本文在综述国内外作物模型和专家系统研究的基础上，针对西北干旱地区压砂地西瓜水肥高效利用存在的问题，立足宁夏中部干旱带中卫市香山乡西北干旱地区压砂地持续高效利用关键技术研究与示范基地，采用对比试验和二次回归通刚旋转组合设计等方法，以田间试验、计算机应用技术和应用数学等作为研究手段，对宁夏中部干旱带压砂地西瓜作物生长发育动态模型、作物-水静态模型、水肥耦合模型以及基于作物模型的压砂地西瓜专家系统进行了系统的研究。主要成果如下：　　 1.建立了压砂地西瓜作物生长发育动态模型　　 (1)建立了压砂地西瓜生长发育阶段动态模型并进行了检验　　 根据作物生长发育阶段生理发育时间恒定的原理以及栽培试验结果的统计分析，对压砂地西瓜生长发育阶段进行划分，并建立了基于作物生理发育日(PDT)的压砂地西瓜生长发育动态模型，并且对所建立的模型进行了检验，结果表明，模型对于出苗期、幼苗期、伸蔓期和膨果期的模拟达到极好的效果，对于成熟期的模拟达到好的效果，对于开花座果期的模拟效果较差。　　 (2)建立了压砂地西瓜叶面积指数发育动态模型并进行了检验　　 采用叶面积指数变化与生理发育时间的关系建立了压砂地西瓜叶面积指数发育动态模型，通过对试验数据的回归分析得到相关参数，利用试验资料对模型进行了检验，结果表明干旱年水分条件模拟模型的相对误差在-29.07～28.27％之间，平水年条件模拟模型的相对误差在-28.43～9.08％之间，丰水年水分条件下建立的模型模拟值和实测值相对误差在-25.83～15.14％之间，说明模型具有较高的精度，能够为压砂地西瓜生产和科学研究提供参考依据。　　 (3)建立了压砂地西瓜光合作用动态模型　　 本研究中引用简便有效的高斯积分法来计算冠层每日的总光合同化量，考虑了光合有效辐射的日变化规律和太阳高度角的变化对冠层反射率的影响，建立了压砂地西瓜冠层光合作用动态模型。　　 (4)建立了压砂地西瓜干物质积累动态模型并进行了检验　　 建立了基于水氮条件的压砂地西瓜干物质积累动态模型，结果表明：绝对误差在-7.0～12.2kg/hm2之间，相对误差在-5.5～8.1％之间，相对误差大于-10％且小于10％，可见模拟值与实测值非常接近，所以本研究建立的模型可以用于指导生产和科学研究的参考。　　 建立了基于光合作用的普适干物质累积动态模型，利用观测的干物质积累试验数据进行了检验，结果表明：压砂地西瓜干物质积累动态模型具有较高的精度，能够达到模拟的效果。　　 (5)建立了压砂地西瓜水氮产量模型，并采用绝对误差和相对误差的方法对回归模型进行检验，检验结果表明：压砂地西瓜水氮产量模型的绝对误差在-229.5～391.5kg/hm2，相对误差在-4.1～8.3％之间，说明回归模型具有较高的精度，可以用于指导生产和科学研究的参考。　　 2.利用Jensen模型建立了压砂地西瓜作物-水模型，为制定压砂地西瓜优化灌溉制度提供了技术依据。　　 3.建立了压砂地西瓜作物水肥耦合模型并进行了检验，发现常数项、一次项中的补水定额x1对产量的影响极显著(***)，一次项中的施氮量x2、一次项中的施有机肥量x3、补水定额与施氮量的交互项x1x2、二次项中的施有机肥量平方项x32对产量影响较显著；各因素对产量影响的顺序为补水定额(x1)＞施有机肥量(x2＞施氮量(x3)；最优水肥组合方案为产量在1500-3000kg/hm2之间的有68个组合；产量在3000～4500kg/hm2之间的有86个组合；产量在4500～6000kg/hm2之间的有73个组合。　　 4.初步开发了基于作物模型的压砂地西瓜种植管理专家系统。借鉴ESGRE专家系统，建立了基于压砂地作物模型的水肥管理专家系统(ESWCM)，该系统具有压砂地西瓜栽培技术咨询、生产管理等方案设计、生长发育指标预测调控三大功能。系统将模型的预测功能与专家系统的逻辑推理相结合，可以准确预测的压砂地西瓜生长发育期和产量，实现环境和作物生长发育精确化控制与定量化管理的目标。　　 其主要创新点为：　　 (1)建立了压砂地西瓜动态作物模拟模型，可以预测压砂地西瓜生长发育日期，压砂地西瓜叶面积指数、干物质积累和最终的西瓜产量，指导压砂地西瓜栽培管理。　　 (2)建立了压砂地西瓜作物-水模型，得到压砂地西瓜每个生长发育阶段作物的土壤水分敏感系数，为确定压砂地西瓜优化灌溉制度提供了科学依据。　　 (3)建立了压砂地西瓜作物水肥耦合模型，得到了影响压砂地西瓜产量的主要影响因素顺序以及水肥耦合最优组合方案。　　 (4)初步建立了基于压砂地西瓜作物模型的水肥管理专家系统原型，可以为压砂地西瓜种植管理现代化提供集成技术体系和模式，使栽培管理知识化、定量化和科学化。　　 该研究对于建立适合我国西北干旱地区压砂地作物生长发育模型、水肥耦合管理模型、探索专家系统与数学模型和生产实际的紧密结合等方面具有一定的理论和实践意义，同时，填补了压砂地西瓜作物模型研究的空白，为压砂地可持续利用和硒砂瓜产业持续发展提供了科学和技术依据。