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。     

施肥对寒富苹果养分累积及产量贡献的影响

于2013~2014年在辽宁省沈阳市寒富苹果园进行不同施肥试验,研究了不同施肥处理对苹果产量及叶片养分累积的影响。结果表明,苹果营养叶片含磷、钾量变化趋势为先降低再增加趋势,含氮量呈下降趋势。结果叶片含氮、钾量变化趋势均为先下降再增加趋势,含磷量呈上升趋势。寒富苹果专用肥3号产量最高,比常规施肥高6.64%。果树生长前期以施用氮磷为主,后期施用磷钾为主,适当补充氮素,提高树体营养水平增加产量。     

不同腐殖酸复合肥施用量对辣椒产量及其养分利用率的影响

试验研究不同腐殖酸复合肥施用量对辣椒产量及其养分利用率的影响结果表明 ,随施肥量的增加而辣椒叶片N、P、K累积量逐渐增大 ,果实N、P、K累积量呈二次抛物线趋势变化 ,且施肥量过大时不利于营养元素向果实中的转移。肥料生产效率及N、P、K养分利用率均随施肥量的增大而降低 ,肥料对辣椒产量的贡献率以及辣椒产量随施肥量的变化与辣椒果实营养元素累积量变化趋势相一致     

分散经营条件下烤烟精准养分管理研究

【目的】西南烤烟种植区的典型特征是"缓坡条件"和"分散经营",基于自然地块的变量施肥技术体系,研究分散经营条件下烤烟养分分区管理,以探讨分散经营条件下作物精准施肥的经济效益和应用可行性。【方法】分散经营土壤养分管理分区的基本步骤:计算土壤养分插值,以地块为单元统计土壤养分,依据施肥模型针对地块进行肥料养分推荐、聚类分析地块肥料养分,形成针对地块的养分管理分区。在云南宜良县,以50×50 m的网格进行土壤取样,应用地统计方法进行土壤养分空间变异分析、Kriging方法进行空间插值、空间叠加分析方法统计地块养分、聚类分析方法建立养分管理分区,大田试验检验养分分区管理方法的应用效果。【结果】研究结果表明,试验地块为中等肥力,土壤养分存在区域分布特征,适合分区养分管理。地统计分析显示,土壤养分变异主要来源于结构因素,可以进行地统计分析和空间插值,满足精准养分分区管理的要求。无机氮的有效变程最小,控制采样密度,缓坡农田和分散经营条件下精准养分管理的网格采样间距在50 m左右。根据空间分析结果,结合施肥指标体系,提出了111块烟田的推荐施肥量,并通过聚类分析的方法将111块农田的肥料养分推荐量分为8个管理区。与对照相比,烤烟精准养分分区管理可以节约氮、磷肥料分别为10.7%、10.3%,氮、磷养分投入分别节约成本43.2yuan/hm2、50.0 yuan/hm2,因增加钾素养分投入增加成本6.9 yuan/hm2,累计节省肥料成本86.3 yuan/hm2。烤烟产量、上等烟比例、均价、产值均有增加,其中,产量增加幅度6.7%~14.5%,平均增产10.6%;上等烟比例增加幅度4.2%~13.0%,平均增加7.3%;均价增加幅度0.13~0.54 yuan/kg,平均增加0.48 yuan/kg;产值增加幅度7.50~18.3%,平均增加14.0%;与常规施肥相比,分散经营条件下烤烟精准养分管理使烤烟增产增收5454.63 yuan/hm2,节本增效5140.9 yuan/hm2。【结论】以地块为操作单元建立养分管理分区的方法不仅能够节省肥料,增加农田收益,还能够有利于分散经营农户组织实施,对精准施肥技术应用具有理论和实践意义。     

果园有机肥机械化环沟施肥方法及其实现

环状沟施肥在传统上被认为是一种果园精准施肥方法，但其高肥效的机理尚不明确，且其机械化作业依然是个巨大的挑战。针对上述问题，该研究分析了果园机械化环沟施肥技术的相关农艺要求，并提出有机肥机械化环沟施肥方法及其实现装备。通过分析矮砧密植苹果树根系分布、肥料养分迁移与吸收、肥-土混合的农艺机理，阐明了果园环沟施肥机械化技术的优势和必要性，并确定环沟轨迹基圆半径。提出密植苹果园有机肥机械化环沟施肥方法，在树行单侧以连续曲线沟对根区形成包围，并同步施肥和混肥。研制了履带自走式果园有机肥环沟施肥机。该施肥机借助检测到的树干定位信号，通过电液式环沟轨迹控制系统控制开沟混肥器横向运动。由开沟混肥器的横向运动与施肥机的纵向运动合成曲线轨迹，一体化完成曲线开沟、施肥和混肥。田间试验表明，研制的施肥机能够精准识别果树树干，并围绕树干进行连续的环沟施肥，且肥料与全层土壤混合分布。环沟宽度210±6.3 mm，施肥深度300±19.5 mm，平均开沟阻力矩127.32 N·m，开沟混肥器平均功耗5.84 kW，工况稳定。基圆半径为0.7 m时，环沟轨迹和施肥轨迹平均误差分别为0.05和0.03 m。本研究首次实现了矮砧苹果园有机肥机械化环沟施肥方法，对旱区果园有机肥精准、高效施肥新技术具有促进作用。     

