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第29卷第23期农业工程学报Vol.29No.23
1182013年12月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringDec.2013

基于土壤参数的冬小麦产量预测模型

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杨玮，孙红，郑立华，李民赞
（1.中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083；
2.中国农业大学农业部农业信息获取重点实验室北京100083）

摘要：为了实现冬小麦的精细田间管理，研究了基于土壤参数的冬小麦产量预测模型。采用灰色理论对冬小麦
+-
土壤电导率EC值，全氮含量，K、NO3以及土壤pH值等因子进行灰色关联度分析，结果表明土壤EC值与土
++-
壤全氮含量，K以及土壤pH值的灰色关联度较高。在分析不同生长时期土壤EC值，全氮含量，K、NO3以及
土壤pH值和产量间的相关系数的基础上，采用土壤EC值，全氮含量以及K+作为模型的输入，产量作为输出，
建立了冬小麦产量预测BP神经网络（BPNN）模型；采用土壤EC值，全氮含量，K+，灰色关联度作为输入，建
立了小麦产量的模糊最小二乘支持向量机（FLSSVM）预测模型。建模结果表明，BPNN模型的预测决定系数达
0.8237，验证决定系数达0.7367；FLSSVM模型的预测决定系数达0.8625，验证决定系数达0.8003。BP神经网络
以及FLSSVM预测模型的精度都较高，可以用来评估作物产量，为精细农业变量处方管理提供理论与技术支持。
关键词：农作物，模型，误差分析，产量，土壤EC值，BP神经网络，灰色理论
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2013.23.016
中图分类号：S126；TP23文献标志码：A文章编号：1002-6819(2013)-23-0118-06

杨玮，孙红，郑立华，等.基于土壤参数的冬小麦产量预测模型[J].农业工程学报，2013，29(23)：118－123.
YangWei,SunHong,ZhengLihua,etal.Predictionmodelofwinterwheatyieldbasedonsoilparameters[J].Transactions
oftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2013,29(23):118－123.(inChinesewith
Englishabstract)

参数较多，在精细施肥管理中不易使用，而且对影
0引言
响作物产量的关键因素土壤参数的考虑较少。土壤
小麦是中国的三大粮食作物之一，中国的小麦肥力是土壤的基本属性，是土地生产力的基础。美
生产主要以冬小麦为主，实现冬小麦的精细田间管国土壤学会把土壤肥力定义为土壤供给植物必需
理特别是精细水肥管理非常必要。20世纪70年代，养分的能力，以及与养分供给能力有关的各种土壤
由美国密执安州大学教授Ritchie为首的数十位科性质与状态。近年来，结合土壤物理、化学、生物
学家开展了作物生长模型研究，推出了针对禾谷类环境条件，对土壤综合肥力评价进行的一些研究表
作物的常用模型CERES（cropenvironmentresource明，与土壤性质密切相关的土壤电导率可以作为土
synthesis），该模型也最早被纳入美国DSSAT壤肥力综合评价的一个定量指标。土壤电导率是反
（decisionsupportsystemforagrotechnologytransfer）映土壤电化学性质和肥力特性的基础指标，通过土
系统。CERES模型包括土壤水分平衡、发育时段、壤电导率的测定，能及时有效地掌握土壤的盐分浓
作物生长等，用积温模拟发育时段，根据叶片数、度、水分状况等多种性质，及时诊断农业生产问题，
叶面积增长、光的截获及其利用、干物质在各个器因此土壤电导率在指导农业生产、精细耕作等方
官中的分配等模拟作物生长，被广泛应用于不同面，具有特别重要的地位和作用[2-4]。赵勇认为土壤
环境条件下的作物估产、作物品种培育、农业优电导率与冬小麦产量呈线性关系，可以利用冬小麦
化管理措施的决策、气候变化对农业的影响方面抽穗后期的土壤电导率EC（electricalconductivity）
的评价[1]。但是如上所述，这种产量机理模型所用值来作为衡量冬小麦的产量评价指标[5]。Min认为
高EC值能提高温室番茄果实番茄红素、葡萄糖、
收稿日期：2013-07-23修订日期：2013-10-28果糖和可溶性固形物含量[6]。姜东燕等研究了大田
基金项目：国家计划项目（）
8632012AA101901条件下灌溉量和施氮量对小麦产量和土壤硝态氮
作者简介：杨玮（1981－