大豆玉米复合种植模式中2种作物的互作关系

定量化探索中国北方在平水年下,不同大豆玉米复合种植模式的种间竞争与种间互惠关系,以期为旱作条件下选择合理的牧草种植模式提供理论依据。试验选用我国中南部春播区推荐的作物品种大豆铁丰31和玉米强盛199,在旱作区域开展不同大豆玉米带状复合种植模式的大田栽培试验,采用完全随机区组设计4种大豆玉米带状复合种植模式,同时以大豆与玉米清种作为对照,测定不同种植模式下的生物量、邻体效应指数(RII),比较不同种植模式下大豆和玉米的互作关系。结果显示,大豆RII为-0.28~0.13,玉米RII为-0.28~0.12。在6行大豆3行玉米(S6M3)复合种植模式下,大豆和玉米的生物量较清种对照分别增加了28.95%和27.79%,且高于其他复合种植模式下作物生物量;大豆和玉米的RII分别为0.13和0.12,二者存在正相互作用。综上,在与试验区年降雨量相差不明显的旱作区域,选择S6M3复合种植模式有望提高青贮饲料产量。

小麦苗期根系三维生长动态模型的建立与应用

【目的】构建小麦根系的三维动态模拟模型,并对模型进行初步的评估。【方法】采用GREENLAB植物功能-结构模型的原理,在根系生长发育基本单元基础上,模拟了根系的拓扑结构;通过模拟不同根个体(库)对植株分配给根系的生物量(源)的竞争,实现了生物量在根系中的分配;根据异速生长规则实现了根个体几何结构计算。通过温室土柱栽培试验对小麦苗期根系结构与生物量进行了测定,获取了模型参数,进行了小麦苗期根系结构与生物量分配的模拟与分析,并以三维可视化的方式给出根系的形态结构空间分布。【结果】通过模拟根系生物量在各类根个体中的分配并依据根个体生物量与形态的关系,该模型可以定量化地模拟根系结构生长的动态变化过程;不同类型根的长度测定值与模拟值的均方根差值在1.2～35.0 cm之间变化,相对误差值在0.01到0.23之间变化,R2在0.42～0.94之间变化;对模型参数灵敏性分析表明,模拟结果对参数变化的响应比较适中。【结论】GREENLAB模型的原理可以应用于对作物根系形态结构和生物量分配的动态模拟;模型参数的选择是合理的,构建的模型能够从机理层次反映根系的生长发育过程。

棉花根系生长发育的虚拟研究

采用GREENLAB植物功能-结构模型的原理构建了棉花根系模型。该模型以根系基本生长单元为基础,模拟了棉花根系的拓扑结构;根据不同类型的根个体获取生物量能力的不同,通过模拟不同根个体(库)对植株地上部分配给根系的生物量(源)的竞争,实现了生物量在根系中的分配;根据异速生长规则实现了根个体几何结构计算,从而模拟出根个体的轴向生长、径向生长。最后,根据根个体空间伸展规则与空间Voxel元技术,实现了棉花根系的空间结构的虚拟。

结构与功能反馈机制下根系生长向性模拟

借助于根系生长发育的功能-结构模型,模拟了根系生长的向地性、向水性与向肥性。研究中采用Voxel体元对根系生长的土壤区域进行离散化,并设定各Voxel元8个顶点的土壤含水量、养分浓度;采用根系功能-结构模型描述了不同生长周期下根系在三维土壤空间的生长;采用空间碰撞检测技术,确定各根元所占据的Voxel元,并以根元中点坐标与其所占据的Voxel元的各顶点距离倒数作为权重,计算根元生长区域的土壤平均含水量与养分浓度;利用三基点阻力法,计算得到土壤含水量、养分浓度对根元库强的校正系数,重新计算当前周期下根系可利用的生物量在组成根系的各根元中的分配,并调整根元的生长方向。最后,在设定的不同土壤含水量与土壤养分分布情景下,模拟了根系的空间生长与分布。模拟结果显示借助根系的功能-结构模型,在特定的情景下,能够模拟根系生长过程中的向地性、向水性与向肥性。根系在空间生长是一个复杂的过程,在特定的条件下,能够通过一定的农业措施,如灌溉、施肥,改变其空间生长与分布,使得作物高效地利用土壤水分、养分资源,从而实现可持续发展的生态农业。

