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。     

针对农户地块的施肥决策支持系统的设计与实现

针对中国耕地管理单元散乱、施肥盲目性大的现状,以地块为施肥单元的决策支持系统可以为农户提供更精确的按需定位的施肥指导。以海伦市光荣村为例,以遥感数据、田间采样数据、农户调查数据为数据源, 利用GIS和地统计学的研究方法建立基于农户地块的施肥决策方案管理单元图, 根据长期定位实验数据和养分平衡原理设计施肥模型;在Super Map Object平台上研制开发了光荣村施肥决策支持系统,实现了针对农户承包地块的可视化的施肥指导平台。利用该平台帮助农民按需施肥,从而减少施肥盲目性,促进黑土区土壤生态修复,保护生态环境。     

黄土高原沟壑区旱地施肥水平对小麦产量影响的趋势面分析

在陕西省长武县长期定位试验的基础上,研究了黄土高原沟壑区常态降水条件下旱地氮磷不同配比施肥对小麦产量的影响。利用趋势面分析,建立了黄土高原沟壑区旱地小麦产量的趋势面模型,找出该地区得到小麦产量较高的施肥配比,以及产量最大值时施肥配比。结果发现,施氮量178.169 kg/hm²,施磷量198.405 kg/hm²时小麦产量取得最大值(6152.6 kg/hm²)。可利用所得趋势面模型对常态年不同氮磷配比的小麦产量做出预测,为农业生产提供理论依据。     

基于GIS的猕猴桃土壤养分评价与施肥建议模型研究

该论文以陕西省周至县为例,基于GIS技术,得到土壤养分的地域分布模型和适宜性等级划分;针对猕猴桃的生育特性,建立了养分需求模型;针对土壤养分的空间分布特点,给出具有决策指导意义的施肥建议,以提高猕猴桃果品的品质和产量;研制了基于施肥建议模型的果树施肥信息系统。该方法实现了GIS支持下的基础土壤养分数据的空间化、可视化、系统化管理,最大程度上实现了连续性的养分分布模型的构建,并对不同地域的施肥建议进行了可视化输出。该方法是实现“数字农业”和“精准施肥”目标的有益探索,具有一定的理论和实践意义。     

重庆市花椒生产的产量差及影响因素分析

基于重庆市2017年以来的225份调研数据,以产量数据前5%的平均值为产量潜力,产量水平为分类依据,分析当前小农户生产的施肥现状、产量差及其影响因素、化肥减施潜力,以期为区域花椒生产增产增效提供参考依据。重庆花椒平均产量为8.66 t/hm²,产量潜力为16.7 t/hm²,产量差达8.02 t/hm²,当前椒农平均生产水平仅实现了产量潜力的52%,高、中、低产农户的产量差分别为3.11、7.84、12.2 t/hm²;椒园氮、磷、钾化肥用量分别为N 283 kg/hm²、P2O5 182 kg/hm²、K2O 237 kg /hm²。高产组椒农的化肥减施潜力大,其氮、磷和钾肥可分别减施36%、19%和16%;农户平均施肥以及中、低产组农户施肥水平均低于线性-平台模型拟合的合理施肥量,高产组农户是化肥减量和效益提升的主要对象。当前生产条件下,优化施肥量(氮肥N 299 kg/hm²,磷肥P2O5 228 kg/hm²,钾肥K2O 307 kg/hm²)、施肥次数(4～5次)、种植密度(密植,2000株/hm²以上)和整枝管理(果枝长度1.5 m以上,单株结果枝条数47～48条/株)能有效削减花椒产量差15.4%～43.3%;其中,施肥量、施肥次数和种植密度是影响花椒产量的主要因素,三者的贡献率高达52%。综上所述,重庆花椒生产上农户间产量、施肥量差异较大,提升农户科学施肥认识、整枝管理水平、耕地保护意识以及合理密植观念有利于削减花椒产量差和提高花椒生产效率,同时助力农业可持续发展。     

基于Web的施肥决策支持数据库的设计和建立

通过数据库、专家经验和网络技术研究和集成，建立了基于于联网Ｗｅｂ的施肥决策支持数据库。本文介绍了该数据库的设计原理、施肥模型和使用方法。初步应用表明，该频应用表明，该数据库提供一个与施肥知识有关的基于互联网的数据查询和辅助决策系统，为当地政府机构、农业技术推广决策参考依据。技术成熟，成本低，普及方便，具有广泛的应用前景。     

