日光温室芹菜外观形态及干物质积累分配模拟模型

为实现日光温室芹菜外观形态与干物质积累分配预测。该研究依据芹菜(Apium graveolens L.)生长发育的光温反应特性,以‘尤文图斯’为试验品种,利用2年2茬分期播种试验观测数据,依据温室芹菜外观形态生长与关键气象因子(温度和辐射)的关系,以单株辐热积(Photo-ThermalIndex,PTI)为自变量构建了外观形态模拟模型;并建立了基于PTI的干物质分配模拟模型;结合叶面积指数模拟模块、光合作用和呼吸作用模拟模块,构建了干物质积累模拟模型;结合各器官各个发育阶段内的相对含水量,可计算鲜物质积累模拟模型。基于各子模块共同组成了日光温室芹菜外观形态及干物质积累分配模拟模型,确定了模型品种参数,利用独立试验数据对模型进行验证。结果表明,1)在外观形态模拟模型中,对根长、主茎茎粗、主茎茎长、株高、整枝和自然管理方式下叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)形态指标均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为2.46 cm、1.49 mm、6.72 cm、11.08 cm、0.74 m~2/m~2和0.77 m~2/m~2,归一化均方根误差(Normalized Root Mean Square Error,NRMSE)分别在16.63%～20.63%之间。2)在干物质分配模拟模型中,各器官的干物质分配指数NRMSE在8.24%～27.19%之间,RMSE在0.60%～7.01%之间。3)在干物质积累模拟模型中,不同器官(根、茎、叶、总茎、总叶、主茎、叶柄、整枝和自然管理方式下地上部)的干物质质量RMSE在3.85～85.80 g/m~2之间,NRMSE分别为14.21%～23.13%之间,说明干物质积累模拟模型对不同器官的干物质模拟均有较高的模拟效果。表明模型能够较准确模拟芹菜外观形态与干物质积累分配,系统化定量地表现出日光温室芹菜的生长动态过程。     

利用Elman神经网络的华北棚型日光温室室内环境要素模拟

准确模拟日光温室内环境的变化过程是实现温室环境精准调控的前提。该研究以3个生长季的日光温室室内实时气象观测资料为基础,利用Elman神经网络建模的方法,对日光温室室内1.5 m气温、0.5 m气温和CO_2浓度进行逐时模拟,对日光温室室内平均湿度、平均温度、最高温度和最低温度进行逐日模拟,建立基于Elman神经网络的日光温室室内环境逐时及逐日模拟模型,利用独立的气象观测资料对模型进行验证,并基于逐步回归方法和BP神经网络方法结果进行对比分析。结果表明:1)基于Elman神经网络的日光温室室内环境(1.5m气温、0.5m气温和CO_2浓度)逐时模拟值与实测值的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为2.14℃、1.33℃和55.32μmol/mol,归一化均方根误差(Normalized Root Mean Square Error,NRMSE)分别为10.01%、5.87%和10.70%,基于Elman神经网络的日光温室室内环境逐时模拟效果和稳定性最优。2)基于Elman神经网络的日光温室室内环境(日均空气湿度、日均气温、日最高气温和日最低气温)逐日模拟值与实测值的RMSE分别为0.59%、0.88℃、2.02℃和0.98℃,NRMSE分别为0.79%、4.44%、7.02%和6.66%,基于Elman神经网络的日光温室室内环境逐日模拟效果和稳定性最优。研究结果可以准确模拟日光温室室内逐时及逐日环境,也可以为环境模型与作物模型相互耦合提供技术支撑。     