铜与柠檬酸不同配伍对断奶仔猪生产性能与血液生化指标影响的研究

选用杜洛克×长白×大约克三元杂交品种,35日龄断奶的仔猪72头进行试验。试验采用随机区组设计,共设8个组,其中设添加1%柠檬酸和添加250 mg/kg铜2个对照组,铜与柠檬酸的不同组合为6个处理组,每组设3个重复,每个重复3头仔猪。试验结果表明:①日粮中添加高铜与柠檬酸的不同配比均可以不同程度地提高日增重、饲料利用率与降低仔猪腹泻率;②日粮中添加高铜与柠檬酸可以促进高铜的代谢和吸收,有较好的生态效应;③总体上铜与柠檬酸各组合对仔猪的各项血液生化指标影响不明显,基本上处于正常的生理值范围内;④高铜与柠檬酸有明显的互作效应,本试验以150 mg/kg高铜和1.5%柠檬酸的组合效果最好。

控制结构下苜蓿生物量分配与累积过程的模拟

以紫花苜蓿(Medicago sativa L.)各类器官归一化的生长扩展速率与相应的库强乘积作为权重,表征各器官竞争获取苜蓿个体在不同阶段产生的净光合同化产物的相对能力大小,描述不同生长阶段生物量在组成苜蓿个体的各器官中分配与累积的动态过程,从而构建定量化描述结构与功能互反馈过程的苜蓿生长过程数字化模型,为提高苜蓿生产性能与优化苜蓿生态功能提供理论支持。通过田间栽培控制试验,对苜蓿的形态结构与生物量进行动态测定,获取模拟参数;并进行控制结构下苜蓿各器官生物量测定值与模拟值的比较。结果表明:各器官生物量与几何特征测定值的变化趋势基本上与对应的模拟值变化趋势一致。因此,本研究给出的生物量分配模式能够应用于控制结构下苜蓿个体内可用生物量资源在各器官中分配与累积的定量描述。

植物生长条件下土壤水分与养分资源动态分布的模拟研究

借助根系功能-结构机理模型,在动态描述根系空间生长发育的基础上,采用根系空间吸水速率函数耦合三维土壤水动力学模型,描述根系吸收条件下土壤水分的时空分布;以根个体为中心,采用扩散方式,描述了由于根系吸收土壤中磷元素而引起的土壤中有效磷分布的动态变化。通过小麦苗期根系结构与生物量的动态观测试验,获取了根系生长参数,利用文献资料获取了土壤水分运移参数、土壤有效磷扩散参数。在设定的灌溉与蒸散情景下,模拟了根长密度与根系吸收速率在三维空间的动态分布、根系吸水条件下土壤水分三维时空变化以及根系吸收磷元素的条件下土壤中有效磷的亏缺区域变化过程。模拟结果显示,根系-土壤系统能够实时地模拟根系生长下土壤环境资源的动态变化。

结构变化和生物量生产与分配过程下苜蓿生长模拟研究

为真实反映苜蓿的结构和生长过程,经2年土柱栽培试验,对阿尔冈金紫花苜蓿(Medicago sativa‘Algonquin’)的结构和生物量进行动态测定,划分了苜蓿的生长单元。在生长单元上模拟苜蓿的结构变化与不同阶段的生物量生产过程。以生长单元归一化的扩展速率与相应的库强乘积大小作为权重,竞争获取可用的生物量,实现生物量的分配。采用异速生长关系实现苜蓿的几何形态与生物量的动态关联,从而建立苜蓿的功能-结构模型。最后利用第1年的土柱栽培试验获取模型参数,模拟了第2年土柱栽培试验苜蓿同类器官累积生物量的动态变化过程,并对苜蓿生长过程进行可视化仿真。结果表明:不同指标的测定值与模拟值的均方根差值在5.79～123.28g之间变化,相对误差值在0.02～0.67之间变化,模拟值与实测值间有较好的吻合性。所建立的功能-结构模型能够定量化预测苜蓿结构变化与生物量生产及分配的动态反馈过程,从植物生长的机理层次实现苜蓿生长过程的动态模拟。

