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该项目属于生物数学、微分动力系统、稳定性理论的研究范畴。 在多数情况下，害虫管理、恒化器微生物培养、传染病防控、农业和渔业收获、濒危物种保护等，这些都不是连续行为，而是脉冲的瞬时行为，需要借助脉冲微分方程模型来刻画这种瞬时行为。在实际生产中，人们往往不是见虫就治，也不是在固定的周期进行防治，而是当害虫数量发展到“某个程度”(也称为“经济阈值”)时，他们才会采取防治手段以防害虫种群上升到“经济危害水平”时的种群密度，这种根据害虫密度进行防治的行为称之为“状态反馈控制”。如果这个控制手段是“脉冲的”，则称之为“状态反馈控制脉冲系统”。 主要研究内容是：害虫防治脉冲模型、Chemostat脉冲模型、传染病脉冲模型、状态反馈控制脉冲模型。 发现点有：创建了脉冲喷洒微生物(病毒)杀虫剂和脉冲投放病害虫的二次脉冲模型、具有阶段结构的时滞模型和脉冲时滞模型、脉冲扩散的单种群Gompterz模型，出版了专著《生物动力学》，发现了研究模型的新方法；创建了周期时变和周期脉冲的Chemostat食物链系统，发现了研究Chemostat食物链系统的新方法；创建了具有饱和传染率的脉冲时滞SIRS模型，发现了研究脉冲时滞模型的新方法；创建了状态反馈控制脉冲模型，发现了阶1周期解稳定性的判定方法。 该项目为害虫防治、Chemostat微生物培养、疾病防控等提供新的数学方法，对生态资源的开发利用、可持续发展具有十分重要的指导意义。 该项目曾获国家自然科学基金(11161052)和广西自然科学基金(2011 jjA10044、0728249)资助。主要完成人公开发表论文87篇，其中70篇被SCI收录，1篇被EI收录，9篇论文发表在中文核心期刊；出版专著4部；获得教育部自然科学奖二等奖1项、浙江省自然科学奖一等奖1项。从引证检索报告看，8篇(部)代表性论文专著被SCI他引78次，他引总次数332次，其中，代表性论文[5]和[8]被SCI他引58次，代表性论文[6]和[7]被他引84次，代表性专著[3]被他引168次。部分代表性成果得到了东京大学Emiko Ishiwata教授、早稻田大学Yoshiaki Muroya教授和西安交通大学马知恩教授等微分动力系统领域的著名专家的正面评。

利用作物生长模拟技术与数理统计相结合的方法，对华北地区气候背景下旱稻生长季内干旱风险进行定量评估，并进行旱稻干旱风险区划；核心技术：ORYZA2000模型参数率定及模型区域化应用；基于作物生长模型的干旱风险评估指标的选取和评估模型的构建。项目主要成果：（1）分区域确定了ORYZA2000模型的本地化参数。根据华北地区不同区域气候、农业及生态特点，结合不同旱稻品种的生长特点，将全区划分为3个二级区，分别为1个一季稻中值区和2个麦茬稻区。依据各个区域的试验资料，分别确定了ORYZA2000模型的区域本地化参数，为进行区域模拟奠定基础。（2）利用数理统计和作物生长模型相结合的方法，构建了旱稻干旱风险评估指标和模型。首先利用作物生长模型模拟结果，确定了干旱风险强度和干旱风险损失评估指标。以模型模拟的雨养条件下实际蒸散量相对于潜在条件下的蒸散量（即需水量）的亏缺率，即水分亏缺指数，作为旱稻生育期干旱强度评价指标，以雨养条件下产量相对于潜在产量的损失率（即灾损指数）作为产量灾损强度评价指标，从旱稻不同生育阶段受旱程度以及造成的产量损失两个角度进行干旱风险评估。在该基础上，依据风险评估原理，分别构建了分生育期的旱稻干旱风险强度评估模型和产量灾损风险评估模型。然后综合考虑旱稻生育期内容干旱强度风险以及造成的产量灾损风险，构建旱稻干旱灾损综合风险评估模型。（3）完成了华北不同区域旱稻生育期干旱风险评估。根据构建的干旱风险评估模型，完成了华北不同区域旱稻生育期干旱风险评估及区划，包括不同区域旱稻生育期的水分亏缺量、不同干旱程度发生风险、干旱造成的产量灾损风险以及综合风险区划。结果表明，华北地区旱稻以出苗-拔节期干旱缺水最为严重，综合风险大部地区以中度为主，高风险区主要分布在河南省的西部和南部地区，低风险区则主要分布在河北省的唐山、秦皇岛和天津，以及山东省的南部地区。主要成效：该文基于作物模型和数理统计相结合方法，根据风险评估理论，构建了干旱风险评估指标和模型，通过分析，明确了旱稻不同生育阶段干旱强度，定量评估了各地区干旱及由其引起的产量灾损风险，完成了华北地区旱稻干旱风险评估及区划，对指导旱稻在该地区的合理推广和发展具有重要的科学指导意义。

