基于ASP.NET的无污染橙类水果专家系统的开发外文翻译资料

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基于ASP.NET的无污染橙类水果专家系统的开发

摘要

本文基于ASP.NET开发了一套橙类水果树施肥专家系统。该系统可以根据地理位置和气候来模拟并制定年轻和成熟树木的年度施肥计划。本文介绍了该系统的设计条件、框架、生产和部署情况。它展示了橙类专业的特点，是一套典型的在线农业专家系统。利用该系统进行橙类水果管理能够降低生产成本，同时保证水果质量和提高经济效益。使用该系统的农民节省了N投入41-238克/株，P2O5投入3-24克/株，K2O投入1-36克/株，并且以6-17公斤/株获得更高的产量。

关键词：合理施肥，专家系统，橙果树，ASP.NET

引言

如果施肥不当，即使种植区域的环境条件、品种、病虫害防控满足植物的生长要求，也不能达到高效种植的目标。橙树是典型的热带和亚热带常绿常绿果树，在适宜的条件下可以全年生长，并且没有明显的深度休眠。它的肥料需求已经被证明超过大部分的落叶果树，并且种类和品种众多（Xu 2003）。一直以来，开发一套实现零污染种植目标的系统都是十分复杂的。大量研究表明，由于橙子的果实年产量、果树成长趋势和果园土壤养分含量较弱，难以推广基于土壤测试的施肥推荐(Zhang and Hu 1985; Zhou 1988, 1989, 1994, 2003)。在本研究中，发现就大部分果园的条件、技术能力和高效无污染的橙园施肥经验而言，实现橙果树无污染施肥的最佳途径是通过应用农业专家系统指导施肥。

该系统的基础知识

无污染的橙类品种和种植土壤质量标准

按照国家标准GB18406.2-2001的规定，无污染水果包含两个方面：一方面是重金属和有害物质的允许浓度限制，另一种是农药残留量的最大限制。与施肥相关的主要因素是前者，重金属和农药含量的指标限制见表1。

表 1橙类水果和土壤中某些重金属和有害物质的允许浓度限制

施肥对橙类品种和果园环境的影响

化肥是橙子和果园环境污染的重要来源。 不恰当或忽视的施用有机或无机肥料会污染橙子，果园和周边地区。在满足无污染种植的前提下，As，Hg，Pb，Cr，Cd，F等重金属不得超过国家相关标准，这些重金属与施肥几乎没有关系。然而亚硝酸盐和硝酸盐却与施肥有着密切的关系(Nakhalla and Hake 1998; Lenz 2000; Mattos et al. 2003; Menino et al. 2003)。许多研究表明，过量的化学氮肥导致橙类和果园土壤中过量的氮素累积(Obreza and Rouse 1993; Alva et al. 1999; Boarctto et al. 1999)。过量使用化肥或者有机肥与化肥不恰当的比例会导致土壤有机质不足和多余的养分通过径流、淋溶、反硝化作用和侵蚀等方式进入环境中，造成水、土壤和大气污染(Lea Cox et al. 2001; Paramasivam et al. 2001)。

无污染施肥的关键技术

无污染施肥的目标不仅为了提高水果的产量的质量，而且在于保护和改善产区的生态环境和限制因施肥不当造成的农业污染。保护和改善产区的生态环境可以使得无污染的橙类生产可持续发展。

为了达到这一目标，首先必须使用专家的经验，并在化学，物理和生物测试方面对系统进行检查。在以上分析的基础上，分析了各个层次的橙类专家的无污染化方法和思路。因此，根据Embleton（1998）的方法，关于无公害施肥的关键技术的目标如下：1）关于N，P，K化肥年度应用量的决定，专家的想法是土壤条件决定了生产，生产决定了需要的氮量，这又决定了磷和钾的需求; 2）根据专家的经验，确定了果实的营养状况，推荐施用二次和微量营养素肥料; 3）根据当地的地理和气候条件，不同生育期（花，稳定的果实，壮硕的果实和可采摘果实）的肥料比例和施用时间由专家的想法制定。在施用期间，制定肥料组合; 4）根据A，B，C的结果制定了年度施肥计划，并且必须小心以确保每种措施与施肥和橙类水果的生长密切相关。

系统设计

系统功能

作为一个集成的系统，这套系统不仅具有专家系统的功能，还具有数据查询，相关理论和知识介绍，用户注册和管理，相关网站连接以及多媒体功能的作用等。

系统的模块集和框架

为了满足系统的功能需求，设立了六个模块：1）专家系统有三个模块，包括树苗和成熟树木施肥项目的模拟和制定，以及诊断营养物质干扰（Kato 1980; Calot et al。1994）; 2）数据查询功能有三个模块，分别为橙类品种查询，有机肥含量查询，无机肥料物理化学特性查询。 3）由橙果树施肥方法和特殊果树施肥技术组成的技术操作模块（Obreza 1993）; 4）由橙类必需营养元素和橙类养分吸收影响因素组成的相关知识模块（Alva and Tucker 1997）; 5）多媒体，摄影和六个模块分别的视频角色; 6）具有主页，登录系统，用户注册，信息修改，密码查询，注销，网站连接，系统参考模块等8个模块的Web应用程序模块。系统框架见图1。

