乡村振兴下高校农业人才培养改革研究

实现乡村振兴的关键在于具有大量的优质农业人才,而农业类高校则是培养优秀乡村人才的重要阵地。然而在乡村振兴背景下,高校农业人才培养仍然存在许多问题,再加上大量扩招,师资力量相对薄弱,教学资源相对匮乏。要想实现乡村振兴,则需要高校积极改革农业人才培养模式,针对课程体系、教师队伍、保障机制等多个方面进行改革和优化。结合乡村发展特点,调整办学策略,让更多人才不仅拥有扎实的专业理论知识基础,还拥有丰富的实践技能,进一步提升农业人才培养质量,为实现乡村振兴提供有力的人才保障。

适应新农科发展的《农学概论》课程优化及教学方式探索

《农学概论》涉及作物学、农业气象学、植保、植物营养等多学科知识,理论内容范围广、实践性强,是农业院校非农学专业学生知农、学农的窗口。在河北农业大学作为农机、植保、资源与环境、农村区域发展等专业学生的专业必修课,经济管理、语言学、会计等非农学专业的公共选修课课程开设,每学期选课人数稳定在1 200人左右。基于新农科背景下我国对农业人才的要求,本文从学生知识基础、课程设置、教学方式等角度总结了近几年《农学概论》授课过程中的“痛点”问题,并借鉴前人研究成果,从课程设置、教师队伍、教学方法、教学内容等角度探讨改进方式,以期提高《农学概论》教学质量,培养学生知农、爱农、服务三农的家国情怀。

黄淮海平原北部不同熟性夏玉米品种抗倒伏能力研究

在玉米全程机械化栽培趋势下,针对黄淮海平原区夏玉米倒伏严重问题,以7个不同生育期夏玉米品种(中晚熟2个,中熟3个,中早熟2个)为材料,探讨不同熟性夏玉米品种灌浆期的抗倒伏能力。结果表明,黄淮海平原北部夏玉米植株株高、穗位高、穗高系数、基部第3节间长及基部节间K含量与品种熟性无关;中熟、中早熟品种水溶性碳水化合物含量明显大于中晚熟品种;中熟、中晚熟品种基部第3节间粗、近地面两层节根数、单株总根条数、植株抗拉力、基部第3节间穿刺强度及植株根拔力显著大于早熟品种。相关性分析表明,夏玉米植株抗拉力与穗高系数呈显著负相关,与单株总根数呈显著正相关;基部第3节间穿刺强度与节间K含量呈正相关。因此,黄淮海平原北部选育机收粒夏玉米品种时,除关注灌浆、脱水速率快之外,还应兼顾株高适宜、穗位低、基部节间粗壮等抗倒性状,同时,采用适宜栽培措施,抑制基部节间伸长、促进节间增粗及充实、加强根系发育,提高植株抗倒伏能力。研究结果为黄淮海平原北部高产、抗倒、机收粒夏玉米品种选育提供理论依据。

