南方旱坡地土壤雨季径流量与养分流失的研究

在广西旱坡耕地进行径流小区试验,研究不同施肥和种植经营模式对养分径流总量,氮、磷、钾流失率,甘蔗养分利用率的影响,筛选南方旱坡地甘蔗养分流失率低经营模式。结果表明:不施肥的甘蔗对照(CK)处理的径流水总量、总氮、铵态氮、总磷、总钾流失总量最大,分别为724.65t/hm2,3.70kg/hm2,1.26kg/hm2,0.62kg/hm2,3.36kg/hm2。60%的甘蔗常规施肥(SF60%)施用、甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H)、甘蔗常规施肥+套种花生+蔗叶覆盖(SF+T+H)处理与甘蔗常规施肥(SF)处理相比,减少了N,P,K养分流失量。甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H)处理比甘蔗常规施肥(SF)处理的N,P,K流失率分别降低了82.54%,64.29%,20.00%。甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H)处理比甘蔗常规施肥(SF)处理的N,P,K利用率分别提高了56.73%,38.78%,7.87%。径流量、铵态氮与氮肥投入总量、磷肥投入总量、钾肥投入总量均呈极显著负相关(p0.01)。甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H),甘蔗常规施肥+套种花生+蔗叶覆盖(SF+T+H)处理与甘蔗常规施肥(SF)处理相比,能减少养分流失量和流失率,还提高甘蔗的养分利用率,是适合南方旱坡耕地推广的两种经营模式。     

施肥模式对茶叶产量、营养累积及土壤肥力的影响

施肥是提高茶叶产量、品质、土壤质量及促进茶园可持续利用最重要的农业措施之一。为了筛选出合理的茶树施肥模式,采用连续4周年的田间定位试验方法,研究了6种不同施肥模式(不施肥、茶树配方化肥、1/2茶树配方化肥+1/2有机肥、有机肥、茶树配方化肥+豆科绿肥、1/2茶树配方化肥+1/2有机肥+豆科绿肥)对茶叶产量,茶叶中氮、磷、钾、茶多酚和水浸出物的累积量及茶园土壤肥力状况的影响。结果表明:与对照(不施肥)模式相比,其他几种不同施肥模式均在一定程度上增加了茶叶产量,促进了茶叶营养物质的累积,并提高了茶园土壤的基本肥力状况;其中,1/2茶树配方化肥+1/2有机肥+豆科绿肥的试验效果最佳,其3年茶叶总产量最高,为5 929 kg.hm?2,比对照提高106.17%;茶叶氮、磷和钾累积量最高,分别为4.962 kg.hm?2、0.48 kg.hm?2和5.966 kg.hm?2,比对照分别提高88.6%、57.41%和98.87%;茶叶茶多酚和水浸出物累积量最高,分别为23.39 kg.hm?2和119.41 kg.hm?2,比对照分别提高73.29%和85.56%;并比对照分别提高茶园土壤有机质1.29倍、全氮1.7倍、全磷2.98倍、速效氮1.59倍、速效磷34.3倍和速效钾3.3倍。1/2茶树配方化肥+1/2有机肥+豆科绿肥施肥模式值得在茶园施肥上进一步推广应用。     

