覆膜抑制土壤呼吸提高旱作春玉米产量

为从农田碳通量角度揭示地膜覆盖种植方式的增产增效机理,于2011年在山西寿阳旱作农业野外试验站对覆膜和露地春玉米田,进行了表层土壤温湿度、土壤呼吸和净碳交换规律及作物生长发育规律的研究和分析。结果表明:与露地处理相比较,覆膜处理全生育期表层土壤含水率提高了18.7%,前期可平均提高表层土壤温度1.67℃。覆膜和露地处理土壤呼吸变化规律总体一致,但前者的温度敏感系数Q10比后者低,且中后期前者排放的碳仅为后者的61.7%,说明采用覆盖地膜种植方式有利于农田土壤碳管理。前期和中期覆膜处理绿叶面积指数比露地处理平均高0.81 m2/m2,后期覆膜处理衰老较快,收获时比露地处理低1.00 m2/m2;露地处理在前期和中期日均净碳通量平均比覆膜处理大0.04 mg/(m2·s),而后期仅小0.02 mg/(m2·s),这是造成2处理最终生物产量和经济产量差异的根本原因。在地上干物质积累和地下干物质积累方面,覆膜处理始终比露地处理高,收获时差值分别为269.7和38.6 g/m2。露地处理每公顷少收春玉米籽粒1 348 kg。由此可见,覆膜种植可提高表层土壤温湿度,促进作物生长发育,抑制土壤呼吸,促进碳积累,增加农民收入的同时更有利于土壤碳管理。     

不同光照条件下农作物图像Contourlet域融合方法

为了更好地实现不同光照条件下的农作物图像融合,在Contourlet变换(contourlet transform,CT)的基础上采用了适合农作物图像的融合规则进行了融合处理。首先,采用Contourlet变换对源图像进行多尺度、多方向分解,得到低频子带系数和带通方向子带系数。然后,针对低频子带系数的选择,采用了一种改进的线性加权融合方法,以期减小噪声对融合结果的影响;针对带通方向子带系数的选择,结合人眼视觉特性,采用了一种基于梯度最大化规则的系数选择方案,得到待融合图像的系数。最后,经过Contourlet逆变换得到融合图像。与小波变换方法(wavelet transform,WT)进行了融合结果的比较,结果表明,与WT方法相比,该文方法在互信息量(mutual information,MI)、空间频率(spatial frequency,SF)、均方差(mean square error,MSE)、信息熵(entropy,Ent)、相关系数(correlation coefficient,CC)、平均梯度(average gradient,G’)和峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)指标上均有了较大提升,表明利用该方法可以取得优于WT的融合效果;在此基础上,利用CT常见融合规则与文中融合规则进行了比较,同样表明CT方法可以有效提高图像融合的效果。研究表明,将文中所采用的融合规则应用于不同光照条件下的农作物图像融合是有效的、可行的。该研究可为变光照条件下的作物图像融合技术提供参考。     

移栽秧龄对机插杂交稻产量及群体质量的影响

为探明中、迟熟型杂交稻品种在不同机插秧龄条件下的适应性及品种间生长发育及产量的差异,研究了不同移栽秧龄对机插中、迟熟杂交稻产量及群体质量的影响。结果表明,21 d适龄移栽杂交稻的产量、各生育时期的群体茎蘖数、分蘖成穗率、叶面积指数、抽穗后剑叶光合、群体透光、抽穗期的有效叶面积、高效叶面积、有效叶面积率以及高效叶面积率显著大于迟栽处理。品种选择上,迟熟杂交稻品种无论在产量还是在各群体指标方面均优于中熟品种,尤其是迟熟型中F优498分蘖力中等,株型好,这些特征改善了机插条件下杂交稻群体光合生产和通风透光状况,穗型大且穗粒数较多,茎蘖成穗率较高,秧龄弹性较大,可适当延长秧龄到28 d也能保持较高产量。中熟型中辐优838虽然穗数多,但其穗粒数限制了产量的增加,且其分蘖力过强,导致无效分蘖过多,对机插产量的发挥造成一定影响。研究结果为生产中选择机插适栽秧龄及高产杂交稻品种提供参考。     