施氮时期对黄淮海平原夏玉米茎秆发育及倒伏的影响

【目的】针对黄淮海平原区夏玉米倒伏严重的问题,探讨不同施氮时期对夏玉米茎秆发育及倒伏情况的影响,以期为黄淮海平原区高产夏玉米氮素管理、提高夏玉米植株抗茎倒伏能力提供理论依据。【方法】以不同植株形态的玉米品种先玉335(XY,高秆低穗位型)、浚单20(XD,中秆高穗位型)和京单28(JD,中秆低穗位型)为试验材料,每个品种设种肥(N1)、苗肥(N2)、拔节肥(N3)、大喇叭口肥(N4)和抽雄肥(N5)5个施氮时期处理,以不施氮肥(N0)为对照,研究施氮时期对夏玉米茎秆形态学、解剖学和机械力学特征以及田间倒伏率的影响。【结果】施氮时期对夏玉米茎秆形态学、解剖学及机械力学特征均有显著影响(P<0.05)。N1、N2、N3处理能明显促进夏玉米茎秆发育,植株重心、穗高系数、基部第3节间长与粗、硬皮组织厚度、表皮层厚度及大小维管束数目、节间抗折力、硬皮穿刺强度和植株抗拉力均显著大于N0处理;其中,N1、N2处理夏玉米基部第3节间长粗比值显著小于N0处理,N3处理则表现出略大于N0趋势;田间倒伏率表现为N1、N2显著低于N0和其他施氮处理,N3略大于N0处理;N4处理下,夏玉米植株穗高系数、基部第3节间长与N0无明显差异,节间粗、各项解剖学及力学指标显著高于N0,节间长粗比值表现为略低于N0处理,田间倒伏率较N0显著降低;N5处理对夏玉米茎秆发育无明显影响,节间各项形态学、解剖学和力学特征与N0差异不显著,田间倒伏率随着夏玉米植株重心和穗高系数的显著降低而明显低于N0处理。从产量及产量构成因素来看,各施氮处理夏玉米穗粒数、粒重及产量均显著大于N0处理(P<0.05),其中,N3、N4处理穗粒数和粒重均处于较高水平,增产幅度最大;N1、N2处理穗粒数最多,但粒重较低,增产幅度低于N3、N4处理;N5处理虽然粒重最高,但穗粒数较其他施氮处理显著降低,最终增产幅度不大。【结论】合理的施氮时期可显著促进夏玉米茎秆基部节间发育,显著降低节间长粗比值,增强植株抗茎倒伏能力;种肥、苗肥作用最显著,但因粒重较低进而降低了增产幅度;拔节期施氮节间长增长迅速进而导致了节间长粗比值增加,植株抗茎倒伏能力降低,玉米栽培管理中应尽量避免;大喇叭口期施氮可明显促进茎粗增加,进而降低节间长粗比和田间倒伏率,同时穗粒数和粒重较高,增产幅度最大。因此,结合前人研究结果表明,采用播种或苗期少量施氮,大喇叭口期重施氮肥的分次施氮措施有利于促进夏玉米茎秆和雌穗发育,提高夏玉米产量及植株抗茎倒伏能力。关于最佳氮肥配比有待进一步系统研究。

局部化控夏玉米冠层结构、荧光特性及产量研究

以半紧凑型玉米品种金海5号为试验材料,在高、低两密度条件下,拔节期采用局部化控方式塑造玉米冠层,并研究了该冠层结构特征及对叶绿素荧光特性和产量的影响。结果表明:局部化控处理后化控部分植株变矮,穗下部节间变短(穗位下降)、穗上部节间变长、基部节间增粗,使玉米群体形成"波式"冠层的同时,群体LAI增大且持续时间较长,冠层中下部透光条件改善,使冠层内叶片保持较高叶绿素含量和PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)及PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm),并使单位面积穗数和粒重增加,表现出比对照明显的增产效果。

种植密度对夏玉米群体库源关系的影响

选用3个不同生育期的夏玉米品种,研究了不同密度处理下的库源变化,及库、源与产量之间的关系,以期揭示在有限的光热资源条件下的源库特征,找出产量的限制因子,为河北省夏玉米高产栽培提供理论依据。结果表明,群体叶源量和源生产能力随密度的增加而增加,但吐丝30 d后高密度（9.0万株/hm2）处理的群体叶源量下降较快。增加种植密度是增源的有效措施,减缓吐丝30 d后叶源衰老速度,增加源生产能力是高密度群体获得高产的基础。随密度的增加,单株结实粒数和粒重降低,但单位面积穗数、粒数及最大潜在库容量增加,高密度（9.0万株/hm^2）条件下比其他处理分别高出16.7%-103%,4.7%-87%,8.4%-73%,增加种植密度是获得最大潜在库容量的有效措施。提高单株结实粒数,增加粒重是高密度群体获得高产的保证。库源比随密度的增加逐渐降低,在高密度条件下,源和库均影响产量的形成,但库是限制产量的主要因子。增加种植密度、扩库强源是河北省夏玉米获得高产的重要措施和途径。

高密条件下化学调控对夏玉米抗茎倒伏能力的影响

针对河北省高产夏玉米倒伏问题,以先玉335(XY335)和金海5号(JH5)为试验材料,通过设置6.75万,8.25万,9.75万株/hm2这3个密度梯度,研究了化学调控对玉米植株农艺性状、基部节间形态特征、力学性状、化学组分及产量的影响。结果表明,化学调控能显著降低植株高度、穗位、重心高度,缩短节间长度,增加节间粗度、降低长粗比值,显著增加茎秆可溶性糖含量、粗纤维含量和含钾量,同时基部节间硬度、抗折力和植株抗拉力值也显著提高,最终明显降低倒伏率。化控处理明显提高了高密条件下夏玉米产量。

