土壤-作物系統(tǒng)模擬的優(yōu)化方法簡介(已修改)
2025-01-30 17:38 本頁面
【正文】 土壤－作物系統(tǒng)模擬的優(yōu)化方法簡介 陳研 Tel: 62732959 新學(xué)科綜合樓 4201 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源和環(huán)境學(xué)院 2022年 1月 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的目標(biāo)是多方面的，不僅要求具有很好 的經(jīng)濟效益，同時也需要一定的社會及生態(tài)效益。 在生產(chǎn)過程中僅追求高的產(chǎn)量常導(dǎo)致資源的低效利用， 并伴隨環(huán)境污染問題； 由此，按農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求，應(yīng)在達到一定目標(biāo) 產(chǎn)量的前提下，要求資源利用效率盡可能提高，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高產(chǎn)高效。 反之，若只重視資源的高效利用又可能存在低產(chǎn)的現(xiàn)象。 擬建整合模型的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu) 作物生長發(fā)育 （生理響應(yīng)等） 根冠形態(tài)發(fā)育 3維模型 根系吸收水分 模型 根系吸收養(yǎng)分 模型 土壤水分、熱、養(yǎng)分運移和轉(zhuǎn)化模型 調(diào)控途徑 逆境條件 土壤－作物系統(tǒng)模擬的優(yōu)化問題 一、 管理措施的優(yōu)化 選擇合適的灌水、施肥量，使得作物產(chǎn)量、水分利用 效率 (WUE)和氮素利用效率 (NUE)都達到最優(yōu)。 常用的優(yōu)化方法 : 例 1：農(nóng)業(yè)用水最優(yōu)分配的線性規(guī)劃模型 農(nóng)業(yè)用水對象為小麥、玉米、經(jīng)濟作物、果樹等四項， 其用水對策擬定為畦灌、噴灌、滴灌、雨養(yǎng)（即不灌） 四項。經(jīng)過兩層次二元組合，得出 14個決策變 x1~x14， 由于滴灌應(yīng)用于大田作物是不適宜的，所以不考慮小麥、玉米的滴灌方案。 目的：每萬畝土地凈收益最大 決策變量 小 麥 玉 米 經(jīng)濟作物 果 樹 畦 灌 x1 x4 x7 x11 噴 灌 x2 x5 x8 x12 滴 灌 x9 x13 雨 養(yǎng) x3 x6 x10 x14 用水對象 用水對策 限制因素： 2 7141???jjx1. （總面積限制） 2. x1 + x2 + x3 ≤ 77 （小麥面積限制） ?????11xx3. （小麥畦灌面積限制） ?????22xx4. （小麥噴灌面積限制） 5. x4+x5 + x6≤ 20 （玉米面積限制） ?????44xx6. （玉米畦灌面積限制） ?????55xx7. （玉米噴灌面積限制） 8. x7 + x8 + x9 + x10 ≤ 26 （經(jīng)濟作物面積限制） 9. ?????77xx（經(jīng)濟作物畦灌面積限制） ?????88xx10. （經(jīng)濟作物噴灌面積限制） 11. x9 ≥ （ 經(jīng)濟作物滴灌面積限制） 12. x11 + x12 + x13 + x14 ≤ （果樹面積限制） 13. x11 ≤ 2 （果樹畦灌面積限制） ?????1212xx14. （果樹噴灌面積限制） 15. x13 ≥ (果樹滴灌面積限制） 16. 210x1 + 110x2 + 190x4 + 100x5 + 200x7 + 100x8 + 70x9 + 180x11 + 95x12 + 60x13 ≤ 11 707 （水資源量限制） xj ≥0 (j = 1, 2, …, 6) （非負限制） (式中變量的系數(shù)為水資源消耗系數(shù) ,如 x1的系數(shù) 210表示畦灌 每萬畝小麥耗水 210萬立方米 。 ) 目標(biāo)函數(shù)： Max f = 60x1 + 55x2 + 35x3 + 52x4 + 47x5 + 30x6 + 100x7 + 90x8 + 85x9 +60x10 + 600x11 + 550x12 + 520x13 + 350x14 目標(biāo)函數(shù)中各系數(shù)均為每萬畝土地凈收益（萬元） 線性規(guī)劃模型的一般形式 求一組決策變量 x1， x2， … ， xn，滿足下列約束條件： ???????????),2,1(0),2,1( 1njxmibxajijnjij??使目標(biāo)函數(shù) ???njjj xcf1取最大值（或最小值）。 線性規(guī)劃問題的解法： 單純形法 ！ 例 1：某工廠生產(chǎn)甲、乙兩種產(chǎn)品，已知有關(guān)數(shù)據(jù)見下表： I II 擁有量 原材料 2 1 11 設(shè) 備 1 2 10 利潤 元 /件 8 10 試求獲利最大的生產(chǎn)方案。 2. 目標(biāo)規(guī)劃 ： 解：這是一個單目標(biāo)問題，用線性規(guī)劃模型描述為： 0, 102 112 108 21212121???????xxxxxxxxzM ax最優(yōu)解為： 62* ,3 ,4 21 ??? zxx元 但實際上工廠在作決策時，要考慮市場等一系列其他
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