温室中的绿色生态臭氧病虫害防治本科毕业（设计）论文.doc

温室中的绿色生态臭氧病虫害防治 摘 要 在环境问题日益严重的今天，人们越来越关注绿色生态问题。本文用数学建模的思想对研究温室中的病虫害防治问题进行了研究，讨论了杀虫剂和臭氧杀虫的综合效用，并作出了可行性分析报告。 在问题一中，考虑到自然条件下，病虫害的自然增长率，种内竞争及种间竞争效应，忽略生长作物对病虫害的影响，建立了病虫害与生长作物之间相互影响的经过改进的Logistic 微分方程模型。并引入了幂指函数y=*exp(-)对所给数据进行了拟合，得到中华稻蝗和稻纵卷叶螟综合引起的减产率Y =44.65%.得到结论，水稻在自然条件下受虫害作用损失严重。 对问题二，在杀虫剂作用下，建立改进的Lotka-Volterra模型，结合生物学知识得出了水稻减产量与害虫密度的关系表达式，建立以水稻产量和利润为目标的模型，运用已知数据进行相关计算。以产量为目标时，在农药喷洒符合规定的情况下，尽量多次喷洒锐劲特；以利润为目标时，在喷洒5次农药的条件下，减产率为1.784%，产量为793.728kg，利润为1694.5元。并据此给出了杀虫剂的使用方案。 在第三问中，首先确定臭氧杀虫效果与其浓度之间的关系，结合臭氧的分解情况，得出害虫密度与臭氧浓度之间的关系。分别考虑了臭氧的通气频率，合适的使用时间和浓度范围，并建立了评价臭氧综合效用的函数。 第四问，我们考虑臭氧的自由扩散，利用Gaussian烟羽模型建模。结合生活经验建立了温室中臭氧扩散的三个原则，给出了管道的铺设方案，并用MATLAB进行了数值模拟。之后建立了考虑扩散均匀程度和扩散所用时间的评价函数。 问题五，我们综合前面对于温室中病虫害防治的建模研究，写出了可行性分析报告 关键词 Logistic模型 数据拟合 Lotka-Volterra模型 Gaussian烟羽模型 一. 问题重述 2009 年12 月，哥本哈根国际气候大会在丹麦举行之后，温室效应再次成为国际社会的热点。如何有效地利用温室效应来造福人类，减少其对人类的负面影响成为全社会的聚焦点。 臭氧对植物生长具有保护与破坏双重影响，其中臭氧浓度与作用时间是关键因素，臭氧在温室中的利用属于摸索探究阶段。 假设农药锐劲特的价格为10 万元/吨，锐劲特使用量10mg/kg 水稻；肥料100 元/亩；水稻种子的购买价格为5.60 元/公斤，每亩土地需要水稻种子为2 公斤； 水稻自然产量为800 公斤/亩，水稻生长自然周期为5 个月；水稻出售价格为2.28 元/公斤。 要求根据背景材料和数据： （1）在自然条件下，建立病虫害与生长作物之间相互影响的数学模型；并以中华稻蝗和稻纵卷叶螟两种病虫为例，分析其对水稻影响的综合作用并进行模型求解和分析。 （2）在杀虫剂作用下，建立生长作物、病虫害和杀虫剂之间作用的数学模型；以水稻为例，给出分别以水稻的产量和水稻利润为目标的模型和农药锐劲特使用方案。 （3）建立 对温室植物与病虫害作用的数学模型，并建立效用评价函数。需要考虑 浓度、合适的使用时间与频率。 （4）假设温室长50 m、宽11 m、高3.5 m，在可以考虑利用压力风扇、管道等辅助设备的前提下设计 在温室中的扩散方案，并通过数值模拟给出臭氧的动态分布图，建立评价模型说明扩散方案的优劣。 （5）分别给出在农业生产特别是水稻中杀虫剂使用策略、在温室中臭氧应用于病虫害防治的可行性分析报告，字数800-1000 字。 二．模型基本假设 （1） 害虫在田地中平均分布，各处密度相同； （2） 不考虑中华稻蝗和稻纵卷叶螟对杀虫剂的抗药性和基因突变。 （3） 不考虑生长作物对病虫害的影响，即认为题中稻蝗和卷叶螟食物充足。 （4）假设农药施用第一次后中华稻蝗数量减到最低，忽略其对水稻造成的减产。 （5）假设植物各阶段的对杀虫剂的敏感程度不变，水稻不会因为不断长大对杀虫剂的需求量增加 （6） 实验中采用控制变量法，环境条件，种植密度，土壤肥力等处于同等水平； （6） 忽略植物各生长阶段对杀虫剂及臭氧的需求量不同； （7） 温室内不存在泄漏源，臭氧的耗散只有自然耗散。 三、符号说明 Y 作物减产率 r 害虫种群的自然增长率 Y 作物一个生长周期内相对自然条件下的总减产率 （t） t时刻第i种病虫害的数量 r 自然条件下增长率 环境对某种群的最大容纳量 无害虫时作物的最大产量 k 害虫对作物危害的强度系数 f 作物对害虫危害的反应系数 p 作物产量损失率 M 水稻的亩产量 I 水稻的亩产利润 N 单位面积内的害虫的数量的最大值 四、问题的分析 4.1 问题一 此问题中，通过参考文献[1]中对于人口预报问题的求解过程，我们可以建立病虫害数量随时间变化的微分方程模型。对于病虫来说，如果