耕作方式对土壤理化性状及夏玉米生长发育和产量的影响

研究耕作方式对土壤理化性状、夏玉米生长发育及籽粒产量的影响,为黄淮海北部地区土壤结构改善和籽粒产量提高提出有利的科学依据。试验设夏玉米前茬深松、翻耕、隔年深松和传统耕作旋耕4个处理。研究结果表明,深松、隔年深松、翻耕能够显著降低10 cm以下土层的土壤紧实度;提高各生育时期土壤含水量,尤其以20-40 cm土层表现最为明显;增加20-60 cm土层速效钾含量;有利于维持夏玉米灌浆中后期叶面积指数,干物质的积累量增加7.79%-18.09%;提高籽粒最大灌浆速率、平均灌浆速率,每公顷产量提高4.1%-9.3%。各处理间以深松和隔年深松处理表现最好,且两处理无显著差异。本试验条件下,隔年深松是兼顾高产节能高效的耕作方式。

硫酸锌处理对玉米种子萌发的生理效应

以郑单958和农大108为材料,研究了硫酸锌浸种对老化玉米种子萌发及萌发过程中生理特性的影响。结果表明,适量的锌处理显著提高了玉米种子的发芽势、活力指数和单株幼苗干重,增强了种子萌发过程中的过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、脱氢酶活性,降低了丙二醛(MDA)含量,增加了可溶性糖和可溶性蛋白含量。不同品种锌的适宜浓度不同,其中郑单958品种以0.4 g/L锌处理效果最好,而农大108品种以0.8 g/L的锌作用效果为佳。表明硫酸锌处理加快了玉米种子的萌发速率,提高了玉米种子萌发期间的抗氧化水平,减缓了脂质过氧化作用,促进了种子萌发时的物质代谢。

土壤耕作方式对夏玉米抗茎倒伏能力的影响

针对河北省高产夏玉米倒伏问题,选用不同抗倒性品种XY335、XD20和JD28,设置旋耕直播、免耕直播、旋耕直播+培土和免耕直播+培土4个处理,并分析了不同耕作措施下玉米茎秆形态特征、机械强度和产量变化。结果表明,旋耕处理能明显降低株高、穗位、重心和基部节间长粗比,显著增强茎秆抗拉力和基部节间机械强度,倒伏率最低,但穗粒数较少,粒质量与产量较低;免耕直播处理JD28、XY335和XD20的倒伏率分别为0,11.2%,10.6%,抗倒伏能力仅次于旋耕,穗粒数、粒质量及产量最高;拔节期培土明显增加株高、穗位、重心和基部节间长粗比,降低茎秆抗拉力和基部节间机械强度,其中,免耕直播+培土下XY335和XD20的倒伏率分别为89.6%和82.2%。

生态退耕与粮食安全和谐共赢分析

生态退耕是国家进行生态建设和实施可持续发展的重要措施,同时随着社会发展,我国又面临粮食安全问题。该文通过分析生态退耕与粮食安全方面的关系及存在的问题,认为退耕还林与粮食安全是同一个问题的两个方面,两者同等重要,必须结合在一起解决,实现两者的共同发展,得到共赢。

供需平衡原则在资源高效研究与作物学教学中的指导作用

以水热资源高效利用技术创新为案例,阐述了在分析供需失衡原因基础上实现供需平衡,即为技术创新的哲学原理,并提出了实现水资源高效利用在社会政策调整和时空配置技术等方面创新方向,丰富了资源与作物学的教学内容。同时,以供需平衡原则为指导,分析了作物生产类核心课程在新的历史条件下的社会需求,阐述了教学内容的更新和发展趋势,例证了培养学生辩证思维和系统认知能力的类比与辩证教学方法。

河北省春播玉米农田水分“秋贮春供”节水栽培技术

玉米集"粮、经、果、饲、能"等用途于一体,在河北省种植区域最广、面积最大、产量最高。但在高原雨养旱作区、平原的地下水压采区受水资源稀缺的限制,玉米产量很难达到预计的要求。因此,就必须通过一些先进的栽培技术来实现提高玉米产量的目的。

河北省玉米高产抗倒机械收粒生产技术

河北省位于我国玉米春播和夏播的过渡地带。因品种生育期较长和热量资源不足等原因,玉米收获时茎杆和籽粒含水率高,机械化收获只能实施摘穗作业,其后的运输、剥皮、晾晒、脱粒等多道工序大幅增加了生产用工和成本,导致我省玉米生产经济效益低、市场竞争力差的普遍问题。