秦岭北麓猕猴桃果园施肥现状与评价—以周至县俞家河流域为例

【目的】秦岭北麓是陕西省优质猕猴桃(Actinidia deliciosa)适栽区和分布最为集中的区域之一。摸清该地区猕猴桃果园的施肥现状、 养分输入特征和养分管理中存在的问题,对于提高果品质量、 增加果农经济收益和规范猕猴桃产业良好发展具有重要意义。【方法】秦岭北麓猕猴桃主产区俞家河流域是一个典型的闭合流域。采用实地走访结合问卷记录的方式,于2012~2013年连续两年调查了该流域内240余个果园的生产和养分管理现状。调查内容主要包括: 建园基本情况、 果园面积、 主栽品种、 树龄、 栽种密度、 施肥量、 肥料品种、 施肥时期、 施肥方法、 果实产量和灌溉等。根据调查果园的实际肥料投入量和各肥料产品中标注的有效养分含量,计算化肥中各养分的投入量; 根据《中国有机肥养分志》提供的标准值,计算有机肥提供的养分量。结合该区域文献资料推荐的果园肥料用量最终确定了果园的合理施肥量,并以此为标准对该流域果园养分投入现状进行了初步评价。【结果】通过实际调查和文献资料汇总,当猕猴桃产量在24~42 t/hm2时,建议化肥用量分别为: N 375~500 kg/hm2,P2O5 186~266 kg/hm2,K2O 286~350 kg/hm2,有机肥用量为30000~65000 kg/hm2,N∶P2O5∶K2O养分比例约为1∶0.5∶0.73。果园养分投入评价结果显示,流域内果园有机肥投入比例及用量严重不足。其中,完全不施有机肥的果园占36.4%,即使在施用有机肥的果园中,亦有94.3%的果园有机肥投入不足,其提供养分的比例不足总养分的30%。化学氮肥投入量普遍偏高,平均为N 891 kg/hm2。氮肥投入合理(N 375~500 kg/hm2)的比例仅为5.0%,过量(N 500~750 kg/hm2)的比例22.7%,过高(N 750 kg/hm2)的比例高达59.1%。磷肥投入合理(P2O5 186~266 kg/hm2)的比例为19.4%,不足(P2O5186 kg/hm2)和过量(P2O5266 kg/hm2)的比例分别为28.9%和51.7%。钾肥投入合理(K2O 286~350 kg/hm2)的比例仅为10.7%,不足(K2O 286 kg/hm2)的比例为30.6%,过量(K2O 350 kg/hm2)的比例为58.7%。【结论】秦岭北麓俞家河流域猕猴桃果园有机肥投入严重不足。氮肥过量投入问题严重,过量比例高达81.8%。磷、 钾肥过量和不足现象并存。因此,在今后该区域果树养分管理中,应大力增加有机肥投入量和施用比例,大幅度降低氮肥用量,同时合理引导磷、 钾肥的科学施用。另外,因研究区耕地多以坡地为主,优化养分管理和减少养分损失带来的农业面源污染问题也是今后重点研究的方向。     

基于诊断施肥综合法的烟台红富士苹果叶片营养诊断研究

为解决烟台红富士苹果园施肥方法不合理造成果树营养不平衡及果实产量增长慢、品质不均一的问题,推进果园合理平衡施肥,对苹果叶片进行营养诊断。基于诊断施肥综合法(DRIS)分析叶片N、P、K三元素的含量,通过DRIS图解法和DRIS指数法得出各元素的需肥顺序和营养不平衡指数(NII)。结果表明,烟台红富士苹果高产园需肥顺序为N>K>P,NII平均值为21.93;低产园需肥顺序为K>P>N,NII平均值为57.28。低产园存在严重的叶片营养不平衡问题。DRIS临界含量分级标准显示,N、P、K三元素平衡范围分别是23.39～26.81、2.13～2.37、8.43～12.26 g·kg^-1。果园需肥顺序和DRIS临界含量分级标准可作为烟台红富士苹果平衡施肥的依据。     