主要研究内容及研究方法：对状态依赖的脉冲微分方程的研究从最简单的捕食者食饵系统（模型）入手来模拟害虫与天敌的相互作用关系。文章主要通过建立种群时滞数学模型，定性和定量研究了时滞种群（包括害虫）在生长过程所具有的形态。状态反馈控制的害虫治理由于害害虫的治理与气候或者温度湿度存在一定的关系，从而STC12C5A的智能温度控制系统的设计研究可以实现对周围环境温度值的监测，还可以对收集到的数据做出处理，简易家用温度温度监控系统的设计，可以清晰直观的反应出采集到的数据，为项目研究提供准确的数据信息，而有效果地促进害虫的治理效果。阶段结构的害虫治理模型的研究：考虑害虫往往经历了不同的阶段结构（幼虫和成虫等），建立阶段结构的害虫天敌的脉冲微分方程，只要控制成虫，当成虫达到一定数量时，可采用释放天敌捕杀或投放药物来治理。采用调研查阅文献法来学习和获取一些研究的必备信息。数学上利用半连续动力系统几何理论，结合离散动力系统、连续动力系统、脉冲微分方程、非线性分析、优化理论和数值分析等的相关理论和方法，来系统的研究所建立模型的各种动力学性质，并借助Maple软件进行数值模拟。研究过程中线性化特征法、李雅普诺夫函数法、Dulac函数、Routh-Hurwitz准则、Bendison判断法等方法研究种群系统平衡点的存在性、稳定性以及时滞参数的变化将出现hopf分支情况。主要研究结果：根据实际情况，建立起生态数学模型，从理论方面研究生态数学模型所具有的性态，得出种群满足一定条件时，它们的生长状态处于何种稳定性以及种群受环境变化或是人类活动的干扰，种群将会发生什么变化；其次，采取计算机仿真，丰富时滞种群的研究成果，为实践提供理论的参考意义。研究了一类阶段结构状态脉冲微分方程即害虫治理模型，并且获得系统存在阶1周期解的条件，并且证明周期解是轨道渐近稳定的。所谓阶1周期解存在且渐近稳定，可认为将害虫数量控制在一定范围内，这种控制将得到一个阶1周期解，在合适条件下理论上一次脉冲就能控制害虫数量。还研究了一类线性时滞中立型系统的周期间歇镇定问题，通过变量替换，将原问题转化为一类奇异系统的间歇镇定问题，基于间歇控制系统具有切换系统的动态特性，引入与控制周期、控制宽度相关的时变切换Lyapunov泛函，运动态特性，引入与控制周期、控制宽度相关的时变切换Lyapunov泛函，运用凸组合技术，给出了系统稳定性的充分条件，提出的时变切换Lyapunov泛函方法能有效地利用系统的动态特性，避免结果的局限性。还研究了时滞种群（包括害虫）的渐近行为和两种群互惠检存的定性分析，以及时滞单种模型的稳定性，和一类具有无穷时滞的单种群模型、一类时滞的捕食系统的数学模型，得到正平衡点渐近稳定的充分条件，也就是以脉冲微分方程理论为基础，对上面提到的这些种群建立固定时刻和状态依赖的脉冲效应的种群动力学模型，用连续动力系统几何理论并结合离散动力系统，算子理论，优化理论，数值模拟等相关理论和方法，讨论所提出模型的动力学性质，丰富了脉冲微分方程的理论，发展脉冲微分系统的一些研究方法，对种群（害虫）治理问题提供了一些理论依据。此外，下列的问题研究也丰富了该项目的研究内容和方法。首先通过文献法初步探索了求解最短路径的算法的国内外研究现状；接着利用数据模拟的方法将SPFA算法应用到交巡警问题中，并完成数学模型的建立和求解，实验数据显示该优化策略对最短路径问题具有缩短时间的作用。基于GG图的WSN在海洋生态监测中的拓扑控制研究，利用数据模拟的方法将GG图模型实现并运用在无线传感器网络的拓扑建立过程中，基于GG图的拓扑控制在一定成功优化了网络的拓扑结构，也降低了链路复杂度。该项研究的科学意义和应用前景：学术界的反映和引用对于害虫治理，根据作物的生长不同周期，利用生产中观测和记录的数据，合理选取最佳时期，以便释放害虫天敌或实施喷洒农药达到控制害虫的目的，使害虫种群密度控制在经济危害水平E (EIL )之下，因为害虫治理中，没必要把害虫数量降为零，也就是说，只需要把成年害虫种群密度控制在经济危害水平E (EIL )之下，或者说，只有当成年害虫种群数量的密度达到一定数量时才施行防治措施，这样既能保证提高农作物的产量，又没破坏生存环境，还能保持生态平衡。对生物资源进行优化管理，合理开发种群资源。由于时滞种群微分方程相对于不含有时滞的传统的常微分方程更为准确地描述客观事物的变化规律，在数理生态学等研究领域，出现越来越多的含有时滞微分系统。因此研究该类微分方程在生态学有着更广泛的应用情景和实际意义。与预期计划和目标比较，说明完成情况及存在问题。课题组是从最简单的捕食者食饵系统（模型）入手来建立相应的数学模型，利用半动力系统的几何理论，发展状态依赖的脉冲半动力系统的定性理论，得到脉冲微分方程、时滞脉冲微分方程周期解存在性及稳定性的一些新方法，获得一些理论和方法，基本达到研究目标。研究成果论文形式提供。3年发表了论文15篇，核心论文3篇，同时结合该项目培养青年教师2名，基本达到预期成果。

