大面积经济施肥的建模与施肥推荐研究

本文通过在河南省封丘县进行的多年、多点田间试验,介绍了大面积经济施肥模型的建立与推荐施肥的理论和应用。研究明确应以正交多项式回归试验设计、平方根模型建立产量-肥料效应函数,以边际报酬率计算推荐施肥量。做到了可根据市场经济变化和农民的具体经济情况灵活地推荐施肥。还介绍了包括环境因子的综合建模以及适合省(市)、县和基层应用的计算机推荐施肥咨询系统。     

不同地理尺度下综合施肥模型的建模与验证

在新疆北疆采用包含正交设计的方案进行了多点肥料试验,建立了不同地理尺度下的综合施肥模型和肥料效应函数方程,通过校验试验对综合施肥模型与肥料效应函数方程施肥推荐施肥效果进行了比较研究。试验采用相同的试验设计在2000-2002年间进行,每年试验点数为31个。研究结果表明,通过趋势系数可以建立包括地点变量的综合肥料效应方程,回归方程各参数有明确的肥料学意义。不同地理尺度下建立的综合施肥模型都可以有效地进行施肥推荐。和传统的肥料效应函数方程相比,综合施肥模型的氮素推荐量与土壤碱解氮或有机质含量呈显著负相关,表明方程可以根据土壤供氮能力调节施氮量,在小尺度下尤其如此。综合施肥模型磷肥推荐量显著低于肥料效应函数方程推荐量,其推荐质量高于肥料效应函数方程。小尺度下综合施肥模型的推荐量比大尺度下综合施肥模型精确度更高,但两种施肥模型都优于肥料效应函数方程。     

关于推荐（配方）施肥中几个技术性问题

作者根据在河北等省(区)进行的试验和研究经验,就推荐(配方)施肥中有关试验设计、资料汇总、田间校验和土壤生产力等级的判别等问题提出了自己的见解。     

测土配方施肥指标体系建立中“3414”试验方案应用探讨—以内蒙古海拉尔地区油菜“3414”试

针对测土配方施肥指标体系建立中遇到的技术问题,以内蒙古自治区海拉尔地区2007～2009三年油菜试验数据为例,对应用3414试验数据进行土壤养分分级、基于三元二次肥料效应模型建立施肥指标体系进行了研究,并就3414试验方案实施条件以及不同数学模型在肥料效应函数计算中的应用进行了探讨。提出了海拉尔地区油菜土壤有效磷的分级和施肥指标:当土壤有效磷低于7 mg/kg时,推荐施磷量为120 kg/hm2;当土壤有效磷低在7～26 mg/kg时,推荐施磷量为90 kg/hm2;当土壤有效磷低在26～50 mg/kg时,推荐施磷量为60 kg/hm2;而当土壤有效磷高于50mg/kg时,一般不再推荐施用磷肥。该地区多数土壤速效钾含量在150～400 mg/kg范围,土壤速效钾含量已经在常规土壤速效钾分级指标的高限范围,但作为干旱地区风险施肥管理措施,仍然建议施用20～60 kg/hm2钾肥。测土配方施肥指标体系建立中,3414试验方案实施前,应该在首先了解土壤养分限制因素的前提下进行肥料用量试验,而不是简单地一个地区采用一个试验方案。无论是采用哪种数学模型模拟肥料效应函数,都必须清楚肥料效应函数除了符合数学模型要求外,还要求符合肥料报酬递减率等农业化学的基本理论和农业生产实际。     

利用"3414"试验设计进行水稻测土配方施肥研究

利用"3414"试验设计,对黑龙江省肇源县水稻施肥问题进行研究,摸清了不同肥力水平土壤的施肥参数,提出了肥料效应函数模型,建立了土壤养分丰缺指标,获得了显著经济效益.     

