华北平原冬小麦-夏玉米作物亏缺水量空间分布研究

以华北平原区20个代表性观测区域为基础,选取1996-2015年的20年完整观测序列的气象资料作为分析对象,对华北平原区传统种植作物冬小麦-夏玉米设计典型年下生长期的作物亏缺水量进行计算,通过经验频率法确定了降水频率分别为75%、50%、25%的设计典型年及相应的降水量,计算确定参考作物腾发量,结合冬小麦、夏玉米的作物系数得出作物需水量,进而计算出设计典型年下作物亏缺水量,基于ArcGIS对华北平原整个地区的水分亏缺量进行了插值,绘制亏缺水量等值线图。为合理制定灌溉制度、调整农业作物种植结构以及优化农业水资源配置提供参考依据。     

基于多年环境特征的东北春玉米时空型种植区划研究

玉米是我国主要粮食作物之一,现有的玉米种植环境区划受尺度过大的影响,分区环境特征不能满足品种精细测试要求,只用多年平均值描述环境空间特征,对于多环境测试中的环境不能充分地认知。为此,以地理网格为单元,以东北三省为研究区,利用东北三省21年的气象、DEM、坡度和县域春玉米种植面积等数据,以每年的环境特征为指标,构建多年环境特征数据库,通过属性聚类方法,从时空角度研究玉米种植环境精细区划方法,将东北三省的多年环境特征分成7类,使用类别归属度分析方法,实现东北三省玉米种植环境时空型区划。与多年环境特征均值的空间型区划对比结果表明,时空型区划结果更加精细,环境认知更加充分。     

不同灌水方式根层土壤水分动态及耗水规律试验研究

通过冬小麦、夏玉米周年连作种植试验,观测不同灌水方式根层土壤水分的动态变化,揭示了不同灌水方式和土层深度土壤含水率的变化规律,建立不同时期、不同土层的土壤水含量变化曲线,进而研究出冬小麦、夏玉米不同生育阶段的耗水规律。结果表明:夏玉米生育期土壤含水量波动较冬小麦频繁,周年内,水分处理越高,土壤含水量波动越大,0~20cm土层内土壤含水率波动频率大,且波动幅度也较大,随着土层加深,土壤含水量波动减小;两种作物都是拔节期到灌浆期耗水量最大,约占全生育期耗水量的45%~50%;与传统畦灌模式相比,沟灌各水分处理的耗水量减少38.15~44.13mm,水分利用效率提高9.17%~22.73%。其中L-70处理的产量较高,耗水量适度,水分生产效率最高,小麦、玉米分别平均达到1.84、1.81kg/m3,满足节水高产的宗旨。     

黄淮海地区玉米品种适宜性精细区划研究

受数据和方法所限,对作物品种适宜种植区进行划分时,往往不考虑不同品种间的表现差异,且环境单元的尺度较粗,导致品种定位不准而经常引发种植事故。为提高作物品种定位准备程度,以玉米品种为研究对象,以县域为基本决策单元,以黄淮海夏播玉米区为研究区,进行玉米品种适宜性精细区划的探索性研究。通过对区试数据和调查数据的分析,筛选对产量有显著影响、发生频率高、与环境因素相关性强的因子,确定积温、种植密度、倒伏、大斑病、空秆5因子的玉米品种精细区划指标体系;建立了玉米品种各指标及综合指标适宜度的定量化表达方法;利用面状要素属性空间一体化聚类方法进行玉米品种适宜性精细区划。同时以玉米品种秀青73-1为例,计算了该品种的单指标和综合指标适宜度,分析了其在黄淮海地区的适宜性精细分区结果。在县域精细尺度下,兼顾不同种植环境和品种间差异,同时考虑空间邻接关系,研究作物品种种植适宜性精细区划方法,有助于"因地制宜"准确选用品种,充分发挥新品种的增产增收效果。     

