果树病虫害诊断与防治专家系统知识库的构建

山东农业大学学报（自然科学版），2005，36（3）：475～480Journal of Shandong Agricultural University（Natural Science）果树病虫害诊断与防治专家系统知识库的构建王衍安1，李明1，王丽辉1，刘士勇2，闫志强1，于庆燕1（1.山东农业大学科技学院，山东泰安271000；2.肥城市林业局，山东肥城271600）摘要：基于知识工程方法，采用农业专家系统开发平台PAID，开发了肥城桃、设施桃、设施杏等果树的病虫害诊断与防治专家系统。

阐述了该系统知识库的构建策略：知识获取立足本地化、特色化原则和无公害标准化生产规范；知识库结构设计中建立病虫害分辨决策；病害诊断与防治决策分为侵染性病害和非侵染性病害两部分；营养失调症诊断与防治决策中建立形态诊断和叶片养分诊断决策相互配合使用的机制；利用模板编辑知识规则。

最后，对果树专家系统应用前景进行了展望。

关键词：果树；病虫害；专家系统；知识库；模板中图分类号：S436.611 文献标识码：A 文章编号：1000-2324（2005）03-0475-06THE KNOWLEDGE DATABASE CONSTRUCTION OF FRUIT TREESˊEXPERT SYSTEM FOR DIAGNOSIS，PREVENTION AND CONTROL OF DISEASE AND PEST WANG Yan-an1，LI Ming1，WANG Li-hui1，LIU Shi-yong2，YAN Zhi-qiang1，YU Qing-yan1（College of Science and Technology，Shandong Agricultural University，Taian271000，China；2.Department of Forestry，Feicheng county，Feicheng271600，China）Abstract：Based on knowledge engineering and PAID，the fruit treesˊexpert systems for diagnosis，prevention and control of disease and pest were studied.The construction method of the knowledge database was introduced：knowledge acquirement was based on localization，specialization and standardization.In the design of its struc-ture，decision for differentiation between diseases and pests was set up.Diseases diagnosis，prevention and control decision was divided into infectious and noninfectious diseases.Diagnosis，prevention and control decision of nu-tition drbieient were based on the combination of morphological symptom and leaves nutrition analysis.Knowledge rules were edited by template.The prospect of application foreground on the fruit treesˊexpert system was also dis-cussed.Key Words：fruit tree，disease and pest，expert system，knowledge database，template病虫害诊断与防治是果树无公害生产的关键环节之一。

生产上由于误诊或防治措施不当，造成果树减产或果实品质下降的现象时有发生，其主要原因在于许多果农缺少科学有效的病虫害诊断与防治技术，同时由于植保专家和基层技术人员相对缺乏，果农得不到及时有效的科学指导。

面对一种异常现象，如何科学准确的判断其为病害还是虫害所致，如果是病害，是侵染性病害还是非侵染性病害；是哪一类因子所造成的非侵染性病害，或是哪一类病原物所致的侵染性病害［1］。

目前国内外的果树专家系统，多集中于侵染性病害和虫害的诊断与防治；而对于果树非侵染性病害的诊断与防治，国内尚未见报道。

对于营养失调症的诊断，多集中于形态诊断，缺少其他诊断方法。

针对于此，采用知识工程的方法，利用农业专家系统开发平台PAID（Platform for Agricultural Intelligence-system Development），开发出了肥城桃、设施桃、设施杏等果树的病虫害诊断与防治专家系统，并在开发过程中，逐步形成了一套果树病虫害专家系统知识库构建策略，对以上问题进行了探索。

收稿日期：2004-03-16基金项目：泰安市“十五”重点规划项目（2001003）：“果树智能化信息技术研究与开发”和山东省2003年重点推广计划项目。

作者简介：王衍安（1968-），男，副教授，在职博士，主要从事果树营养生理与农业信息技术研究工作。

1 知识获取本系统主要包括专家决策系统和综合信息查询系统。

专家系统知识库是专家系统的核心部分［2］。

由于采用PAID 作为农业专家系统开发工具，专家系统的人机界面、推理机、知识获取、解释机制等通用部分无需考虑，主要是对本领域的知识数据部分进行设计［3］。

在知识获取上，面向果树栽培管理全过程，立足本地化、特色化原则和无公害标准化生产规范，搜集整理了基于当地专家的经验和肥城桃及设施果树各个学科领域的多位专家的科研成果、知识经验和数据，包括肥城桃、设施桃、设施杏等果树从建园到树体衰老全生育期的土壤管理、营养诊断与无公害施肥、病虫草害诊断与无公害防治等内容。

