地下水埋深与施氮水平对夏玉米生长及硝态氮量的影响

【目的】探讨华北地区夏玉米-冬小麦轮作体系下氮肥减施与地下水埋深的交互作用。【方法】借助大型地中渗透仪和Logistic作物生长模型,采用二因素完全随机区组设计:地下水埋深(G1:2.0 m、G2:3.0 m、G3:4.0 m),施氮量(N1:减氮20%、N2:常规施氮),以及不施氮不控水作为对照(WN),研究了华北地区地下水埋深和施氮水平组合对夏玉米生长、干物质量积累和硝态氮量的影响。【结果】所有处理夏玉米叶面积指数(LAI)在灌浆期最大,成熟期相同施氮水平,G1处理LAI显著高于G2、G3处理;N2水平下,G1处理玉米株高快速生长时间较G2、G3处理分别增加了3.99%、12.91%,但最大增长速率相对降低了9.69%、14.65%;N1水平下,G1处理籽粒干物质量显著高于G2和G3处理,N2水平下,G3处理籽粒干物质量显著高于G1和G2处理;N2水平下,G1处理硝态氮增量显著高于G2、G3处理,0~20 cm分别高出75.92%、90.03%,20~40 cm分别高出30.56%、130.95%。同一地下水埋深下,成熟期LAI表现为N2处理显著高于N1处理;0~20 cm与20~40 cm土层N2处理下硝态氮增量是N1处理的1.4~5.3倍和2.4~11.2倍;在G1水平下,N2处理株高快速生长期较N1处理增加了7.52%,而N1处理单株籽粒干物质量显著高于N2处理,高出9.13%;Person相关性分析表明,N2水平下,随着地下水埋深变化,0~40 cm土层硝态氮增量与产量显著负相关,R²为0.827~0.883。【结论】高氮与较浅地下水埋深组合促进了玉米营养生长,不利于玉米生殖生长和产量形成;低氮与浅地下水埋深组合有利于产量形成和减氮增效。     

乡村振兴背景下农业经营组织雇佣的减贫效应

基于乡村振兴视角,使用中国家庭追踪调查(CFPS)数据,采用内生转换Probit(ESP)模型,在反事实框架下分析了农业经营组织雇佣对农户多维相对贫困的处理效应。结果表明:农户的受雇状况(是否接受农业经营组织雇佣)对其多维相对贫困发生概率在1%水平上具有显著负向处理效应。基于反事实假设下,若接受雇佣的农户未被雇佣,其多维相对贫困的发生概率将上升19.4%;若不接受雇佣的农户被农业经营组织雇佣,其多维相对贫困的发生概率将降低6.1%。样本总体的处理效应为-0.096,表明如果农户接受农业经营组织雇佣,其多维贫困的发生概率将降低9.6%。从群组差异性来看,对于那些学历水平较高、家庭农业劳动力比例高、签订劳动合同的农户而言,农业经营组织雇佣的减贫效应更为明显。据此,从产业振兴、人才振兴、组织振兴视角提出激励农业经营组织增加雇佣机会、强化农户农业技能培训、改善利益联结方式等增强农户反贫困能力的对策建议。     

基于PCA和GRA-TOPSIS相耦合的灌区用水效率评价模型构建与应用

【目的】对灌区用水效率进行科学合理的综合评价,为灌区改造建设提供决策依据。【方法】从灌区用水水平、工程状况、管理水平和灌溉技术水平等方面建立了评价指标体系,在此基础上,构建了PCA和GRA-TOPSIS相耦合综合评价模型,以内蒙古引黄灌区5个大型灌区为例进行验证。【结果】PCA和GRA-TOPSIS相耦合法与GRA-TOPSIS法对各评价灌区的综合评价排序完全一致、与FMA法对各评价灌区的综合评价排序位次基本一致,表明评价结果合理;3种评价方法所得评价值的极差分别为0.501、0.448、0.500,变异系数分别为0.699、0.450、0.921,PCA和GRA-TOPSIS相耦合法所得评价值的变异系数比其他2种方法大,更有利于直观地区分各灌区的灌溉用水效率水平,更适宜用于灌区灌溉用水效率等级划分;PCA与GRA-TOPSIS相耦合法所得各评价灌区综合评价值符合灌区实际,评价结果可靠。【结论】PCA与GRA-TOPSIS相耦合评价法适宜于灌区用水效率的综合评价。     

基于电磁感应数据的电导率反演模型研究

【目的】土壤盐渍化是限制新疆南部棉花高产的主要因子,准确获取区域尺度土壤剖面盐分信息。【方法】以南疆阿拉尔垦区为研究区,以田间尺度采集的30个不同盐渍化程度棉田的540个样点的0~0.375、0~0.750、0~1.000 m的土壤剖面电导率数据和对应的电磁感应数据为数据源,采用线性模型和非线性模型分别构建了田间尺度和区域尺度的土壤剖面电导率的电磁感应反演模型,并采用缩减建模样本量方法进一步检验了区域尺度模型的可靠性和稳定性。【结果】多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)和主成分回归(PCR)建模方法的田间尺度模型R²在0.88~0.95,而对应的区域尺度模型R²在0.34~0.53。基于随机森林(RF)、神经网络(NN)和支持向量机(SVM)非线性建模方法构建的土壤剖面电导率的区域尺度电磁感应反演模型R²在0.60~0.85,其中RF模型的精度最高。0~0.375、0~0.750、0~1.000 m土壤剖面电导率的RF反演模型R²分别为0.80、0.85和0.84,相较于线性建模方法的区域尺度模型精度有明显的提高。RF区域尺度模型的样本数量由540个缩减到240个,模型精度没有明显变化,表明采用区域尺度模型,可大幅度降低土壤剖面样本采集数量,从而可显著提高采样效率和降低采样成本。【结论】区域尺度下构建土壤剖面电导率反演模型时,随机森林建模方法效果较优,模型预测能力具有较高的可靠性。     

