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。     

基于粒子群优化算法的土壤养分管理分区

土壤养分管理分区的划分为变量施肥技术提供依据,是精准农业实施变量施肥管理的重要环节。在对7种土壤养分的空间变异特征和变异结构进行分析的基础上,以其中6种养分作为变量进行土壤养分管理分区的研究,最后用基于粒子群优化属性均值聚类来划分管理分区,并引入3种指标确定合理的分区数目。通过计算得出,试验区的合理分区数目为2个,对各管理分区实际采样点的土壤养分数据进行单因素方差分析,除速效磷外各土壤养分均在99%的置信水平上具有极显著差异,其中分区2土壤肥力水平较高,分区1较低。基于粒子群优化属性均值聚类算法可以很好地划分土壤养分管理分区,分区结果能够为精准农业变量施肥提供决策依据。     

最佳养分管理对华北冬小麦养分吸收和利用的影响

针对华北地区小麦施肥过量和不平衡、产量和肥料利用率较低的现象,进行了河南、山东、河北3个小麦主产区最佳养分管理、农民习惯施肥和减素处理对冬小麦产量、养分吸收、利用和经济效益影响的田间试验。结果表明,在山东和河北较高肥力地区,最佳施肥处理(OPT)与农民习惯施肥(FP)处理相比在减少氮肥施用5.4%和43.8%的情况下,分别提高氮肥回收利用率7.7和4.5个百分点;在河南低肥力地区,OPT处理在比FP处理增加10%氮肥施用量的情况下,冬小麦增产12.5%,氮肥回收利用率提高了13.0个百分点。同时,OPT处理钾肥和磷肥的回收利用率也有不同程度的提高。由于地区土壤肥力和养分供应能力变异较大,基于土壤养分测定和目标产量的优化养分管理很有必要且切实可行。     

云南玉溪植烟土壤速效养分空间变异特征及应用

为探讨烟田土壤养分空间变异特征及利用空间变异进行分区管理的技术路线,以全国烤烟种植典型产区云南省玉溪市烟田土壤为例,形成土壤养分空间变异分析—空间分布—肥料养分推荐—分区配方的技术思路。基于烟区土壤养分数据,应用地理信息系统(GIS),采用地统计学方法研究烟区耕作层(0~20 cm)土壤碱解氮、有效磷和速效钾的变异特征和空间分布。以乡镇作为管理单元,依据烟田土壤肥力评价及养分管理指标体系,计算出乡镇烤烟养分管理的氮、磷、钾肥料推荐量。采用聚类分析方法,结合烤烟养分管理"核心是氮、品质元素是钾"的特点,提出玉溪烤烟养分管理5个管理分区、5个基肥配方、2个追肥配方。研究表明:玉溪烟田土壤速效养分为中等强度空间变异,拟合模型为指数模型,变异来源于结构性因素和施肥等人为因素;土壤有效磷的变异最大,高于速效钾和碱解氮,与氮肥和钾肥用量相对稳定,而磷肥相对随机等农艺措施相关;超过67%的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量处于高和极高水平,肥料氮、磷、钾推荐量低于云南省烤烟养分管理平均水平11%左右;提出5个烤烟养分管理分区及相应的基肥和追肥配方,以满足"大配方、小调整"原则,实现分类指导和分区管理。     

不同农艺措施对缩小冬小麦产量差和提高氮肥利用率的评价

基于中国冬小麦区14个站点近25a（1990?2015）农业气象站冬小麦观测资料、气象资料和土壤资料,利用DSSAT作物生长模型,模拟研究改变土壤养分条件、播期、种植密度和施氮量对缩小冬小麦产量差和提高N肥利用效率的影响,探索冬小麦高产高效的技术途径。结果表明：不同冬小麦站点的潜在产量区域间差异较大,其范围在7617～14242kg·hm-2。不同农艺措施对产量影响程度不同,其中提高土壤养分含量的增产潜力为53～3124kg·hm-2,对缩小产量差（缩差）的贡献率在8%以下,氮肥利用效率提高1.1～20.82kg·kg-1;播期提前的增产潜力为?327～2292kg·hm-2,其缩差贡献率为7%～17%,氮肥利用效率在?2.18～15.28kg·kg-1;增加种植密度的增产潜力为?255～699kg·hm-2,其缩差贡献率小于5%,氮肥利用效率在?1.7～4.66kg·kg-1;增施氮肥的增产潜力为0～4491kg·hm-2,其缩差贡献率为11%～33%,氮肥利用效率在?32.04～0kg·kg-1。表明增施氮肥和调整播期的增产潜力及缩差贡献率较大,提高土壤养分含量和增加种植密度次之,但是增加土壤施氮量使氮肥利用效率明显下降。     

