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农业信息技术第一章农业信息技术概述信息信息源所发出的各种信号和消息经过传递被人们所感知、接收、认识和理解的内容的统称。1、信息技术：是获取、处理、传递、储存、使用信息的技术。2、农业信息技术：利用信息技术对农业生产、经营管理、战略决策过程中的自然、经济和社会信息进行采集、存储、传递、处理和分析，为农业研究者、生产者、经营者和管理者提供资料查询、技术咨询、辅助决策和自动调控等多项服务的技术的总称。3、农业信息技术体系：农业信息获取信息获取技术包括航空航天遥感技术、全球定位技术和地面各类调查和无损快速监测技术。信息处理、信息处理技术主要包括地理信息技术提供的空间分析技术、人工智能技术和各类专业模型技术，用来对各类信息进行分析和再加工信息模拟信息模拟技术主要包括模拟模型技术、虚拟现实技术和一些辅助表达技术，用来构建仿真型和虚拟化的农业生产系统，并模拟再现作物生长过程及生产管理效应信息控制信息控制技术主要是在信息处理和模拟预测的基础上，对农业生产系统进行科学的优化设计和管理调控，以获得最佳的系统表现和综合效益。4、农业信息技术的作用？①可以增强对农业研究对象的量化描述和认识，综合发展和集成单一农业理论与技术，并实现农业科技成果的广泛传播和推广应用。②可以提高农业管理决策的科学性和预见性。③促进产品市场的贸易和流通，并可以促进农村教育水平的提高。④改进各级农业部门综合管理和服务功能，提高农业农村经济效率和有序度，有助于农业社会化服务体系的完善。⑤有助于农业自然资源、经济资源合理有效配置和优化利用，发展优质、高效、生态和安全农业。5、农业信息技术的应用？①农业资源和农情动态的无损化监测②农业生产的智能化决策③农作物产量与生产力的数字化预测④农业温室的自动化控制⑤精确农业的集成化示范我国农业信息技术发展现状科学研究方面1.进行数字农业关键技术研究和产品开发，初步形成我国数字农业技术框架。2.建立了小麦、水稻、玉米、棉花四大作物的气候-土壤-作物综合系统模型。3.初步构建了软件和硬件一体化精确农业生产技术平台。4.初步形成了畜禽数字化养殖技术平台和数字林业公共技术平台框架。5.先后在上海浦东、吉林、黑龙江、新疆以及北京的小汤山等地建立了设施农业数字化技术、大田作物数字化技术和数字农业集成技术综合应用示范基地。存在问题1.农业信息技术的应用开发研究尚处于分散无序、部分分割状态，信息资源封闭、不能共享。2.计算机应用系统发展不充分、不平衡，数据库总量不足、结构失衡、欠缺和重复并存。3.农业信息技术产品少，商品化的应用软件少，而且存在低水平重复的问题。农业持续发展面临的新挑战1、耕地减少、人口增加、单产增幅下降。人口增长和粮食危机是一个世界性的难题。2、有限的农业资源低效利用，甚至浪费严重；生态环境恶化，已经威胁到农业的可持续性发展。3.在一些发展中国家和地区，贫穷往往和农业联系在一起，现代科技革命的成果很少4、世界性贸易体系的形成，贸易保护主义政策已被突破。农产品的国际市场竞争愈益加剧，21世纪国与国之间的竞争更加取决于信息的占有及其运用程度。被采用。农业科技教育的投入受到极大的制约。5、中国社会经济体制的转变，促使农民变为既是生产者，又是经营者和决策者。农民的科技意识和信息意识将对农业资源的有效管理与利用和增加收入具有决定性影响。第三章农业模拟模型1、数字农业（信息农业）：运用数字地球技术实现农业要素和农业过程的数字化、网络化、自动化以及智能化，形成数字驱动的农业生产管理体系。2、农业模拟模型：以农业系统中的内在规律和相互关系为基础，综合系统内在特征、环境效应、技术调控之间的因果关系，是对系统成分及其相互关系的一种简化的数学表达。3、作物模拟模型：着重利用系统分析方法和计算机模拟技术，对作物生长发育过程及其与环境和技术的动态关系进行定量的描述和预测。作物模拟模型是农业模拟模型的核心内容。4、支持研究：服务于作物生长模拟的研究工作称为模拟的支持研究。