污染以及研究尚不充分的情况下，它成为国家重点推广的早区农业生产新技术，考虑这一点，在节水农业专家系统开发中，主要针对地膜覆盖和秸秆覆盖栽培技术进行了知识获取，暂没有考虑其它覆盖材料。'3.1覆盖增产原因在覆盖生产的两种主要形式里，其增产的原因是不相同的。秸杆覆盖增产的原因主要是:拦截降水〔7q]，秸杆覆盖可明显的保持土壤水分[t7,[提高生育期内土壤含水量t侧，促进土壤养分转化圈，可以增加土壤有机质和土壤全N含量t7.)，具有明显的压盐作用【间，改善土壤的理化性质[ten，增加作物根深、根长及根重[.u，从而提高了作物产量和水分利用效率‘FZ..1,.41地膜覆盖增产原因:改善了小麦的生长条件，提高了整个生育期的土壤温度[N,,7T)，阻隔了土壤水分的蒸发，有效的减少蒸发量，明显的提高了水分利用效率〔A,SPl地膜覆盖栽培对小麦生长发育有显著的促进作用，叶面积扩大。具有较高的生物产量[17,M)，优化的产量构成因素[.4,17)。在一些多熟农作区，推迟了小麦的播期就等于是增加了夏粮的生育期，因此在一些水分条件较好而热量条件紧张的的地区推广这一技术也有利于推动种植制度的发展，提高全年的产量。研究者对覆盖栽培的方式和方法既有共识，也有矛盾，同时各种栽培方法也并不能解决生产中的所有问题。每一种栽培方法都有其最佳的适用地点，因此，如何选定一套最适合当地生产条件的覆盖栽培方式，是节水农业生产中一个很重要的问题。'3.2系统结构与功能小麦翟盖节水栽培子系统主要包括四个模块:专家推荐模块，实例查询模块，地膜用量模块，机械和常见问题模块(图3-1)0各个模块间是在计算机内的存贮和\n黄土高原9y水农业专家系统的研制运算是相互并列互不相关的，但是在农学逻辑上是相互补充的，共同完成用户对有关小麦覆盖节水栽培的相关信息和知识的咨询。图3-1小麦攫盖节水栽培子系统结构(1)专家推荐模块系统的总结了覆盖栽培几种模式在黄土高原不同地区应用的知识，归纳出覆盖栽培选择规则。用户在界面上选择一个生产条件，系统可以向用户推荐适宜的覆盖栽培方法。(2)实例查询模块补充专家推荐结果的数据库，集成了多个县市的覆盖栽培试验资料，用户只需选定具体地点即可得到农业试验的结果，包括试验时用的覆盖方式、品种、试验的地点、播期播量等。这一方法数据来源科学、可靠，说服力强，对用户进行选择有着重要的意义.(3)地膜用量模块地膜是地膜覆盖栽培中一项支出，简单的估算田块地膜的需要量是必要的准备工作。用户在这一模块中可以完成常规的覆盖方式和非常规的覆盖方式两种模式的估算。(4)机械和常见问题模块专家推荐模块并不能有效的涵盖所有的知识，所以单独制作网页，将不易用产生式规则表示的知识和常见的问题列出，以供查询。模块向用户提供国内目前生产用于覆盖生产的机械和相关厂家的信息，还提供覆盖生产中常出现的问题。;3.3系统知识库构建'3.3.1专家推荐模块分析影响覆盖栽培方式的因子，认为采用降雨量、地力水平和海拔能够基本将各种覆盖栽培的适宜区区分清楚，加上用户的个性要求和规则优先顺序，用户可以在这个子模块中，通过选择输入和确定规则的优先顺序，获得适合自己的覆盖栽培推荐结果。模块采用了基于产生式规则的权重综合评分组织数据。\n\n\n\n\n第四章节水型小麦施肥推荐子系统第四章节水型小麦施肥推荐子系统近年来，我国开发了很多农作物与经济作物的施肥专家系统，应用于粮食作物的如小麦“‘川、水稻[.I..]、油菜"5).AHCCE""、蔬菜【B4)。研发者采集了大量的适合当地特点的知识规则、模型和基础数据，丰富了专家系统的知识库。