冬小麦产量结构要素预报方法

为优选出最佳的冬小麦产量结构要素预报方法,该研究选择冬小麦成穗数、穗粒数及千粒质量为预报目标,综合考虑种植品种、密度及地区因子,并对气象因子进行膨化统计,得到126个自变量因子,分别采用多元线性回归、因子分析-线性回归及BP(Back Propagation)神经网络等3种方法进行建模分析。结果表明,直接采用各因子进行回归分析无法解决不同自变量间存在的多重共线性问题,而因子分析虽然消除了不同自变量间的多重共线性,但采用因子优化后的10个综合因子分别对3个产量结构要素进行线性回归,得到的预报模型决定系数(R^2)均不足0.500。运用BP神经网络对冬小麦3个产量结构要素进行预报,结果发现,当输入层为126、隐含层为16、输出层为3时,BP神经网络结构最佳,在此结构下,模型的决定系数为0.644,明显优于多元线性回归及因子分析-线性回归法。同时,基于BP神经网络模型对冬小麦产量结构要素的预报精度平均达85.3%。因此,推荐采用BP神经网络模型对冬小麦产量结构要素进行预报。     

陕北黄土丘陵沟壑区川旱地不同耕作法的土壤水分效应

利用一元四次方程模型很好模拟川旱地小不同耕作法的土壤水分动态及耗水量动态规律，根据回归曲线将土壤水分动态分为四个阶段，不同耕作法在不同阶段失墒量显然不同。小麦在整个生育期土壤失墒量趋势为：垄沟＋覆盖＞平播＋垄沟。同时认为，小麦生育前期耗水量对产量贡献甚微，生育后期耗水量对产量贡献较大，垄沟耕作在小麦生育前期比平播的水分损耗要多，垄沟的增产作用主要表现在生长后期，为了避免生长前期失墒量及耗水量较大，     

基于机器学习和无人机多光谱遥感的苜蓿产量预测

作物产量快速准确预估对规模化农业生产具有重要意义。该研究在河北省涿州市开展田间试验，设置5个灌水处理及雨养对照区，使用无人机搭载多光谱相机在苜蓿的分枝期、现蕾期和初花期进行遥感监测，将光谱参数与苜蓿产量做相关性分析，分别挑选各生育时期相关性较好的5种植被指数，以去除土壤噪声后的5种植被指数和作物表面模型提取的苜蓿株高为输入变量，通过支持向量回归算法建立各生育时期的苜蓿产量预测模型，并结合实测产量进行模型评价。结果表明，苜蓿产量预测模型精度由高到低的生育时期依次为初花期、现蕾期、分枝期，使用植被指数和株高组合作为输入变量可以提高产量模型的预测精度。在初花期使用植被指数和株高组合输入变量所构建的估产模型最优，其决定系数、均方根误差和标准均方根误差分别为0.90、500 kg/hm2和14.3%，可用于苜蓿产量的快速准确评估。研究结果可为苜蓿的规模化生产和精细化管理提供技术支持。     

产量阶段的划分及应用

针对较长产量序列时序可比性差产量预报方程回归误差率较高、气象产量序列不符合正态分布等问题,提出了产量阶段概念。认为产量序列是由一个个相对稳定变化着的产量阶段组成,两个产量阶段之间存在跳跃现象,宜分阶段处理。并提出用量优分割法划分产量阶段,结合周期分析结果确定产量阶段段娄和霜冻最后,用划分产量阶段的方法,建立了河南省冬小麦产量预报方程;并好河南省夏玉米丰、平、歉产量年型。     

几种大田作物水分-产量模型及其应用

本文介绍了几种大田作物(小麦、玉米、棉花等)水分-产量模型(即水分生产函数)国内外研究现状, 阐明了各种模型之间的本质区别与内在联系.依据部分灌区的田间试验数据, 在全生育期采用二次抛物线模型、各生育阶段采用Jensen模型, 并且运用最小二乘法原理, 拟合了不同作物的水分生产函数, 得出作物不同生育阶段的水分敏感指数, 发现不同作物敏感指数值呈前期小、中期大、后期又变小的变化趋势且与农业灌溉实际相符, 这一结论可为资源性缺水区域制定优化灌溉制度提供理论依据.     