中国冬小麦需水量时空特征分析

作物需水量是科学确定灌溉时期和灌溉量的重要依据。该文基于中国冬小麦种植区22个省(市、自治区)356个气象站点的气候资料以及冬小麦生育期资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式和作物系数计算了中国冬小麦1961-2010年全生育期及不同生育阶段的需水量,明确了研究区域内冬小麦需水量的空间分布特征和年代际变化特征,并结合降水量时空分布特征,综合分析冬小麦生长季内水分满足情况。研究结果表明:除播种-越冬(出苗)生育阶段冬小麦降水量空间分布特征不明显外,全生育期及各生育阶段冬小麦降水量空间分布特征均为东南沿海地区高西北内陆地区低的分布特征;除返青(出苗)-拔节生育阶段冬小麦需水量空间分布特征不明显外,全生育期及其他各生育阶段空间分布特征均呈西北高东南低的分布趋势;冬小麦全生育期和各生育阶段需水量近50a来均呈下降趋势,尤其是全生育期及开花-成熟生育阶段内需水量下降趋势更明显,返青(出苗)-拔节生育阶段下降速率较少;若不考虑灌溉条件,从全国尺度来看,华南冬麦区和长江下游冬麦区水分满足情况较好,其他区域冬小麦各个生育阶段的降水条件均不能满足水分需求。比较各区域典型站点冬小麦水分满足情况,北部冬麦区、黄淮冬麦区、新疆冬春麦区和西南冬麦区水分亏缺比较严重,比较水分亏缺严重区域的冬小麦各个生育阶段的水分满足情况看出,相对水分亏缺程度较轻的为播种-越冬生育阶段,开花-成熟生育阶段冬小麦的水分亏缺程度最严重,该生育阶段是决定冬小麦千粒重的关键期,有灌溉条件地区适时灌溉,对保证高产稳产具有重要意义。     

气候变化背景下中国北方干湿区降水资源变化特征分析

中国北方地区降水资源空间差异较大且种植结构迥异,细致分析北方不同干湿区降水资源的变化规律和分布特征,可为北方地区合理利用降水资源,调节种植结构,适应气候变化提供科学参考。该文利用中国北方15个省市308个气象站点1961-2010年逐日降水资料,以1981年为时间节点,将过去50 a分为1961-1980年和1981-2010年两个时段,基于干旱区、半干旱区和半湿润区划分标准,明确了与1961-1980年相比,1981年以来北方干旱区、半干旱区和半湿润区空间变化特征;依据中国气象局降水量等级标准及春夏秋冬四季划分标准,系统分析了北方三大区域内小雨、中雨、大雨及暴雨各等级降水量和降水日数在全年降水量和降水日数中的比例,以及降水在一年四季中的分配特征。研究结果表明:气候变化背景下,1981年以来西北地区的干旱区面积减少,东北地区的半湿润区面积减少,而半干旱区面积扩大明显。研究时段内干旱区年降水量呈显著增加趋势,最近30a各等级降水量和降水日数均高于1980年之前的20a,其中小雨、中雨等级增加幅度最大;季节变化中,尤以冬季最明显。半干旱区和半湿润区年降水日数均呈显著下降趋势,最近30 a小雨等级降水量和降水日数均有明显下降;夏季和秋季降水量和降水日数均减少,半干旱区夏季降水减少更明显,半湿润区则以秋季减少最为显著。北方地区年内发生的降水事件95%以上是小雨和中雨,小雨和中雨量总计占全年降水量的75%;研究时段内北方地区的小雨频率有不同程度下降,而中雨频率呈升高趋势,干旱区表现尤其明显,其对作物生长季内降水有效利用影响较小。各季节降水分配的变化中,干旱区和半干旱区春季降水贡献率升高,半湿润区秋季降水贡献率降低;干旱区仅夏季降水频率有下降;半干旱区各季节降水频率指标变动最突出,春冬季节降水频率有增加而夏秋季节降水频率在下降;半湿润区春季和冬季降水频率有所增加,而秋季降水频率下降;研究区域内各降水指标极大值主要集中南北两端;干旱区与半干旱区内北疆地区及内蒙古东北部的强降水量、强降水日数大于区域内青海、甘肃、宁夏的中部和南部。所得结论可为明确中国北方地区不同干湿区降水资源变化及种植结构和作物布局调整提供参考。     

基于机器视觉的冬小麦叶片形态测量软件开发

随着图像处理与识别技术的快速发展,作物表型识别技术日趋成熟。为实现不同品种、不同生育期冬小麦叶片面积和面积系数的精准快速测定,依托VB.net和OpenCV在.NET平台下的图像处理封装库,研发了基于机器视觉的冬小麦叶片形态测量算法并设计开发了软件,软件可实现数字图片的畸变校准并可以同时测量多个叶片长、宽和面积。为验证软件测定效果,选取冬小麦绿色展开叶100 片,通过与人工测量的叶片长宽、WinDIAS叶面积分析系统测量的叶面积结果对比,分析图像识别方法的准确性和稳定性。结果表明,图像识别法与人工和WinDIAS测量的冬小麦叶片长、宽和面积的相关系数均≥0.975,归一化均方根误差均≤0.10%;针对数字照片畸变校准功能进行测试,对叶片水平（垂直）缩放50%且垂直（水平）斜切30°的图像校准后,其测量结果与原始图像测量结果的最大相对误差仅为2%。说明基于机器视觉的冬小麦叶片形态识别方法,可对多种畸变图像进行准确的几何校准,可作为一种可同时准确测定多个叶片面积和长宽的新方法,在农业科学测量、农情信息业务、农业气象观测业务等领域推广应用。     