同时，随着计算机技术的迅速发展，开发专家系统的工具和方法也进一步得到发展，出现了多种开发技术，如基于Web.ActiveX文档【85.967和掌上电脑的专家系统。开发工具上也得到发展，向对象的方法[97)和适用于专业人员开发专家系统的开发平台fs67也己经得到广泛应用。但是已开发的专家系统中，服务于黄土高原区农业生产的很少见[9X)，知识库规模也比较小。黄土高原农区具有不同于其它农区的生产条件:频繁干早和地力贫膺，它们是限制农业生产的主要因素。随着西部大开发的进行，在退耕还林还草，耕地面积减少的情况下，只有协调水肥矛盾，进一步提高单位面积的产量，才能缓解粮食生产与消费的矛盾，为此有必要建立施肥推荐子系统。'4.1结构与功能在节水型作物施肥推荐子系统中，主要由用户定产，肥分计算，肥料分配和运筹模块和结果输出等四个模块组成(图4-1)。采用了肥料平衡方程模型，用户通过输入目标产量，系统将给出肥料施肥量和几个不同的运筹结果供用户选用。本系统对用户定产上限进行了符合黄土高原地区农业生产实际的限制，能够向用户提供更接近生产的推荐方案。互4.2构建原理己经建立的施肥专家系统[99.IN,1011多是仅考虑了肥料对产量的限制，采用了而不大考虑与系统应用地点有关的其它限制因子，忽视了“木桶原理”，这是导致专家系统的预测结果不合理的一个重要原因。在基于养分平衡方程的施肥模型中，作物产量是一个与生产区域和生态条件有关的量，如何确定未来可能的作物产量，使用户在一个比较合理的范围内选择目标产量，是这个系统是否更符合实际的一个关键因素。如果一个地区存在一个大范围的常发性的限制因素，如黄土高原农作区的干早，那么就有必要将它们列入系统，用于限制未来的产量，使用户能够在比较接近实际的范围内选定目标产量，从而使系统的推荐值更有意义。所以本系统设计时采用了“以水定产，以产定肥，以肥拟(合)产，综合分配”的思路.平衡施肥是曲劳(Truog)提出并经过几十年各国土肥工作者的补充，现在成为各种肥料分配模型的理论基础，本系统也是建立在这个理论基础之上。要确定需要的肥料量，有五个参数必须确定:作物产量、作物经济系数、作物含有的肥料素的量、土壤供给量和肥料利用率，“旧。\n\n\n\n\n\n第五章种植制度子系统第五章种植制度推荐子系统种植制度早期的研究主要是根据世界各地的自然资源和社会条件进行农作制度的分类和比较研究。在其发展过程中，不同国家和地区因各自不同的资源优势和经济状况，研究方向上各有侧重.人少地多农业发达的欧美国家，侧重于经济效益及其资源和环境保护;而人多地少属于生存型农业的亚非国家，则侧重于增产潜力。我国在种植制度方面的研究，出于人多地少的国情，主要是以增加粮食产量和提高土地利用率为目标，围绕以间套复种为主要内容的多熟种植制度和作物布局为研究重点，50-70年代以扩大复种提高土地利用率为主提高粮食总产;80年代以提高单产，提高土地生产力为主提高粮食总产，并逐步向高功能(高产量)高效益种植模式发展;90年代从高产高效种植实践与理论探讨，逐步走向种植业结构调整与优化。种植制度在黄土高原农业发展的历史上起着巨大的作用，直到现在在生产中仍占有举足轻重的地位。近年随着农业结构的调整，种植制度又被看成是生物节水中的一部分〔1071，因此，开发，黄土高原种植制度的专家系统，加快种植结构调整，也是发展节水农业的需要。“面对对象”是一种新型的计算机程序设计方案，它通过改变控件的属性和赋于控件响应来完成所需的功能，强调客观世界中事物与事物之间的关系，比较接近人类的思维方式【'.9J。