TVDI模型的农业旱情时空变化遥感应用

温度植被干旱指数(TVDI)是一种通过反演土壤湿度来反映农业干旱状况的重要方法,其中能量平衡和植被指数的变化是影响TVDI模型精度的主要因子。在研究比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)和修正土壤调节植被指数(MSAVI)和下垫面温度(Ts)的基础上,引入DEM数据并对Ts做地形校正,减少了地形起伏对能量平衡的影响,建立不同植被指数的Ts-Ⅵ特征空间,选择与土壤湿度相关性最好的温度植被干旱指数(TVDI),获取研究区2005年作物生长季(5—9月)的干旱状况,并用同步的气象信息对干旱状况进行验证。结果表明:根据不同时期采用不同植被指数的TVDI模型,经过地形校正后能够更好地反映研究区的农业干旱状况。

沼气肥养分物质和重金属含量差异及安全农用分析

对山西省高平市不同沼气肥有机质、养分和重金属含量进行比较分析,结果表明:沼气肥的p H值均呈碱性。鸡粪沼液中有机质、全N、P、K含量均高于猪粪沼液,秸秆沼液中有机质和全K含量高于鸡粪和猪粪沼液。沼渣富含有机质,且秸秆沼渣有机质含量均高于猪粪沼渣。猪粪沼渣全N含量高于全P和全K,而秸秆沼渣全K含量高于全N和全P;两类沼渣中有效P含量占全P的比重最大。3种沼液的中、微量元素均以Cl含量最高,且超过农田灌溉水质标准(GB5084-2005);Ca和Mg含量次之,Cu含量最低。6个沼渣的中、微量元素均以Ca、Fe含量较高;3个猪粪沼渣均以Cl含量较少,而3个秸秆沼渣均以Mn、Cu含量较低。1号猪粪沼渣As含量超过有机肥料标准(NY525-2012)。由此可见,部分沼液和沼渣可能存在有害物质过高的问题,从而影响其农用的价值和效果,存在潜在的生态环境风险。同时,应加强相关标准的制定和完善,以确保沼气肥的安全、高效农业利用。

不同氮吸收效率玉米品种的根系构型差异比较：模拟与应用

【目的】研究玉米根系构型及其在土壤中的空间分布与氮吸收效率的关系,并通过根系功能-结构模型将根系构型可视化。【方法】以玉米自交系氮高效478与氮低效Wu312为材料,在田间试验的基础上,通过对种子根和不同轮次节根扫描,并以实测根长结果为参数,在改进的根系功能-结构模型的基础上对根系形态进行模拟。【结果】氮高效自交系478的种子根和每一轮节根长度、根系形态,以及根系在土壤空间中的分布都优于氮低效自交系Wu312。从模拟的角度可以看出,478根系具有较大的生长速率和分支密度。对不同轮次节根的发生、生长和衰老规律研究表明,第1～3层节根仅占总根长的很小部分,其根长分别在播种后35、57和76d左右达到最大值,随后开始衰老;第4层以后的节根发生时间集中,与植株进入快速生长期、吸氮速率迅速增加密切相关。第4层以后节根的根长均在播种后93d左右达到最大值,随后开始迅速衰老。【结论】玉米根系形态及其在土壤中的时空分布差异是造成氮素吸收效率差异的重要因素。以根系长度为参数,可以利用根系功能-结构模型实现不同生长发育阶段的玉米根系构型差异的可视化。