中国北方地区春玉米干旱的时间演变特征和空间分布规律

【目的】研究北方地区春玉米各生育阶段干旱年代际演变特征及空间分布规律。【方法】基于研究区域1961—2010年291个气象站点的逐日气象资料以及春玉米生育期资料,利用农业干旱指标作物水分亏缺指数（CWDI）,明确了研究区域春玉米干旱的年代际演变特征及空间分布规律。【结果】西北地区春玉米水分亏缺指数年际间波动平稳,华北和东北地区在20世纪80和90年代波动较为剧烈;华北地区春玉米水分亏缺指数在抽雄—成熟阶段明显低于其余两个阶段,东北、西北地区各生育阶段变化不明显;华北中部地区干旱等级的年代间波动明显。北方地区春玉米干旱等级和干旱发生频率的空间分布均呈现西高东低、北高南低的形势,西北地区最高、华北地区次之,东北地区最低;各旱级干旱频率的空间分布以特旱和轻旱最为明显,其中特旱主要集中发生在新疆大部、甘肃北部、内蒙古西北部等地区,发生频率在3年2遇以上,而轻旱主要集中在东北大部、华北大部以及西北东南部地区,发生频率在5年1遇以上。中旱和特旱主要集中发生在华北地区以及西北东部地区,频率均在5年1遇以上,并且随生育阶段更替有减轻的趋势。【结论】北方地区春玉米农业干旱指标CWDI年代间波动以华北、东北地区较为剧烈,且从20世纪80年代以来波动有上升的趋势。干旱的等级和频率空间分布均呈现明显的东西向分布。各旱级中特旱频率呈西高东低分布,生育后期在区域上呈扩大趋势,轻旱频率呈东高西低分布,生育后期有加重趋势,中旱和重旱频率呈中高东西低分布,生育后期在区域和程度上均呈下降趋势;生育阶段间旱级变化敏感的区域主要是新疆北部和华北中部地区。     

基于春玉米籽粒产量的渭北旱塬区农户施肥现状评价

【目的】 调查渭北旱塬区农户玉米产量与氮、磷、钾肥的施用量,分析评价农户产量水平及基于产量的玉米施肥状况,为指导该区域的科学施肥提供参考。 【方法】 于2013—2016年在渭北旱塬区东部的澄城、合阳、韩城、黄龙、蒲城等5个县 (市),实地入户调查680户农户玉米施肥量与产量。 【结果】 1) 农户玉米产量4年平均值为6000 kg/hm2,产量水平属于很低 (< 4200 kg/hm2)、偏低 (4200～5900 kg/hm2)、中等 (5900 ～7600 kg/hm2)、偏高 (7600～9300 kg/hm2)、很高 (> 9300 kg/hm2) 水平的农户数量分别占15.5%、26.9%、36.4%、14.4%、6.5%,低于中等水平农户占42.4%。2) 农户春玉米施氮量4年平均值为249 kg/hm2,其中施氮量属于很低 (< 76 kg/hm2)、偏低 (76 ～152 kg/hm2)、适中 (152～228 kg/hm2)、偏高 (228～304 kg/hm2) 和很高 (> 304 kg/hm2) 的农户数量分别占4.5%、11.6%、33.9%、35.3%和14.7%,并且施氮量很低的农户数量呈现出逐年减少趋势,由2013年的6.9%减少到2016年的2.8%。但施氮量偏高的农户呈现出增加趋势,由2013年的33.9%增加到2016年的37.1%。3) 农户春玉米施磷量处于一个较为适中的水平,4年平均磷肥施用量108～126 kg/hm2,平均值为118 kg/hm2,但施磷量很高 (> 160 kg/hm2) 的农户依然存在。4) 农户春玉米施钾量4年平均值为35 kg/hm2,钾肥施用量低于适中量 (52 ～78 kg/hm2) 的农户占85.3%。5) 低施氮、磷肥时,增加氮、磷肥施用,有良好的增产效果,随着氮、磷肥施用量的升高氮肥的增产效果明显降低,但施氮、磷再增高时,产量会出现下降趋势。6) 未发现施钾量与产量呈现出明显的关系,但高产量水平主要集中在钾肥施用量40～80 kg/hm2,适量施钾有利于获得较高的籽粒产量。 【结论】 渭北旱塬区农户玉米籽粒产量总体上仍然处于偏低水平,在施肥上氮肥过量施用与不足并存,并且过量施氮农户呈现增加的趋势;磷肥施用总体上合理,但不合理施磷农户仍然占有一定的比例;该区农户不重视钾肥的施用,但适量施钾有助于获得较高的籽粒产量,且有助于土壤的可持续利用。      

