作物水分信息采集技术与采集设备

随着社会经济的发展和科学技术的不断进步，农田灌溉正朝着“自动、精准”的方向发展。实现自动、精准灌溉，需要获得及时、准确的作物水分状况信息作为基本依据，而先进、可靠的采集技术与设备则是快速、准确、连续获取作物水分信息的重要保障。作物水分信息，根据其采集部位可分为土壤信息和作物信息两类；而根据采集信息所代表
表的范围，则可分为点源信息和区域信息两类。2种分类结果相组合，可以将作物水分信息分为点源土壤水分状况信息，区域土壤水分状况信息，点源作物水分状况信息和区域作物水分状况信息四大类O目前应用较多的点源土壤水分状况信息快速采集技术主要有中子仪法、时域反射法（TDR）、频域反射法（FDR）、驻波率法（SWR）和张力计法；点源作物水分状况信息的采集技术则主要有红外温度法、叶水势法、光谱法、茎变差法和蒸腾速率法；区域土壤水分状况信息的采集技术主要有遥感法（裸地表层土壤）和墒墒情监测网络法；区域作物水分状况信息则主要通过遥感方法获得，包括热红外遥感和微波遥感等方法。这些技术方法各有优点、缺点和适用范围。从目前的研究和实际应用情况看，基于土壤介电特性的土壤水分信息测量技术（TDR，FD和SWR）和基于植株蒸腾速率、植株茎直径变差和作物冠层红外温度的作物水分状况信息测量技术是具有明显优优势和良好发展潜力的点源水分信息采集技术；以TDR、FDR和SWR为基础，结合GPS和GSM／GPRS无线数据传输系统，适用于区域土壤水分信息的采集；而以热红外遥感和微波遥感为基础的系统则是大面积的区域土壤水分状况信息（裸土表层）和区域作物水分状况信息的主要采集方法。这些作物水分信息采集方法的进一步完善提高，以及相应的精度高、稳定性好、价格适中的各类传感器及配套的数据处理设备的研制将是未来作物需水信息采集领域的重点工作目标。     

魔芋软腐病及其防治研究进展

软腐病是魔芋灾难性病害,其防治工作是生产中必不可少的技术环节。对魔芋软腐病防治的研究主要集中于化学防治、生物防治、农业防治与植物基因工程技术的应用等方面,已取得了一些进展。本研究通过对魔芋软腐病与其各种防治方式进行综述,旨在为生产中进行综合防治、降低发病率提供方法上的参考。     

土壤水分测量原理与技术方法研究

土壤水分对作物生长和微生物活动具有重要作用,对农业领域、工程领域、生态领域等均有十分广泛的影响。土壤含水率是土壤理化特性的重要参数之一,也是制定合理灌溉制度、优化水资源管理、保障土体工程施工安全的重要指标之一。本文介绍了国内外目前应用较广泛的几种土壤水分测量方法及其测量原理,并对其优缺点进行了分析。提出了土壤水分测定方法中存在的主要问题及其发展趋势。     

土壤盐碱改良剂施用量及施用时期研究

土壤盐碱改良剂在一定程度上能够起到松土、保湿、改良土壤理化性状的作用,促进植物对养分和水分的吸收,比传统的工程水利和生物改良方法简便易行、成本低、效果好,可较好的解决滨海盐渍土盐、板、瘦的问题,是一项改良治理滨海盐渍土的新措施.通过此技术的推广实施,可提高作物产量,扩大可利用农业土地资源,改善当地生态环境,推动经济发展,促进黄河三角洲的可持续发展.     

贵州省旱作农业节水技术模式及效益分析

分析了贵州省农业水资源利用现状及水资源利用存在的问题,对各项高效节水技术模式在贵州省的实践进行了分析与评价。根据贵州省水资源的特征,在旱作农业中通过采用土壤梯化节水技术、聚土垄作节水技术、覆盖保墒节水技术、化学保墒技术、集雨节水技术、设施节水技术、水肥一体化技术和农艺节水技术,可以提高农业用水的有效利用率及增加作物产量。     

南阳盆地作物节水灌溉模式及节水农业措施研究

在分析主要农作物需水规律及作物需水—自然降水耦合关系的基础上,提出了作物节水灌溉模式以及合理布局、蓄水耕作、土壤改良剂应用、农田覆盖、增施有机肥料等节水农业措施。     