钙镁泥对不同土壤pH及部分元素有效性的影响

通过恒温培养试验,探究不同用量钙泥、镁泥对砖红壤、红壤以及石灰性褐土的改良效果。结果表明:不同用量钙泥、镁泥均不同程度地提高了土壤pH值,且以镁泥对砖红壤pH值的增幅最大;低量钙泥、镁泥提高了红壤、石灰性褐土有效P含量,高量镁泥提高了砖红壤有效P含量;3种土壤水溶性钙、镁和活性铁、铝、锰含量均随钙泥、镁泥添加量的增加而增加,这主要与钙泥、镁泥本身的性质有关。相关性分析表明,钙泥、镁泥处理不同土壤的pH值、有效P、水溶性Ca和Mg以及活性Fe、Al、Mn含量均存在一定的相关性。总体来说,镁泥对土壤pH、有效P含量影响大于钙泥,而钙泥对土壤中水溶性Ca、Mg和活性Fe、Al、Mn含量影响较镁泥大。钙泥、镁泥对酸性土壤具有良好的改良效果。

不同有机物料对土壤养分和酶活性的影响

为明确有机物料对土壤的改良效果,采用室内培养试验研究了牛粪、鸡粪、猪粪及污泥等有机物料对土壤养分和酶活性的影响。结果表明:供试有机物料均显著提高土壤养分含量,牛粪对提高土壤有机质含量效果最大,鸡粪和猪粪对提高土壤全氮、碱解氮和速效钾含量效果最好,污泥的效果次于畜禽粪便。有机物料处理明显提高了土壤脲酶、磷酸酶和蛋白酶活性,但对过氧化氢酶和蔗糖酶的活性影响不大,其中,牛粪对提高土壤蔗糖酶活性效果较好,污泥对提高土壤磷酸酶活性效果较好。

山西瘦肉型猪SD-Ⅱ系繁殖性状的表型和遗传参数估测

本文对山西瘦肉型猪SD—Ⅱ系繁殖性状的表型参数和遗传参数进行了研究 ,结果如下 :(1)繁殖性状存在负的母体效应 ,表型变化不稳定 (呈亲代高子代低 ,亲代低子代高的趋势 ) ,不适宜用表型选择进行选择 ;(2 )总产仔数、活产仔数、初生窝重、初生个体平均重、泌乳力、断奶窝重、断奶个体平均重、断奶头数、总乳头数的遗传力分别为 0 2 30、 0 2 42、 0 2 19、 0 2 5 7、 0 184、 0 12 8、 0 40 8、 0 419、 0 5 0 2 ,与国内文献报道结果相近 ,而高于国外文献报道结果。 (3)繁殖性状间的遗传相关都比较强 ,断奶头数与大多数繁殖性状的遗传相关呈显著或极显著的正相关 。

基于SEBAL模型的小麦水分生产率研究

基于能量平衡原理,运用SEBAL模型和Landsat8影像反演估算了山西省晋中市的小麦水分生产率。首先根据Landsat8卫星影像,反演了晋中地区净辐射通量、土壤热通量和感热通量,使用能量平衡方程计算了水分蒸散;然后基于晋中小麦的产量统计数据,对晋中小麦的产量进行插值并栅格化;最后利用水分生产率公式计算了研究区小麦水分生产率。结果表明,研究区内的太谷、榆社、介休3站点反演的日蒸散量分别为2.93、3.82、3.17 mm/d,范围为0.41~7.22 mm/d,与根据Penman-Monteith公式计算的结果 (2.57、3.48、3.43 mm/d)大致相等,误差范围在10%左右;研究区小麦水分生产率均值为0.94 kg/m3,最高达到2.50 kg/m3,处于合理范围内,可以对晋中地区提高水分利用效率提供有效参考。