滴灌施肥对红地球葡萄产量、品质及土体氮磷钾分布的影响

【目的】研究滴灌施肥对‘红地球’葡萄产量、品质与土体氮磷钾分布的影响,为科学合理制定河北省葡萄水肥管理策略提供理论及技术依据。【方法】以河北省怀来县15年生‘红地球’葡萄为试材,设置5个不同水肥投入水平,分别为传统灌溉施肥 (CK)、传统施肥 + 滴灌 (FCK + D)、滴灌施肥Ⅰ (F1 + D)、滴灌施肥Ⅱ (F2 + D)、滴灌施肥Ⅲ (F3 + D)。滴灌用水量为传统灌溉用水量的55%,CK与FCK + D施肥总量相同 (N、P₂O₅、K₂O总施入量分别为2708.7、2615.45、1315.2 kg/hm2),与CK相比,F1 + D总N、P₂O₅、K₂O施入量分别降低了68.32%、87.61%、40.47%;F2 + D较F1 + D减少17.31%的磷和12.54%钾肥量,F3 + D又降低了18.53%的氮肥量。对葡萄的产量与品质和氮、磷、钾等养分在0—100 cm土体中的分布进行了分析,并计算了养分利用效率及成本收益。【结果】2012年和2013年CK处理葡萄产量分别为24115 kg/hm2和23020 kg/hm2,F1 + D处理显著高于CK,分别为28830、27272 kg/hm2,平均提高了19.0%,而F2 + D、F3 + D和FCK + D与CK处理间差异不显著。品质方面,F3 + D的千粒重显著高于CK,在2012与2013年分别为11.39、11.47 kg,平均提高了7.2%,而F1 + D、F2 + D和FCK + D与CK处理间差异不显著。2012年和2013年CK处理果实Vc含量分别为14.36、14.42 mg/100 g,F1 + D、F2 + D和F3 + D显著高于CK,分别平均提高了16.7%、15.2%和15.6%。在土体养分分布方面,土体中上层 (0—60 cm) 滴灌施肥处理养分含量与传统水肥处理不存在显著差异,但60—100 cm土层中,F1 + D的硝态氮、速效磷含量最低,分别为21.37、28.56 mg/kg,F1 + D、F2 + D和F3 + D的速效钾含量分别为126.11、117.75、139.00 mg/kg,均显著低于CK,但三者间无显著差异。滴灌施肥各处理的灌溉水利用效率和肥料偏生产力最高可比CK高出209.1%和266.3%;F1 + D、F2 + D、F3 + D在水肥投入及用工成本上较传统管理分别平均节省了17857.5、18547.5、17752.5元/hm2,实现了增产增效。【结论】葡萄生产中采用滴灌施肥技术,并根据葡萄生育期养分需求 (前期补充氮磷,膨大期后适当增施钾肥),能够显著提高葡萄产量,改善果实品质,降低养分淋失,增加农民经济收益。综合比较,以不降低氮磷钾施肥量、以滴灌施肥代替土施的F1 + D在产量、品质及节本增效等方面综合表现最优,氮、磷向60 cm以下的土层淋洗量也大大减少,比CK增收47145～51024元/hm2。     

不同施肥制度对黄泥田土壤酶活性及养分的影响

对连续施肥23年的黄泥田土壤酶及土壤养分因子进行了分析,探讨长期不同施肥条件对土壤酶活性及土壤肥力的影响.结果表明,与对照相比,不同施肥制度(化肥、化肥+牛粪、化肥+秸秆回田)下土壤有机质增幅达19.5%～47.1%,氮素增幅达20.6%～47.9%,磷素增幅达36.7%～499.0%,钾素增幅达55.8%～80.0%.施肥提高了土壤脲酶、过氧化氢酶、转化酶和磷酸酶的活性,其中有机无机肥配施增幅达10.3%～28.6%.土壤有机质和养分含量与部分酶活性存在极显著或显著的相关性.表明黄泥田土壤酶活性与土壤肥力密切相关,可作为评价土壤肥力性状的生物学指标.     

辽河平原地区长期施肥水稻土氮素矿化及其模拟的研究

采用长期淹水密闭——间歇淋洗培养方法和分析手段,研究了辽河平原地区连续16年长期不同施肥(不施氮肥、氮肥、氮肥+有机肥、氮肥+有机肥+放萍)水稻土氮素的矿化过程。结果表明长期不同施肥水稻土氮矿化量为N15.61～103.57mgkg-1,为全N的1.25%～5.66%;氮肥+有机肥处理土壤氮矿化量最高,占全氮比率最大,而氮肥处理土壤氮矿化量最低,占全氮的比率最小;氮矿化量与全氮、有机质、C/N之间呈显著相关关系(P<0.05)。选择有效积温式(EATM);一级反应式(One-pool模型);带常数项的一级反应式(Special模型),对实验数据进行拟合。非线性拟合结果表明Special模型明显优于One-pool模型和有效积温式(EATM)。分析表明Special模型能更为准确地描述长期不同施肥措施下水稻土有机氮素的矿化。     

"3414"肥料试验模型拟合的探讨

以UNDP95-98年在河北唐山进行的27个3414冬小麦试验为例,研究了三元二次施肥模型与一元施肥模型对3414肥料试验结果的拟合情况。结果表明,三元二次施肥模型进行拟合试验成功率仅为56%,而采用一元施肥模型可以对全部试验进行数据处理。在同一试验中,与一元施肥模型相比,采用三元二次施肥模型计算的推荐施肥量偏高;根据一元施肥模型拟合计算分别有15%、44%、67%的点不需要施用N、P、K肥,而采用三元二次施肥模型则无法获得这一信息。因此,在3414试验中,一元施肥模型是三元二次施肥模型拟合的一种很好补充和优化手段。     