长期定位试验氮肥效应边际成本分析与最佳氮肥推荐

回归反应实际氮肥与产量效应的函数,并通过合理分析边际成本组成计算出适宜的氮肥最佳施用量,是肥料效应函数法氮肥施肥推荐的关键.以13年长期定位试验为平台,化肥氮处理分别为0、45、90、120、180、240 kg/hm2,利用2015 ～ 2017年平均产量,建立长期试验的氮肥产量效应函数,求最佳氮肥推荐量.计算的边际...     

陕北山旱地枣园平衡施肥技术的研究

本文以土壤———枣树营养元素平衡为理论基础确定一定产量下的肥料合理配比和肥料效应的数学模型 ,通过L9(3 3)正交试验 ,以生产要素报酬率为理论依据 ,分析了一定产量下的肥料用量以及平衡施肥对红枣产量、水分利用效率的影响 ,论述了山旱地枣园平衡施肥的边际产量及其经济效益 ,提出了当地山旱地枣园经济合理施肥的计算模型和施肥方法以及合理施肥的有效条件。     

陕北山旱地枣园平衡施肥技术的研究

本文以土壤-枣树营养元素平衡为理论基础确定一定产量下的肥料合理配比和肥料效应的数学模型。通过L9（3^3)正交试验，以生产要素报酬率为理论依据。分析了一定产量下的肥料用量以及平衡施肥对红枣产量，水分利用效率的影响，论述了山旱地枣园平衡施肥的边际产量及其经济效益，提出了当地山旱地枣园经济合理施肥的计算模型和施肥方法以及合理施肥的有效条件。     

甘薯氮磷钾肥平衡施用效应分析

本文运用311-A拟饱和最优回归设计，在沿海赤砂土甘薯主产区设置晚薯施用氮磷钾肥料试验，模拟出甘薯薯块产量和施肥利润的氮磷钾肥料效应函数，通过极值判别均为典型函数，用边际分析寻优，获得甘薯薯块最高产量和最高施肥利润的优化施肥组合分别为：Zmax为Zl=N136．25kg／hm^2，Z2=P2O552．71kg／hm^2，Z3=K2O275．68kg／hm^2，薯块产量最高，y^max=39．214t／hm^2；Zopt为Zl=N117．09kg／hm^2，Z2=P2O546．24kg／hm^2，Z3=K2O247．01kg／hm^2，施肥利润最佳为π^opt=18298．99元／hm^2。     

西北地区推荐施肥技术体系的研究和应用

作者介绍了西北地区由土壤测试方法、肥效反应函数式,推荐施肥方法及推荐施肥分区等内容组成的推荐施肥体系的研究和应用概况。     

作物肥料效应函数模型研究进展与展望

在过去四十年里,肥料效应函数模型研究和应用取得重要进展,业已成为我国测土配方施肥的主要技术依据和一个分支体系,其中二次多项式是研究和应用最多的肥效模型。本文对经验肥效模型的类型及其适用性、试验设计、参数估计、类特征肥效模型、非典型式推荐施肥优化方法以及函数法与土测值的结合等方面的研究进展进行了简要综述。在此基础上,分析了问题产生原因和主要诊断方法。为此,建议:未来要深入探讨消除或缓解多元肥效模型多重共线性和异方差危害的补救措施及其有效应用条件;研发非结构肥效模型,克服经验肥效模型专业假设的不合理性;在大量"3414"试验资料基础上开展作物肥效参数识别技术研究,为肥效模型实现微观指导和推荐施肥软件系统研发提供理论模型依据。     