播期对不同类型机插稻产量及光合物质生产特性的影响

为阐明播期对不同类型机插稻产量及光合物质生产特性的影响,以三系籼粳交甬优2640(大穗型)及超级稻武运粳24(多穗型)为试验材料,依据江苏省里下河稻区稻麦周年生产实践,设置6个播期,采用毯苗机插方式,研究不同播期条件下机插稻产量及光合物质生产特性的影响。结果表明,各水稻产量随播期推迟显著下降,但变化幅度有差异;播期推迟,水稻生育时期相对延迟,生育期缩短,主要生育阶段积温及其利用率明显降低;产量构成因素中穗数和千粒重受播期的影响较小,每穗颖花数和结实率变化较大;随播期推迟,水稻主要生育阶段光合势下降,群体生长率和净同化率于生育前期上升,生育中、后期明显下降,叶面积指数、干物质积累在拔节期略有升高,在抽穗期和成熟期相对降低,抽穗后叶面积衰减率呈上升趋势,收获指数下降。试验设置播期范围内,抢时早播有利于调节机插稻主要生育阶段干物质积累,形成"前小、中高、后强"的高质量水稻群体,易攻取高产。从生育安全性考虑,机插稻最迟应在6月15日播种。迟播条件下,应尽量避免选用大穗型品种,规避种植风险,降低生产成本投入,因此大穗型品种最晚播期宜提前至6月5日。本研究可为机插稻高产、高效生产提供参考。     

基于区间多阶段随机规划模型的灌区多水源优化配置

灌区多水源灌溉系统中存在许多不确定性因素,随着系统环境的变化及不确定性因素的影响,导致其配水过程具有动态特征。针对灌区多水源灌溉系统的配水特点,该文建立基于区间多阶段随机规划的灌区多水源优化配置模型。同时,考虑灌溉水对作物产量的影响,引入水分敏感指数权重系数,并以黑龙江省和平灌区水稻不同生育阶段灌溉水资源优化配置进行实例研究。结果表明,在不同来水情境下,管理者可根据各个生育阶段水分敏感指数权重系数,判断作物不同生育阶段的需水敏感程度,当来水情境的来水量多时,会产生余水量,可调配给下一生育阶段;当来水情境的来水量少时,管理者可在减少灌溉水量与增加外调水之间进行权衡,并根据需水关键期与需水非关键期做出决策,使水资源在作物生育阶段间及作物生育阶段内进行分配,实现灌区多水源灌溉系统的动态配水。该模型的应用在确保作物产量的同时,使灌溉水资源在作物各个生育阶段进行合理配置,有效地避免了水资源浪费,对提高灌溉水利用效率、保证水资源的可持续利用具有重要意义。     

提高三元肥效模型建模成功率的主成分回归技术研究

三元二次多项式肥效模型在施肥实践中存在大量非典型式,严重制约了肥效模型计量精确性和应用价值。为提高田间肥效试验建模成功率,本研究探讨肥效模型建模新方法。根据福建省早稻171个"3414"设计的氮磷钾田间肥效试验结果,研究三元二次多项式肥效模型多重共线性的危害和诊断方法以及主成分回归建模技术。结果表明,试验设计矩阵X的方阵(XTX)条件数和方差膨胀因子的诊断指标均显示,三元二次多项式肥效模型存在严重的多重共线性,且这种共线性主要是因模型设定本身造成的。多重共线性严重制约了普通最小二乘法(OLS)的有效性,OLS回归建模的三元典型肥效模型比例仅占试验总数的27.5%。主成分回归对设计矩阵提取互不相关的9个主成分,消除了多重共线性危害。采用前7个主成分回归建模,三元典型肥效模型比例提高至43.3%,为OLS法的1.6倍。尤其是主成分回归大幅度降低了模型系数符号不合理的非典型式,从OLS建模的14.6%下降至零;模型无最高产量点的非典型式比例从OLS建模的36.8%下降至21.1%。7个主成分回归建模利用了试验设计矩阵X99.9%以上的方差信息,其所得典型式与OLS法所得典型式在推荐施肥量和预测产量上几乎无差别。针对主成分回归是一种有偏估计,采用OLS法结合前7个主成分回归建模,三元典型肥效模型所占比例进一步提高至55.6%,为OLS法的2.0倍,结果明显优于单独使用OLS回归或者主成分回归。因此,主成分回归可消除三元二次多项式肥效模型的多重共线性危害,OLS法结合前7个主成分回归建模是显著提高水稻氮磷钾三元典型肥效模型比例的最优建模策略。     