激发式秸秆深还对土壤养分和冬小麦产量的影响

针对目前黄淮海平原潮土区普遍实施的覆盖式秸秆还田所存在的主要问题,本研究提出了基于氮肥激发的秸秆深埋还田技术,并通过连续4年(2011—2014)的大田定位试验进行检验。系统比较了秸秆移除、秸秆覆盖还田、激发式秸秆深还(秸秆与无机氮肥或有机氮肥配施进行深埋,并于行间种植作物)的3种秸秆还田方式对土壤养分和冬小麦产量的影响。结果表明:激发式秸秆深还在各项土壤养分指标和冬小麦产量方面均有显著优势,该处理能够显著增加土壤有机质、微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤全氮和土壤硝态氮含量,并显著提升冬小麦产量。其中无机氮肥激发秸秆深还处理能显著增加土壤硝态氮含量和冬小麦有效穗数,从而显著提升冬小麦产量。而有机氮肥激发的秸秆深还处理主要通过提升土壤有机质,增加冬小麦千粒重来增加产量。所有处理中16%无机氮肥激发的秸秆深还冬小麦产量最高。     

不同氮肥管理措施在华北平原冬小麦上的应用效果

在河北省衡水和辛集试验点,采用田间试验研究了氮肥不同用量和不同基追比对冬小麦生长、产量和土壤氮素变化的影响。结果表明,衡水试验点的土壤本底供氮量能满足小麦返青前的正常生长,施氮肥对小麦增产无效,但与施基肥处理相比,不施基肥、仅在拔节和孕穗期2:1分次追肥显著提高了氮肥利用率。在辛集,不施基肥显著影响小麦返青前的生长,施N 60 kg /hm2能满足小麦拔节前的正常生长,不施基肥、仅在拔节后追肥不能消除前期氮缺乏对小麦生长和高产的影响;N 240 kg /hm2以基追比1:3施用时能获得较高的产量和氮肥利用率。冬小麦生育期田间氮肥表观损失主要来源于基肥,但中后期追肥比例过大也增加了收获后土壤的无机氮残留。由于土壤肥力和质地不同,相同氮肥管理方法下两试验点小麦的生长、产量和氮肥利用率的差异较大,因此,为达到作物高产和氮肥高效,对氮肥的同步调控应结合作物养分阶段需求、土壤养分供应特征和土壤肥力、质地的区域分异特征分区进行。     

太行山前平原土壤养分分布特征与肥料精准管理研究

对太行山前平原土壤养分分布特征与肥料精准管理研究结果表明,该区土壤养分含量集中在1个或相邻2个养分含量等级范围内,对土壤养分进行分区管理存在可能性;按照土壤养分含量分级标准其土壤肥力属中等水平。土壤速效磷含量高低与冬小麦产量密切相关,P肥施用为影响冬小麦产量的主要因子,而N肥为影响玉米产量的最重要因素,其次为土壤碱解氮与P肥。     

基于多种土壤养分的精准管理分区方法研究

根据土壤养分的空间变异性和空间自相关性进行管理分区的划分是精准农业实施变量施肥管理的重要环节。本研究首先分析了3种主要土壤养分的空间变异特征和空间自相关性,碱解氮、有效磷、速效钾在空间上均达到了中等强度的变异,但仅有碱解氮和有效磷具有中等强度的空间自相关性,而速效钾在本研究采样尺度下则表现为纯块金效应,不具有空间自相关性;与各向同性相比,碱解氮在各向异性条件下克里金插值精度提高了42.8%。以空间上既存在变异又具有空间相关性的有效磷、碱解氮两种土壤养分为数据源,利用模糊K-均值聚类算法将整个地块划分为不同的管理分区,并引入模糊效果指数(PFI)和标准化分类熵(MPE)两个指标确定适宜的分区数为4个。最后,为了评价分区结果的合理性,对各管理分区进行了统计,并用LSD法进行了各分区间差异显著性检验。结果表明:各管理分区内的碱解氮的变异系数由整个地块的13.2%减小到3.0%~5.3%,趋于同质性;有效磷的变异系数由整个地块的44.3%减小到10.1%~17.2%,也得到了大幅度的减少;而且不同分区之间各养分均达到了显著差异。     

