结构变化和生物量生产与分配过程下苜蓿生长模拟研究

为真实反映苜蓿的结构和生长过程,经2年土柱栽培试验,对阿尔冈金紫花苜蓿(Medicago sativa‘Algonquin,)的结构和生物量进行动态测定,划分了苜蓿的生长单元.在生长单元上模拟苜蓿的结构变化与不同阶段的生物量生产过程.以生长单元归一化的扩展速率与相应的库强乘积大小作为权重,竞争获取可用的生物量,实现生物量的分配.采用异速生长关系实现苜蓿的几何形态与生物量的动态关联,从而建立苜蓿的功能-结构模型.最后利用第1年的土柱栽培试验获取模型参数,模拟了第2年土柱栽培试验苜蓿同类器官累积生物量的动态变化过程,并对苜蓿生长过程进行可视化仿真.结果表明:不同指标的测定值与模拟值的均方根差值在5.79～123.28 g之间变化,相对误差值在0.02～0.67之间变化,模拟值与实测值间有较好的吻合性.所建立的功能-结构模型能够定量化预测苜蓿结构变化与生物量生产及分配的动态反馈过程,从植物生长的机理层次实现苜蓿生长过程的动态模拟.     

基于计算机视觉的小麦叶面积测量

运用计算机视觉技术对目标作物小麦的侧拍、俯拍图像进行识别处理,计算出相应叶片所占面积大小,从多变量因素对其测量分析,与叶真实面积大小进行比较,分析建立关系模型。结果表明,小麦植株的侧拍、俯拍面积与叶真实面积之间存在回归关系,且相关性较高,R~2值达到0.91。且经过验证,测量结果较准确,说明此回归模型可行。     

基于马尔科夫链的紫花苜蓿分枝过程模拟研究

植物的分枝过程对研究植物的生长规律有重要的意义。借助于马尔科夫链模型,定量化研究了紫花苜蓿枝条的分枝过程。依据苜蓿枝条的分枝特点,以组成枝条的节间作为马尔科夫链的状态;状态的划分以节(或者节间)上发生的下级枝条加以区别,并进一步计算得到马尔科夫链模型的初始化矩阵、一阶转移概率矩阵与二阶转移概率矩阵。在此基础上,采用马尔科夫模型模拟预测了苜蓿枝条的分枝变化过程。通过田间两个品种苜蓿栽培观测试验,获取马尔科夫链模型的参数,并进行了苜蓿枝条分枝过程的模拟。模拟结果显示,马尔科夫链模型模拟的枝条分枝结果与实际的统计结果比较吻合。表明马尔科夫链模型能够用来描述苜蓿枝条的分枝过程。     

结构与功能反馈机制下根系生长向性模拟

借助于根系生长发育的功能-结构模型,模拟了根系生长的向地性、向水性与向肥性。研究中采用Voxel体元对根系生长的土壤区域进行离散化,并设定各Voxel元8个顶点的土壤含水量、养分浓度;采用根系功能-结构模型描述了不同生长周期下根系在三维土壤空间的生长;采用空间碰撞检测技术,确定各根元所占据的Voxel元,并以根元中点坐标与其所占据的Voxel元的各顶点距离倒数作为权重,计算根元生长区域的土壤平均含水量与养分浓度;利用三基点阻力法,计算得到土壤含水量、养分浓度对根元库强的校正系数,重新计算当前周期下根系可利用的生物量在组成根系的各根元中的分配,并调整根元的生长方向。最后,在设定的不同土壤含水量与土壤养分分布情景下,模拟了根系的空间生长与分布。模拟结果显示借助根系的功能-结构模型,在特定的情景下,能够模拟根系生长过程中的向地性、向水性与向肥性。根系在空间生长是一个复杂的过程,在特定的条件下,能够通过一定的农业措施,如灌溉、施肥,改变其空间生长与分布,使得作物高效地利用土壤水分、养分资源,从而实现可持续发展的生态农业     

旱地与水浇地冬小麦生产的资源环境影响评价

以山西省闻喜县冬小麦生产体系为例,以生产1 t小麦籽粒产量为评价单元,运用生命周期评价方法,对比评价水浇地与旱地种植冬小麦生命周期的资源环境影响。结果表明,旱地与水浇地不同耕地类型种植冬小麦会影响籽粒产量、资源消耗和污染物排放量。水浇地种植冬小麦能大幅度提高产量,比旱地高51.22%。冬小麦生命周期中环境影响潜力因子从大到小依次是富营养化、环境酸化、土地利用、温室效应和能源消耗,旱地种植的环境影响指数均大于水浇地;环境影响综合指数旱地是0.445 2,水浇地是0.395 5,旱地种植方式比水浇地种植造成的环境压力更大,造成环境影响的主要原因是化肥施用过量且不合理。因此,保障研究区域生态环境和粮食生产安全的关键是因地制宜地增加水浇地面积、合理施用化肥、节水灌溉、提高水肥利用效率。     

铜与柠檬酸不同配伍对断奶仔猪生产性能与血液生化指标影响的研究

选用杜洛克×长白×大约克三元杂交品种，35日龄断奶的仔猪72头进行试验。试验采用随机区组设计，共设8个组，其中设添加1%柠檬酸和添加250 mg/kg铜2个对照组，铜与柠檬酸的不同组合为6个处理组，每组设3个重复，每个重复3头仔猪。试验结果表明：①日粮中添加高铜与柠檬酸的不同配比均可以不同程度地提高日增重、饲料利用率与降低仔猪腹泻率；②日粮中添加高铜与柠檬酸可以促进高铜的代谢和吸收，有较好的生态效应； ③ 总体上铜与柠檬酸各组合对仔猪的各项血液生化指标影响不明显，基本上处于正常的生理值范围内；④ 高铜与柠檬酸有明显的互作效应，本试验以150 mg/kg高铜和1.5%柠檬酸的组合效果最好。     