中国作物化控栽培工程技术研究进展及展望

新世纪条件下如何进一步挖掘作物产量潜力,实现作物高产、优质、高效及可持续发展,将是中国农业科技的一项长期艰巨任务。作物化控与传统栽培技术革新相互融合,产生了新型模式的栽培技术体系,即为作物化控栽培工程,它是当前农业研究中十分活跃的新领域之一,已经融入作物栽培生产各个方面。概述了作物化控栽培工程技术研究和应用的历史及进展,并强调了新世纪下发展作物化控栽培工程技术的必要性,指出作物化控栽培工程技术在中国农业发展中起到不可代替的作用同时对作物化控栽培工程技术研究和应用作了进一步研究展望     

我国绿色防控技术应用状况及发展建议

绿色防控是在农业生产中采取生态调控、理化诱控、生物防控以及科学精准用药技术措施提高病虫害综合防治效率, 最大程度地减少农药用量、降低农产品的农药残留, 从而达到推动绿色无公害产业发展和提高整体经济效益的目的。其中生态调控包括选用抗病品种、优化作物布局、培育健康种苗、清洁田园等措施；理化诱控包括色诱、灯诱、性诱、食诱、两网覆盖、避雨防控等措施；生物防控包括以虫治虫、以螨治螨、以菌治虫、以菌治菌等措施。科学精准用药技术以高效、低毒、低残留的生态环保农药为基础, 从农药制剂、施药机械、施药技术上进行了阐释, 最后针对目前绿色防控过程中政府和社会的重视程度、农民认识、资金支持、防控体系、推广方式中存在的问题, 给出了相应的对策建议。     

作物种植行自动检测研究现状与趋势

大田作物一般成行种植,以提高种植效率和方便田间管理。因此,作物种植行自动检测对于智能农机携带传感器拍摄影像实现自主导航、精准打药,乃至基于无人机搭载传感器拍摄高分辨率影像生成田间的精准管理作业单元都具有重要意义,是智慧农业管理的重要组成部分。本研究首先系统归纳总结了已有作物种植行自动检测方法,分析了Hough变换法、最小二乘法、绿色像元累积法、Blob分析法、滤波法、消隐点法等作物种植行提取方法的基本原理、发展现状与优、缺点;其次,针对已有研究,提出目前还存在的、需要探讨的科学技术问题,比如不同空间和光谱分辨率影像如何影响作物种植行提取的精度;怎样基于无人机识别不同空间分布特征的作物种植行并进行长势空间精准制图;如何构建标准化的作物种植行识别技术流程等;最后,针对种植行提取技术现状与存在的问题,提出未来的若干研究方向,包括能适应高杂草压力等复杂环境的作物种植行精准识别技术,以提高智能农机自主导航精度;能基于种植行识别结果进行作物长势精准制图,从而支撑田间精准分区的方法;耦合无人机遥感精准作物长势监测与智能农机作业的田间精准管理技术等。本文可为影像中作物种植行自动提取及其相关应用研究提供参考。     

耕作对健康耕层结构的影响及发展趋势

土壤耕作与土地生产力密切相关,土壤耕层中的养分影响作物养分的吸收与利用,良好的耕层结构有利于水、肥、气、热之间相互协调。耕层深度与耕作方式有关,构建良好的健康耕层结构,有利于协调作物生长和根系分布。本文结合有关传统翻耕耕作、免耕、旋耕、深耕等对土壤耕层的研究结果,从土壤容重、土壤孔隙度、土壤团聚体、土壤入渗、土壤重金属、土壤呼吸及根系特征等方面,探讨耕作模式对健康土壤耕层构建的影响,并就耕作体系、系统定位、耕作效率、适生作物方面指出目前土壤耕层研究不足,从因地制宜发展耕作方式、建立综合性耕作体系、加快耕作新型农机的研究应用、开展农田小气候环境系统研究方面展望了构建健康理想耕层结构的发展趋势,以期最大限度地提高耕地资源综合生产能力,缓解人地关系矛盾,为农业生产中最佳耕作模式提供理论基础和技术支撑。     

