Nitrogen fertilizer recommendations based on plant sensing and Bayesian updating

Methods are available to predict nitrogen needs of winter wheat based on plant sensing, but adoption rates by producers are low. Current algorithms that provide nitrogen recommendations based on plant sensing implicitly assume that parameters are estimated without error. A Bayesian updating method was developed that can incorporate precision plant sensing information and is simple enough that it could be computed on-the-go. The method can consider producers prior information and can account for parameter uncertainty. Bayesian updating gives higher nitrogen recommendations than plant sensing recommendations using a plug-in method. These recommendations increase net returns over the previous recommendations, but not enough to make plant sensing profitable in this scenario.     

以作物残茬为生物篱在裸露农田营建防风带技术的研究

根据农田防护林等生物篱网防治农田风蚀的原理,把作物残茬作为生物篱间隔插入马铃薯裸露农田,形成以残茬为生物篱的农田防护篱网,可以解决北方旱作马铃薯生产基地农田严重风蚀问题,核心技术是利用残茬把连片的裸露农田间隔分成宽7.2m以下的带田,形成留茬带与裸露带间作的农田,不仅使留茬带的风蚀量降低80%以上,其裸露带的风蚀量也降低50%以上,取得防治马铃薯裸露农田的风蚀沙化,保护和提高耕地质量的实效。总结提出在北方旱作区采用麦类/油菜等条播作物留茬与马铃薯等根茎类作物间作轮作营建裸露农田防风篱网的保护性耕作技术。     

氮肥基追比和追氮时期对超高产冬小麦生育及产量形成的影响

为明确氮肥运筹对超高产冬小麦生育特性和产量形成的影响,2010-2011年度在河北省藁城市以冬小麦品种‘石新828,为材料,在总施N 240 kg/hm2条件下进行了氮肥基追比(3∶7、5∶5和7∶3)和春季追氮叶龄(春4、5和6叶期)的二因素裂区试验.结果表明:小麦各生育时期的LAI均随氮肥基追比增大而增大,尤其是拔节期不同基追比的LAI差异显著.随春季追氮时期后延,拔节到开花期的LAI减小,而开花20 d以后的LAI显著增大.小麦旗时总物质生产力在灌浆前期随氮肥基追比的减小和追氮时期的后延而下降,但在灌浆后期却随追氮时期的后延而增大.氮肥基追比对小麦产量和产量构成因素的影响均不显著.每公顷穗数随追氮时期后延显著减少,而每穗粒数和千粒重随追氮时期后延显著增加.籽粒产量也随追氮时期后延显著提高.综合研究结果,在总施氮量为240 kg/hm2左右的条件下,河北省超高产冬小麦(9 000 kg/hm2以上)的氮肥运筹以基追比5∶5～7∶3,春生6叶期追施氮肥最为适宜.     

土壤水分空间变异研究

以天津市静海县良种场内一块长约110 m,宽约40 m的冬小麦田作为试验区,采用规则格网采样,按照10 m×10 m设置格网,共设48个采样点,通过GPS手持机进行定位,分别于小麦越冬前、拔节期、灌浆期,利用便携式土壤湿度数据采集器对试验地各个采样点0～20、20～40 cm2种深度土壤含水量进行了测定,利用ARC/INFO的地统计分析模块绘制了冬小麦3个不同生育期试验区土壤水分空间分布图,并分析了其垂直和水平方向的空间变异特征,以期为确定最佳灌溉时机和灌溉量提供科学依据。     

晚播小麦高产的主要限制因素

１９９１～１９９３年在临汾市乔李村采用大田调查与小区试验相结合的４因素３水平正交法，研究晚播小麦高产的主要限制因素。结果，４种限制因素的效应次序为：施氮时期及比例＞施纯氮肥量＞基本苗＞播期。３年大田调查，晚播小麦在合理施肥的条件下，亩产仍可达到５００ｋｇ。因此，晚播小麦高产的主要限制因素是施氮时期及比例，而不是冬前积温。     