太行山前平原农田基础地力对夏玉米产量的影响及培肥目标

太行山前平原是河北省重要的夏玉米产区,对2005～2013年在河北省开展的测土配方施肥项目的“3414”试验数据以及山区平原农田基础地力对玉米产量、基础地力贡献率和产量反应进行了分析,并利用边界线分析方法对土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾对基础产量的响应进行了评价,确定了太行山前平原农田土壤培肥目标。研究结果发现,太行山前平原夏玉米基础地力产量分布在3222～9672 kg/hm²之间,平均值为6210 kg/hm²,基础地力对玉米产量的贡献率分布范围在32.2%～99.7%之间,平均值为71.7%,在太行山前平原夏玉米基础地力产量范围内,基础地力产量与施肥产量和基础地力贡献率呈显著线性正相关关系,基础地力产量每增加1000 kg/hm²,配方施肥产量则增加585 kg/hm²,基础地力贡献率也提高6.5%。氮磷钾肥的施肥产量反应分别为1614、909和802 kg/hm²,边界线分析方法确定山区平原土壤培肥目标下限是土壤有机质14.3 g/kg,土壤全氮1.20 g/kg,有效磷20.2 mg/kg,速效钾121.9 mg/kg,提高土壤有效磷和速效钾含量对缩减由土壤肥力差异引起的产量差最为明显,是河北省太行山前平原的重点培肥方向。     

村级农田施肥专家系统设计与应用

[目的]实现田块尺度的施肥决策和精准施肥,达到测土配方施肥成果数字化延伸。[方法]采用GIS组件ArcEngine,将GIS,RS,GPS和农业专家技术进行集成,以遥感影像为索引,建立基于农户田块为基本管理单元的触摸屏村级农田施肥专家系统。并以犍为县定文镇炮房村为案例区进行了实际应用。利用四川省2005—2009年"3414"试验数据,结合区域实际,构建了系统的主要粮油作物推荐施肥模型。[结果]该系统不但实现了田块尺度的施肥决策和养分管理,同时还具备农田基本信息、缺素诊断、病虫害防治、政策法规和安全常识等查询功能。[结论]该系统具有界面友好,操作简单明了的特点,并在村级田块尺度上实现了精确施肥。     

GIS支持下的变量施肥尺度效应模拟研究

以玉米N肥变量施肥为例,采用GIS技术对不同土壤肥力水平下的变量施肥尺度对施肥量、产量和肥料增产效率的影响进行模拟计算和可视化表达。首先用揟urning Band Method敺椒ㄋ婊煞现付ň怠⒎讲詈涂占浞植?半方差模型)的一组表示最小施肥单元的土壤养分数据,每组104个数据,对每组数据进行了100个等级尺度单元的相关效应计算和分析。模拟结果表明:(1)随着变量施肥单元面积减小,平均单位面积的施肥量增加或保持不变,产量一般增加,总的肥料增产效率也提高;(2)施肥临界养分过渡带的变量施肥合理性和产量受尺度影响较大,土壤肥力较高时,空间变异小,变量施肥尺度效应不明显。     

用DEA法的两个模型测算农机化贡献率的算法研究

测算农机化贡献率的主要目的是从数量关系上认识农机化对农业增产增收带来的实际作用大小。在实践上有助于从总体上把握农业机械化的发展水平、发展潜力和发展趋势，在理论上研究产业系统单因素的贡献率具有学术意义。该文提出了综合运用DEA法的C²R和C²GS²两个模型，测算农机化贡献率的基本方法。该算法克服了现有DEA算法测算农机化贡献率时无法考虑技术进步所做的贡献而导致农机化贡献率偏大的问题，使测算结果更接近真实情况。     