集雨补灌条件下的玉米作物－水模型

黄土高原半干旱区生态环境恶劣、水土流失严重、年内降雨分配极不平衡,集雨蓄水工程收集的雨水十分有限,每次补灌量仅为18 mm。为探讨集雨补灌条件下,各生育期补充灌溉对产量的影响程度,找出玉米需水敏感期,该文建立了集雨补灌条件下能够反映产量和阶段水分关系的数学模型。该模型以ETmin/ETa为相对腾发量（以Jensen模型为基础进行了变形）,采用相对产量和相对腾发量可以消除部分因素对模型的影响,因此,以相对腾发量和相对产量作为BP神经网络的输入样本和输出样本,经过反复训练分析比较,建立了基于集雨补灌条件下的BP神经网络作物－水模型,并用实测值和变形的Jensen模型与其进行了验证比较。结果表明：该模型模拟精度明显高于变形的Jensen模型,且能够反映出玉米各生育阶段需水的敏感程度并能较好地预测集雨补灌条件下的玉米产量。同时,也探讨了模型存在的问题和不足。     

长时间序列气象数据结合随机森林法早期预测冬小麦产量

冬小麦生育早期的产量预测对于制定冬小麦整个生长期的精准管理决策具有重要参考意义。该文基于随机森林算法,采用1990—2015年河南省小麦平均拔节期至平均抽穗期地面观测气象数据与统计产量数据,分别提取不同穗分化期的温湿度、降水等47个气象要素和小麦种植区经纬度、高程3个空间要素,共计50个参数作为特征变量集,以实际单产、气象产量和相对气象产量分别作为目标变量,构建多种变量组合模型对冬小麦产量进行回归预测,并结合袋外数据重要性结果对产量影响因子进行分析。研究结果表明:1)使用气象产量和相对气象产量作为目标变量建模的预测效果优于单产模型,决定系数R~2均达到0.8以上,气象产量的平均绝对误差(mean absolute error,MAE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为415和558 kg/hm~2,相对气象产量的MAE和RMSE分别为0.07和0.09;2)相较于气象特征,空间特征在产量预测中起决定性作用,且小花分化期以及抽穗开花期的气象特征产量预测精度高于其他穗分化期;3)在气象特征中,利用袋外数据变量重要性得出平均温度、最低温度、负积温、最高温度在不同生育阶段对产量的影响程度。该研究结果为冬小麦生育早期产量预测提供了新的思路和方法。     

利用叶片生化性状预测不同基因型甘蔗产量和品质的研究

分别在伸长后期和工艺成熟前期取样分析了9个甘蔗基因型叶片中的10个生化性状,发现多种酶活性,蛋白质和光合色素含量等与甘蔗的经济性状有一定的联系,但只用某个生化性状预测经济性状具有较大的局限性.以10个叶片生化性状作为自变量,分别以甘蔗产量和品质性状作为依变量进行多元回归分析,能建立多个达到显著水平的多元回归模型,表明利用多个叶外生化性状对不同基因型甘蔗产量和品质进行预测是可能的.     