施用氮肥对小麦生长和经济效益的影响

[目的]确定江淮丘陵区水稻土小麦合理氮肥施用量。[方法]通过田间小区试验,设置施氮（N）量0、60、120、180和240 kg/hm25个处理。小麦成熟期采集25株考种样,测定产量构成性状,并测定每小区籽粒产量。[结果]施用适量氮肥对小麦生长发育有明显的促进作用,并能显著增加小麦籽粒产量,提高经济效益。2年试验小麦施氮的增产幅度分别为18.63%-34.09%和15.22%-30.80%,平均增产24.66%和22.32%;最高产量施氮（纯氮）量分别为185.9和189.1 kg/hm2;最佳产量施氮量相应为143.1和133.2 kg/hm2。施氮增收1 571-4 141元/hm2,产投比为2.33-8.68∶1[结论]当前生产水平下,江淮丘陵水稻土区,小麦氮肥（纯氮）的适宜施用量为165kg/hm2左右。     

小麦条锈菌AFLP体系的优化

[目的]优化小麦条锈菌AFLP体系。[方法]以小麦条锈菌大田混合菌系为材料,采用改良CTAB法提取DNA,探索酶切、PCR过程,优化小麦条锈菌AFLP体系,并从64对引物中筛选出稳定、高效的引物组合。[结果]改良CTAB法有较好的破壁效果,所提DNA纯度高,条带清楚,无污染,适合AFLP操作。酶切3.0、3.5 h的效果相同,扩出的片断在100~2 000 bp,可进行预扩。TaqDNA聚合酶为0.5 U时,电泳图中出现了较亮的条带,片断大小在100~2 000 bp。16对引物组合可以扩增出较稳定的条带。[结论]优化的小麦条锈菌AFLP体系为:25.0μl酶切体系,37℃酶切3.0 h,10.0μl连接体系在22℃条件下连接过夜,连接产物、预扩产物分别按1∶10、1∶30的比例用ddH2O稀释后用于预扩和选择性扩增。     

县域尺度上基于GF-1PMS影像的冬小麦种植面积遥感监测

为探究县域尺度上基于高分一号卫星(GF-1)PMS影像进行冬小麦遥感监测的可行性及精准性,以河南省滑县为研究区,遴选2015年2月上旬GF-1 PMS影像6景,对影像进行辐射定标、FLAASH大气校正、NNDiffuse融合、几何精校正、地图投影转换等预处理后,在外业调查和样本分析的基础上构建一种新的冬小麦决策树分类模型,模型第1层决策方案中NDVI0.311的像元为冬小麦,得到冬小麦的粗分类结果;在此基础上进行第2层决策分类,以进一步提高冬小麦的分类精度,分类方案为第1波段地表反射率0.146、第2波段地表反射率0.148、第3波段地表反射率0.135、第4波段地表反射率0.250的像元为冬小麦。对分类结果进行形态学滤波处理,以消除或减少分类结果中孤立的像元。分别基于决策树分类模型与ENVI软件自带的IsoData非监督分类模型,对比分析GF-1PMS影像和同时期Landsat-8OLI影像在冬小麦面积提取上的精度。结果表明:基于新构建的决策树分类模型,2015年滑县冬小麦种植面积为115 715.81hm2,混淆矩阵检验总体精度为99.62%,Kappa系数为0.99;PMS影像提取冬小麦的混淆矩阵总体精度比OLI影像高出9个百分点。说明县域尺度上基于单时相GF-1PMS影像在冬小麦收获前提取冬小麦种植面积是可行的,提取精度较高。     

冬小麦足墒播种春灌一水超高产试验

2005~2006年,在桓台县唐山镇唐四村开展了冬小麦鲁农116田间综合节水高效试验。试验结果表明,在足墒播种条件下,采取蹲苗技术,春浇一次拔节水,单产9 049.5 kg/hm2,全生育期耗水量3 872.25m3/hm2,水分生产率为2.337 kg/m3,比同品种对照田灌三水增产34.07%,产出投入比由1.38∶1提高到3.51∶1,实现了特旱年农民种田少浇水又增产增收。     