颗粒化肥水平气送式螺旋组合可调定量供肥装置设计与试验

为适应不同施肥量要求和实现水平气送式集中排肥器定量变量排肥,该文设计了一种颗粒化肥螺旋组合式集中供肥装置。阐述了颗粒化肥螺旋组合式集中供肥装置的工作原理,基于颗粒化肥的机械物理特性和施肥量要求,提出了倾斜螺旋状型孔结构,确定了其主要结构参数,构建了颗粒化肥组合体在肥料充填区和投肥区的力学模型。应用台架试验研究了螺旋式排肥轮数量和转速对供肥速率及供肥稳定性变异系数的影响。结果表明:倾斜螺旋状型孔结构有利于充肥和排肥;螺旋式排肥轮数量和转速分别为1~4个和10~40 r/min条件下,供肥速率随螺旋式排肥轮数量与转速增加而增加,供肥速率范围为912.67~13 164.26 g/min。螺旋组合式集中供肥装置能适应不同机械物理特性参数的颗粒化肥,3种颗粒化肥的供肥速率之间的差值低于5%。构建了螺旋式排肥轮数量和转速与供肥速率的回归预测模型,在目标施肥量150~750 kg/hm2和拖拉机前进速度2.52~5.88 km/h条件下,供肥速率试验值与模型预测值的偏差在3%以内,供肥稳定性变异系数低于1.0%。田间试验结果表明,颗粒化肥实际施用量与模型预测值相对误差为3.54%。该研究提出的倾斜螺旋状型孔和组合排肥轮结构可满足农业生产的变量、定量集中供肥要求,可为颗粒化肥水平气送式集中排肥器结构设计提供参考。     

风送式水稻侧深精准施肥装置的设计与试验

针对中国水稻施肥机械化程度低,传统撒施肥料利用率低、施肥量大的现状,结合侧深施肥农艺特点,对风送式排肥方法进行了理论分析,研制了风送式水稻侧深精准施肥装置。该装置采用模块化设计与乘坐式插秧机配套使用,采用电机驱动排肥、风送肥料、全球定位系统(global position system,GPS)测速的工作原理,侧位深施化肥的施肥方式,采用车辆行驶速度与排肥驱动电机转速实时匹配的精准施肥控制方法。设备在黑龙江七星农场开展了田间实际作业试验。试验表明,该装置与插秧机配合使用时能一次性完成插秧与侧深精准施肥作业,当预置施肥量为300 kg/hm2,车辆稳定行驶速度为1 m/s时,施肥量偏差控制在5.82%以内,能够较好的满足实际生产需求。该研究为开展水稻变量施肥控制技术研究和水稻侧深施肥装置的研发提供了参考。     

化肥对中国粮食产量变化贡献率的研究

【目的】 化肥在中国粮食产量的增加中发挥了重要作用,但中国单位面积化肥施用量已远超其他国家。虽然田间试验已证明减少化肥施用量不会导致粮食产量大幅下降,但部分经济学者和粮食生产者对减少化肥施用量仍持谨慎态度。科学评价我国现阶段化肥对粮食产量变化的贡献率,对国家层面制定合理的化肥施用决策有重要的参考价值。已有研究侧重于利用时间序列模型分析粮食产量与化肥投入量及其他因素的关系,而不同省份粮食生产力存在差异,并且化肥对粮食产量变化的贡献率是动态变化的。故本研究利用面板数据模型更好地描述中国粮食生产的投入产出关系,并更准确地反映不同阶段化肥对粮食产量变化的贡献率。 【方法】 研究收集了1995—2015年中国30个省份粮食投入产出数据,分别估计了柯布道格拉斯和二项式函数形式的粮食生产函数的三种面板回归模型,并利用固定效应和随机效应检验方法对不同面板模型的优劣进行评判,最终判定随机效应模型优于混合效应和固定效应模型。根据随机效应模型回归结果求解了单位面积粮食产量对化肥的施用量弹性系数,借鉴全要素生产率概念,利用粮食生产函数和化肥施用量弹性计算了化肥对单位面积粮食产量变化的贡献率,据此评价化肥施用量对粮食产量的实际影响。 【结果】 实证结果表明,化肥施用量的弹性系数显著,固定弹性系数为0.17,可变弹性系数呈明显的倒U形变化趋势,说明化肥投入已经进入边际报酬递减阶段,继续增加化肥施用量无法实现粮食产量的增加;但由于化肥施用量弹性系数值较高,并且大于其他要素,表明化肥的增产效力不可替代。而化肥对粮食产量变化的贡献率计算结果则表明化肥对单位面积粮食产量变化的贡献逐渐变小,趋向于0,说明化肥带来的粮食增长效应已不明显。2015年粮食投入产出数据分析结果也说明适当减少化肥施用量并不会导致粮食产量大幅减少,防灾技术、农业机械化程度的提高等其他要素对粮食产量的增加发挥了更大的作用。 【结论】 建议在国家层面严格控制化肥施用量,通过调整施肥方式,优化施肥结构等措施提高化肥利用效率,进一步发挥技术要素对粮食增产的作用。      

