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郑可锋等：数字农业技术研究进展 171

（4）依据数字化对象的尺度大小，其研究与应用

层次可以是农业生物系统的分子、细胞、个体和群体水平乃至全球或区域自然环境和整个社会的水平。

领域与国外比较还有较大的差距。现有的模型系统大多注重局地、特定种群或个体状态和行为的专用性、预测性，经验性参数较多，模型的机理性、适用性和可用性较差，且往往侧重于作物生长发育的某些方面，难以定量描述和预测作物生长系统中复杂过程间的相互关系及综合表现。养分过程模型与模拟1.1.2土壤水分、

目前开发的最复杂、较完善的作物生长机理模型仍还不能准确模拟实际田间作物的生产力，1

国内外数字农业技术研究应用

进展

目前国内外在数字农业技术研究、产品开发

方面已取得了很大进展，从农业的各个层次和各个方面进行了研究和探索，取得了众多的技术进步和成果，主要表现在以下几个方面。1.1

农业生产过程的模型技术

模型技术（modeltechnology）是决策支持系统和虚拟农业（virtualagriculture）研究的核心技术。计算机系统通过数字化模型模拟的对象是具有各种不同属性、层次或规模的农业生物系统。目前，世界各国已开发的各类模型从区域宏观农业经济发展模型到微观分子水平，几乎涉及到农业生产的所有方面，研究范围从全球到各国家、地区、农区、农场、生物群体和个体结构与功能及其消长规律等不同层次。

1.1.1作物生长发育模拟模型

作物生长发育模型与模拟是近40年来国际学术界的一个热点，目前已发展为当今最为活跃的前沿性农业科研领域之一，是数字农业技术体

系的重要基础和关键技术［10］。美国、荷兰、以色

列等国家在这个领域的研究与开发应用处于世

界前列［11］

。其中，美国已将作物模型与模拟技

术成功地应用了到实际生产中。例如能够模拟玉米、小麦、水稻等作物生产的CERES模型系

统，是当今世界最具代表的系统之一［12］

。20世纪90年代以来，作物生长（产）模拟继续朝着应用多元化方向发展，作物生长模型的智能性、机

理性和预测性不断得到改进和提高

［13］

。当前，国外作物模拟研究更侧重于对现有模型的完善，主要包括提高模型的普适性、准确性和应用的简易性等，并逐渐与其它学科模型交互衔接，从而使它们能成功地应用于农业生产及资源环境的

管理等更广泛的领域［14，15］

。

过去的十多年来，我国学者也开展了这方面的研究，取得了一些理论模型系统，然而该技术

其原因之一是作物生长机理模型与土壤水分、养分模型很难紧密结合。荷兰的SWAN5就是在作物生长模拟模型和土壤水分、养分运移过程模型研究基础上，完成的两类模型的初步整合。这类模型的研究和建立对目前作物生长机理模型的改进和农田水肥调控具有重要作用，特别是对建立土壤水分、养分调控，研究土壤空间变异性机

理具有重要意义

［16］

。关于农田肥、水管理，已有的研究都是直接基于不同灌水量和施肥量与产量的回归方程模型，并在这些模型的基础上提出了一些肥、水优化管理措施。由于各地区气候、土壤条件不同，这类模型很难实现在不同地区和不同土壤条件下应用。目前，基于土壤水分、养分运移与作物生长相结合建立的农田水肥优化模型，国内外都尚处于起步阶段。1.1.3

动物生产过程模型与模拟

20世纪90年代以来，

动物生产过程模型的研究相对于植物生产研究较少［1］

。澳大利亚曾研制开发了仔猪利用能量和蛋白质的模拟程序。最近又开发了仔猪从出生、成长对能量和氨基酸利用的模拟程序，用于定量饲养和预测动物行为，已进行实验性应用。英国、日本等国也有类似的研究。1.2

动植物数字可视化表达与虚拟农业虚拟农业技术是虚拟现实技术（virtualtech-nology）

向农业技术领域渗透的技术，体现了农业知识和信息技术的高度集成。它在计算机上以三维可视化的方式对农业信息进行组织、管理和表现，，逼真地再现了各种条件变化对农业系统行为的影响，更加形象和精确地帮助人们进行有预见性地科学决策，采取合理的措施，使农业系统行为按照人类需要的方向发展。虚拟农业技术

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