山西省植被NPP时空变化特征及其驱动力分析

为科学有效地管理和调控植被资源,解决水土流失、植被减少等生态问题,该研究依据山西省2005—2015年MOD17A3H数据,利用ARCGIS、ENVI等软件,运用统计学分析方法,揭示了山西省植被NPP时空分布变化规律及对气候、人为等影响因素的响应特征。结果表明:山西省植被NPP平均值为326.5 g(C)·m^(-2)·a^(-1),其中草地、耕地、灌丛和林地的NPP多年平均值依次为300.3、353.6、366.5和390.1 g(C)·m^(-2)·a^(-1);植被NPP总体波动增大、变化为显著、极显著、显著增大区域面积比例达56.33%,集中在山西省西部;植被NPP极显著、显著减小区域面积集中在山西省东南角,占比为2.22%;草地NPP变化速率最大,耕地大于灌丛,林地最小;植被NPP平均值和降水平均值之间表现为呈显著正相关。基于栅格单元值计算,全省17.01%的区域植被NPP与降水之间表现为显著或极显著正相关,集中在山西省北部;全省3.66%的区域植被NPP与气温之间表现为显著或极显著负相关,集中在山西省中部。这表明2005—2015年,山西省植被NPP总体呈好转趋势;不同植被对人类活动及环境变化的响应有所差异,草地、耕地生态结构稳定性较弱,NPP变化明显,灌丛和林地稳定性较强,NPP数值稳定;植被NPP与降水之间呈显著正相关,与气温之间呈负相关,气候因子整体上促进植被NPP增大,人为因素整体上抑制植被NPP增大。

山西省农业水土资源时空匹配及短缺分析

利用山西省及所辖11个地市的耕地面积、水资源总量及农田灌溉用水量等数据,使用单位耕地面积水资源量法计算农业水土资源匹配度及当量系数,并采用Arc GIS对匹配格局及短缺状况进行可视化。结果表明,耕地资源和可供农田灌溉水量在空间分布上存在不对称现象;农业水土资源匹配度的年际变化范围为0.120万~0.170万m3/hm2,水资源总量与农业水土资源匹配度的变化趋势相一致;农业水土资源匹配程度的空间差异较大,忻州和晋中的匹配程度较优,运城、长治、临汾、吕梁和朔州的匹配程度良好,大同和太原的匹配程度一般,晋城的匹配程度较差,阳泉的匹配程度极差;全省的当量系数为2.150,属于缺水地区,农业水土资源短缺状况的空间差异较大,其中,晋中、临汾、忻州、吕梁、大同、朔州、运城、长治和太原的当量系数大于1,为缺水地区,晋城和阳泉的当量系数小于1,为缺土地区。

黄土高原小流域土地利用景观格局与土壤侵蚀风险评价

地形是景观空间分布格局的重要影响因子,特别是在人为活动占优势的景观中地形条件成为大尺度景观空间分布格局的决定因素。以地处黄土高原、水土流失较为严重的山西省永和县岔口小流域为研究对象,利用SPOT遥感影像、1:1万地形图和土地利用现状等数据,通过对小流域的土地利用现状和DEM分析,得到各地形分级单元的土地利用景观指数,并对流域土壤侵蚀风险进行了评价研究。结果表明:研究区土地利用景观格局分布与高程、坡度和坡向有一定的相关性,岔口小流域整体土壤侵蚀风险处于中等较低的水平。

山西省参考作物蒸散量的时空变化特征及影响因素分析

利用山西省及周边地区共计35个气象站点1957—2014年的逐日气象数据,使用Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量(ET_0),采用一元线性回归和反距离加权插值法分析ET_0的时空变化特征,并采用逐步回归分析对ET_0的影响因素进行研究。结果表明,1年ET_0随时间的变化特征呈现混合模式,以下降趋势为主。2多年平均ET_0空间分布差异显著,区域内存在2个高值区、2个次高值区和2个低值区。秋季ET_0的空间分布特征与年ET_0的空间分布最为接近,而冬季,春季和夏季ET_0的空间分布特征与年ET_0的空间分布相差较大。3各站点年ET_0受同时期气象要素的影响程度由大到小的排序为:风速、温度、相对湿度、日照时间或降水量。全省不同站点多年平均年ET_0受气象要素的影响程度由大到小的排序为:风速、温度、相对湿度、日照时间、降水量。全省不同站点多年平均年ET_0受地理要素的影响程度由大到小的排序为:海拔、纬度。