日本环境保全型耕地农业系统对中国耕地保护的启示

为解决中国农业长期粗放经营问题,研究中国耕地与生态文明协同保护体系,采用文献研究法和归纳演绎法,分析东亚地区代表国家环境保全型农业下的耕地农业协同体系。研究表明,日本的耕地农业环境保护支付制度、生态补偿市场认证体系、耕地农业法律制度保障,是建立在生态补偿原则上,经过实践检验行之有效的,能够提升市场参与度及农民自主性投入的耕地生态协同保护措施。中国在推广耕地合理利用实践方面做出了不懈努力,但是在建立耕地生态协同保护的休耕制度、因地制宜建立生态补偿体系、加快推进耕地生态协同保护专项基金的设立等方面还需进一步坚持和完善。     

佳芦河流域水土保持监测及土壤侵蚀评价

以佳芦河流域分辨率为0.38 m的航摄影像和5 m的DEM等为信息源,基于ArcGIS平台,获取了流域水土保持措施、土地利用、植被覆盖度、坡度、沟壑烈度等土壤侵蚀影响因子,依据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007),对各因子进行叠加分析,对水蚀、风蚀区等不同侵蚀类型的土壤侵蚀强度进行了分析评价。结果表明,截至2012年9月,佳芦河流域有水土流失面积1068.89 km 2,占流域面积的94.26%,其中轻度、中度、强烈、极强烈、剧烈侵蚀面积分别为118.69、206.35、126.29、75.08、542.48 km 2;强烈及以上侵蚀面积占到水土流失面积的69.59%,其中强烈和极强烈侵蚀多发生在风蚀区,而剧烈侵蚀主要发生在水蚀区的沟道中。     

辽西北沙地苹果-花生间作系统土壤养分空间分布特征及间作效应

[目的] 研究辽西北沙地农林复合系统土壤养分的空间分布及其效应，从土壤养分角度探讨果农间作系统中果树和农作物对土壤养分的相互作用关系，为该区农林复合系统的可持续经营提供科学合理的依据。[方法] 以苹果与花生间作、花生单作、苹果单作为研究对象，对0-60 cm土层深度，0-300 cm水平距离范围内土壤养分含量进行测定和分析。[结果] 沙地间作系统中土壤有机质、速效钾极缺乏，全氮、碱解氮很缺乏，全磷缺乏，有效磷含量中等；间作系统在水平方向上，苹果树和花生植株对总养分有机质、氮、磷的竞争激烈位点位于果树带区，对有效养分氮、磷、钾的竞争激烈位点位于近果树作物区；在垂直方向上，各养分总体表现出了表聚性，间作系统对有机质、有效磷的竞争主要位于深土层，对全磷、速效钾的竞争主要位于表土层，对全氮、碱解氮表现为合作效应，表土层效应更高；与苹果单作、花生单作相比较，间作系统速效钾和有效磷含量呈现负效应。[结论] 沙地苹果-花生间作系统土壤养分贫瘠，应在果树带区施用有机肥、磷肥，作物区施入钾肥，以减轻养分竞争，提高养分效应。     

镉和模拟酸雨胁迫对苦楝幼苗镉含量及叶片抗氧化系统的影响

为探讨苦楝在重金属Cd和酸雨的单一及复合胁迫下的生理响应特征,采用人工配置土壤盆栽试验,研究不同浓度Cd(0、30、60、90、120、150、180 mg·kg^-1)和3个梯度模拟酸雨(pH值5.6、4.5、3.5)单一及复合处理对苦楝幼苗生物量、Cd含量及叶片保护性酶[超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)]活性和抗坏血酸-谷胱甘肽循环(AsA-GSH)的影响。结果表明,除低浓度Cd(≤30 mg·kg^-1)单一及其与pH值4.5酸雨复合处理对幼苗地上部、地下部生物量有促进作用外,其他处理均表现出抑制作用,其中复合处理对苦楝幼苗的抑制作用更明显,表现为叠加效应;单一Cd处理时,随着Cd浓度的增加,幼苗根、茎、叶中Cd含量逐渐升高,且根系大于茎叶,复合处理抑制了植物对Cd的积累,对叶片的抑制作用最强;Cd和酸雨单一及复合处理下叶片SOD、CAT和POD活性均有所增加,分别在60 mg·kg^-1 Cd、pH值5.6,60 mg·kg^-1 Cd、pH值4.5和90 mg·kg^-1Cd、pH值4.5时出现阈值;在AsA-GSH循环中,单一Cd处理下,AsA、GSH含量和抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性均随着Cd浓度的增加呈先上升后下降的趋势,单一酸雨处理对上述4个指标的影响不尽一致,而复合处理下上述指标在Cd浓度≤60 mg·kg^-1、pH值≥4.5时均能保持较高值,且随着胁迫程度的加深均出现了阈值。综上所述,苦楝对重金属Cd和酸雨胁迫具有一定的耐性,可在Cd浓度≤60 mg·kg^-1和pH值≥4.5的酸雨双重污染区域正常生长。本研究结果为土壤Cd污染的酸雨区域的修复植物筛选提供了理论基础和参考依据。     