无人机影像反演玉米冠层LAI和叶绿素含量的参数确定

小型低空无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)机动灵活、操作简便,可以按需获取高空间分辨率影像,是育种玉米长势监测的一种重要技术手段。针对UAV影像反演玉米冠层叶面积指数(LAI,Leaf Area Index)和叶绿素含量的参数确定问题,该研究以DJI S1000+无人机为平台,搭载法国Parrot Sequoia相机,获取海南三亚市崖城玉米育种基地的多光谱影像。基于预处理后的UAV影像,采用重采样的方式获得不同分辨率下(0.1~1 m)的不同植被指数,所构建的植被指数包括归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、叶绿素指数(Grassland Chlorophyll Index,GCI)、比值植被指数(Ratio Vegetation Index,RVI)、归一化红边红指数(Normalized Difference rededge-red Index,NDIrer)、归一化红边绿指数(Normalized Difference rededge-green Index,NDIreg)和重归一化植被指数(Renormalized Difference Vegetation Index,RDVI),通过将不同分辨率下的不同植被指数与地面实测数据进行回归分析,以获得各分辨率下植被指数与冠层LAI和叶绿素含量的关系模型及其决定系数,以决定系数的大小为依据来确定玉米冠层LAI和叶绿素含量反演的最优空间分辨率和最优植被指数。通过试验发现,在分辨率为0.6 m时,NDVI与地面实测LAI之间的决定系数R^2为0.80,决定系数达到了最大,利用该分辨率下的NDVI反演得到的LAI验证精度R^2达到0.73;在分辨率为0.1 m时,NDIreg与地面实测叶绿素含量之间的决定系数R^2为0.70,决定系数达到最大,利用该分辨率下的NDIreg反演得到的叶绿素含量验证精度R^2达到了0.63。因此得出结论:1)植被指数的选择:①对于玉米冠层LAI的反演来说,不包含绿波段的植被指数的LAI反演精度较高,这说明绿波段对LAI的变化不敏感;②对于玉米冠层叶绿素含量反演来说,包含红边波段的植被指数的反演精度较高,因此影像的红边波段对叶绿素含量的变化非常敏感。2)UAV影像空间分辨率的选择:反演LAI的最优分辨率是0.6 m,此时NDVI与实测LAI的决定系数达到最大;反演冠层叶绿素含量的最优分辨率是0.1~0.3 m范围内,此时NDIreg与实测叶绿素含量的决定系数达到最大。该研究可为UAV反演玉米表型参数时的分辨率和植被指数选择提供参考。

黑龙港流域夏玉米生育期降水、需水和干旱时空分布特征

黑龙港流域地下水超采导致水分极度匮乏,提高降水利用效率成为该区夏玉米生产的关键。该文利用黑龙港流域18个地面气象观测站1966-2015年逐日气象数据,对玉米全生育期及各生育阶段的有效降水量、需水量、作物水分亏缺指数、干旱发生频率的时空分布特征等进行了分析。结果表明,夏玉米全生育期有效降水量292.89~361.56 mm,呈"东北高、西南低"的趋势;需水量362.82~444.04 mm,呈"南部高,北部低"的趋势;近50年总有效降水量和需水量均呈下降趋势,且需水量的变化与平均日照时数、平均风速呈高度正相关;全区干旱发生频率为48.30%,其中南部超33.3%,中部及北部超66.6%;黑龙港中部和北部在成粒和灌浆阶段出现干旱的几率较大,南部在成粒阶段出现干旱的几率较大。该研究为黑龙港夏玉米降水资源的高效利用提供了理论依据。

不同覆盖方式对河北平原春玉米产量形成和水分利用的影响

针对河北省地下水压采区水资源严重亏缺和区域春玉米如何高效用水的问题,研究了秋季实施不同覆盖方式对春玉米产量及周年水分利用的影响,以先玉335为材料,在大口期灌水75 mm(W)和雨养旱作(R) 2种条件下,设置土下无孔地膜覆盖(PM)、有孔土下地膜覆盖(P0M)、玉米秸秆覆盖(SM)、常规露地(NP)等处理,对春玉米生长发育状况、土壤耗水及产量形成进行了研究。结果表明:雨养旱作条件下,土下地膜覆盖产量较NP提高18.0%~24.9%,SM产量和NP差异不显著。在雨养旱作条件下,PM、P0M和SM生育期水分利用效率分别比NP提高了50.5%,41.0%,12.0%,而周年水分利用效率提高了63.2%,54.6%,19.1%;PM和P0M的节水效果显著好于SM,灌水条件下的结果与雨养旱作条件下相同。灌水增加产量的同时也相应增加了耗水量,覆盖下耗水增加的幅度大于增产的幅度。农田周年土下地膜覆盖可有效降低土壤水分蒸发,非生长季对土壤水分的蓄存,达到了"秋水春用"和提高水分利用效率的目的。