利用Richards模型建立不同氮肥处理条件下旱地小麦叶面积指数和茎秆变化的模拟模型研究。 Richards模型的参数估计问题可转化为一个多维无约束函数优化问题,利用粒子群优化算法可建立适应度函数，在最小线性二乘意义下估计Richards模型中的4个参数，与常规估计方法中的四点法和遗传算法比较表明，粒子群优化算法对Richards模型的拟合效果良好，对模型的参数估计有着很好的适用性。 用Richards方程可描述节间长度和粗度的动态变化过程,并用粒子群优化算法对Richards方程进行参数估计。

该项目根据历年保定山区对于农林牧副渔的投资及产值，结合保定山区特色，运用广义层次分析法，建立具有保定山区特色的数学预测模型。预测保定山区经济产值，为山区经济发展提供决策支持，为提高山区人民生活质量保驾护航。从而指导当地经济发展。在当今食品质量存在极大隐患的背景下，以山区独具特色的地理环境为依托，结合绿色农业，生态农业的特点，在保定山区形成极具特色的生态产业链，运用非线性回归方法，建立分式规划数学模型，分析其产生的经济价值，指导山区人民实现自主创业，提高经济收入。该项目以近些年保定市山区农业结构及其产值为基础，统计分析了保定山区农业结构的主要情况，包括农林牧副渔的比值，投入，产出，深入研究了保定市山区的农业结构的框架，分析了影响保定山区农业产值的主要因素，对保定市山区农业结构调整问题进行数值模拟，对保定市山区今后几年的农村，农民，农业发展进行预测，并积极寻求提升农业价值的方法。同时充分利用现代计算机技术实现对相关算法的开发利用，为农村，农民，农业服务。

基于模糊数学理论，以保定山区农业可持续发展为对象，介绍模糊数学的原理及方法在山区农业发展中的应用。通过建立山区农业可持续发展的评价指标体系，利用模糊数学的模糊综合评价法对山区农业可持续发展状况进行评估。此外，与山区农业发展息息相关的气候、土壤、温度、湿度和肥力等影响因素，对它们进行基于模糊数学的适宜性分析和综合性评估。以气候、土壤的综合养分、水田的物理条件、保水保肥通气透水性为评价因子，给出了山区水田质量的模糊综合评判模型，为保定山区水田农业的生产决策提供了一定的理论依据和数学方法。还分析多个因素同时对山区农业发展的影响，给出山区农业发展在多因素影响下的综合评判模型。以亩产量、经济性状、植株性状及抗病抗倒性为评价因子，基于模糊数学理论，利用模糊综合评判方法对山区晚熟玉米杂交种进行评价，改变了沿用已久的把平均产量作为唯一评价依据的传统方法，为玉米新品种的鉴定及选育提供了理论基础。