施肥方式对小麦生长、产量及土壤硝态氮含量的影响

采用田间小区试验的方法,研究了5种施肥方式(处理1:1/2尿素播种前撒施旋耕,1/2尿素返青拔节期追施旋耕;处理2:全部尿素播种前撒施旋耕;处理3:全部控释氮肥播种前撒施旋耕;处理4:全部控释氮肥播种前在种子正下方条施;处理5:全部控释氮肥播种前在种子侧下方条施)对小麦生长、产量及土壤硝态氮含量的影响。结果表明,各处理间小麦株高、穗粒数和千粒质量差异不显著,基本苗数和冬前最大分蘖数以处理2最高,春季最大分蘖数以处理1、3、5较高,3个处理间差异不显著。处理1、3、4、5的小麦生物量较高,处理间差异不显著,但均显著高于处理2。小麦产量受穗数影响最大,处理1、3、5的产量较高,分别为9 139、9 097、8 930 kg/hm~2,三者差异不显著;处理2产量最低,为8 407 kg/hm~2,显著低于其余4个处理。氮肥偏生产力各处理间变化趋势与产量一致,处理1、3、5较高,彼此间无显著差异,处理2最低。处理3、4、5在拔节期和孕穗期0~90 cm土层硝态氮含量与施用尿素的处理1、2差异相对较小(60~90 cm孕穗期差异相对稍大),在小麦收获后硝态氮含量相对较高。总体上,控释氮肥一次性撒施旋耕和条施于种子侧下方的施肥方式效果较好,既能保证小麦稳产,又能使土壤保持较高的硝态氮含量,从而减轻面源污染的风险。     

不同水氮处理对冬小麦根区土壤硝态氮和含水量分布的影响

通过制定不同的水氮配比处理,在大田跟踪观测冬小麦不同生育阶段地上植株和地下土壤以及小麦根系的变化情况,研究不同灌水量和施氮量对植株各个生育阶段生长、水分利用效率、氮素利用效率的影响,探究出适合冬小麦生长的最佳水氮配比模式,从而为提高冬小麦的产量、品质等提供参考资料,为日后探索节水节肥生产提供依据。     

Strategies to evaluate goodness of reference strips for in-season, field scale, irrigated corn nitrogen sufficiency

The nitrogen (N) sufficiency approach to assess plant N status for in-season N management requires a non-N-limiting reference to make N recommendations. Use of reference strips in fields with spatially variable soils and the impact this variability has within N enriched reference strips are not well understood. Consequently three strategies were investigated to evaluate the impact of spatially variable sandy soils within reference strips in two commercial center pivot-irrigated corn fields. Evaluation strategies were: (i) ignore soil spatial variability throughout the reference strips, (ii) account for soil variability in the reference strips based on second-order NRCS soil map units, and (iii) account for soil variability based on apparent electrical conductivity (EC_a) data as a surrogate for soil texture differences in the reference strips. A sufficiency index (SI) calculated from radiometer measured canopy reflectance data (SI_sensor) and from SPAD chlorophyll meter data (SI_meter) at two growth stages during corn vegetative growth were used to assess N sufficiency within the N enriched reference strips. By ignoring soil spatial variability in the reference strips, corn in the sandier soils was designated N deficient. Accounting for soil spatial variability using NRCS soil mapping units improved N sufficiency designations of corn in the reference strip for the different soil types contained within the reference strip but tended to designate corn in lighter texture areas within a mapping unit as N deficient. Use of EC_a as a surrogate for soil texture typically performed best for classifying corn N sufficiency throughout the reference strip and is recommended as a method to obtain reference strip normalizing values in fields with spatially variable sandy soils.     

