不同秸秆移除条件下冻融对农田土壤风蚀可蚀性的影响

为研究实际生产中不同秸秆移除率条件下冻融作用对土壤风蚀指标的影响,2011—2013年在美国堪萨斯州3个县设置3个不同秸秆移除率:0,50%,100%,对春秋季节土壤侵蚀比（EF）、平均几何直径（GMD）、地表随机粗糙度（RR）进行了统计分析。结果表明:（1）在冻融作用下,秸秆留茬能够有效减轻土壤风蚀,随着秸秆移除率的增大,土壤EF值增大,GMD值、RR值减小;（2）经过2011—2012年的冻融作用,2012年春季Norcatur、Colby、Scott City三地秸秆100%移除组的EF值增幅分别为149%,185%,16%,50%移除组的EF值增幅分别为40%,152%,-28%,0移除组的EF值增幅分别为29%,47%,9%;（3）休耕对于增强土壤抗风蚀能力有一定积极作用。研究成果为我国易发生土壤风蚀季节性冻融地区的适宜秸秆移除率的研究提供参考。     

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。     

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。     

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.     

Design of a spatial sampling scheme considering the spatial autocorrelation of crop acreage included in the sampling units

Information on crop acreage is important for formulating national food polices and economic planning.Spatial sampling,a combination of traditional sampling methods and remote sensing and geographic information system(GIS)technology,provides an efficient way to estimate crop acreage at the regional scale.Traditional sampling methods require that the sampling units should be independent of each other,but in practice there is often spatial autocorrelation among crop acreage contained in the sampling units.In this study,using Dehui County in Jilin Province,China,as the study area,we used a thematic crop map derived from Systeme Probatoire d’Observation de la Terre(SPOT-5)imagery,cultivated land plots and digital elevation model data to explore the spatial autocorrelation characteristics among maize and rice acreage included in sampling units of different sizes,and analyzed the effects of different stratification criteria on the level of spatial autocorrelation of the two crop acreages within the sampling units.Moran’s I,a global spatial autocorrelation index,was used to evaluate the spatial autocorrelation among the two crop acreages in this study.The results showed that although the spatial autocorrelation level among maize and rice acreages within the sampling units generally decreased with increasing sampling unit size,there was still a significant spatial autocorrelation among the two crop acreages included in the sampling units(Moran’s I varied from 0.49 to 0.89),irrespective of the sampling unit size.When the sampling unit size was less than3 000 m,the stratification design that used crop planting intensity(CPI)as the stratification criterion,with a stratum number of 5 and a stratum interval of 20%decreased the spatial autocorrelation level to almost zero for the maize and rice area included in sampling units within each stratum.Therefore,the traditional sampling methods can be used to estimate the two crop acreages.Compared with CPI,there was still a strong spatial correlation among the two crop acreages included in the sampling units belonging to each stratum when cultivated land fragmentation and ground slope were used as stratification criterion.As far as the selection of stratification criteria and sampling unit size is concerned,this study provides a basis for formulating a reasonable spatial sampling scheme to estimate crop acreage.     

Energy crops,livelihoods, and legal deforestation: A case study at Phu Wiang National Park,Thailand

Thailand aims to increase the use of renewable and alternative energy by 25% of total consumption under the Alternative Energy Development Plan (AEDP 2012–2021) by 2021, which include outputs from energy crops. This initiative is likely to put pressure on land resources, especially near parks and protected areas. Our study examined energy crop plantations, farmer responses to the AEDP, and community roles in forest protection in four villages adjacent to Phu Wiang National Park, Thailand in 2014. The majority of respondents (80%, n = 50) used their land for rice cultivation, but many villagers increased plantings of sugarcane (54%) and cassava (20%) because of high market demand for energy crops. Only a few examples of agricultural expansion into the national park were observed. Nevertheless, encroachment is likely to occur at this and other national parks as a result of government incentives to plant energy crops and the limited availability of agricultural land. Reliance on community-based management strategies may not be powerful enough for villagers to withstand the pressures of modernization, materialism, and other socioeconomic influences, possibly negating the effect of sustainability. Striking an equitable balance between government policies, community development, and forest protection will be a challenge for resource managers.     