冀南夏玉米氮肥效率变异特征与高产限制因子解析

夏玉米产量的形成受气候、栽培、施肥等诸多因素的影响,为找到产量、氮肥效率的变异特征和产量差异在土壤养分和管理措施上的响应,提出科学的优化方案,本研究以河北省曲周县为例,连续4年对农户田块的田间管理和土壤养分进行实时跟踪,研究农户尺度的产量、氮肥效率变异特征;同时采用边界线的分析方法对管理措施和土壤养分进行分析,找出该地区限制高产的主要因素。结果表明:2015—2018年农户夏玉米平均产量为10.26 t?hm~(-2),变异系数为15.64%,年度之间产量和氮肥效率呈波动状。2015—2018年总农户产量差为4.02t?hm~(-2),当季农户产量差的变化范围为1.96～3.68t?hm~(-2),消除产量差可实现16.46%～34.72%的增产。4年内农户获得高产或氮肥高效的次数呈正态分布,获得一次高产和一次氮肥高效的占比最大,同一个农户不同年份的产量、氮肥效率处于不稳定的状况。高产稳定型农户分别在有效穗数、千粒重、播期、密度上与低产稳定型农户有显著差异(P0.05)。产量差的形成均是由各个因素共同导致,不同年份各因素对产量差的贡献不同,总体来看,密度、土壤有机质、播期是造成该区域产量差的主要因素。区域产量的提高,农户间产量差和氮肥效率差的缩减,以及低产农户向高产稳定型农户的转变,都需要土壤养分的改善和综合管理措施的优化。     

河北省冬小麦生产空间格局及其控制因素

在气候变化与水资源短缺的背景下,华北平原冬小麦生产面临巨大的挑战,明确冬小麦生产的空间格局及其控制因素,可为本区冬小麦的科学规划管理决策和高效生产提供依据。基于河北省各县市2004—2013年冬小麦单位面积产量与农情资料,以主产区(以县市平均冬小麦播种面积大于总播种面积的20%为标准选取)101个县市为基本研究单元,采用系统聚类分析对河北省冬小麦主产区进行区域划分;利用因子分析方法对冬小麦生产要素进行主成分分析,并利用逐步回归分析方法建立冬小麦产量与主要控制因素主成分之间的关系。结果表明,河北省冬小麦主产区分为4个(Ⅰ~Ⅳ),各区冬小麦产量水平从Ⅰ区向Ⅳ区依次递减,产量变异依次增大,且各区差异均达显著水平(P0.05)。冬小麦产量(Y)与化肥因子(F1)、灌溉因子(F3)、年降水量因子(F4)、年降水量下限因子(F5)有显著的线性回归关系(R2=0.685,P0.05),其中F1、F3分别解释了Y的21.7%、37.4%,F4、F5解释了Y的9.4%。据此说明灌溉是影响河北省冬小麦产量区域差异的首要因素,其次是化肥使用量,而年降水量对产量区域差异影响较小。农药因子(F2)的回归效应不显著,说明冬小麦病虫害发生及防治具有区域随机性变化特点,对冬小麦生产的区域差异不形成显著影响。另外,全省冬小麦播种面积比重与产量水平有较好的区域吻合度(R2=0.409,P0.05),说明在现有管理模式下冬小麦区域布局基本合理,只是在东部低平原沿海的极个别低产县的播种面积明显偏高,结合冬小麦对灌溉条件的依赖性,认为这些县市的冬小麦布局需要慎重审视。     

