Spatio-Temporal Changes in the Rice Planting Area and Their Relationship to Climate Change in Northeast China: A Model-Based Analysis

Rice is one of the most important grain crops in Northeast China （NEC） and its cultivation is sensitive to climate change. This study aimed to explore the spatio-temporal changes in the NEC rice planting area over the period of 1980-2010 and to analyze their relationship to climate change. To do so, the CLUE-S （conversion of land use and its effects at small region extent） model was ifrst updated and used to simulate dynamic changes in the rice planting area in NEC to understand spatio-temporal change trends during three periods： 1980-1990, 1990-2000 and 2000-2010. The changing results in individual periods were then linked to climatic variables to investigate the climatic drivers of these changes. Results showed that the NEC rice planting area expanded quickly and increased by nearly 4.5 times during 1980-2010. The concentration of newly planted rice areas in NEC constantly moved northward and the changes were strongly dependent on latitude. This conifrmed that climate change, increases in temperature in particular, greatly inlfuenced the shift in the rice planting area. The shift in the north limit of the NEC rice planting area generally followed a 1＆#176;C isoline migration pattern, but with an obvious time-lag effect. These ifndings can help policy makers and crop producers take proper adaptation measures even when exposed to the global warming situation in NEC.

东北稻区秸秆直接还田技术与机具研究进展

秸秆直接还田作为保护性耕作的主要内容在我国东北稻区已广泛应用。在综述东北稻区目前主要的秸秆直接还田技术模式与配套机具基础上,重点分析了各环节不同种类机具工作原理及其技术特点。在阐述现有秸秆直接还田技术及配套装备存在问题和短板的基础上,建议重点对水稻秸秆切割技术、抛撒扩抛技术、耕作部件材料和加工工艺、耕作部件防堵技术、秸秆离田成本控制、秸秆压茬和全区域调平技术、农机农艺融合等方面展开深入研究,以期为东北稻区秸秆直接还田技术与机具研究提供装备技术支持。

无驱动式自动调平水田埋秆起浆整地机设计与试验

为解决东北稻区秸秆全量还田条件下,现有驱动式搅浆机存在动力消耗大、严重破坏土壤结构并使得秸秆漂浮等问题,设计了一种无驱动式自动调平水田埋秆起浆整地机,机具前排星形耙片细碎土壤并掩埋秸秆,后排轧滚进一步碎土埋秆,平地装置平整地表,由电液控制系统实现自动调平,能够为水稻插秧作业创造优良地块条件。通过理论分析和优化设计,确定了优化后星形耙片的各项结构参数和排列方式;设计了带有齿板和刀齿的轧滚,倾斜布置的齿板和直立的刀齿分别对土壤进行横向与纵向的滑切,可提高碎土埋秆效果;改进设计了平地板,确定了板高为150 mm,并针对前进速度、板宽、推压角开展了仿真试验,得到最优工作参数为:前进速度2.4 km/h、板宽290 mm、推压角44°;采用中心不动法的调平策略,设计了基于倾角传感器和PID算法的自动调平电液控制系统,实现了自动调平系统的快速平稳控制。田间试验结果表明,整机作业后地表平整度为0.73 cm,秸秆覆盖率为91.4%,压茬深度为5.98 cm,泥浆度为1.18 g/cm^(3),机具各项指标均优于国家标准,该设计可为东北稻区秸秆全量还田条件下水整地机具研究提供参考。