基于SEBAL模型的小麦水分生产率研究

基于能量平衡原理,运用SEBAL模型和Landsat8影像反演估算了山西省晋中市的小麦水分生产率。首先根据Landsat8卫星影像,反演了晋中地区净辐射通量、土壤热通量和感热通量,使用能量平衡方程计算了水分蒸散;然后基于晋中小麦的产量统计数据,对晋中小麦的产量进行插值并栅格化;最后利用水分生产率公式计算了研究区小麦水分生产率。结果表明,研究区内的太谷、榆社、介休3站点反演的日蒸散量分别为2.93、3.82、3.17 mm/d,范围为0.41~7.22 mm/d,与根据Penman-Monteith公式计算的结果 (2.57、3.48、3.43 mm/d)大致相等,误差范围在10%左右;研究区小麦水分生产率均值为0.94 kg/m3,最高达到2.50 kg/m3,处于合理范围内,可以对晋中地区提高水分利用效率提供有效参考。     

黄土丘陵区煤矿开采对土壤理化性质的影响

【目的】为揭示黄土丘陵区煤矿开采对土壤理化性质的影响,并为扰动区的恢复治理工作提供一定的理论依据。【方法】运用地统计学理论和方法,测定并计算长河流域内0-20cm /20-40cm/ 40-60cm深度土壤的容重、孔隙度、机械组成、有机质等指标,对煤矿开采对土壤理化性质扰动的统计变化规律、空间结构、空间分布及其成因进行了分析。【结果】研究结果表明：扰动区与未扰动区对比,(1)从平均值变化结果来看,土壤容重、砂粒、有机质含量增大,孔隙度、粉粒、粘粒含量减小,其中容重在0-20cm和砂粒在0-60cm处显著增大(p<0.05),孔隙度在0-20cm、有机质在0-40cm和粉粒在0-60cm处显著减小(p<0.05),其它各层没有显著变化。(2)煤矿开采导致孔隙度、容重和有机质的空间依赖度减弱,其中有机质由强空间依赖变为中等空间依赖,煤矿开采使砂粒、粉粒和粘粒的空间依赖性得到增强,其中砂粒由中等空间依赖变为强空间依赖。(3)研究区土壤理化性质在三个土层空间分布上都具有一定的相似性,长河两侧土壤理化性质含量高低分布较为明显。煤炭开采对土壤的破坏分为显性破坏和隐性破坏,并且两者之间存在一定的因果关系,地表产生的沉陷和裂缝会致使土壤板结,改变地表形态,促进土壤空气与大气空气交换,从而使扰动区内土壤理化性质发生变化。【结论】研究发现扰动区和未扰动区的土壤理化性质有明显差异,为小流域采煤扰动后土壤理化性质变化及其成因提供一定的系统诊断依据。     

旱作条件下保护性耕作对土壤结构和容重影响试验研究

【目的】明确外源有机物和耕作方式及其交互作用对土壤容重、团聚体表征物理指标变化的影响。【方法】依托半湿润偏旱区国家农业环境晋中长期耕作试验观测平台,设置免耕(NT)、深松(SU)、旋耕(RT)、翻耕(CT)以及耕作与秸秆耦合作用下免耕+秸秆覆盖还田(NTS)、深松+秸秆还田(SUS)、旋耕+秸秆还田(RTS)、翻耕+秸秆还田(CTS)共8种处理,连续5年进行玉米连作田间试验,通过测定和比较土壤水稳性团聚体(WSA)和容重,探讨了耕作方式及其与秸秆还田措施配合的培肥改良土壤效果。【结果】(1)与CT相比,NT和SU土壤水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、> 0.25 mm团聚体含量(R_0.25)分别得到了显著提升(31.94%,36.61%;23.29%,26.09%;14.42%,12.63%)。(2) 0～40 cm土层的容重,RTS最小,SU次之。相比CT,NT、SU、RT在土层垂直方向上,随着土层深度的增加,对土壤容重影响效果均在逐步减弱。秸秆和耕作的耦合作用,对容重的影响呈随机分布。0～10 cm表层,相比CTS,NTS、R...     

硝酸钙泥配施有机、无机肥和风化煤的油菜效应研究

利用盆栽试验研究了硝酸钙泥及其与有机、无机肥料对油菜生长的影响。结果表明:施肥处理的油菜株高、根长、叶和根的单株干重、氮、磷、钾含量均大于CK处理,其中Ca+W处理的株高、根干重、叶和根氮、磷、钾与CK处理之间差异显著,比CK处理增加了60.36%、191.81%、41.81%、66.21%、100.98%、82.14%、38.42%和99.31%;Ca+W+Y处理的叶干重与CK处理之间差异显著,比CK处理分别增加了310.01%;根长的施肥处理与CK之间没有差异性。由此可见,硝酸钙泥与无机肥料配合施用对油菜生长具有良好的促进作用,其次为硝酸钙泥与有机、无机肥料配合施用,促进了油菜地上部生长。因此,硝酸钙泥可与有机、无机肥料配置成复混肥料实现农业资源化利用。