农作物空间格局变化模拟模型的MATLAB实现及应用

Agent模型是研究农业土地系统复杂性与动态性的有效工具。在农作物空间格局变化模拟模型(CroPaDy,an agent-based model for simulating crop pattern dynamics)概念化设计的基础上,借助MATLAB平台开放性、矩阵运算能力强等特点,实现CroPaDy模型的数值模拟,并以黑龙江省宾县调查数据为依据,完成模型的区域实证研究。基于MATLAB的模型实现过程充分考虑了CroPaDy模型的多层次性(土地流转行为与作物选择行为)成功实现了3个子模块的动态嵌套模拟:1)Agent生成模块。基于已有的多源GIS数据、统计数据、典型调查数据、以及个体的通用规则,利用蒙特卡洛方法生成每一个个体Agent的属性信息;2)Agent分类模块。基于调查数据对受访农户进行态度聚类分析,然后借助人工神经网络方法确定所有生成的Agent所在的类型;3)Agent决策模块。利用概率方法,计算特定周期内每个Agent的决策行为。区域实证研究中,直接将空间耕地网格作为个体Agent,实现区域全覆盖(网格大小设置为114 m×114 m,约等于户均耕地面积),模拟结果表明,研究区2010年玉米、大豆、水稻、烤烟的模拟结果分别为2 6055.9、5 192.2、3 506.8、3 983.9 hm2,利用宾县统计年鉴(2010)进行验证,模型总体模拟精度达90%以上。CroPaDy模型的设计与实现科学合理,具有较强的理论性与可操作性,能够用以表达特定区域内的农作物空间格局及其动态变化过程。     

覆盖材料和沟垄比对燕麦产量和水分利用效率的影响

为改善半干旱地区土壤水分状况和提高降雨资源利用率,在中国气象局兰州干旱气象研究所定西干旱气象与生态环境试验基地布置田间试验,采用完全随机设计,以无覆盖平作为对照,研究不同覆盖材料垄作(普通地膜、生物可降解地膜和无覆盖土垄)及垄作不同沟垄比(60 cm∶30 cm、60 cm∶45 cm和60 cm∶60 cm)对燕麦土壤贮水量、干草产量、籽粒产量、水分利用效率和经济效益等的影响。结果表明,就同一覆盖处理的平均值而言,土壤贮水量的排列次序为普通地膜≈生物可降解地膜土垄平作,在同一覆盖处理下,土壤贮水量随沟垄比减小而增加。土垄燕麦的干草产量、籽粒产量和水分利用效率比平作分别降低12%、18%和27%;生物可降解膜垄燕麦的干草产量、籽粒产量和水分利用效率比平作分别提高5%、4%和14%;普通膜垄燕麦的干草产量、籽粒产量和水分利用效率比平作分别提高7%、9%和23%。就大多数情况而言,燕麦干草产量、籽粒产量和水分利用效率随沟垄比减小而减小。对垄宽和实际籽粒产量的回归分析表明,当沟垄比为60 cm∶38 cm时,普通膜垄的燕麦实际籽粒产量达到最大值2 213 kg·hm-2;当沟垄比为60 cm∶34 cm时,生物可降解膜垄的燕麦实际籽粒产量达到最大值2 114 kg·hm-2。平作、土垄、生物可降解膜垄和普通膜垄燕麦经济效益分别为5 194元·hm-2、4 557元·hm-2、4 889元·hm-2和5 637元·hm-2。从燕麦籽粒产量、水分利用效率和环保等方面考虑,在我国半干旱黄土高原区沟垄集雨种植燕麦,覆盖材料应采用生物可降解膜,沟宽∶垄宽为60 cm∶34 cm。     

退耕林地麻栎刺槐林壤中流及其磷素流失特征

为研究退耕还林后林地对壤中流磷素的调控效果,探究雨强对壤中流磷素流失的影响,选取鲁中南山区典型麻栎林、刺槐林和麻栎—刺槐混交林为研究对象,以荒草地为对照,采用模拟降雨试验方法,研究林地壤中流及磷素流失特征。结果表明:(1)林地壤中流占总产流的36.16%～46.93%,荒草地壤中流比例为18.58%,林地雨水下渗能力高于荒草地的,其中麻栎—刺槐混交林雨水下渗能力最好。随着雨强的增大,林地壤中流比例由54.34%减小到37.62%。(2)林地壤中流TP流失量低于荒草地的,为荒草地的45.88%～63.25%。林地TP总流失量比荒草地少55.32%～77.43%,与荒草地相比,林地对磷素的调控效果更优,其中麻栎—刺槐混交林的调控效果最好。随雨强的增大,林地壤中流TP流失量增加了0.68～1.33倍。(3)林地和荒草地的壤中流TP流失量占TP总流失量的12.12%～25.00%,壤中流TP流失在TP总流失中占据一定比例,在磷素流失中不容忽视。随着雨强增加,林地壤中流TP流失比例由30.66%下降到10.62%。研究成果对探究林地壤中流磷素流失规律和改善生态环境具有重要参考价值。     