基于土壤水分空间变异的变量灌溉作物产量及节水效果

提高整个田块作物生长指标和产量的均匀性是实施变量灌溉水分管理的目标之一。该研究基于土壤可利用水量(available water holding capacity,AWC)将试验区划分为4个水分管理区,利用相同的灌水控制指标(0.45AWC)进行分区变量灌溉水分管理;作为对照,基于最小AWC区的土壤水分进行均一灌溉水分管理。对比变量灌溉和均一灌溉条件下冬小麦、夏玉米生长指标(株高、叶面积指数、地上部分干物质质量)、叶片相对叶绿素含量、产量及其均匀性,分析AWC对作物生长和产量的影响。结果表明,与均一灌溉相比,夏玉米变量灌溉节水14.1%,冬小麦灌水量相同。与均一灌溉相比,变量灌溉对冬小麦、夏玉米生长指标、叶片相对叶绿素含量和产量的影响均未达到显著水平,而不同AWC管理区之间作物生长指标和产量的差异均达到了显著水平。为获得更高的作物产量,建议不同AWC管理区内采用不同的灌水控制指标。研究可为大型喷灌机变量灌溉水分管理决策提供依据。     

圆形喷灌机变量灌溉效益的田间试验评估

科学的变量灌溉（Variable Rate Irrigation,VRI）水分管理方法是实现VRI技术适时适量适位水量空间分配功能和提高作物水分利用效率（WaterUseEfficiency,WUE）的关键。为研究变量灌溉水分管理方法的灌溉效益,以冬小麦和夏玉米为供试作物,基于土壤可利用水量（Available soil Water holding Capacity,AWC）将试验田块划分为4个管理区,每个管理区划分为4个子区,分别布置2种常规喷灌管理（Uniform Rate Irrigation,URI）方法和2种VRI管理方法,对比评估了VRI水分管理方法在节水、增产、提高WUE,以及改善作物株高、叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）、产量和WUE空间分布均匀性方面的效果。结果表明,基于各管理区灌水上限值制定变量灌溉处方图并根据气象预报降雨量等级适当减少灌水量的VRI水分管理方法最优。与常规喷灌相比,最优VRI水分管理方法条件下,冬小麦节水36%,WUE提高12%;夏玉米节水40%,WUE提高29%。VRI与常规喷灌的冬小麦、夏玉米产量均未产生显著差异,VRI水分...     

氮素营养对旱作小麦光合特性的调控

水分和氮素营养对小麦光合特性具有明显的调控作用，其中土壤水分状况直接影响到氮素营养的作用强度。氮素营养在不同土壤水分条件下对作物光合的影响不同，表现在叶片气体交换参数值、光合受抑部位及冠层结构等有所不同。在干旱条件下，光合速率主要受制于非气孔因素，此时氮素可加剧对叶绿体光合能力的抑制。作物生产上的施肥与耕作等措施都应适宜于当时的田间水分状况，这样才能充分协调作物与环境的关系，使作物光合机构运转处于较高水平，以实现合理利用水肥资源和增加产量的目的。     

基于多源数据的盐碱地精确农作管理分区研究

为了便于对盐碱地实施变量管理和精确农作，以海涂围垦区盐碱土为研究对象，以NDVI数据、盐分数据以及作物产量数据作为分区变量，对一面积为15 hm²的盐碱地农田进行了基于多个数据源的精确农作管理分区研究。利用模糊c均值聚类方法进行分类分区，引入了模糊聚类指数(FPI)和归一化分类熵(NCE)作为最佳分区数目的判断标准，通过单项方差分析对分区结果进行比较和评价。研究发现，对本研究区，最佳的分区数目为三个。不同管理分区之间土壤化学性质(EC1:5,有机质，速效磷，速效钾，全氮，碱解氮以及阳离子交换量)的均值都存在着统计意义上的显著差异性，其中子区3具有最高的肥力水平和作物生产能力而子区1最低。利用所选取的三个变量，模糊c均值聚类算法可以较好地进行精确农作管理分区划分。分区结果不但可以指导采样, 而且可以作为变量管理的决策单元用于田间变量管理作业中,为精确农业变量投入的实施提供有效手段和决策依据。     