在开发种植制度专家系统中，采用了面对对象的知识表示方法。'5.1子系统的结构与功能子系统是由作物对象!用户界面}类、县对象、约束条对象类县对象知和工作区对象类四部分组成(图5-1)，采用了对象的设识作物对象类计方法。通过对各个对象属管性的修改可以方便的实现整理控制条对象类结果输出个子系统的知识维护和更工作区对象类新，对象类间的参数传递是面向对象的组41由消息来完成的。用户通过对界面上的作物对象进行选一外界管理择、移动、摆放等操作，子卜内部消息系统根据热量条件和降水条图5-1耕作制度推荐子系统结构件加以判断，被判断为正确的设计，即可生成生产计划。每形成一组新的种植制度用户可以通过结果输出完成下载、保存和打印等进一步操作。\n黄卜高原17水农业专家系统的研制'5.2种植制度设计的基本原理作物布局主要取决于农业气候资源状况，它决定了作物分布的地域分异性，在黄土高原，太阳辐射量和光照时数十分充沛，不是多熟种植的限制因素，但是热量和水分状态则较为严峻，成为多熟种植决定因素，所以，本文只从热量状况和水分状况两方面来分析发展多熟种植的可能性。1、热量条件热量状况首选决定了多熟种植的性，是夏闲地开发的先决条件。西北地区面积广大，种植制度类型复杂多样，但主要有这样几种形式，一年一熟制，一年二熟制，两年三熟制，三年四熟制，其中所采用的技术主要有复种、间作、套种和混作等，下面的方程一一描述了这些它们的热量制约:复种+Q-2间作和套种Q=(Qzwl+Q-2)Qsw握作Q=M-(Q-1,Q-2)单作Q=Q}i其中Q表示作物生长所需的积温，Qgsq是一个转换系数，表示两种作物共生期间的积温与它们各自单作时所需热量之和的比值。2、水分条件与热量条件类似，没同生育期内耗水量也不同，分保证每一种作物耗水量都能得到满足，需要满足以下条件:复种W=Wzwl+Wzw2间作和套种W=(Wzwl+Wzw2)Wgsq混作W=(Wzwl+Wzw2)Wgsq单作W=Wzwl其中W表示作物生长所需的积温，Wgsq是一个转换系数，表示两种作物共生期间的总耗水与它们各自单作时所耗水量之和的比值。3、判断规则通过对某一区域热量与水分的分析，如果有一个是种植制度是这样的:A-B//C则所需要的热量和水分条件分别是:Q>-QA十(QH+QC)QgsqW)WA+(阳+叱)Wgsq'5.3面向对象的技术的基本原理面向对象(Object-oriented)作为一种程序设计最早是在Smalltalk编程环境中提出的。在面向对象系统中，一切概念上的存在，小到单个整形数或字符串，大到由许多部件或单元构成的系统均可看作对象(Object)。对象的形式定义为:对象:=这些对象之间通过消息MI(MessageInterface)传递发生联系，对象的内部定义了一组属性(DataStructure)和操作或称方法MS(MethodSet)来完成对对象内部私有状态的描述。改变其内部实现语义不影响其它对象，而对象与外界的联系只能通过称之为消息协议(MessageProtocol)的外部接口来进行。消息协议是对象的可\n第五章种植制度子系统见部分，它规定了对象可以接受的消息。消息(Message)是请求对象某种操作的信息。对象执行操作的机理为:(1)向对象传递一消息，告诉它要作什么。消息的主要内容为方法名;(2)系统根据对象所收到的消息及方法名，选择相应的操作，即选有上述方法名的方法，调用相应的操作程序;(3)执行上述操作。