优化施肥对不同轮作系统稻田氨挥发的影响

【目的】探究3种主要水旱轮作系统下,优化施肥对当季稻田NH_3挥发及氮素利用率的影响。【方法】试验设置水稻-小麦、水稻-蔬菜与水稻-冬闲田3种水旱轮作系统,每种轮作系统下设农民习惯施肥方式(FFP)和优化施肥方式(OPT)2种施肥处理,以不施肥处理为对照(CK),其中农民习惯施肥方式氮肥以基肥与分蘖肥施用量比例5∶5施入,优化施肥方式氮肥以基肥、分蘖肥、穗肥施用量比例5∶3∶2施入。于2015─2016年,采用传统抽气密闭室法,田间原位监测了不同处理以及4个环境因子(田面水NH+4-N质量浓度、水层pH、温度和深度)对当季稻田NH_3挥发的影响,并分析了4个环境因子与NH_3挥发通量的相关性,最后测定了不同处理水稻的产量、氮农学利用率、氮回收效率以及氮偏生产力。【结果】当氮肥作为基肥和分蘖肥施用后,由于尿素在水中的快速分解,各处理NH_3挥发通量均在施肥后第2天达到峰值,随后急剧下降,至第10天左右趋近于零;优化施肥方式下,穗肥施用后,由于施肥量较少且此时水稻对氮素的吸收利用增加,NH_3挥发通量无明显峰值,趋近于零。NH_3挥发积累量受施肥方式影响显著(P0.05),轮作制度及其与施肥方式交互作用对NH_3挥发通量影响不显著。3种轮作制度下,农民习惯施肥方式NH_3挥发积累量占氮肥施用量比例为25.9%~27.6%,显著高于优化施肥方式(22.6%~23.0%)。3种轮作制度下,NH_3挥发通量均主要受田面水NH+4-N质量浓度的影响,且二者间呈显著正相关关系,与水层pH、温度均无显著相关性;NH_3挥发通量与水层深度呈负相关关系,其中只有部分处理相关性达显著水平。在3种水旱轮作系统下,优化施肥方式平均水稻产量(9.0~10.2t/hm2)与农民习惯施肥方式(8.9~10.2t/hm2)差异均不显著,但氮肥农学利用率(21.3~26.1kg/kg)、氮回收效率(55.6%~60.3%)、氮偏生产力(50.0~56.8kg/kg)与农民习惯施肥方式(氮肥农学利用率12.6~15.6kg/kg,氮回收效率35.0%~37.6%,氮偏生产力29.8~34.1kg/kg)相比均有显著提高。【结论】不同施肥方式是影响NH_3挥发的主要因素,在不同的水旱轮作系统下优化施肥均可以通过氮肥运筹,在减少施肥量和保证产量水平的基础上,降低稻田的NH_3挥发损失,提高氮素利用率。     

寡日照天气对设施番茄生长影响模拟研究

为了定量化表征寡日照天气对设施番茄生长的影响,本研究基于EPIC模型(erosion-productivity impact calculator)的作物生长模块,构建了寡日照条件下设施番茄生长模型。考虑低温的影响,对株高的模拟方法进行了改进。利用4个不同播期秋冬茬番茄栽培试验数据对构建模型进行参数率定和检验。结果表明,该模型可以模拟寡日照天气条件下设施番茄株高、地上部生物量和叶面积指数的变化,模拟值与实测值的相对误差分别控制在16%、10%和16%以内。根据2012-2015年11月份的温室气象数据设定不同的情形,模拟设施番茄的生长状况。结果表明,寡日照天气对设施番茄地上部生物量增加的影响要大于对叶面积指数和株高的影响。该模型可用于定量描述寡日照天气对设施番茄生长过程的影响,可为制定设施番茄合理的环境调控策略提供指导。     