不同降水状况下旱地玉米生长与产量对施氮量的响应

水分不足是旱地玉米生长主要限制因素,渭北旱塬雨养玉米种植区降水季节波动大,干旱频繁发生,已严重影响春玉米正常生长发育及产量稳定性。于2016—2018年在渭北旱塬合阳县进行旱地玉米施氮量定位试验,设置5个施氮量处理, 2016—2017年包括0、75、150、270、360 kg hm~(–2) (分别以N0、N75、N150、N270、N360表示), 2018年施氮量处理为0、90、180、270、360kgNhm~(–2) (分别以N0、N90、N180、N270、N360表示),供试品种为郑单958(ZD958)和陕单8806(SD8806)。分析了不同降水分布年份施氮量对春玉米生育期土壤水分变化动态、干物质积累动态、产量构成、经济效益及水分利用效率(WUE)的影响。结果表明,试验年份降水分布可分为穗期多雨、粒期干旱型(2016年和2018年)和穗期干旱、粒期多雨型(2017年)。生长季降水量及其分布显著影响土壤蓄水量和玉米地上部干物质积累,从而影响玉米产量及其构成因素,穗期干旱显著降低地上部干物质积累量和穗粒数,粒期干旱会明显降低粒重。不同降水分布年份施氮处理较N0增产6.72%～91.23%不等,施氮量对玉米产量、水分利用效率(WUE)影响呈现二次曲线关系,穗期多雨、粒期干旱型以N270处理籽粒产量和WUE最高,而穗期干旱、粒期多雨型以N150处理产量和WUE最好。籽粒产量与"休闲至抽雄期降水(FP2)"、"播前土壤蓄水量+播种至抽雄期降水(SP2)"相关性较强(FP2:R2=0.839**; SP2:R2=0.837**)。根据产量、水分利用和经济收益综合评价,渭北旱地玉米最适施氮方案为基施氮肥150kghm~(–2),再根据休闲至抽雄期降水量或播前土壤蓄水量与播种至抽雄期降水量之和预测产量,估算并及时追施适宜施氮量。     

基于夜间室内外温差计算方法的日光温室气候分类

为了解决日光温室园艺作物越冬栽培茬口合理安排问题,同时减少低温灾害风险,开展温室保温性评价并进行科学分类。该研究选取天津市3种典型日光温室设置室内外小气候观测试验,结合不同温室构型及建筑材料,基于热传导原理形成日光温室夜间室内外温差计算方法,并以此为基础评价不同类型温室保温能力,进而对天津地区主要日光温室类型进行划分,提出不同类别温室适宜种植蔬菜建议。结果表明：1）温室保温常数γc能较好地反映日光温室保温性能差异,3种典型日光温室保温常数分别为20.34、15.84、13.21。2）温差计算方法可以较好模拟不同类型日光温室室内气温变化,温差模拟值与实测值决定系数（R2）在0.71以上,均方根误差RMSE范围为1.97%～3.86%。3）利用1960-2020年气候观测资料按气候保证率80%计算其最低气温、最小湿度及最小风速值,模拟得到本地不同保温能力日光温室的极端最低温度值为3～14 ℃,按照果蔬生长发育指标需求,提出日光温室分类标准,可分为耐寒叶菜型、叶菜适宜型、果叶混合型、果菜适宜型及喜温果菜型,并在2016-2020年温室改造与评估实际应用中得到验证。该研究可为解决中国日光温室类型多且构型复杂,难以量化评价其保温性能及合理安排种植茬口的难题提供方案参考。     

春插茉莉好

扦插茉莉是一种简便易行的繁殖方法,只要从母株上剪取一段10cm左右的枝条插入净沙土中或蛭石床内即可。春插是因为此时茉莉贮存了一冬的养分待要萌发,枝条丰满健壮,因而成活率较高。扦插时温度要保持在25℃左右,20天后即可生根。春插还结合茉莉出室