东北典型稻区不同种植模式下稻田氮素径流损失特征研究

为了降低东北稻区稻田氮素径流损失,选择东北典型水稻种植区盘锦市,开展了不同栽培模式下水稻生长季田间氮素径流监测试验,试验设5个处理:对照(CK)、常规模式(TR)、稻蟹共生(CR)、有机水稻(OR)和减量施肥(RR),利用集水池收集各处理的地表径流,并测定径流的硝态氮、铵态氮、总氮含量,计算氮素流失量。研究结果显示:稻田地表径流损失的铵态氮远高于硝态氮;稻蟹共生和常规模式处理田间排水铵态氮的损失量相差不大,减量施肥处理比常规模式处理低26%,有机水稻处理比常规模式低73%。稻蟹共生处理比常规模式处理排水中硝态氮的排放量少23%,减量施肥处理比常规模式处理减少34%,有机水稻处理比常规模式处理低67%。稻蟹共生和常规模式处理排水总氮排放量无显著差异,分别为6.15 kg.hm 2和5.89 kg.hm 2;减量施肥处理显著低于常规模式处理,总氮排放量为4.76 kg.hm 2,比常规模式处理低19%;有机水稻处理在各水稻模式中总氮排放量最低,仅为1.93 kg.hm 2,并且显著低于常规模式处理,比常规模式处理低67%。

东北粳稻区秸秆还田下无驱动搅浆的综合效果分析

秸秆还田是东北地区水稻秸秆综合利用的一种主要方式,对盐碱地改良起到重要的作用。在秸秆粉碎均匀抛撒以及合理整地的基础上,搅浆环节对于防止水稻秸秆漂浮起到至关重要的作用。为促进水稻生产中秸秆还田条件下搅浆平地机具的合理选择,本文在秸秆还田和秋整地的基础上,通过完全随机区组试验比较了有动力搅浆和无驱动搅浆方式对水稻产量及土壤物理性质的影响。结果表明:与有动力搅浆相比,无驱动搅浆的土面下降高度和秸秆漂浮量分别显著降低37.9%和33.7%,秧苗的新生白根数显著增加16.2%,>2000μm和250~2000μm土壤大团聚体所占的比例分别显著提高了17.7%和75.0%,土壤微团聚体(53~250μm)的比例显著提高了50.6%,而土壤粘粉粒(<53μm)的比例显著降低了17.0%。与有动力搅浆相比,无驱动搅浆可使0~40 cm土层的土壤容重降低2.1%~7.8%,但差异均不显著,降低土壤穿透阻力,但可提高0~30 cm土层的砂粒所占比例。有动力搅浆与无驱动搅浆的水稻籽粒产量无显著性差异。综上所述,无驱动搅浆可以有效抑制搅浆后的秸秆漂浮,改善土壤物理性质,且不影响水稻产量,是秸秆还田下稻田搅浆方式的理想选择。

差速锯切式水稻秸秆粉碎还田机设计与试验

为解决东北稻区秸秆粉碎质量不达标、影响后期作业的问题,该文基于差速锯切原理,设计了一种秸秆粉碎还田机,可实现锯盘刀与粉碎刀同向差速配合,提高切削秸秆的摩擦力及相对线速度,以达到支撑锯切的目的,改善秸秆粉碎效果。通过理论分析,对粉碎刀和锯盘刀等关键部件进行设计;利用Fluent仿真分析,得到正扇叶型粉碎刀能够提高粉碎腔内风速;对秸秆切碎过程进行动力学分析,确定影响粉碎效果的主要因素为粉碎刀转速及其与锯盘刀间的倾斜角度。选取粉碎刀转速和倾斜角度作为试验因素,以秸秆粉碎平均长度和秸秆粉碎长度合格率为评价指标,进行二因素三水平田间试验,结果表明:粉碎刀转速和倾斜角度对秸秆粉碎平均长度和秸秆粉碎长度合格率均有显著影响。综合考虑秸秆粉碎效果和功耗等因素,最终确定优化组合为粉碎刀转速1800 r/min,倾斜角度65°,相应的锯盘刀转速为600 r/min。优化组合条件下的田间试验结果为:秸秆粉碎平均长度9.58cm,长度10cm以下的秸秆占93.23%,秸秆抛撒不均匀度20.89%,满足东北稻区秸秆粉碎抛撒质量要求。通过与现有秸秆粉碎还田机进行性能对比试验,得出研制的差速锯切式水稻秸秆粉碎还田机秸秆粉碎效果更优,后期翻耕秸秆掩埋率达98.92%。机具的设计对解决东北稻区秸秆还田关键技术问题具有重要意义和应用价值。