作物表型组数据库研究进展及展望

【目的】总结归纳作物表型数据库的研究进展,对作物表型数据库的构建进行展望。【方法】采用文献综述法,从Web of Science、NCBI的PubMed和中国知网等常用公共文献数据库中对已发表的作物表型组学相关研究文献进行检索,据此对国内外作物表型组学研究现状进行分析,并基于其中的数据库研究,对目前的作物表型相关数据库进行了介绍。最后对作物表型组数据库构建标准及要求进行了介绍。【结果】不同于基因组学已有许多大型的、公认的、成熟的公共数据库,有关作物表型组学的数据库虽已有一些,但综合性较强、普适性较广的通用标准数据库却不是很多。因此,构建综合性作物表型组标准数据库或构建特定作物的表型组数据库,将成为该领域相关研究人员的工作重点。【结论】农业信息化是现代农业的一个必然发展趋势,作物表型组数据库的构建也是顺应时代发展的产物。今后,在充分利用各种综合和专用数据库的基础上,研究人员应在实际研究中构建自己的作物表型组数据库,增强数据管理和共享。     

基于深度学习服务的遥感影像农作物分类系统设计

【目的】深度学习在图像分类方面效果显著,但对机器的硬件配置要求高,将深度学习的技术应用于作物分类的同时,降低客户端的IT成本,开发基于深度学习服务的遥感影像农作物分类系统。【方法】系统采用C/S架构,服务器端部署Caffe的深度学习框架,通过PaaS提供计算服务,统一处理客户端模型训练、影像分类等任务;客户端提供用户界面,负责数据输入、结果解析和可视化操作;客户端和服务器之间通过异步RPC实现网络通信,利用FTP进行数据的上传和下载;考虑到农作物分类在实际应用中的时效性,系统还提供了一个简化的Alexnet模型,在保证分类精度的前提下加速了模型的收敛速度。【结果】通过对采集的428144个农作物样本数据集的应用表明,服务器训练的时间比单机训练缩短了近3倍,该系统不仅能够快速地完成深度学习模型训练的任务,还能实时准确得到遥感影像的农作物分类结果。【结论】该研究进一步推动了深度学习在农业分类方面的应用,同时为遥感技术在农业应用中的发展、农作物面积统计工作和对农业资源进行优化配置提供了重要的科学指导。     

河北省种植业水污染足迹初报

为进一步评估种植业化肥投入引发水污染对应的环境影响,本文利用水足迹理论结合统计数据,采用Recipe生命周期影响评价法对河北省1995—2014年11个地级市的种植业水污染足迹进行研究。结果表明,2014年河北省农作物单位面积施N量和施P量分别比1995年提高了36.3%、52.5%,1995—2014年间秦皇岛的农作物单位面积年均施N量最高(335.4 kg·hm-2),邯郸的农作物单位面积年均施P量最高(119.1 kg·hm-2);比较1995、2004、2014三年各地市的施肥总量,石家庄农作物N肥施用总量三年均列首位,沧州N肥施用总量增幅最大;邯郸农作物P肥施用总量三年均列首位,承德P肥施用总量增幅最大;近20年石家庄的农作物单位面积水污染足迹(wdf)均值最高(2.350 Ml·H2Oe·hm-2),其次是秦皇岛和邯郸,张家口最低,但秦皇岛的wdf年际增长最显著;比较各地市在1995、2004和2014年种植业区域水污染足迹(WDF),各地市的WDF在三年里均呈增加趋势,其中石家庄的WDF三年均值最高,在1995、2004、2014年均处Ⅰ级区,邯郸的WDF均值位于其次,并在2004、2014年升入Ⅰ级区,且2014年邯郸的WDF超过石家庄居全省首位,秦皇岛的WDF增长比例最大,2014年的WDF比1995年增长了77.4%,而石家庄2014年WDF比1995年增长26.7%,在所有地市中其增长比例最小。本研究为河北省分类指导各地市的农业水资源优化及可持续利用提供依据。     

生物刺激素及其在功能水溶性肥料中应用前景分析

施用生物刺激素所带来的改土抗逆促生功能对于提高土壤养分利用效率、促进作物提质增产十分有效,深受功能性肥料行业的关注。本文从分析生物刺激素概念入手,总结了市场上普遍应用的腐植酸、氨基酸、海藻提取物和促生菌的功能特性和作用机制,并归纳了含有这些物质并可作为功能水溶性肥料载体的废弃物资源种类及应用特点,探究其与活性物质复配制备功能水溶性肥料的工艺关键,以期为实现废弃物增值化利用,实现集约化生产中肥料减施、提高作物产量和品质等目标提供产品支撑。     