化肥对中国粮食产量变化贡献率的研究

【目的】 化肥在中国粮食产量的增加中发挥了重要作用，但中国单位面积化肥施用量已远超其他国家。虽然田间试验已证明减少化肥施用量不会导致粮食产量大幅下降，但部分经济学者和粮食生产者对减少化肥施用量仍持谨慎态度。科学评价我国现阶段化肥对粮食产量变化的贡献率，对国家层面制定合理的化肥施用决策有重要的参考价值。已有研究侧重于利用时间序列模型分析粮食产量与化肥投入量及其他因素的关系，而不同省份粮食生产力存在差异，并且化肥对粮食产量变化的贡献率是动态变化的。故本研究利用面板数据模型更好地描述中国粮食生产的投入产出关系，并更准确地反映不同阶段化肥对粮食产量变化的贡献率。 【方法】 研究收集了1995—2015年中国30个省份粮食投入产出数据,分别估计了柯布道格拉斯和二项式函数形式的粮食生产函数的三种面板回归模型，并利用固定效应和随机效应检验方法对不同面板模型的优劣进行评判，最终判定随机效应模型优于混合效应和固定效应模型。根据随机效应模型回归结果求解了单位面积粮食产量对化肥的施用量弹性系数，借鉴全要素生产率概念，利用粮食生产函数和化肥施用量弹性计算了化肥对单位面积粮食产量变化的贡献率，据此评价化肥施用量对粮食产量的实际影响。 【结果】 实证结果表明，化肥施用量的弹性系数显著，固定弹性系数为0.17，可变弹性系数呈明显的倒U形变化趋势，说明化肥投入已经进入边际报酬递减阶段，继续增加化肥施用量无法实现粮食产量的增加；但由于化肥施用量弹性系数值较高，并且大于其他要素，表明化肥的增产效力不可替代。而化肥对粮食产量变化的贡献率计算结果则表明化肥对单位面积粮食产量变化的贡献逐渐变小，趋向于0，说明化肥带来的粮食增长效应已不明显。2015年粮食投入产出数据分析结果也说明适当减少化肥施用量并不会导致粮食产量大幅减少，防灾技术、农业机械化程度的提高等其他要素对粮食产量的增加发挥了更大的作用。 【结论】 建议在国家层面严格控制化肥施用量，通过调整施肥方式，优化施肥结构等措施提高化肥利用效率，进一步发挥技术要素对粮食增产的作用。      

生态平衡施肥模型与肥料效应函数模型关系研究

本文从理论上推导出生态平衡施肥模型及其特征参数模型的一般应用表达式,进而建立了区域生态平衡施肥模型和区域特征参数模型,最后介绍了区域生态平衡施肥模型和地块施肥模型参数的求解方法和预测施肥量方法。研究表明:肥料效应函数模型是生态平衡施肥模型在不考虑土壤有效养分因素情况下的特例;区域生态平衡施肥模型能够满足地块半定量施肥预测的需求。     

Fertilization effects on organic matter of arable soils in diverse environmental conditions of the Czech Republic

Site specific variables and anthropogenic factors influence composition of soil organic matter (SOM). We evaluated quantity and quality of SOM under different fertilization regimes and site conditions. The study combines data based on repeated measurements obtained from six long-term field experiments, which have been established between 1955 and 1983 at ten locations, resulting in thirteen site and experiment combinations. The experimental sites cover a wide spectrum of pedological and climatic conditions of the Czech Republic. Four basic fertilization regimes were selected: unfertilized plots, mineral-only fertilized plots, plots with application of farmyard manure, and both organic and mineral fertilized plots. The study employs compositional data analysis, principal component analysis, and mixed effect linear models for statistical inference. Under combined organic and mineral fertilization, total soil organic C (SOC) increased by 1?3 g kg^?1. Evidence of possible priming effect was obtained for mineral-only fertilization. Local site conditions were the dominant factor shaping SOM properties. The positive relationship between proportion of clay in soil and decomposition index (DI) was confirmed. In the absence of fertilization, DI was eleven times higher in clay-rich than in clay-poor soil. This effect was moderated by fertilization, decreasing to a seven-fold difference under the full fertilization regime.     