华北平原小麦-玉米两熟作物区土壤培肥途径研究

研究了华北平原冬小麦、夏玉米轮作制度下不同施肥方式对土壤培肥的作用,进行了不同的秸秆、有机肥和无机化学肥料之间平衡配施的田间试验,结果表明,平衡施肥同时施用秸秆或有机肥后当年能显著增加土壤有机质、速效磷、速效钾含量.在较高肥力地块中"化肥平衡施肥+秸秆还田"的处理,土壤有机质比"不施肥、不还田"的对照增最多,增加1.9g kg-1,增加率达8.9%;"平衡施肥+秸秆+快速腐解菌"的处理,土壤苎苎钾含量最高,为202.50g kg-1,比对照增28.6%;在较低肥力地块中以"化肥平衡施肥+有机肥"土壤有机质、速效磷、速效钾增量最多.分别增加1.5g kg-1、6.9mg kg-1和32.5 mg kg-1,增加率分别达11.7%、39.8%和36.1%.     

不同施肥处理对梁平柚产量、品质和土壤肥力的影响

通过连续3 a (2014—2017年)的田间试验,以10 a生梁平柚为研究对象,研究不施肥(CK)、单施化肥(CF)、50%化肥+50%有机肥(CF+OF)和单施有机肥(OF)下梁平柚产量、品质和土壤肥力的影响。结果表明,在不同施肥处理中,CF+OF、OF和CF的单果重均无显著性差异(P0.05),但CF+OF的柚子单株果实数最高,柚子产量分别高出OF、CF和CK 8.2%、31.2%和11.82%;CF+OF处理中,柚子果实中的果汁含量、总糖、游离氨基酸和维生素C比CK分别提高20.40%、18.95%、64.34%和27.06%,而柚子果皮厚度、种子数和总酸度显著降低,品质改善;施肥显著提高土壤微生物生物量碳氮,在不同施肥处理中,微生物生物量碳氮比介于7.39～13.89,且差异显著(P0.05)。CF+OF处理中,柚子成熟期土壤可培养细菌、真菌、放线菌数量显著高于或相似于单施化肥,说明化肥和有机肥配施能促进微生物生长繁殖,协调土壤养分供应,改善柚子营养。虽然不同施肥处理对土壤pH无显著影响(P0.05),但是与CK相比,OF和CF+OF处理有机质和速效钾含量增加,CF处理无显著差异(P0.05);CF、OF和CF+OF处理有效磷含量分别比CK增加6.53%、22.74%和34.72%,且差异显著(P0.05);CF+OF碱解氮含量最高,CF和OF次之,CK最低。此外,有机无机配施还可提高土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性,有益于土壤有机质循环、氮磷养分转化、活性氧消除。总之,在不同施肥处理中,有机无机配施显著提高柚子产量,品质得到明显改善,且土壤养分供应协调,土壤微生物数量增加,土壤酶活性增强,有益于土壤养分转化和保持健康。因此,在梁平柚施肥中,提倡有机无机配施很有必要。     

棉花膜下滴灌比例混合变量施肥系统的研发

根据膜下滴灌棉田水肥管理的要求,在建立施肥模型和施肥方案的基础上,研发适用于大田棉花膜下滴灌的比例混合变量施肥系统,该系统可通过计算机程序控制(CPC)、单板机时序控制(PLC)和遥控控制(Rc)等三种方法,实现变量控制施肥,控制部分可在24V的电压下工作,施肥器通过水流驱动无需动力,实现提高肥料利用率10%以上.     

不同施肥措施对天然生胶性能的影响

施肥是影响天然橡胶性能的重要因素之一,研究不同施肥措施调控天然生胶性能对于指导生产具有重要意义。选用成龄橡胶树,设置不施肥对照以及氮磷钾肥、有机肥、氮磷钾肥+有机肥、氮磷钾肥+有机肥+镁锌硼肥4种不同的施肥措施,通过探讨不同施肥措施对天然橡胶生胶特性的影响,为天然橡胶生产提供参考依据。研究结果表明,4种施肥措施均能提升生胶中的氮含量(12%)、塑性保持率(7%)和可塑性;氮磷钾肥在施肥初期降低了门尼黏度(17%),提高了生胶的可塑性;有机肥在施肥初期的门尼黏度高于对照26%,即提高了生胶分子量;氮磷钾肥+有机肥利于维持氮含量和杂质含量的稳定性;氮磷钾肥+有机肥+镁锌硼肥有利于保持生胶氮含量、挥发分含量、灰分含量以及塑性初值的一致性。综上所述,4种施肥措施中有机肥、氮磷钾肥+有机肥较为优秀,其次为氮磷钾肥,而氮磷钾肥+有机肥+镁锌硼肥则较差。     