秸秆覆盖对夏玉米田棵间蒸发和土壤温度的影响

华北平原高产农区冬小麦和夏玉米实行1年二作的种植制度,夏玉米生长在雨热同期的6～9月,降雨能满足夏玉米50%左右的需求,需灌溉1～2水。研究表明,夏玉米田全生育期土壤的无效蒸发占其总蒸散的1/3左右。实施秸秆覆盖可以有效地保墒土壤、降低土壤蒸发,大大提高夏玉米的水分利用效率。试验结果表明,秸秆覆盖对土壤蒸发的抑制率3年平均为58%,前期由于LAI小,土壤裸露,秸秆覆盖的效果更明显。秸秆覆盖可以有效地平抑地温的变化,降低地温的日振幅,缓和昼夜温差,避免了地温的剧烈变化,能有效地缓解地温的激变对作物根部产生的伤害。由于秸秆覆盖改善了土壤的水热变化,有利于作物的生长和产量和水分利用效率的提高。11年的覆盖试验结果表明,在不同的年型,秸秆覆盖处理平均增产4.35%,水分利用效率平均提高12.26%,耗水系数平均降低9.75%。     

微喷带施肥灌溉对小麦玉米产量和水肥利用的影响

在2013-2015年两个连续的冬小麦-夏玉米生育期内,选用带宽为65 cm的双翼型微喷带,底肥(种肥)选用控失肥,总施肥量为当地地面灌溉高产推荐施肥量的70%,作物生育季当20 cm深度土壤基质势降低到-40 kPa时进行施肥灌溉,因夏玉米生育期正值雨季,除播种后灌溉,大喇叭口期和花粒期主要采用微喷带进行追肥。试验结果表明:①微喷带施肥灌溉水肥一体化可分别提高冬小麦和夏玉米的产量7.9%和17.1%;②冬小麦总耗水量平均为439.6 mm。整个生育期灌水量所占的比例最大,平均为36.4%,其次是土壤储水量的消耗量(35.6%),降水量占总耗水量的23.7%,地下水的补给量占的比例最小,仅4.3%。冬小麦水分利用效率平均达到1.7 kg/m~3,提高了21%。0～50 cm土壤储水量的消耗量占整个土层土壤储水量的消耗量最大,高达40%。③冬小麦和夏玉米的灌溉水利用效率分别平均为4.5和13.8 kg/m~3,分别提高了103%和62%,N和P的肥料偏生产力分别均提高了58%和67%。土壤养分主要分布在0～40 cm土层内,100～140 cm土层硝态氮含量降低了92%,显著减少了养分淋失,有效提高了肥料利用效率。因此华北平原地区微喷带施肥灌溉可提高冬小麦夏玉米的产量、水分利用效率、灌溉水利用效率和肥料利用效率。     

集雨种植模式对小麦-玉米周年农田土壤水分及作物产量的影响

[目的]针对关中地区冬小麦-夏玉米周年的生产特点,将垄沟集雨种植技术应用于作物周年生产,以期为冬小麦-夏玉米周年生产体系种植模式的改良提供依据。[方法]以西农979、郑单958为试验材料,设传统平作(CK)、垄沟配置为40cm∶40cm(R-F40)、40cm∶60cm(R-F60)、40cm∶80cm(R-F80)4个处理,探讨冬小麦-夏玉米周年生产条件下不同垄沟配置方式对农田土壤水分及作物产量的影响。[结果]小麦季R-F60和R-F80处理水分利用效率(WUE)增加;垄沟集雨各处理小麦籽粒产量随种植沟宽度增加呈上升趋势,其中R-F60、R-F80处理较CK仅减产1.75%、1.67%;集雨各处理灌溉水利用效率(IUE)显著提高,并随种植沟宽度增加增幅减小。在玉米季,集雨各处理WUE、产量显著提高,且随着种植沟变宽呈先增后降趋势。小麦-玉米周年WUE、产量显著增加,其中以垄沟配置为40cm∶60cm(R-F60)处理增幅最大,分别较CK增加12.75%、7.98%。[结论]垄沟集雨种植技术是调控作物高效节水的可行途径,其中R-F60处理是优化该地区冬小麦-夏玉米二熟制种植体系稳产高效节水的理想集雨栽培模式。     