旱寒区黄绵土冬小麦氮肥底施与追施比例试验

试验共设5个氮肥底施与追施比例处理,设计追施比例占总施氮量的0～100%,变幅20%。试验结果表明,以庄浪县旱地梯田为代表的旱寒区冬小麦氮肥的最佳底施比例占总施氮量的69.63%,即2/3左右。     

基于养分平衡和土壤测试的冬小麦氮素优化管理方法研究

以养分平衡和土壤测试为基础,把氮素供应与作物氮肥特性结合起来,通过田间试验研究冬小麦分期优化供氮量。结果表明:冬小麦播种前0～30cm土壤Nmin大于30kg/hm2时,不施基肥(氮),足以满足冬小麦从播种到返青期对氮素的需求;返青期保证供氮量90kg／hm2(0～60cm土壤Nmin 肥料氮),可以满足冬小麦从返青期到拔节期对氮素的需求;拔节期保证供氮量100kg／hm2(0～90cm土壤Nmin 肥料氮),可以满足冬小麦从拔节期到收获期对氮素的需求,最终达到目标产量。上述返青期90kg/hm2,拔节期100kg／hm2的优化供氮量下,氮肥利用率可达44％,收获后0～90cm土壤残留Nmin低于50kg/hm2,从而使氮素资源高效利用,并降低对环境污染的风险。在此基础上提出了一个基于养分平衡和土壤测试的冬小麦氮素资源分期优化管理方法。     

覆膜方式对旱地冬小麦产量的影响

观察了甘谷县冬小麦不同覆膜栽培方式的效果,结果表明,3种覆膜栽培方式均能有效保墒增温,增产效果明显,以全膜覆土穴播的产量最高,较露地条播增产115.6%;全膜不覆土穴播和膜侧沟播分别较露地条播增产61.0%、45.5%。     

秋闲期秸秆覆盖与减氮优化根系分布提高冬小麦产量及水氮利用效率

【目的】冬春干旱频发和氮的过度施用限制了西南丘陵旱地雨养农业区小麦的产量与可持续发展,探讨秋闲期秸秆覆盖与氮肥减施对旱地小麦根系分布、产量及水氮吸收利用的影响,为优化四川旱地小麦耕作制度和绿色高质高效生产提供依据。【方法】试验于2016–2018年在四川省仁寿县四川农业大学试验基地进行,采用裂区设计,在夏玉米收获后,以秋闲期秸秆粉碎覆盖（SM）和不覆盖（NM）为主区,以不施氮（N₀：0）、减氮（RN：120 kg N·hm^-2）和常规施氮（CN：180 kg N·hm^-2）为裂区,研究分析土壤含水量、根长、根系分布、小麦产量、耗水量（ET）、水分利用效率（WUE）和氮素利用情况。【结果】与不覆盖相比,秋闲期秸秆覆盖显著提高播种至孕穗期0—10 cm和10—20 cm土层含水量及播种时与拔节期0―100cm土层土壤贮水量,秸秆覆盖的保墒效应可持续至孕穗开花阶段;覆盖显著促进小麦拔节期和开花期耕层根系生长,尤其是0—10 cm土层根系直径增加、根长密度显著提高;覆盖下小麦总耗水量、WUE、氮素吸收量、播种至拔节期氮素积累速率、拔节至开花期氮素积累速率、氮素籽粒生产效率（NUEg）、氮肥农学效率（AEN）和氮肥偏生产力（NPFP）两年均值较不覆盖分别提高11.4%、71.8%、73.1%、119.0%、100.0%、3.6%、264.7%和78.2%;覆盖下氮肥回收效率（REN）较不覆盖增加44.4个百分点。覆盖后冬小麦有效穗数、穗粒数和产量两年均值较不覆盖分别提高31.8%、44.4%和92.9%。秸秆覆盖效应大于施氮量效应。与常规施氮量相比,减氮处理未显著降低0—10 cm土层根长密度、耗水量、水分利用效率与籽粒产量;覆盖结合减氮显著提高群体氮素籽粒生产效率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力和氮肥回收效率。【结论】秋闲期秸秆覆盖提高播种至拔节期土壤水分含量和储量,促进拔节期小麦根系在表层土壤中的生长,进而促进氮素吸收利用、提高冬小麦产量与水肥利用效率;秋闲期覆盖结合120 kg·hm^-2施氮量是适宜四川旱地冬小麦的减氮增效高产栽培技术模式。     