太行山山前平原高产区精准施肥指标体系研究

总结分析了太行山山前平原高产区冬小麦夏玉米轮作制度下有关推荐施肥指标,并结合该区最新试验结果提出建立适宜该区的精准施肥技术指标体系,即根据平衡施肥原理,以土壤有效养分含量、目标产量和植株测试值为主要诊断指标确定作物施肥量,特别是根据土壤NO3^--N含量确定冬小麦夏玉米的基肥用量,以植株关键生育期的养分水平确定N素追肥用量;参考作物养分需要量、水分条件、植株可见症状诊断、施肥方式等辅助性指标,适时准确地进行土壤或植株营养状况预测,调整肥料用量或施肥方式,为精准施肥的实施提供重要参数。     

腐殖酸复合肥对葡萄养分吸收及产量的影响

针对长期大量施用化肥使果园土壤养分失衡、果品质量下降等问题,研究了新型腐殖酸复合肥用以大田葡萄的应用效果.结果表明,所有施肥处理比对照有显著的增产效果.在投入养分量相等条件下,腐殖酸能显著提高叶片中氮、磷、钾的浓度,促进葡萄叶片中叶绿素的合成代谢和果实对养分的吸收,增加葡萄产量.     

水肥一体化技术对不同生态区果园苹果生产的影响

为探究水肥一体化技术对陕西省不同生态区苹果生产的影响,分别选取渭北旱塬区和关中平原区典型‘红富士’苹果园,研究了相同肥料用量的NPK传统施肥[NPK(C)]、NPK水肥[NPK(F)]和肥料用量减半的NPK水肥[1/2NPK(F)]对苹果产量、品质、肥料利用效率、果实养分吸收和果园经济效益的影响。结果表明,因不同生态区环境条件和果园自身土壤和肥力等存在差异,水肥一体化技术对苹果生产的影响也不同。渭北旱塬区果园,与NPK(C)相比,NPK(F)处理苹果增产13.0%,果实硬度增加10.6%,糖酸比提高19.1%,化肥偏生产力(PFP)由18.2 kg·kg?1提高至36.3 kg·kg?1,果实N、P和K养分吸收量分别增加36.0%、75.3%和44.8%;1/2NPK(F)处理对苹果生产的影响基本不显著。关中平原区果园,与NPK(C)相比,1/2NPK(F)使苹果增产26.2%,糖酸比提高16.9%,PFP从27.2 kg·kg?1提高至68.7 kg·kg?1,果实N、P和K养分吸收量分别增加41.8%、98.9%和58.9%;然而,NPK(F)处理苹果仅增产14.1%,果实养分吸收无显著增加,品质亦无明显改善。经济收益方面,在相同肥料用量下,采用水肥一体化技术可使渭北旱塬区和关中平原区果园分别增收1.55万元·hm?2和3.65万元·hm?2;当肥料用量减半时,收益增加分别为0.21万元·hm?2和7.28万元·hm?2。总体而言,在陕西渭北旱塬区和关中平原区果园采用水肥一体化技术均能显著提高苹果产量和改善品质,但其效果存在明显差异,实践中需因地制宜,根据果园实际情况,采用适宜的水肥用量以求达到高产、高效和优质的目标。     

土壤对养分离子吸附特性初步研究

针对土壤本身对养分离子具有吸附固定特性降低了养分的有效性,运用土壤养分状况系统研究法通过吸附试验研究新疆两种土壤对养分离子的吸附固定能力。研究结果表明:棕漠土对P、Zn、Cu的吸附固定能力比潮土强,两种土壤对K、B和Mn吸附固定差异不显著,棕漠土的养分限制因子是N>P>Mn>B,潮土的养分限制因子是N>Mn>P>K,因此施肥时考虑到土壤对养分离子的吸附固定能力确定合理的施肥量。     

基于ZigBee的精准农业模式研究

针对传统农业的局限性,探讨了传统农业生产模式转变为以信息网络为中心的精准农业的生产模式,阐述了ZigBee技术在精准农业中的应用,对系统的硬件进行了设计,并给出了软件流程。运用该系统可有效地降低成本,提高农作物产量。     

基于IHA-RVA法的生态治理对径流演变情势的影响评估

研究流域径流演变情势及其对生态治理的响应,可为流域水资源合理利用和水生态治理提供重要指导。该文依据北洛河上游1964—2014年逐日平均流量和年降水量资料,采用双累积曲线法、双滑动平均法(MASH)和Mann-Kendall趋势检验法对径流过程变化进行了分析研究,采用水文指标变化范围法(IHA-RVA)对5组30个径流指标及其改变度进行了评估,对径流演变成因做了初步分析。结果表明：研究期内年径流呈现减少趋势,且以1979年和2002年为界可划分为基准期、水土保持治理期和生态恢复影响期;汛期流量下降较非汛期明显,减少幅度为35.6%;生态治理影响下径流指标整体水文改变度为74.35%,属于高度改变;5组30个径流指标中发生高度改变的指标占比增加,其中年极端流量组变化度最大,为94.77%。人类活动使得流域河川径流显著减少且波动性减弱,而水土保持、退耕还林(草)措施是核心驱动力。     