作物轮作对谷田土壤理化性质及谷子根际土壤细菌群落的影响

采用谷子连作(Si-Si-Si)、马铃薯-玉米-谷子轮作(St-Zm-Si)、玉米-大豆-谷子轮作(Zm-Gm-Si)和大豆-马铃薯-谷子轮作(Gm-St-Si)四种种植模式进行定位试验,研究轮作对土壤理化性质、土壤酶活性、谷子产量和根际细菌群落结构的影响。结果显示,与连作相比,Gm-St-Si轮作模式下土壤的pH值升高,碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量增加,土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、纤维素酶和蔗糖酶活性提高,谷子产量显著增加;利用Illumina MiSeq测序技术对谷子根际土壤细菌群落结构进行分析,发现三个轮作处理的OTU数目和多样性指数均高于连作,轮作与连作的细菌群落结构与组成存在明显差异,其中Gm-St-Si处理含有丰富的疣微菌门、酸杆菌门和浮霉菌门,高丰度菌包括Planctomyces、Gemmata、Flavisolibacter、Luteolibacter等。综上表明,大豆-马铃薯-谷子轮作能改善谷田生态环境,提高土壤肥力,促进土壤微生物多样性,使谷子产量增加。     

Breeding for provitamin A biofortification of maize (Zea mays L.)

Vitamin A deficiency is widely prevailing in children and women of developing countries. Deficiency of vitamin A causes night blindness, growth retardation, xerophthalmia and increases the susceptibility against epidemic diseases. Among different interventions of overcoming malnutrition, biofortification is the most acceptable and preferred intervention among researchers, growers and consumers. Maize is grown and consumed in those regions where vitamin A deficiency is most prevalent; thus, targeting this crop for provitamin A biofortification is the most appropriate solution. Different breeding strategies including diversity analysis, introduction and stability analysis of exotic germplasm, hybridization, heterosis breeding, mutagenesis and marker‐assisted selection are practised for exploring maize germplasm and development of provitamin A‐enriched cultivars. Genome‐wide association selection and development of transgenic maize genotypes are also being practised, whereas RNA interference and genome editing tools could also be used as potential strategies for provitamin A biofortification of maize genotypes. The use of these breeding strategies for provitamin A biofortification of maize is comprehensively reviewed to provide a working outline for maize breeders.     

基于ELM的西北旱区参考作物蒸散量预报模型

为实现气象资料缺失情况下ET₀的精确预报,选取中国西北旱区4个代表性站点的气象资料,建立15种基于极限学习机(ELM)的ET₀预报模型,并通过与其他ET₀计算模型对比和可移植性分析探究ELM在西北旱区的适用性.结果表明:基于温度和风速的ELM₇预报精度较高(整体评价指标GPI排名第4);基于温度和辐射的ELM₅预报精度(GPI排名第6)明显高于Iramk模型和Jensen-Haise模型;仅基于温度的ELM₉预报精度(GPI排名第8)高于Hargreaves-Samani模型.通过模型可移植性分析发现,ELM₇在西北旱区内各训练站点和预测站点组合下预报精度良好.因此,可将ELM₅(输入温度和辐射)、ELM₇(输入温度和风速)和ELM₉(输入温度)作为西北旱区较少气象参数输入情况下精确预报ET₀的推荐模型.     

通辽玉米滴灌灌溉制度

为更加合理制定玉米滴灌灌溉制度,以我国“节水增粮行动”为背景, 于2016年在内蒙古通辽开展玉米滴灌灌溉制度试验研究.根据试验区34 a的降雨资料进行降雨频率分析,选取不同水文年型的代表年,结合玉米滴灌试验得到实际耗水规律,对比6种灌溉处理在各生育阶段的变化情况,测定了株高、叶面积指数、玉米产量等指标.结果表明:中水处理作物性状及产量较高,且水分利用效率最高,为最佳灌水处理;以中水处理作为滴灌灌溉制度的参考依据,通过气象数据计算参考蒸发蒸腾量ET₀.利用实际耗水量获取各生育阶段作物系数,结合代表年型的ET₀计算需水量.根据降雨量,得到不同水文年型滴灌灌溉制度:枯水年覆膜滴灌灌溉定额1 575 m³/hm²,无膜滴灌灌溉定额1 785 m³/hm²;平水年覆膜滴灌灌溉定额1 125 m³/hm²,无膜滴灌灌溉定额1 425 m³/hm²;丰水年覆膜滴灌灌溉定额600 m³/hm²,无膜滴灌灌溉定额900 m³/hm².