秸秆覆盖对沟灌夏玉米根系分布及产量影响

【目的】探究夏玉米根系分布、水分利用效率及产量对沟灌种植下不同秸秆覆盖方式的动态响应。【方法】在河套灌区开展不同耕作模式的小区试验,试验设常规垄覆膜沟灌(FM)、垄覆秸秆沟灌(FLJ)、沟覆秸秆沟灌(FGJ)、垄沟覆秸秆沟灌(FLGJ)4个处理。研究了夏玉米各土层的根长密度、作物耗水量、产量及其相关指标,【结果】沟灌种植模式下不同秸秆覆盖方式显著(P<0.05)影响夏玉米根系分布、产量和水分利用效率,通过沟覆秸秆沟灌可改善夏玉米根系分布,提高水分利用效率,达到高产。沟覆秸秆促进了垄上大于40 cm土层根系发育,根长密度较FM处理增加128.1%,显著提高沟里大于20 cm土层根长密度,促进对深层土壤水分养分吸收利用,提高产量。与FM处理相比,FGJ和FLGJ处理的水分利用效率显著提高了51.9%和54.3%,增产9.3%和9.0%,但FGJ处理的收获指数显著高于其他处理(P<0.05),为0.48。【结论】沟灌种植模式下沟覆秸秆FGJ处理改善深层根系分布效果较好,显著提高夏玉米水分利用效率及产量。     

江苏玉米全程机械化装备及技术要点

正江苏省玉米种植面积一直稳定在600万亩左右,种植面积仅次于水稻和小麦,其中适宜机械化生产面积约400万亩。按品种类型分,春玉米面积占30%左右,夏玉米占70%;按区域分主要集中在江苏省苏北五市,种植面积约占全省总面积的75%。截至到2015年底,全省玉米主产区种植面积增加到629万亩,适宜机械化作业连片种植面积为428万亩,全省完成玉米机播390万亩,机播率为90.9%;机收360万亩,机收率为84.2%,玉米机播、机收环节基本实现了玉米生产机械化。     

1957-2017年京津冀主要作物水分利用效率及节水潜力分析

水资源短缺以及农业用水效率不高制约着京津冀一体化国家战略的实施。【目的】提高主要作物水分利用效率,缓解京津冀地区农业水资源矛盾。【方法】基于FAO推荐的Penman-Monteith公式及有效降水计算公式估算了1957-2017年京津冀地区冬小麦、夏玉米的耗水量及水分利用效率以及冬小麦、夏玉米的节水潜力。【结果】冬小麦、夏玉米水分利用效率呈逐年线性增长趋势。冬小麦、夏玉米水分利用效率仍有20%~30%的提升空间,在产量不变的前提下,京津冀地区可节约水量43.6亿~60.4亿m^3。冬小麦节水潜力高于夏玉米。【结论】可通过改善土壤条件,优化灌溉管理以及秸秆覆盖等措施提高冬小麦及夏玉米的水分利用效率。     

Estimation of irrigation requirement for sustainable water resources reallocation in North China

The South-North Water Transfer (SNWT) project (upon completion) will deliver some 4.8 billion m³ of water per annum to Hebei, Beijing and Tianjin — greatly mitigating water shortage in North China. Surface water that is currently restricted to urban use could then become partly available for agricultural production. This will reduce the dependence of agriculture on groundwater, which will in turn retard groundwater depletion in the region. This study determines the spatial and temporal distributions of agricultural water requirement in Hebei Plain. This in turn lays the basis for surface water reallocation following the completion of the SNWT project. DSSAT and COTTON2K crop models are used along with crop coefficient methods to estimate required irrigation amounts for wheat, maize, cotton, vegetables and fruit trees in Hebei Plain. The study uses 20 years (1986-2006) of agronomic, hydrologic and climate data collected from 43 well-distributed stations across the plain. Based on the results, wheat accounts for over 40% of total irrigation water requirement in the plain. Similarly, wheat, maize and cotton together account for 64% of the total irrigation water requirement. The piedmont regions of Mount Taihang have the highest irrigation requirement due to high percent farm and irrigated land area. The months of April and May have the highest irrigation water requirement, respectively accounting for 18.1% and 25.4% of average annual irrigation. Spatial and temporal variations in our estimated irrigation water requirement are higher than those in the officially published statistics data. The higher variations in our results are more reflective of field conditions (e.g. precipitation, cropping pattern, irrigated land area, etc.). This therefore indicates a substantive improvement (in our study) over the average statistical data. Based on our simulation results, viable surface water reallocation strategies following the completion of the SNWT project are advanced and discussed.     