图 2系统框架

模块关系分析

树苗和成熟树施肥项目的模拟和制定是该系统的两个核心模块。所有其他模块都与它们进行交互。橙类营养元素和必需的肥料特征模块为施肥项目的模拟和制定提供了理论支持，并在提高用户对施肥项目理解的同时，影响营养吸收模块传播了相关知识（Kato 1996）。营养物质干扰模块的经验诊断支持了次要和微量营养素应用的基础。橙树和特殊树木模块的施肥方法为用户施肥施肥项目提供了技术介绍。常见的有机和无机肥料模块提供数据以支持肥料的最佳组合。通过播放视频和照片，摄影和视频模块的作用是提高系统的视觉能力和应用效果，最终提高用户对施肥项目的信心。

专家系统功能的实施项目

专家系统功能模块的实施是关键。 显然，其他功能模块已经有了成熟的技术和方法。 然而这里没有讨论其他功能模块。 突出了成熟树苗的施肥方案的模拟与制定的实施和营养失调模块的经验诊断。

成熟树苗的施肥项目的模拟和制定

施肥项目是每项施肥工作和每项技术措施的操作指南，包括每种肥料的数量，施用和分配比例，施用时间和方法，肥料来源和组合等。在营养特性方面，不同橙树品种，无污染施肥思路和橙种植专家的经验，采用了以下表达形式。

知识的表达：产生知识的规定 模型

结果推论：正向推论

氮、磷、钾植物营养元素的年施用量是模拟和制定施肥项目的基础。影响氮、磷、钾年施用总量的的因素较为复杂，这些影响因素受橙类基因特性和特殊环境条件的控制(Alva et al. 1999)。这个模块利用周等人开发的橙类果树无污染施肥操作模型(2009)来决定氮、磷、钾元素的年应用率。这个模型的自变量是包含橙类型(X1)、树龄(X2)、单株产量(X3)、土壤有机质的丰富或匮乏水平(X4)在内的一组变量，模型的功能是使用多变量的二次多项式和S形曲线函数计算氮肥在橙树上的年施用量(表2)。这项功能也有着明显的、策略的和相互作用的特征(图2)。

表 2该模式的数学公式（张和胡 1985）

图2橙类果树无污染施肥操作模型的结构图

模拟和制定成熟树木施肥项目的过程如下：

1）这套系统利用该模型，基于地理位置和气候，根据橙果树的种类，树龄，单株产量和土壤有机质含量丰富或不足，决定氮，磷，钾肥施用量的年均总和。次要和微量营养素肥料的决定是基于营养经验诊断的结果;

2）根据不同类型的桔树所需营养特性，系统决定不同生育期（花期，稳定的水果和壮硕的水果）的N，P和K的比例;

3）根据有机肥和低效肥为主，普通肥，快效肥为次要原则，优化不同生育期时的肥料和肥料组合（花期，果实稳定，果实壮硕），由于在不同生长阶段需要不同类型的桔树的营养特性;

4）系统根据不同种类的橙树在不同生长阶段所需要的不同营养元素，决定了花期、稳定期果实和壮硕期果实的氮，磷，钾肥的最适宜的施用期和措施。

系统编译相关知识，编织出库（纯文本文件），并形成演绎轨迹，并根据上述过程为程序的执行和存储库的创建提供支持。

营养失调的经验诊断

通过化学、生物化学、物理和形态学等的手段可以对植物进行营养检测。根据专家系统的定义来看，橙树营养失调的诊断必须利用计算机技术来模拟植物营养，并根据经验和异常表现进行检测。形态学诊断是经验诊断的基础，因为树体内的缺乏或丰富的营养抵消了自然的物理活动，并且在树的外部（例如叶，果实，枝条，根部）引起特殊症状。在总结大量植物营养症状和橙树种植专家的经验的基础上，成功实现了经验诊断的推理模型。同样，收集知识并编译相关的外部存储库（纯文本文件），以提供编程和执行程序的基础，并根据存储库创建程序的要求创建存储库。 就经验诊断的特点而言，表达形式被采用如下。

知识的表达：生产知识条例。

结果推断：正向推断。

后台数据库的设计

根据系统的功能要求，后台数据库相对比较简单，只需创建一个包含8个数据表的数据库（表3）。

表 4名字和数据解释表

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