这类研究的共同特点:是试图确立可用于不同条件的一般规律和定量方法。作物生长模拟支持研究主要有两个方面：（1）已知因果关系或基本模式但缺乏特定的数量表达或算法程序。（2）相对不了解而有待探索的某些过程，称为黑箱。5、生长度日（GDD）：一定时期内高于基点温度的每日平均温度与发育基点温度差值的累积值，其单位为℃d。6、模拟模型具有其他研究手段不可替代的功能：理解、预测、调控。7、作物模拟模型最重要的技术基础是:作物生理生态学原理、系统分析方法和计算机编程技术。作物生理生态知识是建立作物生长系统的概念模型直至量化模型的关键。系统分析方法是作物模拟研究的基础。计算机程序技术是模拟研究的辅助工具。（判）8、系统研究的主要目的是预测系统的行为、改善系统的控制或设计新的系统。系统研究可分为两个主要领域或阶段：系统分析和系统合成。系统分析：将一个系统分解成主要成分，研究系统的成分及其关系，提供系统的定量描述（系统模型）来预测系统的行为。系统合成：主要研究如何运用从系统分析中获得的知识或系统模型来改良系统（系统控制或系统管理）或设计新系统（系统设计）。9、作物模型的机理性与经验性是两个重要的特征。机理性或经验性的选择取决于以下四个因子：1）应用与研究，应用性模型有较强的经验性，研究性模型则注重机理性。2）资料的可用性，丰富的资料可深化对机理性过程的认识。3）黑箱模拟的运用，有助于增强机理性，但要以合理的假设为基础。4）系统的级别，级别低的模型具有较强的机理性。10、作物模拟的基本技术：遗传参数法（遗传参数是指描述非逆境下种或品种基本遗传性状的一组特征值）；遗传参数的确定1）可直接通过控制环境下的试验研究获得。2）依据田间试验数据通过最小二乘法等决定。遗传参数的确定原则：遗传参数既要符合作物生理学的认识和规律，又要为作物育种家所理解和接受，主要是量化品种间最基本的遗传性状差异。一个品种的遗传系数一般以10-15个左右为最适，最多不超过20个。析因方法与系数法（作物的生育过程往往由多个环境因子所控制，包括温度、光照、水分和养分等。定量这些因子的互作主要是通过单个因子的因素互作而非复合因子的多元回归）。1）析因法的主要特征以系数的形式来分别建立不同单因子的响应模型或效应因子模型，然后以一定的数学方法来定量这些系数间的互作，即将多因子响应模式进行简化处理。系数化将效应因子的特征值一般设定在0-1之间。2）系数互作的计算方法主要有最小法和乘积法。最小法依据于最小因子法则，认为系统的表现主要受最小系数的限制。乘积法则依据于不同因子的相互作用原则，认为系统的表现同时受多因子的影响，而并非与最小因子的水平呈线性关系。一般情况下，当系统的因子水平较低时或表现限制因子作用时，最小法可能更合适。但当因子水平较高时或表现报酬递减作用时，乘积法在理论和实践上都更合适。11、模型的检验包括对模型的敏感性分析、校正、核实、测验等四个主要过程。12、作物模拟模型的特征：系统性、动态性、机理性、预测性、通用性、便用性、灵活性、研究性。动态性和预测性是作物模型最显著和最重要的特征。1）系统性。对作物生育过程进行系统的、全面的分析与描述。2）动态性。包括受环境因子和品种特性驱动的各个状态变量的时间过程变化及不同生育过程间的动态关系。3）机理性。在经验性或描述性的基础上，通过进行深入的支持研究，模拟较为全面的系统等级水平，并将其进行有机结合，从而提供对主要生理过程的理解或解释。4）预测性。通过正确建立模型的主要驱动变量及其与作物状态变量的动态关系，对不同系统提供可靠的定量描述。5）通用性。原则上适用于任何地点、时间和品种。6）便用性。可为非专家操作应用，可利用一般的气候、土壤及作物资料。7）灵活性。可容易地进行修改和扩充以及与其它系统相耦合。8）研究性。除了应用性以外，还可用于作物生理生态与栽培育种等领域的研究工作。利用作物生长模型进行模拟研究，可以避免实物研究中干扰因素多、周期长、费用高等不足。13、作物模型的主要应用有四个方面，即教学、研究、管理、评估。