生态平衡施肥模型与肥料效应函数模型关系研究

本文从理论上推导出生态平衡施肥模型及其特征参数模型的一般应用表达式,进而建立了区域生态平衡施肥模型和区域特征参数模型,最后介绍了区域生态平衡施肥模型和地块施肥模型参数的求解方法和预测施肥量方法。研究表明:肥料效应函数模型是生态平衡施肥模型在不考虑土壤有效养分因素情况下的特例;区域生态平衡施肥模型能够满足地块半定量施肥预测的需求。     

区域生态平衡施肥模型建立方法和应用

本文根据生态平衡施肥模型和区域肥料田间试验数据确立了区域生态平衡施肥模型的建立方法 ,从而在现有施肥参数和生态平衡施肥参数之间架起了信息交换的桥梁 ;根据土壤有效养分测定值和地块属性建立了地块施肥模型 ,实现了区域施肥模型与地块施肥模型的转换 ,具有肥料效应函数模型和测土施肥模型双重功能。     

基于改进的BP神经网络集成的作物精准施肥模型

作物最优施肥量与土壤养分含量、产量之间存在复杂的非线性关系。为更加准确地模拟这种关系,提出一种改进的的BP神经网络集成方法。该方法采用K-均值聚类优选神经网络个体,采用拉格朗日乘子方法计算待集成的神经网络个体的权值。然后,基于农田肥料效应试验数据,以土壤养分含量和施肥量作为神经网络的输入,以产量作为神经网络的输出,建立了作物精准施肥模型。该模型通过求解一个非线性规划问题,能同时获得最大产量和最优施肥量。试验结果表明,在施肥模型的拟合精度方面,改进的神经网络集成方法（其均方根误差为64.54）明显优于单个神经网络方法（其均方根误差为169.74）。而且,作为一种定量模型,基于改进的神经网络集成的施肥模型优于传统施肥模型,能有效地指导精准施肥。     

通用施肥模型及其应用

基于生态平衡施肥理论和多年实践,建立了通用施肥模型及其若干应用模式。（1）不进行秸秆还田情况下,当Wj≥Wi时的通用施肥模型表达式为＂肥料转化率＋肥料离土率＋肥料培肥率=1＂;当Wj〈Wi时的通用施肥模型表达式为＂土壤-肥料转化率＋土壤-肥料离土率=1＂。（2）进行秸秆还田情况下,当Wj≥Wi时的通用施肥模型表达式为＂肥料经济产量转化率＋肥料离土率＋肥料培肥率=1＂;当Wj〈Wi时的通用施肥模型表达式为＂土壤-肥料经济产量转化率＋土壤-肥料离土率=1＂。基于以上理论和方法,分别对肥料长期定位试验、示踪试验、普通肥料田间试验、轮作栽培模式情况下的通用施肥模型进行了讨论;并介绍了参数计算过程。根据实际工作需要,对通用施肥模型进行了简化,分别定义了土壤-化肥养分生物产量转化率、土壤-化肥养分籽粒产量转化率两个参数和相应的施肥模型。最后简介了通用施肥模型多年实践情况。     

基于智能计算的施肥模型算法研究

传统的数理统计方法构造施肥模型时,其结构设计和因子选择多依赖先验知识,存在一定的偶然性和主观性。该文针对这些问题,采用GP构造初始施肥模型,再利用GA优化初始施肥模型参数,得到最优施肥模型。同时改进GP/GA初始种群的产生方法,减少了GP/GA进化代数,提高收敛效率。结果表明,该方法能够在不给定任何先验知识的条件下,得到很准确的模型,为施肥模型在广大农村的应用奠定了理论基础。     