华北平原冬小麦生命周期环境影响评价

以华北平原高产粮区——山东省桓台县的冬小麦生产体系为例,应用生命周期评价方法,对冬小麦两种不同管理措施进行生命周期资源消耗与污染物排放清单分析,在此基础上进行了生命周期环境影响评价。结果表明,桓台县冬小麦常规管理措施下环境影响较大的是能源耗竭、环境酸化、全球变暖和水体富营养化,生命周期环境影响指数分别为0．139、0．126、0．093和0．060。采用推荐管理措施可使冬小麦生命周期环境影响综合指数由常规管理措施的0．063降低到0．032。能源耗竭和全球变暖影响主要来源于高耗能的农用化学品生产。环境酸化潜力主要来自过量施氮导致的NH,挥发和农用化学品生产中排放的SO2,水体富营养化潜力主要来自冬小麦生长季施氮引起的NH3挥发。实施化肥的节能与清洁生产并减少氮肥使用量,是控制华北平原冬小麦生命周期环境影响的关键。     

基于荧光检测技术的小麦品种SSR鉴定体系的建立

【目的】建立基于SSR荧光标记的小麦品种DNA指纹鉴定体系,为中国小麦育成品种鉴定提供高通量技术手段。【方法】收集已定位到小麦21条染色体上的SSR标记引物,通过PCR扩增和变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测技术,筛选在中国小麦育成品种中多态性高的标记,对筛选出的引物5′末端利用6-FAM、HEX、ROX和TAMRA 4种荧光染料之一进行标记,利用DNA分析仪对扩增产物的峰型进行评价并检测不同等位变异的扩增片段大小,选择峰型简单易读、多态性高、较均匀分布到21条染色体上的标记,确定不同位点等位变异的大小及相应的参照品种,建立基于荧光SSR标记的高通量小麦品种鉴定体系。【结果】利用2 438对SSR标记对8份植物学性状差异大的小麦育成品种进行初步筛选,共筛选出260对多态性较高、扩增稳定的SSR引物。利用上述260对引物对48份小麦品种继续进行复筛,选出130对扩增稳定、多态性高、带型好的SSR引物。对这些引物的正向5′末端分别标记6-FAM、HEX、ROX和TAMRA荧光后,利用DNA分析仪进行检测评价,最终选择了42个PCR扩增稳定、峰图简单、多态性高、连锁群分布均匀的SSR荧光标记。根据DNA分析仪检测到的每个标记的不同等位变异大小,为相应位点的不同等位变异进行了命名,并为每个等位变异选取了相应参照品种。根据每个引物标记的荧光和扩增的片段大小范围对42对引物进行合理搭配,在同一毛细管内对多个荧光标记进行检测,提高了DNA指纹数据采集效率,降低了检测成本。利用该体系对1 625份小麦育成品种进行DNA指纹数据采集,在42个位点中共检测到434个等位变异,每个位点的等位变异个数在3-23,平均10.3个;每个位点的PIC值范围为0.240-0.829,平均0.610。利用1 625份小麦育成品种DNA指纹数据,构建了中国小麦育成品种的DNA指纹数据库。【结论】筛选出42对SSR标记引物,建立了基于荧光SSR标记的小麦品种鉴定体系,可用于高通量小麦品种DNA指纹鉴定。     

冬小麦氮肥和磷肥总量控制试验研究

为了优化冬小麦氮肥和磷肥的适宜用量，采用田间试验，研究了氮肥和磷肥施用量对冬小麦产量的影响。结果表明：氮肥的施用量与冬小麦产量的二次模拟函数为y=-0．6611x^2＋20．091x＋234．85，相关系数为0．9708，冬小麦产量达到最高时的氮肥施用量为228．0kg·hm^-2。磷肥的施用量与冬小麦产量的二次模拟函数为y=-0．5726x^2＋13．168x＋340．4，相关系数为0．92195，冬小麦产量达到最高时的磷肥施用量为172．5kg·hm^-2。