基于作物空间信息特征的灌区种植结构优化研究

针对目前北方许多大型灌区种植结构不合理、农业需水量偏大、水资源紧缺等问题,提出了一种基于作物空间信息特征的种植结构优化方法,通过调整种植结构和优化空间分布,减少农业需水量,提高农业效益。利用地统计学(GS)和地理信息系统(GIS)的空间处理能力,分区计算了灌区多年平均参考作物需水量(ET0)和作物需水量(ETc),并统计分区内作物单产和产值信息;构建了基于作物空间信息特征的多目标优化模型,设计了2种作物种植结构方案。结果表明,与传统多目标种植结构优化模型相比,基于作物空间信息特征的种植结构优化方法在节水效果和农业效益上都有一定的优势。     

农业机械化水平对中国粮食生产技术效率的空间溢出效应研究——基于农机跨区作业视角

提升农业机械化水平是落实国家“藏粮于技”战略中的重要一环，利用1998—2020年中国31个省(市、区)的面板数据，采用空间杜宾模型，研究农业机械化水平对粮食生产技术效率的直接影响和空间溢出效应。研究发现：第一，农业机械化水平对粮食生产技术效率具有显著的空间溢出效应，在其他影响因素不变的情况下，其他地区粮食生产技术效率加权值每提升1%，本地粮食生产技术效率提升约0.579%；第二，从不同农机类型来看，农业机械化水平对粮食生产技术效率的空间溢出效应主要通过大中型农机实现，影响系数为0.252；第三，农业机械化水平对粮食生产机械效率的空间溢出效应存在于不同经纬度之间，在水稻跨区作业省份中，农业机械化水平对粮食生产技术效率的空间溢出效应为0.027。因此，提出通过进一步优化农机跨区作业机型、改进粮食品种、提升田间管理技术等方式扩大不同地区粮食作物的种植、生长和收获时间差，为农机跨区作业创造条件，实现资源效益最大化。     

基于MODIS数据的冬小麦种植面积快速提取与长势监测

利用MODIS-NDVI数据,以中国冬小麦主产区为例,探讨了基于遥感影像全覆盖的大尺度冬小麦种植面积遥感综合自动识别及长势监测的方法。通过分析冬小麦的种植结构、物候历特征及其生物学特性和时序NDVI曲线特征,确定了冬小麦信息提取的NDVI阈值,建立了冬小麦面积提取模型,并最终获取了2010—2011年中国农情遥感监测中冬小麦长势监测所需的空间分布数据,与多年平均统计数据比较,总体精度达到81%以上。基于提取的冬小麦面积信息空间分布数据,利用MODIS-NDVI差值模型,对冬小麦2011年的长势进行监测。结果表明,与近5年平均状况对比,2011年冬小麦在其整个生育期内长势基本与常年持平,但时空分布差异较大。     

保护性耕作体系及配套机械系统的研究

保护性耕作是相对于传统耕作的一种新的耕作技术，是以作物秸秆还田和免耕、少耕技术相结合来进行农业生产的。松嫩平原纬度较高．种植制度多为一年一熟制，主要作物为小麦、玉米、大豆和水稻。为此．在探讨松嫩平原旱田秸秆还田模式的同时，对配套机械进行实验分析，并提出了相应的建议。     