此外，一组具有相同属性和方法的对象可构成一个对象类(Class)，每个对象类是它所属类的一个实例(Instance)，类中所实例共享类中所有方法。类本身也是一个对象，可以接受消息生成实例。面向对象的推理模型就是对象间传递消息和类的继承机制，协同完成对问题的求解。夸5.4系统界面及运行、系统运行用户进入系统首选见到的是一张黄土高原的县市分布图，用户选择需要咨询的县市点击，就可以见到图5-2所示的系统界面。如果用户采用了“设计”命令键，系统获取了用户所选县以后，会读出该县的属性，就会为各个对象赋值:适宜的作物对象将出现在作物控件区，降雨量条获得了该县的降雨量。用户用鼠标点选一种作物，这里年标尺对象获得该作物在该县的有效生育期，将作物移至工作区，则根据县的属性和作物的属性，用户将只能在有效生育期范围内放置作物条，随后用户可以继续放置其它作物，直到系统允许的最大层次，系统允许放置小于最大允许层数的任意层数。摆放时，生育期条会约束当地的热量情况，而降雨量条约束水分状况(主要是降雨)，当一个试验完成后，用户双击“生成生产计划”条即可完成生产计划的输出。工作区一】份b}斤zr}行t}}r十isf-寸f-弓-.}，一一十一7分褚剑幸巨至至至至豪rt;图s-2种植制度推荐子系统的界面模式2、系统界面元素系统的界面由作物控件、工作区、年标尺、生育期条、降水量条、生产计划条和命令按钮组成。作物控件区是用于显示被激活的适宜作物控件的，工作区是用户进行种植制度设计的区域，年标尺提供一个生育期限制区间，辅助用户在工作区内进行设\n黄土高原'17水农业专家系统的研制计，生育期条显示生育期使用情况，同时对用户的设计执行热量条件的约束，降雨量条对用户执行水分约束，生产计划生成条根据用户的设计自动为用户生成种植制度。'5.5对象类'5.5.1作物对象类对于每种作物来iR，都存在一个发育的起始温度(日均温)低于这个日均温的时间不能用于该作物的生产(地膜覆盖被认为是一种通过提高日均温增长了作物有效的生育期，从而获得农业增产的)，所以需要建立一个数据库来存放各和作物在何种日均温下可以播种，在何种日均温下必须结束具有经济意义的生长(如青贮用玉米和食用玉米结束经济生长的状态就是不同的)。同时也将各种作物的耗水量等资料也作进去形成作物控件属性数据库(如图5-3).在翰肚的位在年标尺上的作物名称聪生胃嫩戈琳色咧日朋.日娜阴组，创目口.铆晌润汁t簇n鹿1G2日】翻的点恤绍rp点翻山丘粗1-一，.~。.二刀山翔月.口月目卜.阅币自肠.】.月州玉.胭44更翰︺to-上of终日协三门呢卫‘匕肠胜的礴J罄月刁门瓷`'舫口40_盯阴州产砚砂二4-卜经中︺ID-上0℃缝日四月蒯匕‘。___.职引punlt!Wp11,3,t0,冬小轰晚功址O饯日州口:.riet-}e"}4组.肝.地口冬小交早地川内州U柳10-中0'c终日产wF-一.’一‘}.e+,z湘们枷a冬梭中曰ID-中0"C终日.一”一丫一了‘.，口伟几.，翻孟，，阳.口少T润加盯翻翔，丁，..J叨.门乌姐引诀他创ID-中0'C终日月吕.坏眺翻几口几枯.朋〕招’主朋.脆.组蕊既阵悠私挑.叭切肠翎日州，.‘耽阮叭肚胜姻:玉米早熟︺iota日or终日.砚'n_s,枷朴叶口卜，甲育络门山州中︺1o-c翻日ov终日场.翔呱‘ct己.‘.‘口几皿卜引晚目O'C曲日of终日翻振协7F1.阮住胜斗功确翔班毛比竺皿日‘马尸‘既钊引臼，扣皿水枯早劝.16V肠日OT终日..生幸t翻盆，...J月盆侧口-},.歌;嗯·1~，~一一，...一厅.州曰月.了，一.