晚冬早春阶段增温对冬小麦光合性能及旗叶衰老的调控作用

【目的】针对华北平原北部冬小麦生长发育所需的适宜温度与环境实际温度间的矛盾,通过晚冬早春阶段性增温,研究拔节前增温及拔节后揭除塑膜相对降温对冬小麦旗叶光合性能和衰老的调控作用,以期为华北平原冬小麦通过调控温度延缓小麦衰老和挖掘产量潜力提供理论及方法依据。【方法】2015—2017年连续2个生长季在河北省农林科学院深州旱作节水农业试验站进行大田试验,以'衡观35'为试验材料,晚冬早春采用搭建温室的方法,设置覆盖2层塑膜(M2E,1月25日—3月25日)、覆盖2层塑膜(M2L,2月5日—3月25日)、覆盖1层塑膜(M1,2月20日—3月25日)、常规生产对照(CK)共4个处理,以覆盖有孔和无孔塑膜以及时间的早晚和长短来调控温度和小麦生长发育时间,由此获得了时间相同的小麦生长发育进程不同、发育进程相同而所处日期和温度不同的结果。试验过程中记录每个处理各生育期起始时间,并测定光合特性、衰老相关酶活性、产量、水分利用效率等指标。【结果】早覆盖的M2E处理的冬小麦比对照开花提前8 d,成熟提前3—4 d;灌浆期旗叶叶绿素相对含量SPAD提高17.3%、净光合速率提高30.8%、超氧化物歧化酶(SOD)活性提高23.7%、过氧化氢酶(CAT)活性提高27.2%、过氧化物酶(POD)活性提高19.4%、丙二醛(MDA)含量降低23.8%;开花时的旗叶面积增大27%,收获时籽粒产量提高22.8%,水分利用效率提高16.9%。随着增温时间的推迟和覆盖时间的缩短,上述指标与对照差异越来越小,以至于M1处理上述指标与CK均显著不差异。【结论】晚冬早春阶段增温既维持了旗叶较高的光合速率,又显著延缓了旗叶衰老,进而为灌浆提供了物质基础;既增加了小麦穗粒数,又延长了小麦灌浆时间,从而获得了高产,获得高产的同时虽然增加了耗水量但促进了水分的高效利用。晚冬早春阶段增温是华北平原北部冬小麦有效平衡热量资源供应与生长发育所需的方法,既可减轻晚冬早春冻害对小麦返青及拔节的影响,又可规避小麦生育后期干热风带来的危害。

基于图像的玉米植株叶倾角概率密度分布函数提取

叶倾角是描述植被冠层结构的一种重要参数,叶倾角分布(leaf angle distribution,LAD)决定了植被冠层对辐射的截获量,也是遥感定量反演中的一个重要参数。目前实测叶倾角的方法费时、费力、主观性强、精度无法保证。提出了一种基于图像的玉米植株叶倾角概率密度函数提取方法,以求快速、精确、低成本地获取玉米植株叶倾角。首先,对图像提取骨架;然后,去除骨架图像中的毛刺、茎秆等信息,得到叶片骨架;最后,以2像素×20像素大小的搜索窗口搜索骨架提取出叶倾角。精度评价结果表明,乳熟期玉米叶倾角提取值与实测值的相关系数为0. 821 4,拔节期玉米叶倾角提取值与实测值相关系数为0. 908 7。结果表明该方法具有可行性,精度较高。

种用化控剂对玉米种子萌发及幼苗生长的影响

以4种植物生长延缓剂或生长抑制剂为材料,采用种子包衣的方式,分析种用化控剂对不同品种玉米种子萌发及幼苗生长特性的影响。结果表明,种用化控剂明显延缓玉米幼苗地上部的生长发育,明显降低幼苗干质量、株高、胚芽鞘长度,其中对后2种指标的影响达显著水平(P<0.05);可显著促进根系的生长与发育,提高根表面积和根长度,进而提高根冠比;品种之间对不同药剂的反应存在一定差异。因此,采用化控剂包衣的方式有可能成为玉米化控的一种新途径。但化控剂包衣后对种子的萌发特性也会产生一定的影响,包衣后立即播种,种子发芽率、发芽势、发芽指数及种子活力会明显降低。有关包衣化控剂的安全有效浓度、包衣后的安全播种时间及其作用持续期等有待进一步研究。