辽宁省主要作物播种面积变化规律分析

利用1980-2012年间的统计数据,对辽宁省主要作物播种面积变化规律进行分析。结果表明：农作物播种总面积呈现小幅度增加的趋势,主要是随粮食作物播种面积的增加而增加的。粮食播种面积基本稳定,近年略有增加,主要是由水稻和玉米面积增加导致的;经济作物表现为波动趋势,其中油料作物呈现出较为强烈的波动,主要是由花生和向日葵面积变化导致的。     

西藏拉萨河谷灌溉供需水分析

以拉萨河下游河谷地区为研究对象,依据1989-2010年拉萨、墨竹工卡气象站气象资料和Landsat卫星遥感影像提取的主要作物(青稞、冬小麦及油菜)种植面积,计算不同典型年份研究区总灌溉需水量;结合拉萨水文站1989-2010年径流序列资料,分析区域灌溉用水的供需平衡.结果表明:拉萨河谷地区的种植模式以粮食作物为主,河谷区种植面积在1990-2010年间增长约8%,作物种植结构没有发生显著性的变化.农作物种植面积的增加引致灌溉需水量大幅度增加,2010年的灌溉需水量达到16亿m³,比1990年增长约35%,青稞为灌溉需求最大的作物.河流径流量及灌溉用水需求的季节性变化存在差异,每年4-6月灌溉供需关系较为紧张,灌溉量占径流量近10%~20%,每年12月至次年4月正值河流枯水季,尽管该期间灌溉需水量较低,但对水资源造成的压力也是不容忽视的.拉萨河谷地区水资源供需关系较为紧张.     

分体式小麦免耕播种机的设计

针对我国北方一年两熟地区夏玉米秸秆覆盖地,秸秆覆盖量比较大,免耕播种冬小麦容易发生堵塞等问题,设计开发了分体式小麦免耕播种机.该机采用条带旋耕与单圆盘播种镇压单体联合防堵机构.该机一次完成施肥、秸秆粉碎、碎土镇压、开沟播种、镇压等作业.该播种机主要由施肥旋耕系统、连杆连接系统和播种系统组成.田间试验结果表明:在夏玉米秸秆覆盖下小麦免耕播种,对土壤扰动量在25%～30%左右,作业质量符合农艺要求;机具结构设计合理,为中国北方一年两熟地区夏玉米秸秆覆盖地表直播小麦提供了技术支持.     

变化环境下农业需水量演变趋势及驱动力

根据宝鸡峡灌区11个气象站近30 a的气象及近20 a种植面积资料,分析了气候及作物种植结构的变化特征,计算了作物需水量和农业需水量,研究了灌区农业需水量的演变趋势,并利用主成分回归分析法揭示了影响农业需水量变化的驱动因素.结果表明:灌区气温呈显著上升趋势,相对湿度和风速呈显著下降趋势,蒸发量和日照时数略有增多,降水量有所减少.灌区农业种植结构变化较大,粮食作物与经济作物种植面积比例显著降低,由1991年的4.08减小为2010年的1.83;粮食作物与农作物总播种面积比例也呈下降趋势,由1991年的0.46减小为2010年的0.40.灌区小麦、玉米、油菜、棉花等4种主要作物需水量呈递增趋势,其中油菜需水量递增速率最快,约为3.558 mm/a;灌区农业需水量呈递减趋势,其递减速率为3.35×107m3/a.影响农业需水量变化的主要驱动因素为种植面积、降水量和蒸发量.降水量的减少和蒸发量的增多使得作物需水量明显增多,而农作物种植面积的减少,引起农业需水量的显著减少.     

光电技术在农业工程中的应用与展望

我国是农业生产大国，农业种植面积和多种农产品产量居世界前列，但是我国农业生产自动化程度相对较低，农业效益提升潜力大。光电技术在提升农业效益方面大有可为。概述了光电技术在农业工程中的应用现状，并展望了光电技术在农业工程中的发展趋势。