右二月，1图5-3作物对象属性图54对象属性作物控件的属性是由作物控件属性数据库来控制存放的。它能在年标尺上占据的位置是由它的“成熟类型”字段决定的，它的长度由适合的“生育期”字段决定，它能摆放的范围由“在年标尺上的位置起始点”字段和“在年标尺上的位置结束点”字段决定的，所以修改数据库中相应的字段值很容易呆以实现对作物条的控制。同样，也可以很容易的修改属性内容、增加和删除作物类型，它的属性变化，不影响其它控件属性的变化，这一特点与是生产中相吻合的。试图改良原有的种植制度，更新作物甚至是种植制度等，都只改变了作物的某一属性，而没有改变环境，如积温稳定通过某个日均温的日期等.'5.5.2县对象类县对象类包括县的名称、主要熟制、适宜作物、主栽作物、复种作物和间作物等属性(图5-4)。对于不同的县，多年平均温度稳定通过某个温度日(开始日和终止日)也不同，为了确定不同县不同作物具体生育的时段，县还具有不同活动积温始日与终日日期和降水属性数据库。每一个属性都有修改和添加的方法(method)，可以通过系统管理模块单独的修改和添加。\n第五章种柏制度子系统'5.5.3约束条对象类约束条对象主要是用于完成对某次试验的约束，它主要包括生育期条、降水量条和生产制度生成条1、生育期条长度属性生育期条与年标尺等长度、等刻度。生育期条显示目前正在进行的作物控件摆放操作所需要的生育期，和它在方法一年(几年)中的具体位置。生育条返回所有I.作区中作物的合适的播种旬，供生产制度条来调用。返回值它同是返回一个参数作物ZDCD(生育期重叠长度)。土要用于生产制度条来调用产生合适的种植制度。2、降雨量条根据前边的分析，以‘「三种植制度是各种种植方式的基本种植制度，它们的耗水量分别是:方法复种:W=Wzwl+Wzw2套种:W=0.98*x(Wzwl+Wzw2)IfO套作>复种如有一个一年二熟的例子:A-B//C其中B与C共生期(生育期重叠长度，ZDCD)为20天，则系数取0.%，这种制度年耗水量为:W=WA+0.96'x(WB+WC)表中的各个数据都可以从作物属性表中读出。返回值返回种植制度的耗水量W*注:系统引用了李军(2002)的参数。3、生产制度生成条种植制度的Ifzdcd=0Then复种IfO500andJYL<=600andHC=是0.2,0.2,0.6应采用覆膜穴播或全程覆膜穴播and5JYL>500andJYL<=600andHC=否GHB=是0.1,0.1,0.2,0.6应采用覆膜穴播或全程覆膜穴播and6JYL<=600andJYL>500andHC=否GHB=否andGH=是0.1,0.1,0.1,0.2,0.5建议采用全程膜际栽培或膜际栽培and7JYL>500andJYL<=600andHC=否GHB=否andGH=否0.1,0.1,0.1,0.2,0.5依照优先规则进行判断83YL>400andJYL<=500andHC=是0.2,0.2,0.6应采用覆膜穴播或全程覆膜穴播月an9JYL>400andJYL<=500andHC=否︸GHB=是0.1,0.1,0.2,0.6应采用覆膜穴播或全程覆膜穴播闷anIOJYL>400andJYL<=500andHC=否UGHB=否andSZ=是0.1,0.1,0.1,0.2,0.5宜采用早地周年覆盖栽培技术1IJYL>400andJYL<=500andHC=否andGHB=否andSZ=否andGH二是0.1,0.1,0.1,0.1,0.1,0.5建议采用全程膜际栽培或膜际栽培12JYE>400andJYL<=500andHC二否andGHB=否andSZ=否andGH=否0.1,0.1,0.1,0.1,0.1,0.5依照优先规则进行判断13JYL>600andJYL<=9000.4,0.6宜采用早地周年覆盖栽培技术附件3:化学节水子系统规则I)NJ词表:J0:可以不使用化学节水剂jl:十壤增温保墒剂使用方法:先称好成品皿量加少员水稀释调均匀，然后缓慢加水并搅拌至稀释成5一6倍。