采用灰色关联分析理论中邓氏灰色关联度计算方法建立评价控制数学模型，运用ASP.NET语言基于计算机技术和网络技术程序化后的数学模型成为可以在普通计算机上运行的一个软件系统，该软件可以根据使用者的具体使用要求，更改参数名称和权重，使用者只需要将评价数据输入到表格内，自动生成灰色关联曲线，给出直观的评价结果。该项目成果以计算机应用软件形式提供，预期为一个可以在个人计算机上运行的软件系统，使用者根据要求将评价数据填入EXCEL表格，导入到程序中，并设定各个性能的灰色关联度权重，自动生成关联度曲线。该项目成员已经完成了建立数学模型，对模型进行编程、调试、修改，最终形成一个可以自动计算关联度曲线的计算机软件。成果的创新性在于将灰色关联分析理论应用于农产品的评价和控制，该方法的主要特点是能够简单快速的分析出灰色关联度，计算量小，对数据的相关性要求较低。并运用ASP.NET语言将该模型进行编程，成为可以在个人计算机上运行的计算机软件，使得模型可以自动计算关联度，大大提高了使用者的效率。便于对不同区域、不同环境、不同种类的农作物进行评价和控制。该模型在国内这一领域具有领先地位。

推进农作物合理布局是实现农业现代化的重要举措和基础工程，是深化农业种植结构战略性调整的重要任务。“巴州农作物种植空间布局规划系统”以优化该州农业种植结构为重点，以实现农作物种植的最优布局为目标，力求缩小各乡镇农作物布局规划与现代先进管理水平之间的差距，从而促进全州各县市农作物种植布局科学合理，促进农业增效、农民增收。建设“巴州农作物种植空间布局规划系统”的核心目标是：实现巴州农作物种植空间分布及其统计分析数据可视化，为巴州农作物合理布局，调节农作物种植结构和生产水平提供决策依据。在技术特点方面，“巴州农作物种植空间布局规划系统”以巴州地区各级行政区划的GIS数据为基础，将农作物种植面积、分布情况及产量等数据，以专题图形式呈现并进行统计分析，增强了数据的表现性；采用图形化方案提高统计报表的人机交流水平，使枯燥的数据以活跃的方式体现；以ActiveX技术与Flash技术实现优秀的用户体验。在应用范围方面，“巴州农作物种植空间布局规划系统”的框架可以适用于任何一种GIS的二次开发应用场合。只要提供了特定的GIS地图和特定的基础数据，使用该系统的框架能在短时间内搭建起所需的特定系统。在市场前景方面，针对GIS的二次开发正处于热门阶段，越来越多的人都在关注着这个领域，各级政府部门及相关企业也都在积极搭建这类系统。“巴州农作物种植空间布局规划系统”可以提供向农民提供农资信息，可以向农产品经营者提供商情信息，可以向政府部门提供统计数据，因此，在效益分析方面，可以考虑从这三方赢取效益。另外，应用“巴州农作物种植空间布局规划系统”的框架也可以轻松搭建起其他的类似系统，可以出售给需要的各级政府部门及相关企业。