降雨对地表糙度影响的研究

通过野外模拟降雨实验,研究了降雨对地表糙度的影响规律,经过降雨作用后,随机糙度的地表,变化呈增加趋势,而有向糙度的地表,则呈减小趋势;随着降雨组合因子增加,随机糙度的变化量呈增加的趋势,而有向糙度则呈幂函数递减。     

GIS支持下的土壤侵蚀强度景观空间结构研究

从土壤侵蚀角度看,自然生态系统景观由微度土壤侵蚀和其它等级土壤侵蚀强度的地域组成 ,其景观基本元素有斑、廊、基.在GIS支持下研究了宜昌地区土壤侵蚀强度景观的面积对比、多样性指数、优势度指数和多度等参数.通过RS-GIS一体化的土壤侵蚀遥感调查,认为宜昌地区中观尺度的土壤侵蚀强度景观结构类型有散置斑块景观、指状交错景观、网络景观.     

黄土沟壑丘陵区退耕对土壤侵蚀影响的模拟研究

随着在黄土沟壑丘陵区退耕政策的实施,退耕必将对该地区的水土流失特征产生重大影响。对退耕的水土保持效益进行模拟研究,可为退耕政策的合理实施提供理论依据。选定位于黄土沟壑丘陵区的安塞研究区,在RS和GIS支持下,采用USLE,模拟研究了不同退耕方案对土壤侵蚀的影响。在2001年土地利用的遥感解译图和GIS计算分析基础上设计了8种不同的退耕方案,模拟结果显示,各种退耕方案对土壤侵蚀的减少主要发生在强度及强度以上侵蚀区,退耕后研究区已没有发生剧烈侵蚀的区域,强度和极强度侵蚀明显减少;土壤侵蚀量的减少主要发生在≥25°退耕和≥15°退耕,≥25°退耕还草和还林分别使土壤侵蚀总量减少了19.9%和23.2%,≥15°退耕还草和还林分别使土壤侵蚀总量减少了36.6%和42.6%。≥8°退耕方案和全部退耕方案与≥15°退耕方案相比,水保效益并没有显著差别。     

基于InVEST模型评估土地整治对生境质量的影响

土地整治通过对土地资源及其利用方式再组织和再优化影响生境斑块之间物质流、能量流的循环过程,从而改变区域生境质量和分布格局。该文以大安市土地整治重大项目为例,采用InVEST模型分析了土地整治对生境质量的影响。研究表明:1)土地整治前(2008年)、整治中(2011年)、整治后(2014年),耕地、草地和盐碱地均为项目区的主要土地利用类型;2)土地整治后,大量的盐碱地和草地转变为耕地,耕地面积由整治前的14.43%上升到71.19%;3)土地整治中,项目区的生境质量得分由整治前的0.194下降到0.189,整治后又上升到0.214;4)土地整治工程改善了项目区的生境质量,但整治完成后生境质量改善效果经历了先下降后上升的过程,在整治完成3~4 a时,生境质量仅比整治前提高了0.06左右,整治完成4 a之后,生境质量开始逐渐好转。研究结果可为土地整治工作中的生境及生物多样性保护工作提供科学依据。     

陆面过程中的水文模式研究

陆面水文过程模拟是解决全球环境恶化与气候异常的最好方法，是当前学术界关注的热点。对陆面过程的涵义、模式的发展、陆面过程中水文参数的描述进行了总结，提出了在陆面水文过程研究中存在的尺度匹配误差、数据共享矛盾、参数不确定性等不足及今后的研究方向。     

农膜污染的防治对策

论述了我国残膜污染的原因、现状及残膜给环境和农业带来的危害 ,并针对目前存在的问题提出了治理对策。     

不同基因型大豆氮效率的研究

通过对不同基因型大豆新大豆1号和黑农40的试验研究,结果表明,施氮对新大豆1号的增产作用不明显,但对黑农40有较好的增产作用;花期黑农40和新大豆1号上、中、下层叶片氮含量都随着施氮量的增加而增加,黑农40叶片氮含量与施氮量的相关系数都达到极显著相关,但新大豆1号没有达到显著水平;施氮对新大豆1号的生物固氮抑制程度高于黑农40,使新大豆1号生物固氮降低36. 3% ~85. 2%。