在加水时3加少员洗衣粉效果更好，根据种子萌芽温度和大气条件决定叹洒时间。一般在止常播期前10人喷'V4,用址按80-100ke/亩为宜。在喷洒时用纱布将配好的乳液过L后用ln雾器la洒即可。洒\n黄土高原iy水农业专家系统的研制后2200一-3300天大不灌水施肥，灌水用沟灌.j2:抗旱剂一号(F八)按种子:队:水=50kg:100g:5kg的比例将FA溶于净水中，多加搅拌，使FA全部溶解，然后均匀撒在种子上，使种子都被FA染黑，堆闷2-4小时即可播种。若无FA，可以用早地龙代替，比例按50kg:1008:6kg。方法同一;j3:吸水剂种子包衣将吸水剂与等斌的填充剂(滑石粉)混匀，然后按3:100的比例，均匀拌撒在事先用水润湿的种子上，干种子喷水量以占种子重5-7%为宜。j4:钙赤合剂钙赤合剂的配制，氯化钙lkg加水200kg配成。.5%的溶液，赤霉素5kg用少量酒精或白酒溶解加入己配好的200k郎aCl2溶液中。搅拌方法:按种子:钙赤合剂=10:1的比例，将种子倒入已配好的钙赤合剂中，边加边搅拌，开始多翻儿次，以免溶液流失。待溶液吸干不再流出时，用塑料布盖好堆闷6-12小时，再摊开凉干。j5:抗早剂一号喷施母用量75g加水69蛇。晴天上午10时前或下午4时后喷施。一般喷一次即可。若遇严重干旱可隔10米连续喷2次J6:吸水剂处理培养土将占培养土重0.3-0.5%的吸水剂与干培养土混合均匀后即可浇水播种j7:吸水剂在苗移栽中的应用吸水剂与水按1:150配成水胶状，然后将刚挖出并去的移栽苗根系放入水凝胶中蘸后取出，水凝胶均匀粘附在苗木根上即可移栽J8:水分蒸发抑制剂采用喷施的方法。亩施抑制剂30-70kgo喷施时尽量均匀，将需处理的地面覆盖均匀。J9:水分抑制剂在小麦上的运用亩用量30-70kg，用喷施的方法，播种时施用，可提前出苗，冬前施可以提前返青。全生育期可以浇水40-80m3/亩。J10:抗旱剂一号拌种按种子:FA:水=50kg:200g:5kg的比例，先将FA溶于净水中，多加搅拌，使FA全部溶解，然后均匀洒在种子上掺拌均匀，使种子都被染黑，堆闷2-4小时可以播种。Jll:抗旱剂一号喷施每亩用50gFA加水60kg，在晴天上午10时前，下午4时后喷施。一般喷一次即可。若遇严重干旱时可以侮10天喷一次，连续2-3次。J12:抗旱剂一号喷施亩用V.75-80gFA加水60kg，在晴天上午10时前，一F午4时后喷施。一般喷一次即可。若遇严重干旱时可以每10天喷一次，连续2-3次。J13:早地龙谷物亩用量以70g左右为宜，加水50公斤。在晴天上午10时前，下午4时后喷施。一般喷一次即可。若遇严重干旱时可以侮10天喷一次，连续2-3次。J14:增温保墒剂川手浸苗移栽用增温保墒剂原液或稀释液将切口、接德、根条等浸阶，可以减少蒸腾、抑制伤流，保持水分。\n2)规则表zwzl=小麦andszfysq=播前土壤处理andtrlx二细砂土andtrhsl<15.2水分抑制剂在小麦上的运用亩用V30-70kg，用喷施的方法，播种时施用，可提前出苗冬前施可以提前返青。