中隔墩长度对斜式轴伸泵装置出水流道水力特性的影响

为研究大型低扬程泵站斜式出水流道水力特性,采用数值模拟方法对某斜20°轴伸泵装置三维湍流流场进行了数值计算,发现斜式出水流道内存在严重的偏流问题,基于4种计算方案的数值模拟结果分析了偏流的成因,在研究了中隔墩长度对斜式出水流道流态和水头损失影响的基础上提出了解决偏流的措施,并得到模型试验的验证。研究结果表明:顺水流方向看,中隔墩长度为14 m时的斜式出水流道内的主流明显偏于左侧,在流道右侧下部存在较大范围的旋涡区;导叶体出口具有较大周向速度分量的水流呈螺旋状进入"S"形弯曲的斜式出水流道,两者相互作用导致斜式出水流道产生偏流;随着中隔墩长度的增加,斜式出水流道左右孔的偏流系数逐渐减小、流道水头损失呈先减小再增大趋势,当中隔墩加长至23.35m时出水流道左右两侧的出流流量达到基本相等;采用长中隔墩斜式出水流道的泵装置模型试验最优工况点效率达到80.56%,泵装置模型试验结果与数值模拟结果一致,取得了预期的纠偏效果,得到有关工程设计院的认可,并应用于工程实际。     

筒状固定床花生通风干燥性能指标模拟与分析

为了解筒状固定床花生干燥机理、作业性能,确定合理的结构和通风参数,根据干燥过程花生荚果和介质空气间的热质传递关系,以PDE模型为理论基础,建立了适用于筒状固定床花生通风干燥计算机模拟的离散模型,该模型可计算花生干燥实时状态及批次干燥耗时、不均匀度、生产率、单位质量能耗等干燥指标。经试验验证,模型模拟结果与试验结果基本相符,料层花生平均含水率和温度模拟值和试验值的相关系数r>0.975,模型模拟可用于筒状床花生干燥过程分析。在此基础上,分析了单位面积通风量、筒状固定床外径、内径变化对上述指标的影响。结果表明:受介质空气温度降低和相对湿度增加影响,内层物料干燥起始时间和干燥速率存在一定的滞后性,但单位面积通风量沿通风方向逐渐增大的特性对内层物料的干燥滞后有较好改善;随着单位面积通风量增加,干燥不均匀度明显降低,生产率亦有显著提高,但单位质量能耗增幅较大;筒状床外径增加或内径减小都可增加生产率,降低单位质量干燥能耗,但干燥不均匀问题很难解决。为进一步确定最优的结构和通风参数,采用均匀设计模拟试验和综合加权评分法,得出筒状固定床外径2.75 m,内径0.935 m,外进风面单位面积通风量0.36 m^3/(m^2·s)时干燥效果最优,此时干燥时耗39.2 h、生产率86.55 kg/h、单位质量能耗5.87×10~6 J/kg、干燥不均匀度1.54%。该研究可为筒状固定床干燥设备设计优化提供技术支撑。     

农业工程科技创新推进农业绿色发展

农业绿色发展是农业发展观的一场深刻革命。该文全面论述了农业工程科技创新对农业绿色发展的重要作用,深入分析了中国在农业资源利用、产地环境治理、生态系统保育和农产品绿色供给等方面取得的成效和存在的问题。提出了围绕农业绿色发展,农业资源监测、水土资源利用、农业投入品使用、农业机械化和农业废弃物资源利用等农业工程科技创新的前沿进展和主攻方向。从强化农业绿色发展理念、建立技术创新与推广体系、完善标准体系和加强政策支持4个方面提出了政策建议。该文可为农业绿色发展背景下农业工程科技研发提供重要的指导和参考。     