重庆市≥10 ℃积温资源时空变化特征分析

[目的]积温是一种重要的生态环境资源和气候资源,了解积温的时空变化规律对指导农业生产和生态环境建设具有重要意义。[方法]利用重庆市34个观测站1960—2016年共57年的地面气象观测资料,选用Mann-Kendal突变检验,Morlet小波周期分析等气象统计方法,分析了重庆地区≥10℃积温资源的时间变化和空间变化规律,得出结果：[结果]重庆地区积温分布不均,沿长江和乌江分3个不同的区域分布,重庆大部分地区年均积温在5500℃至6500℃之间。1960—1980年,重庆积温变化主要表现为增温趋势。1981—2000年,积温明显减少。2000年以后,积温正负相间,变化明显加快,气候变得更加异常。重庆1区的积温,80年代以前振幅较大,80年代以后,振幅明显减小。2区和3区的积温变化趋势基本一致,变化规律基本相同,振幅也基本一致。[结论]重庆积温资源丰富,重庆江津、丰都、万州等地区完全满足一年三熟制,可以开展一年三熟制农作物耕种试点。     

中国夏玉米和冬小麦近年生育期变化及其与气候的关系

作物物候期受气候条件和人为耕作的共同影响,而水热气候条件又直接影响着人为耕作时间。全球变暖背景下温度增加的趋势在近年来出现了停滞现象,针对这一新的气候变化特征,本研究选取作物物候观测和气象观测的站点数据,利用经典的统计学方法分析2000—2013年中国夏玉米和冬小麦主要物候期的变化趋势和空间分布,及作物生育期与对应水热条件的相关关系。研究发现:夏玉米和冬小麦各主要物候期均呈现一定程度的延后,其中64%的站点显示夏玉米成熟期延后,冬小麦成熟期延后的站点数比例达78%。研究期间,夏玉米和冬小麦的生育期历时对温度和降水变化均比较敏感,88%和64%的站点分别显示出夏玉米和冬小麦的生育期历时与平均温度之间呈负相关关系,而71%和77%的站点显示夏玉米和冬小麦生育期历时与年均降水量呈正相关关系。本研究时段内的气温变化也不同于一般性认为的单调升温,夏玉米生育期对应的平均温度呈增加和降低趋势的站点数基本相同,但显示降水量增加的站点较多,达到总站点数的68%;而冬小麦整个生育期显示冷干化趋势的站点居多,显示温度降低和降水量下降的站点数均占总站点数的60%以上。此外,本研究还用轮作站点探讨说明了可以利用年值气候数据替代生育期气候数据分析夏玉米和冬小麦轮作的物候和生育期特征。本研究通过站点数据证实了作物生长发育过程对气候变化的敏感性,新的气候条件下我国夏玉米和冬小麦的物候也对应产生了新的特征。     

耕作模式与氮肥运筹对土壤主要理化性状及作物产量的影响

在冬小麦-夏玉米轮作条件下,以小麦品种矮抗58和玉米品种郑单958为材料,研究了不同耕作方式(小麦季深耕、玉米季免耕;小麦季旋耕、玉米季免耕)及不同氮肥总量(540,420,300 kg·hm~(-2))和不同氮肥运筹方式(不同追肥比例及追肥时期)对豫东潮土和豫南砂姜黑土物理性状及氮含量的周年变化以及作物产量的影响。结果表明:深耕能显著降低潮土和砂姜黑土20~40 cm土层土壤容重,显著提高两类土壤20~40 cm土层土壤总孔隙度以及田间持水量,且深耕处理下两类土壤周年作物产量分别比旋耕处理增加4.30%和2.63%;土壤全氮以及碱解氮含量均随着氮肥施用总量的增加而升高,在氮肥施用量相同条件下,追施氮肥前土壤全氮和碱解氮含量随着底施氮量的增加而升高,追施氮肥后随着追氮量的增加而增加。研究认为,本试验条件下,考虑到经济效益,建议采用小麦季隔年深耕而玉米季免耕直播的耕作方式,在潮土区的B1C3(小麦季300 kg·hm~(-2)纯氮,按照底肥与拔节期追肥之比为1∶1施入,玉米季240 kg·hm~(-2)纯氮,按底肥与拔节期追肥大喇叭口期追肥之比为2∶1∶1施入)施肥模式,和砂浆黑土地区的B2C1(小麦季240 kg·hm~(-2)全底施,玉米季180 kg·hm~(-2)纯氮,底肥与拔节期追肥之比3∶1施入)施肥模式为两地最优的氮肥施用模式。