基于部分预算法的玉米大田变量施肥经济效益分析

为明确精准农业技术的应用效果和经济效益,促进精准农业技术在中国的推广应用.该研究基于田间50 m×50 m土壤碱解氮测定数据,采用目标产量模型,设计了变量施氮处方进行变量施氮试验,以相邻地块常规均一施肥区为对照.采用部分预算法评价从均一施肥措施改变为变量施肥措施后的经济效益.结果表明:变量施肥比常规统一施肥显著减少了19.4%的氮肥用量,产量增加了1.8%;从常规统一施肥改变为变量施肥后净收益增加了383.23元/hm2,增加投资部分的投资收益率为753%,远大于可接受的最低年收益率105%.综上,在规模农场采用变量施肥相关变量施肥装备和软件进行变量施肥管理可以减少氮肥施用量,增加作物产量,从而提高农场种植的经济效益,具有良好的推广价值,制定变量施肥机的购置补贴政策有利于进一步促进变量施肥技术在大规模农场的推广应用.     

肥水蚓坑措施下不同施肥对土壤养分和山地苹果生产的影响

陕北黄土高原丘陵沟壑区是山地苹果重要产区,为提升山地果园土壤养分和果实品质及产量,以“肥水蚓坑”措施为基础,通过田间试验探讨不施肥、单施化肥、有机无机肥配施(牛粪+化肥、菇渣+化肥、牛粪+菇渣+化肥)等不同施肥对山地果园土壤养分、叶片营养、苹果产量与品质的影响。结果表明：(1)不施肥处理的土壤有机质含量和速效养分含量均低于施肥处理,其中,单施化肥处理低于有机无机肥配施处理,牛粪+菇渣+化肥处理的效果优于其他施肥处理。(2)施肥处理的苹果叶片不同生育期的全氮、磷、钾含量均显著高于不施肥对照,有机无机肥配施处理优于单施化肥处理。(3)不施肥处理与施肥处理的苹果果实硬度和果形指数无显著差异,施肥处理均可显著提高苹果产量和果实可溶性固形物、可溶性糖及维生素C含量,牛粪+菇渣+化肥优于其他处理,单施化肥的果实可滴定酸含量显著高于不施肥和有机无机肥配施。单施化肥的果实糖酸比与不施肥无显著差异,却显著低于有机无机肥配施。综上,“肥水蚓坑”结合有机无机肥配施可以减少化肥的施用,提高土壤养分含量,确保苹果提质增产,牛粪+菇渣+化肥(牛粪∶菇渣=1∶1)是山地苹果提质增产的优质管理模式,值得在陕北黄土丘陵...     

Monte Carlo 法在多元肥效模型参数估计和推荐施肥中的应用

针对多元肥效模型大量存在非典型式的事实,本文应用“3414”田间试验结果,详细介绍Monte Carlo法的原理以及在多元肥效模型参数估计、非典型肥效模型推荐施肥等方面的应用方法和步骤。结果表明,采用最小二乘法回归建模,67个二元和59个三元肥效模型的典型式出现机率分别为23.1%和16.9%;而改用Monte Carlo法参数寻优,典型式出现机率分别提高到56.7%和37.3%,是最小二乘法的2.5倍和2.2倍。与最小二乘法相比,Monte Carlo法是在参数寻优时牺牲数学上偏差平方和最小的最优性,使待估参数达到专业上最优而数学上较优,从而提高典型肥效模型的出现机率。对Monte Carlo法也不能得到典型式的晚稻磷钾非典型肥效模型,用产量频率分析法计算推荐施肥量,表明只有一组磷钾肥用量组合入选,导致磷肥推荐用量偏高而钾肥偏低。在相同目标产量下,改用Monte Carlo法,平均推荐用量介于相同试验地所建立的氮磷、氮钾和氮磷钾典型肥效模型的推荐用量之间,结果明显优于产量频率分析法。因此,Monte Carlo法为多元肥效模型参数估计和非典型肥效模型推荐施肥提供了一种新方法,提高了当前测土配方施肥田间试验的成功率。     