Sensing technologies for precision specialty crop production

With the advances in electronic and information technologies, various sensing systems have been developed for specialty crop production around the world. Accurate information concerning the spatial variability within fields is very important for precision farming of specialty crops. However, this variability is affected by a variety of factors, including crop yield, soil properties and nutrients, crop nutrients, crop canopy volume and biomass, water content, and pest conditions (disease, weeds, and insects). These factors can be measured using diverse types of sensors and instruments such as field-based electronic sensors, spectroradiometers, machine vision, airborne multispectral and hyperspectral remote sensing, satellite imagery, thermal imaging, RFID, and machine olfaction system, among others. Sensing techniques for crop biomass detection, weed detection, soil properties and nutrients are most advanced and can provide the data required for site specific management. On the other hand, sensing techniques for diseases detection and characterization, as well as crop water status, are based on more complex interaction between plant and sensor, making them more difficult to implement in the field scale and more complex to interpret. This paper presents a review of these sensing technologies and discusses how they are used for precision agriculture and crop management, especially for specialty crops. Some of the challenges and considerations on the use of these sensors and technologies for specialty crop production are also discussed.     

甘肃省集水高效农业研究

以解决甘肃旱区干旱问题为突破口,通过对自然降水径流的收集,贮存和利用的研究,形成了集工程,农艺,生物化学节水技术为一体的集成化农业高效用水模式,初步建立了以“梯田、地膜、品种、施肥,水窖、微灌”为硬件特征的旱农增产技术本系。     

数字农作技术研究的若干进展与发展方向

 着重介绍数字农作技术研究的若干最新进展与发展方向。数字农作即通过综合运用数字化技术，研究农作物生产系统中信息获取、处理、管理和利用的关键技术及应用系统，从而对农作系统过程的信息流实现全面的数字化表达和整合。近年来，作者围绕数字农作的关键技术及应用系统，开展了较为深入和系统的研究工作，重点在作物生长模拟模型、作物管理知识模型、作物生长无损监测、农作空间信息管理、数字农作决策系统等5个领域取得了显著的研究进展。数字农作的未来发展将需要综合运用信息管理、自动监测、动态模拟、虚拟现实、知识工程、精确控制、网络通讯等现代信息技术，以农作物生产要素与生产过程的信息化与数字化为主要研究目标，发展农业资源的信息化管理、农作状态的自动化监测、农作过程的数字化模拟、农作系统的可视化设计、农作知识的模型化表达、农作管理的精确化控制等关键技术，进一步研制综合性数字农作技术软硬件系统，实现农作系统监测、预测、设计、管理、控制的数字化、精确化、可视化、网络化。农作生长与生产系统的数字化将带动农业产业的信息化和现代化。     

农业工程类学科教育与课程整合--庆祝中国农业大学百年校庆

农业工程类专业在从农业机械化到农村电气化、从净跨木屋架设计到地下和地表水保护等领域的机械化农业过程中发挥了至关重要的作用。为进一步提高其贡献率和维持其可持续性发展，农业教育工作者应该从农业生产基础的角度对农业工程进行再定位。目前：农业工程学科已涉及除机械化生产之外的很多其他方面．例如精准农业、食品加工过程优化、室内和运输车辆内空气质量改善、生物质与生物质能源利用、通过生物过滤与径流控制以减少水体污染等，这些成果正在逐渐成为生物科学及其应用的重点；飞速发展的科学技术已允许我们在全球定位系统中，利用诸如分布式电力供给、纳米技术、生物传感器以及机器人等技术发展精细农业，使得每个动植物个体都可以作为一个实体进行处理以使效益最大化并将环境的负影响降至最低；我们对一些持续的挑战已经有能力应对——例如生物质和生物质能源在科学研究和经济领域内已经获得了新生。为适应那些更加广泛的挑战，我们需要培养相适应的学生和专业人士并使他们学会学习，把不断优化的专业基础知识应用到生产和社会实践中去，做促其高效持续发展的积极推动者。     

大庆温泉新城现代农业科技示范园区建设研究

针对大庆温泉新城农业科技示范园区土壤盐碱化严重的问题,采用生物手段改良盐碱地,建设特种经济作物和优质寒地牧草区。旨在提高作物单位面积产量和农产品综合开发能力,实现实验、示范、辐射、推广、带动的有机结合,促进农民增收,社会增效。     