2 知识库结构设计本专家决策系统设计知识库结构如下（图1）。

图1 果树病虫害诊断与防治专家系统知识库结构图Fig.1 The knowledge database structure of fruit trees ˊe xpert system for diagnosis ，prevention and control of disease and pest2.1 病虫害分辨决策病虫害诊断与防治系统知识库框架包括病虫害分辨决策、侵染性病害、非侵染性病害、虫害的诊断与防治。

根据侵染性病害、非侵染性病害和虫害发生规律［1］，制定出病虫害分辨决策检索表（表1）。

表1 病虫害分辨决策检索表模式Table 1 The pattern of searching table of decision for differentiation between disease and pestⅠ 观察虫体、虫粪、特殊的缺刻、孔洞、隧道及刺激点虫害………………………………………………………………………………………Ⅰ 无以上症状Ⅱ 病害发生分布普遍而均匀，面积较大，没有明显的发病中心（可得出是非侵染性病害） Ⅲ 病变部位常与叶脉有关，沿叶脉、在叶脉间或沿叶缘发生，每片叶上症状相似而且散布面较广营养失调症［4］…………………Ⅱ 病害具有发病中心，总是由少到多，由点到片，由轻到重（可得出是侵染性病害） Ⅲ 症状以腐烂和坏死居多，病征表现多种多样：粉状物、霉状物、锈状物等真菌病害………………………………………………2.2 侵染性病害诊断与防治决策根据侵染性病害的发病部位、症状特点（包括病征和病状）、发病规律等诊断出病害种类，并提供给用户不同部位、不同时期的彩色病害照片以查看确认。

综合防治方法包括植物检疫、选育和利用抗病品种、农业防治、化学防治、生物防治、物理防治等。

2.3 非侵染性病害诊断与防治决策非侵染性病害只有病状而没有病征，多由水分供应失调、温度过高或过低、空气中有毒气体的存在、农药使用不当、养分不足或不均衡等原因造成。

所以要根据以上情况和发病部位、病状特点等进行诊断。

如日烧病是由于阳光过度直射造成。

在炎热的夏季，若果实暴露于直射阳光下，没有足够的枝叶遮荫，易发生日烧病。

土壤供水失调，可以加重该病发生［5］。

2.4 营养失调症诊断与防治决策本系统将营养失调症从非侵染性病害中单列出来，提供两种诊断决策模块：一是以形态诊断为主，依据“果树矿质元素失调症诊断检索表”进行诊断；二是以叶片矿质元素含量为指标的组织分析诊断法［4］，・6"#・山东农业大学学报（自然科学版） 第36卷基于果树叶片各必需矿质元素的适宜范围和营养失调的临界浓度诊断。

根外追肥诊断法、土壤营养诊断法等，归入综合信息查询系统。

2.4.1 形态诊断与防治决策 以形态诊断为基础，从树体缺素病状表现分析入手，对照已构建的诊断模型，判断缺素的种类，提出防治方案，并附包括该元素的生理作用、失调症状、发生规律和防治措施（包括应急措施和根本措施）等在内的浏览文档，用于诊断核实。

具体流程如图2。

图2 果树营养失调症形态诊断流程图Fig 2 The flow chart of fruit trees ˊn utrition morphological duagnosis2.4.2 叶片养分诊断与防治决策 作为营养失调症形态诊断的补充和确切判断树体营养水平的另一途径，叶片养分诊断是按照正确取样方法，配合专家系统诊断，得出营养失调症及其防治方案。

通过测定叶片中的养分含量，与正常叶片的养分含量水平相比较，判断元素含量丰缺。

元素选择顾及大量元素与微量元素两层面，涵盖对树体生理影响较大、用仪器较易测定的10种大（微）量元素。

大量元素（干重mg /kg ）：N 、P 、K 、Ca 、Mg ；微量元素（干重mg /kg ）：Fe 、Mn 、Cu 、Zn 、B 。

2.5 虫害诊断与防治决策根据虫害的危害特点、形态特征、发生规律等诊断出虫害种类，并提供给用户不同发育时期的害虫形态特征的彩色照片以查看确认。

综合防治方法包括植物检疫、选育和利用抗虫品种、农业防治、化学防治、生物防治、物理防治等。

其中，在生物防治中，注意对害虫天敌的合理利用，提供主要天敌，如草蛉、瓢虫等的形态特征、猎食规律等，以提醒用户分辨益虫与害虫。

对于有些害虫，如金龟子、天牛等，形态特征明显，采用形态诊断较好；对于有些害虫，如桃潜叶蛾，其虫体不明显，则根据其危害特点来诊断，即：其幼虫在叶组织内串食叶肉，造成弯曲的隧道，并将粪粒充塞其中。