基于知识图谱与案例推理的水稻精准施肥推荐模型

目前水稻种植户的施肥行为存在一定的盲目性,会造成肥料浪费和环境污染等问题,对此该研究提出了一种基于知识图谱和案例推理的水稻精准施肥推荐模型,包括推荐定性的施肥方案和定量的施肥量两个阶段。首先,使用PairRE模型获取图谱中全部实体和关系的低维向量表示,并在此基础上依据待种植的水稻品种进行知识推理以得到定性的施肥方案;然后,结合实体向量检索出k个相似案例,通过k个案例进行组合预测,得出具体施肥量数值。由中国知网获取166个环境指标数值明确、施肥过程记录完整的水稻施肥事件用于模型的验证,结果表明,与测试事件的实际施肥方案相违背的部分仅占比10.76%;对于氮肥施用总量、磷肥施用总量、钾肥施用总量和氮肥基叶肥与穗肥运筹比例的预测精度分别达到了92.85%、82.61%、79.17%和90.92%。该施肥推荐模型能够输出详细的施肥方案和精确的施肥量,算法过程可解释性较强,可为水稻精准施肥推荐系统的设计提供支撑。     

通用施肥模型及其应用

基于生态平衡施肥理论和多年实践,建立了通用施肥模型及其若干应用模式。（1）不进行秸秆还田情况下,当Wj≥Wi时的通用施肥模型表达式为＂肥料转化率＋肥料离土率＋肥料培肥率=1＂;当Wj〈Wi时的通用施肥模型表达式为＂土壤-肥料转化率＋土壤-肥料离土率=1＂。（2）进行秸秆还田情况下,当Wj≥Wi时的通用施肥模型表达式为＂肥料经济产量转化率＋肥料离土率＋肥料培肥率=1＂;当Wj〈Wi时的通用施肥模型表达式为＂土壤-肥料经济产量转化率＋土壤-肥料离土率=1＂。基于以上理论和方法,分别对肥料长期定位试验、示踪试验、普通肥料田间试验、轮作栽培模式情况下的通用施肥模型进行了讨论;并介绍了参数计算过程。根据实际工作需要,对通用施肥模型进行了简化,分别定义了土壤-化肥养分生物产量转化率、土壤-化肥养分籽粒产量转化率两个参数和相应的施肥模型。最后简介了通用施肥模型多年实践情况。     

颗粒化肥水平气送式螺旋组合可调定量供肥装置设计与试验

为适应不同施肥量要求和实现水平气送式集中排肥器定量变量排肥,该文设计了一种颗粒化肥螺旋组合式集中供肥装置。阐述了颗粒化肥螺旋组合式集中供肥装置的工作原理,基于颗粒化肥的机械物理特性和施肥量要求,提出了倾斜螺旋状型孔结构,确定了其主要结构参数,构建了颗粒化肥组合体在肥料充填区和投肥区的力学模型。应用台架试验研究了螺旋式排肥轮数量和转速对供肥速率及供肥稳定性变异系数的影响。结果表明:倾斜螺旋状型孔结构有利于充肥和排肥;螺旋式排肥轮数量和转速分别为1~4个和10~40 r/min条件下,供肥速率随螺旋式排肥轮数量与转速增加而增加,供肥速率范围为912.67~13 164.26 g/min。螺旋组合式集中供肥装置能适应不同机械物理特性参数的颗粒化肥,3种颗粒化肥的供肥速率之间的差值低于5%。构建了螺旋式排肥轮数量和转速与供肥速率的回归预测模型,在目标施肥量150~750 kg/hm2和拖拉机前进速度2.52~5.88 km/h条件下,供肥速率试验值与模型预测值的偏差在3%以内,供肥稳定性变异系数低于1.0%。田间试验结果表明,颗粒化肥实际施用量与模型预测值相对误差为3.54%。该研究提出的倾斜螺旋状型孔和组合排肥轮结构可满足农业生产的变量、定量集中供肥要求,可为颗粒化肥水平气送式集中排肥器结构设计提供参考。