基于PCA-Attention-LSTM网络的土壤氮含量监测

土壤作为农作物生长的主要营养来源,氮是植物生长的重要元素,有效评价土壤氮素含量可以促进配方施肥的发展。提出主成分分析、注意力机制和长短时记忆神经网络相结合的模型(PCA-Attention-LSTM)来监测土壤的氮素含量。采用PCA(主成分分析)对数据进行处理,提取影响土壤氮含量的关键影响因子,降低模型向量输入的维数,利用注意机制突出预测中的关键输入特征。在Keras深度学习框架的基础上搭建PCA-Attention-LSTM的网络模型,实现对未来2 h土壤氮含量的精监测。最后,以黑龙江省依安甜菜养植基地的数据对土壤氮含量进行训练和验证。结果表明,与RNN等其它网络模型相比,该模型的效果更好,基于PCA-Attenlion-LSTM网络模型的平均绝对误差,均方根误差和平均绝对百分误差分别为0.119、0.020、0.156。该模型预测精度高,泛化能力强,可以应用于土壤氮含量的监测。     

播量和播期对苏中地区小麦生长发育及产量的影响

为确定苏中地区小麦最佳播期和播量,以获得最大产量。以春性弱筋小麦品种宁麦13为材料,采用2因素裂区试验设计,研究小麦生育期、农艺性状、叶面积指数、干物质积累量、产量及其构成等变化规律和相关指标间的相关性。研究结果显示,影响宁麦13生长和产量的主要因素是播期,其次是播量。播期显著影响小麦播种至出苗时间,播期越迟出苗越晚,播种至出苗时间最短为7 d,最长可达27 d。播期对产量、有效穗数、穗粒数影响极显著,对千粒质量影响显著,对结实率影响不显著;穗长、小穗数、第5节间长呈显著差异,第2节间长呈极显著差异,其他农艺性状差异不显著;扬花期单茎叶质量、单穗质量、LAI呈极显著差异,成熟期单茎叶质量、单穗质量差异不显著。茎秆形态特征、穗长、植株叶面积指数和干物质量,以及产量及产量构成因子之间相关性密切。总体来看,在本试验条件下,播量为300 kg/hm~2时,宁麦13在苏中地区高效种植的合理播种时间为11月中下旬;若播量为450 kg/hm~2,则在11月上旬至12月上旬均可播种。     

氮磷肥减施对露地蔬菜农田氮磷淋溶及蔬菜产量的影响

过量氮磷肥施用导致菜田氮磷淋溶严重,对水环境及人体健康产生较大威胁。本研究在河南蔬菜种植区选取典型露地菜田,采用田间渗漏池法,研究洋葱、甘蓝菜田氮磷肥减施后氮磷淋溶及蔬菜产量变化。试验设置常规施肥(NP),常规氮磷肥减量20%(JNP1),常规氮磷肥减量40%(JNP2)。结果表明:通过氮磷肥减施,JNP1和JNP2处理淋溶液总氮、可溶性总氮、硝态氮浓度比常规平均降低12.9%、18.2%和20.5%。JNP1处理总氮、可溶性总氮和硝态氮淋溶量分别比常规处理降低5.3%、11.9%和10.3%。JNP2处理总氮、可溶性总氮和硝态氮淋溶量比常规处理分别显著降低33.6%、36.2%和32.6%(P <0.05)。所有处理硝态氮平均淋溶量占总氮淋溶量60.1%,占可溶性总氮淋溶量的79.0%。两个蔬菜季氮积累量236.0～256.1 kg hm-2,磷积累量25.3～29.9 kg hm-2。氮磷肥减施后,蔬菜的产量略有降低,不同处理差异并不显著。     

RZWQM2模型模拟牛场肥水施用夏玉米土壤硝态氮迁移特征

为研究华北平原种养结合中养殖肥水的合理施用,减少典型农田水肥施用后土壤氮淋溶对地下水的影响。该研究以河北省徐水区夏玉米为研究对象,应用RZWQM2模型验证牛场肥水施用玉米农田的可行性,对2014—2016年玉米种植前后数据进行模型参数率定与验证。验证结果表明,土壤体积含水率的均方根误差和平均相对误差值分别在0.000 6～0.070 7 cm~3/cm~3和0.21%～21.44%之间变化,土壤硝态氮均方根误差和平均相对误差值分别在0.000 8～2.617 3 mg/kg和0.03%～18.58%之间变化,其中牛场肥水施用土壤中硝态氮主要在0～120 cm土层发生变化,说明RZWQM2模型可以用来模拟华北平原牛场肥水施用对土壤水分、硝态氮含量及玉米产量的动态变化。利用率定和验证后的模型进行了夏玉米农田硝态氮淋溶的验证与预测,表明硝态氮淋溶浓度随肥水氮量的增加而增加。RZWQM2模型可以应用于牛场肥水施用农田的模拟,为预测和评估土壤适宜的肥水施用提供更合适的方法。     