耦合土壤墒情的气候适宜度指数在山东省冬小麦产量动态

利用山东省1981-2011年历年冬小麦生育期及产量资料、14个气象站点的逐日气象资料、1992-2011年冬小麦生长季逐旬20cm土壤墒情资料,分别构建考虑和不考虑土壤墒情的冬小麦不同生长阶段的气候适宜度指数计算模型,通过与气象产量进行相关和回归分析,建立了基于两种气候适宜度指数的3-5月逐旬产量动态预报模型,并进行历史回代检验和动态外推预报。结果表明：考虑土壤墒情的气候适宜度指数能够更客观地反映山东省冬小麦生长期间气象条件和土壤水分对其产量形成的影响,构建的气候适宜度指数与冬小麦气象产量的相关系数均通过0.01水平的显著性检验,相关性高于不考虑土壤墒情的气候适宜度指数。产量动态预报模型对1992-2009年历史回代检验的平均准确率均在95.0%以上,标准化均方根误差RMSE均小于6%。对2010-2011年外推预报准确率最高达99.4%,最低为95.4%,说明预报准确率较高,建立的产量动态预报模型可以在业务上推广应用。     

土地利用规划修编中粮食产量预测方法比较

为探索提高土地利用总体规划修编中粮食产量预测精度的方法,该文应用1988-2005年晋城市粮食产量相关数据的分析,对线性回归模型、灰色GM(1,1)模型和灰色多元线性回归组合模型3种粮食产量预测方法进行了研究.首先,运用灰色关联分析对影响粮食产最的影响因素作出关联因子排序;其次,在灰色关联分析的基础上选取主要影响因子;再次,利用灰色GM(1,1)模型得到主要影响因素的预测值,同时,利用原始数据建立多元线性回归模型;最后,将灰色GM(1,1)模型的预测结果作为多元线性回归模型的输入值,得到灰色多元线性回归组合模型.通过比较这3种粮食产量预测方法的预测结果,得出灰色多元线性回归组合模型最适宜于晋城市粮食产量的预测.该研究可提高土地利用总体规划编制的科学性.     

东方乌毛蕨和狗脊的生物量数学模式

应用逐步回归、多元线性回归结合主分量分析等数学分析方法,建立了东方乌毛蕨整丛,地上、地下生物量和狗脊地上生物量的多元预测模型共7个,其样方测定精度均达90％以上。生物量预测模型的变量因子包括植丛的冠盖直径、高度、基径、叶数、叶长、叶宽等。     

Phosphorus control as an effective strategy to adapt soybean to drought at the reproductive stage: evidence from field experiments across northeast China

Drought stress during the reproductive stage is one of the most important constraints on growth and productivity of soybean. There is compelling evidence that physiological and molecular approaches can effectively improve drought resistance in soybean, but strategies derived from soil management are poorly documented, especially under field conditions. In this study, we combined data from field experiments and used multivariate regression analyses to investigate factors determining soybean yield variability over two growing seasons with drought stress during the reproductive stage. Phosphorus application and soil available phosphorus explained a significant proportion of the variation in soybean yield under drought stress. As a whole, soybean fields that received adequate P supply had greater yields than those that did not. However, excessive P application significantly decreased soybean yield. These results suggest that P control is critical to mitigate soybean yield losses resulting from drought at the reproductive stage.     

A multiparametric model for predicting the draught of two model plough bodies in four different soils

Investigations were carried out in order to determine relationships between soil parameters and draught of model plough bodies. Four kinds of soils were used: two natural soils and two mixtures of natural components. Using the power model of multiple regression, based on dimensionless variables, for each soil the predictive equation was obtained, containing the coefficients of horizontal and vertical soil compaction by a plunger, soil bulk density, soil moisture content and scale coefficient of the implement. For each equation a determination coefficient > 50% was obtained. On this basis the generalized predictive equation for four soils was obtained, introducing additionally both organic matter content and silt content (< 0.02 mm) as parameters differentiating particular kinds of soil. In this equation the coefficient of horizontal compaction was introduced as the only soil parameter measured by penetrometer, while all other parameters were soil physical properties, measured by standard methods. For field conditions and full scale plough bodies a hypothetical nomogram was constructed. To prove its validity additional investigations should be conducted.     