渭北旱塬苹果园施肥现状分析评估

为了解陕西渭北旱塬苹果园栽培管理水平、施肥现状及果农养分资源投入存在的问题,选取陕西渭北旱塬300户果农,调查其苹果产量、施肥及其他管理措施等.结果表明,不同果农间苹果的产量和施肥量存在很大差异.两年来果农化肥平均纯氮用量为671.71kg·hm-2,适宜用量为240～360kg·hm-2,78.3％的果园氮肥投入过量;P2O5平均用量为338.21kg·hm-2,适宜用量为220～340kg·hm-2,投入量适中果农仅占调查样本的22.2％;K2O平均用量为240.70 kg·hm-2,适宜用量为160～240kg·hm-2,51.2％的果农施钾肥量偏低.调查数据与前人研究比较发现,由有机肥提供的氮磷钾养分占肥料总养分的比例下降趋势显著,由1994年的51％下降到现在的5.54％.果农传统的重氮偏磷轻钾施肥方式还未改变,施肥仍然以基肥为主,基肥比例达70％以上.为此提出调查区果园施肥应减少氮肥用量,提高氮肥利用率,适当增加磷肥,特别要注重钾肥和有机肥的投入,实现养分资源综合管理.     

Vergleichende Betrachtung von Verfahren zur Auswertung von Nährstoffsteigerungsversuchen am Beispiel Phosphor

Comparison of two procedures to evaluate phosphate‐fertilizing field trials Growth response of agricultural crops to different input levels (e.g., fertilizer rates) can be described by the “law of diminishing increments”, which has been formulated mathematically amongst others by Mitscherlich (1928) and von Boguslawski and Schneider (1962, 1963, 1964). In the present paper, the economically optimal phosphate‐fertilizer requirements in 43 long‐term phosphate (P)‐fertilization experiments were calculated using equations on the basis of the yield functions of Mitscherlich or von Boguslawski and Schneider, respectively. For three field trials with linear or disproportionately high yield responses on P fertilization, none of the two procedures could be used. The same held for four trials with maximum yields already appearing at the first fertilization level. Similar P‐fertilization optima were calculated for 36 trials following the “law of diminishing increments”, resulting in a highly significant correlation (R² = 0.946) between both procedures. The correlation coefficients between the phosphate balance at the calculated optimum profitability and CAL‐P content in the soils at trial start were R² = 0.70 (Mitscherlich, 1928) and R² = 0.65 (von Boguslawski and Schneider, 1962, 1963, 1964), respectively. An optimal soil P content of 8–10 mg CAL‐P (100 g soil)^–1 was deduced. Both methods are applicable to calculate the optimum phosphate‐fertilizer requirement if yield effects due to P fertilization follow the “law of diminishing increments” and the increments of fertilization levels in each trial are established in a way that diminishing yield increments can be expected.     

中国农田生态系统氮素平衡模型的建立及其应用

借助物质流分析中"输入=输出+盈余"的物质守恒原理,以氮素养分为介质建立中国农田生态系统氮素平衡模型,然后用2004年中国农业统计资料和文献查询获取的参数,估算中国不同地区的氮养分输入输出以及养分盈余并分析养分产生的环境效应。模型计算结果表明,2004年农田生态系统通过挥发、反硝化、植株蒸腾、淋溶径流和侵蚀等途径损失的氮为1132.8万t,盈余在农田生态系统土壤中的氮为1301.2万t;通过损失途径进入环境中的氮养分和盈余在农田生态系统中的单位面积耕地氮养分负荷高风险地区均集中在中国的东南沿海和部分中部地区。优化化学氮肥用量,有机氮肥与化学氮肥配合施用是降低农田生态系统氮养分污染潜势的最基本措施,针对中国不同地区因地制宜地制定合理种植结构和推广农田精准化施肥也是十分必要的。     

水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统设计与试验

针对水稻直播施肥过程中存在肥料用量大、化肥利用率低等问题,根据水稻精量穴直播与侧深穴施肥的农艺要求,开发了一套水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统。采用液压自平衡方式设计全方位仿形系统,对机具在作业环境中实时自动调节,保证播种、施肥作业质量;采用圆弧函数曲线优化设计施肥沟开沟器,在距垄台上芽种行水平距离30 mm处开出宽50 mm、沟型平整的施肥沟;采用电力驱动方式设计电动式外槽轮排肥器,根据需要对每个排肥器独立调节,与配套的电动部件相连,将肥料成穴施入施肥沟底。田间试验表明,在机具前进速度为2.48 km/h,排种器、排肥器工作转速均为29 r/min,施肥深度为50 mm的最优工作条件下,穴播种量、穴施肥量合格率分别为86.73%、87.49%,施肥与播种穴距匹配,各行播种、施肥穴距合格率均为100%,播种、施肥穴距变异系数分别为17.2%、16.5%,芽种破损率为0.31%;并对排种器、排肥器在14~36 r/min工作转速范围内进行可行性验证试验,施肥系统可与水稻精量穴直播机配套,同步完成开沟、侧深穴施肥、覆泥、起垄和精量穴直播多项作业工序,各项性能指标均满足水稻直播、施肥的农艺要求。该研究可为水稻精量穴直播机及其施肥关键部件的设计和评价提供参考。     