New trends in precision agriculture: a novel cloud-based system for enabling data storage and agricultural task planning and automation

It is well-known that information and communication technologies enable many tasks in the context of precision agriculture. In fact, more and more farmers and food and agriculture companies are using precision agriculture-based systems to enhance not only their products themselves, but also their means of production. Consequently, problems arising from large amounts of data management and processing are arising. It would be very useful to have an infrastructure that allows information and agricultural tasks to be efficiently shared and handled. The cloud computing paradigm offers a solution. In this study, a cloud-based software architecture is proposed with the aim of enabling a complete crop management system to be deployed and validated. Such architecture includes modules developed by using Google App Engine, which allows the information to be easily retrieved and processed and agricultural tasks to be properly defined and planned. Additionally, Google’s Datastore (which ensures a high scalability degree), hosts both information that describes such agricultural tasks and agronomic data. The architecture has been validated in a system that comprises a wireless sensor network with fixed nodes and a mobile node on an unmanned aerial vehicle (UAV), deployed in an agricultural farm in the Region of Murcia (Spain). Such a network allows soil water and plant status to be monitored. The UAV (capable of executing missions defined by an administrator) is useful for acquiring visual information in an autonomous manner (under operator supervision, if needed). The system performance has been analysed and results that demonstrate the benefits of using the proposed architecture are detailed.     

Bayesian methods for predicting LAI and soil water content

LAI of winter wheat (Triticum aestivum L.) and soil water content of the topsoil (200 mm) and of the subsoil (500 mm) were considered as state variables of a dynamic soil-crop system. This system was assumed to progress according to a Bayesian probabilistic state space model, in which real values of LAI and soil water content were daily introduced in order to correct the model trajectory and reach better future evolution. The chosen crop model was mini STICS which can reduce the computing and execution times while ensuring the robustness of data processing and estimation. To predict simultaneously state variables and model parameters in this non-linear environment, three techniques were used: extended Kalman filtering (EKF), particle filtering (PF), and variational filtering (VF). The significantly improved performance of the VF method when compared to EKF and PF is demonstrated. The variational filter has a low computational complexity and the convergence speed of states and parameters estimation can be adjusted independently. Detailed case studies demonstrated that the root mean square error of the three estimated states (LAI and soil water content of two soil layers) was smaller and that the convergence of all considered parameters was ensured when using VF. Assimilating measurements in a crop model allows accurate prediction of LAI and soil water content at a local scale. As these biophysical properties are key parameters in the crop-plant system characterization, the system has the potential to be used in precision farming to aid farmers and decision makers in developing strategies for site-specific management of inputs, such as fertilizers and water irrigation.     

植物基因工程在作物育种中的应用与展望

从抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆以及品质改良、改善发育状况、提高光合作用和固氮效率等方面论述了基因工程在作物育种中的具体应用和进展,阐述了基因工程改良作物品种的方法和优点。通过植物基因工程获得的转基因作物主要有大豆、玉米、棉花、油菜和烟草,并开始大面积应用于农业生产,取了得较好的经济效益、社会效益和环境效益。分析了植物基因工程在作物育种中广阔前景,有望培育出高产优质、集高光效、抗虫、抗病、抗除草剂和抗逆等特性于一体的作物新品种。解决了人类所面临的资源短缺、环境恶化和效益衰退的三大难题,为农业的持续、稳定发展提供了有力保障。     

工矿区受损耕地质量提升技术体系的构建

基于对不同工矿区耕地受损类型及影响的总结分析,综合考虑农用地分等指标,筛选形成涵盖作物立地条件、水肥气调节、供应肥力、预警安全、保障生产、外部环境方向的耕地受损特征因素体系,并进行变化情况模拟。采用压力-状态-响应(PSR)分析框架,总结提炼工矿区受损耕地存在的质量提升问题,针对性地提出了提升工矿区受损耕地质量的具体技术和方法。构建了包括表土利用技术、土体重构技术、水体修复技术、农地保育技术及土地整治工程技术5项集成技术在内的工矿区耕地质量提升技术体系。