全生育期可以浇水40-80m3/亩.zwz1=小麦andszfysq=播前土壤处理andtrlx=细砂土andtrhsl>=15.2可以不使用化学节水剂zwzl=小麦ands晦sq=播前土壤处理andtrlx=沙壤土andtrhsl<20.8j9zwzl二小麦andszfysq=播前土壤处理andtrlx=沙壤土andtrhsl>=20.8j0zwzl=小麦andszfysq=播前土圾处理andtrlx二中壤土andtrhsl<20.8j9zwzl二小麦andsz勿sq=播前土壤处理andtrlx二中壤土andtrhsl>=20.8j0zwzl=小麦andszfysq=播前土壤处理andtrlx=重壤土andtrhsl<20.8j9zwzl=小麦andszfysq=播前土壤处理andtrlx=重壤土andtrhsl>=20.8j0zwzl=高粱andszfysq=播前土壤处理andtrlx=细砂土andtrhsl<15.2土壤增温保墒剂使用方法:先称好成品重量加少量水稀释调均匀，然后缓慢加水并搅拌至稀释成5-6倍，在加水时3加少量洗衣粉效果更好，根据种子萌芽温度和天气条件决定喷洒时间。一般在正常播期前10天喷洒，用量按80-100k创亩为宜。在喷洒时用纱布将配好的乳液过滤后用喷雾器喷洒即可。楠共In-1f)千丈准介体urn挑*田湘滋月anzwzl=高粱andszfysq=播前土壤处理andtrlx=细砂十︺trhsl>=15.2可以不使用化学节水剂月anzwzl=ik,粱andszfysq=播前土壤处理andtrlx=沙壤土Utrhsl<20名j1andzwzl=高粱andsz勺sq=播前土壤处理andtrlx二沙壤土trhsl>=20.8j0andzwzl=高粱andszfysq=播前土壤处理andtrlx二中壤土trhsl<20.8j1andzwzl=高粱andszfysq=播前土壤处理andtrlx=中壤土trhsl>=20.8j00.1,0.2,0之,0.5andzwzl=花生andszfysq二播前土壤处理andtrlx=细砂土trhsl<15.2j1zwzl=花生andszfysq=播前土壤处理andtrlx二细砂土andtrhsl>=15.2j0zwzl二花生andszfysq=播前土壤处理andtrlx二沙壤十andtrhsl<20刀j1zwzl=花生andszfysq=播前土壤处理andtrlx=沙壤土andtrhsl>=20.0j0zwzl=花生andszfysq=播前土壤处理andtrlx=轻壤土andtrhsl<20.8j1zwzl=花生andszfysq=播前土壤处理andtrlx=轻壤土andtrhsl>=20.8j0zwzl=花生andszfysq=播前土壤处理andtrlx二中壤土andtrhsl<20.8j1zwzl=花生andszfysq=播前土壤处理andtrlx=中壤土andtrhsl>=20名j0zwzl=花生andszfysq=播前土壤处理andtrlx=重壤十andtrhsl<20.8jlzwzl=花生andszfysq=播前土壤处理andtrlx=重壤土andtrhsl>=20名j0\n黄士高原17水农业专家系统的研制zwzl=瓜类andszfysq=苗床处理j1orj8zwzl=瓜类andszfysq=种子处理j23orj3orj4zwzl=瓜类andszfysq=开花结实j5an月zwzl=西红柿钊szfysq=苗床处理jlOj8j6an刁zwzl=西红柿Uszfysq=种子处