精确灌溉与施肥自动化管理系统的研制与实现

精准灌溉与施肥自动管理系统是利用人工智能技术，在收集气象资料和田间试验的基础上，依据农田水量平衡原理与作物目标产量及土壤养分状况、土壤类型、土壤墒情等资料信息，采用C语言编程而建立的。控制器以单片机为核心，高精度土壤水分探测仪、喷灌、施肥罐与控制器相连接，形成一个完整的土壤水分探头水分传感，控制器采集数据，通过人机对话与菜单选择相结合的方式，自动给出作物各生育期所需灌水量和施肥量，由控制器控制喷灌流量，自动完成灌溉施肥过程。系统可针对不同的作物、不同地域、不同时期的气候与作物生长状况，判断土壤储水量是否下降至作物灌水的下限指标，根据作物需肥量，精确确定灌溉和施肥量；系统在运行时，可以根据地块的宽度自动调节喷灌射程，还可根据地块面积划分为若干个小区，根据肥料的兼溶性，配制肥料，自动调节肥料的喷施浓度，喷施流量，实现自动精确灌溉施肥。系统可提供小麦、玉米、棉花等7种作物精准灌溉与施肥的决策实施方案，并具有良好的扩展性。     

不同施肥方式对经果林地土壤理化性状的影响

为改善坡面荒芜旱地,提高土地生产力,以吉林省杏木小流域经果林地为研究对象,利用单一和配合施肥方式,对比分析不同施肥方式对土壤理化性状的影响。结果表明:(1)不同施肥方式对0—20cm表层土壤有机质增加量不同,表现为:有机无机肥配施+秸秆还田(NPKOM)有机肥+秸秆还田(OM)单施有机肥(M)秸秆还田(O)对照(CK)。与对照(CK)相比,增幅分别为45%,37%,26%,10%。(2)不同施肥方式可有效改善土壤通气度,增加土壤孔隙度和降低土壤容重,其中以秸秆还田(O)的效果最为明显,达到了显著水平(p=0.043)。(3)土壤中全N,全P,全K动态变化不仅与各元素投入与产出量有关,同时与施肥方式以及各元素含量本底值密切相关,本底值越大,各元素增减幅度越大。配合施肥方式与单一施肥方式对比,对增加土壤中全N,全P含量效果更为明显,这主要是由于养分投入量增加的缘故,并且全N,全P量的变化趋势与有机质变化趋势基本一致。全K含量均为降低,降低程度因施肥方式不同而有所不同。     

缓释肥一次性侧位深施对红壤旱地直播油菜产量形成和肥料利用的影响

为明确红壤旱地直播油菜(Brassica napus L.)缓释肥(N-P₂O₅-K₂O=25-7-8)一次性侧位深施效果及适宜用量,2017—2020年在典型的红壤丘陵区(江西进贤)开展缓释肥施用方式对比试验(不施肥、一次性土表撒施和一次性侧位深施)和施用量试验(0、300、450、600、750和900 kg·hm^-2),研究缓释肥一次性侧位深施及不同施用量对油菜产量形成和肥料利用率的影响。结果表明,相比传统土表撒施,侧位深施显著促进了N、P、K的吸收,同步提高了油菜产量和肥料利用率,且对晚熟油菜影响更为显著。菜籽产量与缓释肥用量呈线性加平台关系,适宜施肥量可保证较大的收获密度及较多的每株角果数和每角粒数,从而协同提高籽粒产量和经济效益,同时维持较高的肥料利用率。晚熟和早熟油菜缓释肥侧位深施的适宜用量分别为720和605 kg·hm^-2,产量潜力可分别达2 500和1 750 kg·hm^-2。因此,一次性侧位深施适量缓释肥可显著提高红壤旱地直播油菜生产力,建议结合机械化种植因地制宜地推广应用。