基于农田管理分区的制种玉米产量估算与限制因子评价

为了提升规模化农田不同管理分区的玉米产量,实现精准管理,该研究使用相关成分回归法(Correlated Component Regression,CCR),考虑地形因素(高程)、土壤理化性质(砂粒、粉粒、黏粒、容重、土壤含水率、土壤有机碳、全氮、全磷、速效氮、电导率)11个因子,评估规模化农田和聚类分析得到的3个管理区(M1、M2和M3)内产量的限制因子,并在不同分区内建立产量估算模型。模型验证结果表明:未分区的情况下,产量限制因子为土壤粉粒、砂粒、土壤有机碳、土壤含水率、速效氮和全氮,经验证,产量估算模型的决定系数(R~2)为0.70,标准均方根误差(Normalized Root Mean Square Error,nRMSE)为0.21。分区后,M1的产量限制因子为土壤粉粒、砂粒、黏粒、速效氮、电导率、全氮和全磷,M2的产量限制因子为土壤粉粒、砂粒和土壤含水率,M3的产量限制因子为高程、土壤砂粒、黏粒和电导率,产量估算模型的精度高(经验证,0.71R20.83,0.16nRMSE0.18)。对农田进行分区管理,并根据各管理区内作物产量的限制因素制定分布式管理策略,可以更具针对性地提升作物产量。     

基于机器视觉的育肥猪分群系统设计与试验

为控制育肥猪出栏时的体质量差异,该研究开发了一套基于机器视觉技术的育肥猪分群系统,该系统通过机器视觉技术和卷积神经网络模型代替传统地磅对猪只体质量进行估测,可有效避免粪污对设备精度的影响及腐蚀;以前一天全部猪只体质量数据从小到大排列的第30%个数据作为当日的分群基准质量,将大于等于基准质量的视为长势较快的猪只,小于基准质量的视为长势较慢的猪只,每次采食按照猪只长势快慢分为2群进行饲喂;该系统依托于LabVIEW软件开发平台和物联网系统构建,平均每头猪只通过系统时间为6.2 s。为验证该系统的实际应用效果开展了为期30 d的现场试验,将饲喂于装有分群系统猪栏中的120头长白育肥猪作为试验组,由分群系统按猪只长势快慢分群饲喂;将饲喂于传统猪栏中的120头长白育肥猪作为对照组,按照传统人工调栏的方式进行饲喂。试验开始时试验组和对照组猪只平均体质量分别为32.21、31.76 kg,标准差分为别2.61和2.49 kg;结束时试验组和对照组猪只平均体质量分别为57.68、57.41 kg,标准差分为别5.26和5.51 kg,总料肉比分别为2.31和2.34,期间试验组猪只体质量的标准差小于对照组,但是2组猪只平均体质量、标准差、总料肉比均不存在显著差异,表明采用该系统对猪只进行分群饲喂控制猪只体质量差异效果等同于人工调栏,同时可以节省人力成本,缓解农业劳动力短缺的压力。该研究也可为母猪饲喂站、种猪测定站等智能化养猪设备的研发提供参考。     

华北平原不同种植制度对粮食作物氮素利用和土壤氮库的影响

冬小麦-夏玉米一年两熟是华北平原粮食作物的主要种植制度，存在氮肥利用率低、土壤氮素过量累积问题。为探索华北平原氮素高效利用的适宜种植制度，采用15N示踪技术，基于3 a田间定位试验，对一年两熟冬小麦-夏玉米的常规水氮和优化水氮、两年三熟冬小麦-夏玉米-春玉米与冬小麦-夏大豆-春玉米及一年一熟春玉米3种种植制度的作物产量、15N利用率、氮素去向和土壤氮库表观平衡进行研究。结果表明，两年三熟的冬小麦-夏玉米-春玉米产量为32 248.52 kg/hm2，分别比一年两熟和一年一熟提高22.16%和52.88%；15N利用率为33.36%，比一年一熟提高26.12%。3种植制度的氮肥去向最高为土壤残留，其次为作物吸收和损失，两年三熟冬小麦-夏玉米-春玉米的作物吸氮量最高为151.82 kg/hm2，土壤氮库表观盈余量为21.22 kg/hm2，显著低于其他种植制度。综合分析，冬小麦-夏玉米-春玉米两年三熟在稳产高产和提高氮素利用率上具有可持续的潜力，是华北平原未来较为理想的种植制度。