项目属农学领域。该成果将“3S”技术与空间模型方法、数理统计方法以及数据库管理技术与网络技术有机结合，通过多源、多时态信息融合，从耕地面积与质量动态监测、耕地质量评价、耕地变化对粮食安全影响评价，到粮食生产安全预警系统建立与网络信息服务全过程，完善了区域性耕地资源变化评价与粮食生产安全预警理论体系和研究方法体系，并应用于东北三省(黑龙江、吉林、辽宁)耕地变化与粮食生产安全预警实践。该项成果开展了东北地区十年土地利用现状全覆盖动态监测，揭示并总结了该地区土地利用变化规律；基于GIS的空间分析模型和地统计学空间插值模型，结合层次分析法、单项指标评价法和综合指数法，创新性地分层次开展了耕地自然质量、利用质量和综合质量的耕地质量评价及其变化分析；建立了基于产量变化的粮食生产安全综合指数模型和基于耕地数量与质量的双重预警指数模型，开展了东北地区粮食生产安全预警研究；从政策、技术与工程等方面提出了区域性耕地变化与粮食安全对策，其结论对国家层面、区域层面进行耕地利用规划、粮食生产安全决策具有重要的参考价值和指导作用；自主开发了区域性耕地资源变化与粮食生产安全预警系统，将耕地资源评价模型与粮食生产安全预警模型相结合，并采用.net网络技术，搭建了耕地变化与粮食生产安全预警网络发布系统，更有利于研究成果在国家、区域、地方层面的使用和推广。该成果具有较强的系统性、科学性和实用性，以及重要的学术价值和应用价值。在国内重要学术刊物上已发表一系列创新论文，并取得了1项软件著作权登记。该成果的完成对国家及地方农业宏观决策、耕地和粮食安全预警等具有参考价值，对推动多学科交叉发展和相关领域研究以及提高公众耕地保护和粮食安全意识具有促进作用。该成果已在农业部、北京市、吉林省、黑龙江省等国家与地方有关部门的区域农业发展规划、土壤质量评价、耕地合理利用以及农作物遥感估产、农情监测等工作得到了广泛的应用，产生了明显的社会、经济与生态效益。

该课题重点对粮食主产省河南省、河南省不同质量耕地区和黄淮海平原区粮食生产中限制产能提高的主要因素进行了评价研究，通过对河南省农用地产能评价指标体系、评价方法的研究，建立了一套可应用于多尺度评价目标的评价指标体系和先进的评价方法，并据此对河南全省、河南省不同质量耕地区和黄淮海典型区产能影响因素进行了评价，得出了影响河南省、河南省不同质量耕地和典型区产能的主要因素，依据评价结果，有根据地提出提高各区产能的措施和政策建议，有效提高了措施的可操作性、针对性、科学性及对实际生产的指导意义。该研究的主要内容如下：1、研究背景与研究现状通过对国内外相关研究现状分析发现对影响产量因素的相关研究很多，对产能影响因素评价的研究较少，且常出现产能与产量相互混淆的状况；现有模型多为偏理论性和宏观性的大尺度模型，尚没有可在多地区通用的、可直接指导实际生产的中小尺度评价模型；评价结果多偏向于理论性强，提高产能的对策建议多较为笼统。河南省已完成对农用地产能的核算工作，但根据核算成果无法获得今后提高产能的重点方向，因此该研究是在农用地产能核算研究的基础之上，通过建立多尺度评价模型对影响河南省不同区域产能的主要因素进行评价，并根据评价结果探索提高各区产能的最有效措施。2、建立农用地产能影响因素评价指标体系粮食生产过程是自然再生产和经济再生产的复合统一体，影响农用地粮食生产能力的因素很多，根据国内外学者的相关研究成果，总体将产能影响指标分为自然资源类、社会经济类、农业科技类和抗御灾害与可持续生产类四大类，每一类又包含多个影响产能的因素或因子。3、农用地产能影响因素评价方法研究经过研究发现因子层指标对产能具有不同的影响方式，同时考虑到模型的通用性，该研究采用分层逐步建模法来建立评价模型。首先对因子层数据进行第一层建模计算出因素层数据；之后，对因素层数据建立第二层模型推求子目标层指标；第三步，对子目标层指标建立第三层模型模拟产能。其中第一、二层模型建模方法为加权求和法，第三层模型为多元回归法。权重由相关系数法结合专家咨询法初定，再根据三层模型的模拟效率进行反复调整并最终确定。4、实证研究对河南全省、河南省高中低产田区、黄淮海平原区(河南部分)分别进行了实证研究。得出影响河南省农用地产能的主要因素是：耕地质量、粮食播种面积、水资源、农业科技条件、农田基本建设水平。影响河南省高产田区和黄淮海区产能的主要因素是农业科技条件，该因素对高产田区影响更为显著。影响河南省中低产田的主要因素均为：耕地质量、粮食作物播种面积、粮食单产、农田基本建设水平，这些因素对低产田区的影响大于中产田区。因此研究提出的提高河南省各区产能的措施也各有侧重。