基于多年MODIS-NDVI的黄淮海农区冬小麦生产力评价

黄淮海农区是中国重要的粮食生产基地,研究该地区不同等级生产力耕地的空间分布,对提高该地区生产力有重要的意义。该文在提取研究区冬小麦种植空间分布的基础上,对10a时间序列冬小麦MODIS-NDVI进行特征参数提取,并将冬小麦主要生长季多年NDVI特征值均值和年际变异系数,作为多年平均产量水平和稳产水平的指示指标,进行黄淮海农区冬小麦种植区耕地生产力评价,得到黄淮海农区冬小麦生产力空间分布图。结果显示:1)多时相MODIS-NDVI数据可以用于研究区冬小麦种植空间分布提取。经县级尺度验证,有较高的提取精度;2)县级尺度的冬小麦单产水平与其辖区内冬小麦生长关键期多个NDVI特征值有显著的相关关系,可以用来评价冬小麦生产力水平;3)研究区冬小麦种植区耕地以中低生产力水平为主,高生产力水平的耕地只占不到20%。高生产力的麦田大多分布在水热条件较好的黄淮平原亚区,中等生产力麦田大多分布在燕山太行山山麓平原亚区和鲁西黄灌区,而低生产力的麦田多分布在冀、鲁、豫低洼平原亚区。低生产力麦田分布集中连片的区域多为春旱易发、土壤粘淤或低洼积盐的地区。呈现出整体气候条件主导,局部土壤条件影响的高中低生产力空间分布特征。研究结果可以为黄淮海农区的耕地质量管理和中低产田改良提供依据。     

华北潮土冬小麦-夏玉米轮作包气带氮素淋溶机制

合理水氮管理可以实现作物目标产量和品质、维持土壤肥力和降低环境污染。然而,自20世纪90年代以来,我国农田过量施氮和大水漫灌等问题突出,引起农业面源污染日趋加重,地下水硝酸盐污染成为一个普遍现象。本文以华北潮土区冬小麦-夏玉米体系为研究对象,采用数据整合和文献分析的方法,阐明了典型农田硝态氮淋溶的时空特征及影响因素,研究了地表裂隙和土壤大孔隙对硝态氮淋溶的影响,定量了氮素在地表-根层-深层包气带-地下水的垂直迁移通量及过程。结果表明,农户常规管理的冬小麦-夏玉米轮作体系氮素盈余较高(299～358kg·hm~(-2)·a~(-1)),导致土壤根区和深层包气带累积了大量的硝态氮。冬小麦季硝态氮的迁移主要受灌溉影响,以非饱和流为主,且迁移距离较短;春季单次灌溉量低于60 mm,可以有效控制水和硝态氮淋溶出根区。冬小麦耕作和灌溉引起的地表裂隙对水氮运移的贡献不大。雨热同期的夏玉米季,土壤水分经常处于饱和状态,再降雨就可以导致硝态氮淋溶出根层进入深层包气带。夏玉米季极易发生硝态氮淋溶事件(占全年总淋溶事件的81%左右),硝态氮淋溶量占全年总淋溶量的80%左右,且单次淋溶事件的淋溶量较高。大孔隙优先流对夏玉米季根区硝态氮淋溶的贡献率在71%左右,这些硝态氮脱离了作物根系吸收范围,反硝化作用对硝态氮去除具有一定作用。在华北气候-土壤条件下,特别应注意冬小麦收获后土壤不应残留过多硝态氮,以避免夏玉米季降雨发生大量淋溶;夏玉米季需要注意施氮与作物需氮的匹配。由于夏玉米追肥困难,生产上提倡一次性施肥措施,控释肥应该能够发挥更大作用。未来气候变化,导致夏季极端高强度降雨事件的频率增加,将会加剧包气带累积硝态氮通过饱和流或优先流向地下水的迁移。合理的水氮管理是从源头上减少硝态氮向深层包气带和地下水迁移的主要措施。     

不同生态区冬小麦材料产量和品质对追氮量的响应

[目的]通过田间试验,研究拔节期不同量氮肥追施对来源于西藏高原生态区和北部冬麦生态区的冬小麦材料氮素积累、产量及加工品质的影响,为在不同生态区冬小麦的氮肥合理运筹提供理论依据和技术参考.[方法]大田试验采用两因素随机区组设计,A因素为来源于西藏高原生态区的冬小麦材料藏冬25号、肥麦和来源于北部冬麦生态区的冬小麦材料08...