我国西南地区近56年参考作物蒸散量的敏感性分析

参考作物蒸散量(ET_0)是水文气象研究及水资源管理规划中的重要参数。基于1960—2015年我国西南地区96个气象站的逐日相对湿度(RH)、日照时数(n)、风速(u)、最低温度(T_(min))、最高温度(T_(max))和平均温度(T_(mean))资料,采用1998年联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的Penman-Monteith公式,计算近56年研究区的ET_0,并分析ET_0对各气象因子的敏感系数。结果表明,近56年我国西南地区的平均ET_0为1 027.11 mm,在空间分布上表现为自东北向西南方向逐渐增大;全区ET_0对气象因子敏感系数的绝对值排序为RHnT_(max)T_(mean)uT_(min),在空间分布上,RH、n、u敏感系数在研究区西部较高,T_(max)敏感系数在以云贵高原的元江、广西盆地的北海为中心的地区较高,T_(mean)敏感系数在研究区东部及云贵高原西南部较高,T_(min)敏感系数在广西盆地地区较高;RH、T_(max)、u、T_(min)敏感系数呈上升趋势,其中T_(max)敏感系数显著(P0.05)上升,其余气象因子的敏感系数呈极显著(P0.01)上升趋势,n敏感系数呈极显著(P0.01)下降趋势,T_(mean)敏感系数变化不明显;RH、T_(max)与n敏感系数的年内变化特征为双峰型曲线,T_(mean)、u、T_(min)敏感系数呈单峰型曲线;全区ET_0的突变时间为1996年,突变时间以前ET_0呈极显著(P0.01)下降的趋势,气候倾向率为-13.437 mm/10年,突变时间后呈显著(P0.05)上升趋势,气候倾向率为21.770 mm/10年。因此可见,西南全区及各分区参考作物蒸散量均对相对湿度的敏感性最高,除四川盆地外,其余分区对日照时数、最高温度的敏感性较高,四川盆地对平均温度的敏感性较高。     

氮肥与甲哌耦合对主干形核桃品质及土壤氮素的影响

为探讨主干形核桃高产优质栽培的理论基础,选择8年生主干形新温185核桃为试材,设置不同梯度氮肥与甲哌■耦合模式,研究其对核桃品质和土壤氮素利用的影响。整个生育期内核桃结果枝节间增长长度在同等氮肥条件下呈"下降—上升"的变化趋势,在成熟期A2B3处理下核桃节间增长长度出现最低,为0.43 cm。在核桃的4个生育期内均出现随土层的深度增加而土壤含氮量降低的变化趋势,在油脂转化期20～40 cm土层土壤含氮量均低于同期对照,在16.31～34.03 mg/kg范围内变化。A2B3耦合处理下核桃果实三径、单果质量、总糖含量、蛋白质含量、总酚含量均高于对照,而单宁含量却最低,为1.19%。甲哌■的喷施浓度为800 mg/L、氮肥施入水平为3 271.73 kg/hm~2时,可显著提高核桃对土壤氮素的吸收和利用以及核桃产量。     

水氮运筹对小麦、玉米周年产量及水分利用的影响

在田间试验条件下,采用喷灌带进行灌水,研究不同氮肥基追比(A1:70%基施、30%追施;A2:60%基施、40%追施;小麦季施纯氮240 kg/hm~2,玉米季施纯氮270 kg/hm~2)和不同灌水量(B1:0次;B2:2次;B3:3次;小麦季和玉米季每次的灌水量均为450 m~3/hm~2)对小麦、玉米生长过程中土壤储水量、光合生理特性、产量和水分利用等的影响,以期明确小麦、玉米合理的氮肥追施比例和灌水量。结果表明,随灌水量增加,小麦抽穗期、灌浆期及玉米灌浆期、收获期土壤储水量总体呈增加趋势,小麦收获期土壤储水量呈降低趋势。小麦前期氮肥供应较多更有利于光合速率的提高,而适度干旱更有利于叶片水分利用效率的提高。随着灌水量的增加,小麦产量和水分利用效率均先增加后降低,而生物量和千粒质量均增加。不同处理中,小麦产量、水分利用效率和灌水利用率均以A1B2处理最高,分别为8 207.8 kg/hm~2、26.7 kg/(mm·hm~2)和1.42 kg/m~3。对玉米而言,A2B2处理产量最高,A1B3处理水分利用效率和灌水利用率最高。小麦、玉米的周年耗水量表现为A1A2;A2B2处理小麦、玉米周年产量最高,A1B3处理周年水分利用效率和灌水利用率最高。