14、不同学派的发展特点？（判）国际上的作物模拟研究可以概括为三个学派，分别以荷兰、美国、中国为不同学派的突出代表。荷兰的作物模型研究注重模型的机理性、研究性、数学化，因此模型多偏重于理论研究。美国科学家提出的模型更强调模型的系统性、预测性、通用性。中国的模型一般注重实用性和预测性，因此具有较强的地域性和经验性。另外有些系统的功能比较单一，往往侧重于作物生育的某些方面，难以定量描述和预测作物生长发育的综合关系。15、实现数字农业的步骤？①各种因素的数字化任何农业系统都有四大要素组成，即：农业生物要素，农业环境要素，农业技术要素，农业社会经济要素。②各种过程的数字化：农业数学模型，简称：农业模型农业模型：以农业问题的整体（或以农业系统）为对象，应用系统的观点与方法，进行农业结构与功能的分析，可以反映、模拟，并指导各种农业过程的计算机程序或软件。16、作物模型的类型？作物模型按不同的功能特征可分为：经验模型与机理模型、描述模型与解释模型、统计模型与过程模型、应用模型与研究模型、单一模型与综合模型。17、经验性模型的优缺点主要表现为：容易理解和使用、输入变量和资料少，但模型的解释性和广适性差。18、机理性模型的优缺点主要表现为：具有内在的动态反馈机制、较强的解释性和广适性，但难以理解和使用、输入多而输出欠稳定。19、作物模拟研究的一般规则？①一个应用性较强或注重宏观预测的模型，研究的系统水平可以高一些，系统的成分简单一些。②一个机理性和经验性兼顾的模型,模拟的层次应低于研究目标两个级别。③一个机理性和解释性较强的模型，其模拟研究的层面可低于目标三个水平。2、农业模型的种类1）农业模拟模型2）农业经济模型3）农业专家系统4）农业综合模型作物模拟模型的意义作物模型最重要的意义是对整个作物生育系统的知识进行综合，并量化生理生态过程及其相互关系，即综合知识和量化关系。系统是一个包含相关成分的集合体。(1)系统组成：系统的成分、系统界面、系统的环境系统成分是构成系统的内在实体元素，系统环境是影响系统行为的外部因素，系统界面是系统的内在成分与系统环境之间的分界线。3、模拟研究的尺度作物模拟必须面对不同的尺度和研究范围。作物模拟的尺度具有三维的特性：时间性、空间性、复杂性（如积温）。大尺度模型往往注重宏观的经验性和描述性，小尺度模型则注重微观的机理性和解释性。状态变量随时间而变为动态模型。状态变量受到不同过程的影响而变，如生物量受光合和呼吸作用而变，称为过程模型或连续模型。三、作物生产系统的水平分析根据生态限制因子对作物生理过程和生产系统的影响进行分类，按照产量递减的顺序，可以把作物生产系统分为五个水平。第一水平：光温潜力即使在最优栽培条件下，作物生长系统通常也要受到光照和温度的制约，因此光温条件是任何作物模型的最基本驱动变量。第二水平：水分限制作物生长至少在部分生长季节里受到水分可用性的限制。第三水平：氮素调控作物生长至少在部分生长季节受氮素不足的制约，或同时还受水分短缺或恶劣天气的影响。第四水平：磷钾等养分的调控作物生长优势还受土壤中磷、钾及其它矿物元素的制约。这种情况通常发生在土壤过度利用的农业生产系统或特殊土壤理化性状的地区。第五水平：病虫草害等生物灾害的影响在这种生产水平下，作物系统除受到气候、水分和矿质营养等非生物环境因素的影响外，还受到病虫草害等生物因子或逆境的干扰和抑制。荷兰科学家在上述水平划分的基础上，进一步提出了农业生产系统分类的修订方法:将作物生长状况分为：潜在生长，可获得的生长，实际生长三大类。四、作物模拟模型的亚系统成分整个作物生育及其环境系统一般可分解成六个相互关联的亚系统。第一亚系统:作物的阶段发育与物候期主要是有关以温光反应为基础的茎顶端发育阶段以及以外部形态特征变化为标志的生育时期.第二亚系统:作物植株的形态发生与器官建成过程包括根系、叶片、茎秆、小穗、小花、籽粒等器官发生与形成的规律、数量与质量等。第三亚系统:植株的光能利用与同化物生产包括叶片和冠层的光合作用、呼吸作用、