砒砂岩区不同退耕还林措施土壤颗粒及交换性能分布特征

为研究砒砂岩区退耕还林还草措施下林地和草地的土壤结构及土壤交换性能对其措施的响应,选取柠条林、油松林、小叶杨林和本氏针茅草地为研究对象,并以荞麦坡耕地为对照,通过野外取样与室内试验相结合的方式,采用分形理论探究土壤粒径分布(PSD)、阳离子交换量(CEC)和交换性盐基总量(ECEC)及其组成(Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+))的分布特征,并分析其相关性关系。结果表明:(1)实施退耕还林措施后,草地和林地的PSD分布范围、非均一性、离散程度均高于坡耕地,且柠条林的土壤粉粒含量、PSD分布范围的增幅效果最显著(P0.05);土壤剖面垂直层次上,草地有利于增加表层土壤的细粒组分和粒径的分布范围,而林地更有利于对深层土壤粒径的改良与细化;(2)研究区交换性盐基组成主要以碱土金属为主(Ca~(2+)、Mg~(2+)),不同措施的土壤ECEC和CEC值由大到小依次为柠条林油松林小叶杨林草地坡耕地。草地表层土壤交换性能优于底层土壤,而林地与之相反;(3)黏、粉粒和细砂是决定研究区土壤交换性能的细粒土壤和粗粒土壤,粉粒是CEC、ECEC的主要贡献因子,多重分形维数可较好地描述土壤交换性能与土壤颗粒间的关系。不同措施以柠条林对土壤颗粒组成和土壤交换性能的改良效果最优。     

气体传感器鉴别花椒产地研究

目前花椒产地鉴别基本以感官评定为主,缺乏客观性,在实施应用时难以做到量化和标准化,难以做出判断。因此设计研发一种快速鉴别花椒的智能装置。该装置以气体传感器阵列为核心,能够独立对花椒气味信息进行检测和鉴别,区分不同产地的同类花椒。利用主成分分析和WilksΛ统计分析对检测数据进行处理。提取主成分5个,累积贡献率为94.41%,其对应Fisher判别模型训练集平均准确率达到88.6%,验证集90%,WilksΛ统计分析最终选取8个变量,其对应判别Fisher模型训练集平均准确率91.82%,验证集95%。对WilksΛ统计所选取变量建立细分类交叉验证的Fisher判别模型,平均正确率达到97.27%,将模型移植到采集装置,完成智能花椒品种鉴别装置。该方法是一种简便高效的花椒品种鉴别方法,可为今后进一步研究花椒产地、分级提供检测仪器和理论依据。     

摩擦复充种型孔带式水稻精量排种器充种性能分析与验证

为解决杂交稻工厂化穴盘育秧低播量精密播种问题,提出了一种摩擦复充种型孔带式水稻精量排种器,对种子充填过程进行了力学和运动学分析,确定影响试验指标的影响因素分别为型孔方向角、型孔带速度、型孔带倾角和种层厚度。通过EDEM离散元软件仿真分析了种子多次循环重复充种过程和充种效果,并分别分析了型孔带速度、型孔带倾角、种层厚度对充种性能的影响规律。基于仿真分析结果进行了较优组合验证试验,结果表明:在型孔方向角为90°,型孔带倾角为43°,型孔带转速为0.11 m/s,种层厚度为50 mm时充种合格率为96.4%,多粒率为1.4%,漏充率为2.2%,种子破碎率为0.18%,效果较优。摩擦复充种型孔带式水稻精量排种器能够满足杂交稻低播量精密播种的农艺要求,研究结果为工厂化穴盘育秧精量播种机的设计提供参考。     

切流式花生全喂入联合收获机清选机构设计

针对切流式花生全喂入联合收获机清选环节果杂分离不清、损失率高、缠膜挂秧、筛面堵塞等难题,该文设计了一种风筛组合、无阻滞、大小杂并除的清选机构,其主要由上层筛(杆筛)、下层筛(多阶弹性筛和后筛)、抖草轮、偏心套、风机等组成。该文运用动态静力学方法研究了筛面物料的相对运动,分析了物料相对筛面上滑、下滑、从筛面跃起的极限条件,确定了振动筛主要运动参数的理论值域;运用达朗伯原理开展了交变载荷下筛体的受力分析,确定了筛体关键结构参数。该文对影响清选作业质量主要因素开展了试验研究,试验结果表明:影响清选机构综合作业质量的主次作用因素为主风机转速、振动筛振幅、振动频率,较优参数组合为主风机转速2 100 r/min、振动筛振幅12.5 mm、振动频率9Hz,此时清选损失率5.03%、荚果含杂率5.39%;清选机构作业顺畅性较好,较少出现缠膜挂秧、筛面堵塞现象。研究结论可为切流式花生全喂入联合收获机清选机构的设计提供理论参考。