當前我國水稻生產(chǎn)依然面臨著糧食安全、氣候變化、面源污染等一系列問題。從水稻生產(chǎn)角度剖析,水稻生長強烈依賴于氣候、土壤等自然條件以及施肥、灌溉、栽培等管理措施。山東省水稻品質(zhì)優(yōu)良,單產(chǎn)水平高,尤其是在山東湖洼地帶、沿黃(河)地區(qū)和濱海鹽堿區(qū)域,水稻是一種生態(tài)適宜作物,具有其他作物無法替代的優(yōu)勢。為了進一步發(fā)掘山東水稻生產(chǎn)優(yōu)勢,探索環(huán)境友好型水稻綠色生產(chǎn)模式,本研究在對山東省水稻產(chǎn)區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行系統(tǒng)評價的基礎(chǔ)上,開展了水稻生產(chǎn)潛力及產(chǎn)量預測模型的研究,獲得如下主要研究結(jié)果:(1)山東省水稻產(chǎn)區(qū)生態(tài)評價。本研究針對山東省水稻主要產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)條件、氣候資源、土壤肥力及環(huán)境質(zhì)量進行系統(tǒng)評價。結(jié)果表明山東省整體生態(tài)條件適宜性良好,水稻生長季光照時數(shù)平均達到1172.8 h,有效積溫達到4094℃,光溫條件優(yōu)越;土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量水平較高,重金屬污染元素含量低。這些優(yōu)越的生態(tài)環(huán)境條件使山東省成為我國北方重要的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻產(chǎn)區(qū),但受制于水資源總量限制,山東省水稻種植面積呈現(xiàn)連年下降趨勢。此外,在山東稻麥兩熟地區(qū)(臨沂庫灌稻區(qū)),化肥施用量較高,茬間和稻作季存在氮磷施肥不平衡現(xiàn)象,面源污染風險突出,是目前山東水稻生產(chǎn)中的最主要問題。(2)基于改進的潛力遞減法的山東省水稻生產(chǎn)潛力研究。在氣候生產(chǎn)潛力的基礎(chǔ)上,考慮土壤肥力相關(guān)因子,對山東省水稻生產(chǎn)潛力進行挖掘,研究結(jié)果表明,自然降水條件下的山東水稻生產(chǎn)潛力約占灌溉條件下水稻生產(chǎn)潛力的50%,因此灌溉是保證山東水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要措施。當前山東水稻單產(chǎn)僅占稻田土壤生產(chǎn)潛力的67.5%,品種雜亂、病蟲草害防控技術(shù)不到位、機械化簡易化生產(chǎn)技術(shù)不完善、稻米產(chǎn)品品牌創(chuàng)建滯后是制約山東水稻可持續(xù)發(fā)展的主要因素。(3)基于智能算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時間序列產(chǎn)量預測模型研究。對山東水稻的產(chǎn)量前景進行預測研究,研究綜合了遺傳算法、人工蜂群算法和粒子群算法,并對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行了優(yōu)化,建立了BP(1)、GA-BP、PSO-BP和ABC-BP等四個水稻產(chǎn)量預測模型。實驗結(jié)果表明,四個產(chǎn)量預測模型的MAPE值分別是5.72%、5.15%、4.93%和5.32%,RMSE%值分別是7.42%、6.74%、6.14%和6.6%,Theil IC值分別是3.48%、3.16%、2.88%和3.15%。研究表明,與BP(1)算法模型相比,經(jīng)過智能算法優(yōu)化后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),其預測效率、預測精度和預測穩(wěn)定性明顯提高,其中表現(xiàn)最好的是PSO-BP模型。采用PSO-BP模型對未來3年的水稻產(chǎn)量進行預測的結(jié)果表明,山東水稻產(chǎn)量依然有明顯下降趨勢,需要引起有關(guān)部門的重視。(4)基于粗糙集優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的山東省水稻產(chǎn)量預測模型研究。研究采用粗糙集優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),對影響山東水稻產(chǎn)量的眾多因子進行了約簡,通過消除冗余,簡化結(jié)構(gòu),分別建立水稻產(chǎn)量預測模型BP(2)和RS-BP,實驗結(jié)果表明,預測模型BP(2)與RS-BP的MAPE值分別為10.22%、4.00%,RMSE%值分別為12.05%、4.28%,Theil IC值分別為5.70%、2.02%。RS-BP模型在預測速度和精度方面,明顯優(yōu)于BP(2),也優(yōu)于基于BP(1)的時間序列預測模型GA-BP、PSO-BP和ABC-BP。(5)山東省水稻信息管理及產(chǎn)量預測系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。基于對山東省水稻產(chǎn)區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀的調(diào)查數(shù)據(jù)和產(chǎn)量預測模型研究結(jié)果,設(shè)計與開發(fā)了山東省水稻信息管理及產(chǎn)量預測系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計原理,采用編程語言實現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)和界面定制,實現(xiàn)了水稻信息管理、生產(chǎn)潛力計算與產(chǎn)量預測模型與計算機技術(shù)的耦合,建立的水稻綜合服務(wù)平臺可為山東省水稻生產(chǎn)管理和科研部門提供數(shù)據(jù)查詢、潛力估算、產(chǎn)量預測等服務(wù)功能。
【學位單位】：湖南農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S511
【部分圖文】：

中期主要進行山東省水稻生產(chǎn)狀況研究、氣候資源特征演變研究、稻作區(qū)土壤及土壤環(huán)境質(zhì)量評價研究、山東省水稻生產(chǎn)潛力估算及山東省稻作區(qū)水稻產(chǎn)量預型構(gòu)建及驗證等；后期主要針對相關(guān)研究，構(gòu)建山東省水稻信息管理及產(chǎn)量預測系統(tǒng)，并提出山稻作區(qū)水稻生態(tài)評價與綠色增產(chǎn)對策及建議。本研究的詳細技術(shù)路線如圖 1-4 所示。

光熱資源充沛，夏季降雨集中，年均氣溫 11℃日照時數(shù) 2300～2900 h，自然生態(tài)條件優(yōu)越，適宜水稻國典型的北方水稻高產(chǎn)區(qū)之一，屬于單季粳稻產(chǎn)區(qū)，，單稻種植區(qū)域分布在濟寧、臨沂、日照、菏澤、濟南、德壤類型省第二次土壤普查資料統(tǒng)計，山東省土壤總面積為 1211 77.03％。土壤類型主要包括棕壤、褐土、潮土、砂姜黑積分別是：棕壤，14.09％；褐土，14.66％；潮土，38.5，3.1％；水稻土，1.1％，具體如圖 2-1 所示。

圖 2-2 山東省水稻種植區(qū)域土壤類型分布Fig. 2-2 Soil types of rice cultivation in Shandong Province品種資源源分布廣，種類齊全。經(jīng)過長期的自然選擇和人工培育，，代表品種有曲阜香稻、明水香稻、水牛皮等[186]。近年稻高產(chǎn)品種圣稻 17[187]、直穗型中晚熟耐鹽堿性品種圣稻稻 19[189]。種植區(qū)域北單季黃淮稻作帶，水稻種植主要沿河湖及澇洼地分布，為濟寧濱湖稻區(qū)、臨沂庫灌稻區(qū)、沿黃稻區(qū)和鹽堿稻區(qū)。：主要包括濟寧市郊、魚臺、嘉祥、微山、棗莊市的臺臨南四湖，溫熱條件較好，可種植中晚熟品種，生育期在42

本文編號：2827095