基于压差式施肥罐的均匀施肥方法

压差式施肥罐是水肥一体化中应用较为广泛的施肥装置,但它容易产生施肥不均匀的问题,会因局部过量施肥造成土壤污染,还会影响作物的产量和品质。为利用计算机控制压差式施肥罐进行田间作物的恒定浓度和流量施肥,该文基于肥料连续方程推导了解析解,由计算机控制流入施肥罐的流量和直接流过主管道进入灌溉系统的流量。在此基础上,该文通过试验数据验证了施肥罐内水肥流动数学模型,对解析解控制压差式施肥罐的恒定浓度和流量施肥进行了模拟,模拟结果与解析解的相对偏差小于15%,验证了该均匀施肥方法的合理性。结果表明以最优肥液浓度的±50%为界,传统压差式施肥罐使用过程中约有70%~80%的肥料处于过量施肥或不充分施肥范围内,通过均匀施肥方法,可以基本实现灌溉过程中基于压差式施肥罐的施肥均匀。     

基于叶面积指数（LAI）的小麦变量施氮模型研究

为探讨基于叶面积指数变化的小麦变量施氮技术,依据养分平衡原理和"作物-土壤-环境-技术"整体原则,采用土壤空间信息数据与小麦需氮量和各生育阶段叶面积指数相结合的方法,设计了小麦播前施氮总量和播后精确追氮的数量模型.根据拔节期和抽穗期小麦的长势,对施氮量的初值进行订正,确定小麦的最适追氮量.在河南郑州市和鹤壁市两地的试验验证结果表明:小麦产量模拟值与实测值间的相关系数分别为0.7799和0.7169,达显著水平.与传统施肥技术相比,在相同产量下,使用模型后每公顷施氮量减少43.5 kg.该研究提出的基于模型的变量施氮技术,可以兼顾天气、地力和作物长势三方面因素,最终实现小麦的精确施氮,对促进精确农业的发展具有重要意义.     

统计分区施肥系统模型的建立及应用

通过对一定区域内耕地产量和土壤养分含量进行统计分析,建立统计分区模型(Statistic Division Fertilization Model,简称SDFM),并依据模型参数划分高、中、低产量区间和土壤养分含量区间。在区域内进行多点实验,获取它们的区域适宜施肥量。然后在区域适宜施肥量的基础上,利用决策点实际产量和土壤养分值进行调整,得到最终施肥推荐结果,从而对施肥量进行决策。以农安县2006~2011年产量和养分采样点数据为原始数据,利用目标产量养分平衡法和统计分区施肥模型进行了决策对比。结果显示:统计分区模型决策结果出现异常值的概率只有2%,而目标产量法对氮肥、磷肥和钾肥的决策结果异常值出现概率分别为45%,47%和47%。可见统计分区施肥很大程度地提高了决策结果的精度,可在县级以下的测土配方施肥中进行推广。     

施肥水平对长武旱塬地冬小麦产量影响的模拟

为了在实时气象条件下确定旱塬区适宜的肥力水平和产量水平,在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了黄士高原长武旱塬地1957～2001年期间不同肥力水平下连作冬小麦田产量效应.模型验证结果表明CK、N、NP处理产量模拟值与观测值之间的相关系数分别为0.740、0.764和0.740,均达到显著水平,WinEPIC模型对不同肥力处理下冬小麦籽粒产量模拟较为准确.模拟结果表明,无肥、低肥、中肥和高肥处理下连作冬小麦的产量均呈现波动性降低趋势,其平均值分别为1.055、1.422、2.405和3.170 t/hm2,不同肥力处理间差异显著,以中肥和高肥处理增产效果最好.为黄土高原南部沟壑区旱地小麦生产的可持续发展提供了科学依据.     

基于知识图谱与案例推理的水稻精准施肥推荐模型

目前水稻种植户的施肥行为存在一定的盲目性,会造成肥料浪费和环境污染等问题,对此该研究提出了一种基于知识图谱和案例推理的水稻精准施肥推荐模型,包括推荐定性的施肥方案和定量的施肥量两个阶段。首先,使用PairRE模型获取图谱中全部实体和关系的低维向量表示,并在此基础上依据待种植的水稻品种进行知识推理以得到定性的施肥方案;然后,结合实体向量检索出k个相似案例,通过k个案例进行组合预测,得出具体施肥量数值。由中国知网获取166个环境指标数值明确、施肥过程记录完整的水稻施肥事件用于模型的验证,结果表明,与测试事件的实际施肥方案相违背的部分仅占比10.76%;对于氮肥施用总量、磷肥施用总量、钾肥施用总量和氮肥基叶肥与穗肥运筹比例的预测精度分别达到了92.85%、82.61%、79.17%和90.92%。该施肥推荐模型能够输出详细的施肥方案和精确的施肥量,算法过程可解释性较强,可为水稻精准施肥推荐系统的设计提供支撑。