不同种植方式及肥密因素下饲用甜高粱的产量表现

探讨了不同肥密因素下分期青刈、麦茬复种与常规种植饲用杂交甜高梁的产量变化.结果表明,常规种植饲用杂交甜高粱,在25种肥密组合中4个组合效果较好者,产量可达59.6 t/hm2以上;相同肥密条件下分期青刈效果优于常规一次性收获,表现产量高,植株鲜嫩.麦茬复种饲用杂交甜高粱在地处寒地的黑龙江是可行的,其最佳肥密组合产量可以达到31.3样t/hm2,日产鲜草量高于常规种植及分期青刈的最高产量组合,达9.3%和8.3%.黑龙江省小麦种植面积近2.00×105hm2,若进行麦茬复种每年可生产优质鲜饲料达6.00×105t,这即能充分利用寒地有限的光温资源,又可减少水土流失,更利于促进畜牧业的发展.     

Quantifying seedbed condition using soil physical properties

Soil physical condition following tillage influences crop yield, but the desired condition cannot be adequately evaluated with current techniques. This study was conducted to determine a soil condition index (SCI) that could be used to select the type of implement needed to achieve an optimal seedbed with minimum energy input. Effects of bulk density, moisture content, and penetration resistance resulting from three tillage systems (no-till, chisel plow and moldboard plow), on the growth of corn (Zea mays L.) were studied. The experiment was conducted in Boone County, Ames, IA, on soils that are mostly Aquic Hapludolls, Typic Haplaquolls and Typic Hapludolls with slopes ranging from 0 to 5%. The results are from the 2000 season, which had normal weather conditions and yield levels for the Iowa state. The average corn grain yield at this site was 9.36 Mg/ha. At the V2 corn growth stage, the average dry biomass was 1.34 g per plant. The soil physical properties were normalized with respect to reference values and combined via multiple regression analysis against corn biomass at V2 stage into the SCI. Mean SCI values for the no-till, chisel and moldboard plow treatments were 0.86, 0.76, and 0.73, respectively, all with a standard error of 0.0127. The lower the SCI, the more optimum the soil physical conditions. An analysis of variance showed significant differences among mean SCI for each treatment (p-value=0.001). The use of the SCI could improve the tillage decision-making process in environments similar the one studied.     

土壤水分和养分时空变异性与作物产量的关系

精确农业使得农田土壤水分和养分的时空变异与产量关系的研究显得尤为重要,这就要求在其研究方法上取得新的进展,以加快精确农业的进程。该文运用传统统计理论和地质统计学理论结合分析了冬小麦苗期、灌浆期的土壤水分和养分变异与产量变异之间的关系。提出用“综合指示率”综合评价土壤的水分和养分状况,并分析了综合指示率的变异与作物产量变异之间的关系。结果表明在67.8 m范围内综合指示率与产量之间存在很强的空间相关性,综合指示率越大,产量越高。Kriging估计的空间分布图也表明综合指示率与产量有较好的对应关系,综合指示率能解释产量变异的58.4%,比多元回归结果提高17.4%。多元逐步回归分析和综合指示率与产量的两变量回归分析结果都表明,同时考虑土壤水分和养分的变异能解释产量变异的33.3%～58.4%,比只考虑土壤养分变异时提高0～5.2%,同时考虑苗期和灌浆期土壤水分和养分变异能解释产量变异的41.0%～58.4%,比只考虑其中1个时期提高4.3%～16.5%。综合指示率为表达农田土壤水分和养分时空变异性及其与作物产量的关系提供了一种思路和方法,其分布图不仅是管理者综合评价土壤水分和养分状况的有利工具,而且把它与产量分布图对比,可以为精确农业的实施提供一定参考。