理j2Jzwzl=西红柿anUszfysq=移栽时j7Jzwzl=西红柿anUszfysq=开花结实j5zwzl=蔬菜andszfysq=苗床处理j8zwzl=菜andszfysq，种子处理j2zwzi=小麦andszfysq=种子处理jIOj9zwzl=小麦andszfysq=火喇叭口期j12zwzl=小麦andszfysq=吐丝期j12zwzl=水稻andszfysq=苗床处理j1zwzl=水稻andszfysq=种子处理j10zwzl=水稻andszfysq=孕穗期j13zwzl=棉花andszfysq=苗床处理j1zwzl=棉花andszfysq=种子处理j2,j4zwzl=棉花andszfysq=水分临界期j12zwzl=甘薯andszfysq=苗床处理j1zwzl=甘薯andszfysq=扦插移栽j14zwzl二苗木andszfysq=苗床处理j1zwzl=苗木andszfysq=移栽时j7\n\n\n\n\na-致谢首先要感谢我的导师上官周平研究员和史俊通教授。在三年的科研工作中，上官老师放开手去，让我大胆的独立从事工作，他一方面对我很信任，另一方面又适时给以点拨，往往使我在工作无法进行下去时找到新的突破点，使得工作能够顺利的进行下去.上官老师不事虚夸的作风，踏实为人(文)的个人魅力也深深的教育了我，使我看到了科研工作的艰辛与科研自身所有的独特的吸引力。上官老师宽厚温良，对我在生活上也给予了很大的帮助，使我和我的父母弟妹能够从容的度过家庭最痛苦的时刻。感谢史老师给予我进一步深造的机会，在选定题目、工作中可能遇到的问题上给予我高屋建瓶的指导，使我在系统的开发上少走了很多弯路。其次，我要感谢以下各位:陕西省农科院王赛研究员，刘党校师兄，农学院王立祥教授，韩思明教授，薛吉全研究员，张保军教授，麦类作物学报编辑许育彬师兄，感谢他们无偿向我提供自己的知识、经验和宝贵资料，为我在开发系统时提供方便的知识来源;感谢李军教授对我在专家系统基础知识上的帮助;感谢西安交大信息工程学院刘晓东教授和研究生张利霞，在系统开发和合作期间对生活的照顾。感谢周正朝师弟在所熟知的化学节水领域内给我的帮助，和对化学节水子系统规则进行先期的编写工作!感谢师妹任书杰、郑淑霞和资环学院”级刘辉同学在大田试验中给予的帮助!感谢我的父母二十多年来对我的培育，谨以此文，表达对他们的无上敬意!顺祝所有给予我帮助的老师、同学事业能更进一步!毛明策2002年5月30日于杨凌\n作者简介毛明策，男(1977-)，陕西西安人，2000年毕业于西北农林科技大学农学专业，获得农学学士学位;同年考入西北农林科技大学作物栽培学与耕作学专业攻读硕士学位，师从史俊通教授和中国科学院水利部水土保持研究所上官周平研究员。发表论文情况1。毛明策，郭东伟，梁银丽水分处理对油菜叶位光合速率、蒸腾速率及水分利用效率的影响.中国生态农业学报，2001,9(1):49-512.毛明策，上官周平，刘晓东，马书尚，宋晓彬，姚春潮，陆丽娜.称猴桃优质管理专家系统系统的研制与应用.西北农林科技大学学报，2001，29(5):75-783.张雷明，上官周平，毛明策，于贵端.第期施肥对旱地小麦灌浆期叶绿素荧光参数的影响.应用生态学报，2003,14(5):695-6984.周正朝，毛明策，刘晓东，上官周平.早作农业区化学节水专家系统的研制.干早地区农业研究，2003,21(2):41-44获奖情况2000年获西北农林科技大学“优秀研究生干部”称号;2001年获西北农林科技大学“优秀研究生干部”称号;