基于ORYZA_V3模型的海涂水稻生物炭施肥优化措施研究

【目的】探索施肥管理对沿海垦区盐渍化土壤水稻产量影响。【方法】利用测桶试验数据对ORYZA_V3作物生长模型进行率定与验证,利用验证后的模型定量评估了7个不同施氮肥情景模拟对水稻产量的影响。【结果】ORYZA_V3模型具备模拟不同施肥管理措施下盐渍土水稻生长情况与产量的能力。在低施氮量情景模拟下,施用生物炭对水稻产量影响明显,而高施氮量情景模拟下(施氮量超过235kg/hm~2),土壤中养分达到饱和,施用生物炭对产量影响不明显。添加2%生物炭和5%生物炭处理产量分别在235、141 kg/hm~2施氮量情景模拟水平上达到8 680.1、8834.1kg/hm~2,在此基础上持续添加氮肥对产量影响不明显。【结论】低施氮量情景模拟下,添加5%生物炭对水稻产量促进作用最大,高施氮量情景模拟下,2%生物炭和氮肥联合施用成本相对低,且产量高。     

基于SWAT模型的布尔哈通河流域面源污染的变化研究

【目的】揭示土地利用变化下面源污染时空变化特征,探究流域景观格局与面源污染的关系。【方法】以布尔哈通河流域为研究对象,利用SWAT分布式水文模型模拟1986-2016年4期土地利用变化下面源污染分布特征,运用Fragstats4.2软件计算了1986年和2016年布尔哈通河各子流域的景观格局指数,最后使用CANOCO5.0软件分析子流域面源污染和景观指数之间的关系。【结果】①构建的SWAT模型模拟的径流量和总磷量在校准期和验证期的决定系数R²和纳什效率系数NSE都达到0.6以上,模型能很好地模拟流域水文水质状况,1986-2016年,SWAT模拟的总磷年负荷分别为74.04、73.78、82.50 t和128.31 t。②面源污染与景观格局存在密切关系,景观组成格局方面,林地面积与总磷负荷负相关,农田和建设用地面积与总磷负荷正相关;景观空间格局方面,林地斑块破碎化程度与总磷负荷正相关,而农田斑块的破碎化程度与总磷负荷负相关。流域斑块之间的越高流通性和聚集性,对养分流失改善有积极作用,而流域内景观异质性的增加和形状的复杂化,则会导致污染负荷输出风险的增加。【结论】流域面源污染负荷急剧增加,面源污染防治的关键控制区域在坡度较高的北部区域和农田及城镇集中的东部区域,该区域规划土地利用和优化景观格局时,应优先考虑防止林地斑块破碎化程度的提高和控制城镇面源污染源。     

基于响应面法的棉秆压捆试验研究

针对棉秆压缩打捆密度低、压缩打捆装备可靠性差等问题,采用设计的棉秆压捆试验平台,将棉秆含水率、棉秆切断长度、棉秆喂入量和压缩活塞压缩频率作为试验因素,以压缩活塞端面压力、压缩室压力和棉秆压捆密度作为试验性能指标进行棉秆压缩打捆单因素和中心组合试验,建立各试验因素和试验性能指标之间的回归方程,确定各试验因素对性能指标的影响规律,并进行优化计算,对优化结果进行试验验证。结果表明:棉秆压缩打捆的最优组合为棉秆含水率30%,棉秆切断长度25 cm,棉秆喂入量2.15 kg/s,压缩活塞压缩频率110次/min,压缩活塞端面压力13.84 kN,压缩室压力3.36 kN,棉秆打捆密度145.83 kg/m~3,为棉秆压缩打捆机械的设计提供理论指导。     

高地隙四轮独立驱动喷雾机路径跟踪模型预测控制

针对传统燃油驱动、前轮转向的高地隙喷雾机传动效率低、碳排放高、环境污染、智能化水平低、灵活性差等问题,本研究提出了一种适用于无人驾驶的高地隙四轮独立驱动（Four Wheel Independent Drive,4WID）喷雾机。其采用混合动力、前后双转向桥的4WID,转向半径小,前后轮的运行轨迹高度一致,能够减少田间植保作业时的压苗现象。考虑水田极端作业环境下驱动轮的滑移、陷坑等问题,基于喷雾机线性时变的运动学模型（LTV）,构建了考虑驱动轮滑移的分层路径跟踪控制。上层模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）器根据预期路径、车辆当前位置,获得喷雾机的转向角和运动速度,实现路径跟踪。下层以模糊控制和积分分离PID控制构建驱动轮滑移控制器,从而实现路径跟踪、运动速度、驱动轮滑移的有效控制,提高了喷雾机在复杂作业环境中的稳定性和路径跟踪精度。采用Adams/Matlab的联合仿真结果表明,在复杂的工况条件下,喷雾机驱动轮的滑移率依然控制在±20%之内,防止驱动轮发生过度滑移对车速和转向角产生不良影响,有利于喷雾机稳定性的提升。本喷雾机能够快速准确地跟踪期望路径,与未考虑驱动轮滑移的控制相比,能够适应更加复杂的工作环境,跟踪精度有明显提升。