东北稻区水稻收获秸秆处理方式综合效果研究

为了研究水稻收获秸秆处理方式对东北稻区秸秆还田效果、耕整地质量、水稻生长和产量的影响,以及进行收益综合评价,本文根据秸秆还田的农艺要求,结合不同秸秆处理机具,设置了3种秸秆处理方式:收获时粉碎抛撒(CK,联合收获机自带粉碎抛撒装置)、收获后秸秆处理1(T1,联合收获机自带粉碎抛撒装置+收获后二次抛撒)、收获后秸秆处理2(T2,联合收获机不带粉碎抛撒装置+收获后粉碎抛撒),进行了秸秆还田对比试验。结果表明,3种秸秆处理方式均能实现秸秆全量还田,能够保证正常的田间机具作业和水稻生长。其中,T2的综合效果最优,能实现较好的秸秆粉碎抛撒效果和秸秆掩埋效果,有较高的水稻地上部生物量及产量。在秸秆粉碎抛撒质量方面,T2与CK、T1相比,其秸秆粉碎平均长度及秸秆粉碎长度合格率均有显著性差异,均优于CK、T1;秸秆抛撒均匀程度显著优于CK,与T1无显著性差异。在后期耕整地质量方面,T2与CK相比,其地表以下和8 cm深度以下的植被覆盖率均有显著性差异,均优于CK;T2与T1相比,其地表以下植被覆盖率有显著性差异,8 cm深度以下植被覆盖率无显著性差异。在水稻生长及产量方面,T1和T2处理的产量较CK分别提高1.5%和4.4%,且T2与CK达到显著性差异。本研究结果可为东北稻区水稻秸秆处理方式及配套机具的选择提供理论参考。

东北稻区不同秸秆还田模式机具作业效果研究

水稻秸秆还田是培肥地力、增产增效的重要方式。东北稻区存在秸秆量大、收获时秸秆含水率低、切碎抛撒难等问题,既影响秸秆还田质量,又进一步影响后期耕整地和插秧作业质量,亟需研究适用于东北稻区的机械化秸秆还田模式,改善秸秆还田和耕整地作业质量,支撑水稻秸秆还田技术的应用。本研究在黑龙江省七星农场开展机械化秸秆还田试验,共设4种模式,即:对照CK(秸秆不还田,秋翻+春搅浆)、还田处理1(秸秆还田,秋翻+春搅浆)、还田处理2(秸秆还田,秋翻、秋旋+春平地)、还田处理3(秸秆还田,秋旋埋+春平地)。试验选取不同模式各作业环节的配套机具,并监测不同模式的秸秆还田和耕整地机具作业效果。2年的试验检测表明,3种秸秆还田模式均能实现秸秆全量还田,并满足水稻插秧前的地表作业要求,能够保证正常的插秧作业和水稻返青。其中,还田处理3的综合还田效果相对最优,能实现较好的地表平整度、泥浆度和植被覆盖率;还田处理2与还田处理1相比,增加秋季旋耕作业,春季改用无动力平地作业,2年的数据尚未显示能显著改善插秧前地表状况。

水稻秸秆激荡滑切与撕裂两级切割粉碎装置设计与试验

针对东北稻区秸秆还田作业中存在的粉碎效果差、秸秆腐解速率慢的问题,提出了适合该区域秸秆翻埋还田秸秆粉碎状态,为5~10 cm撕裂状态。结合预达到粉碎后秸秆形态及现有机具使用情况,设计了具有激荡滑切和撕裂两个阶段并与联合收获机装配的秸秆粉碎装置,通过理论分析对粉碎过程关键参数进行了设计。单因素试验表明:秸秆含水率从69.77%减少到29.34%时,秸秆因受干物质含量和弯曲强度改变影响,秸秆粉碎长度合格率和破碎率分别下降6.44、9.55个百分点,抛撒幅宽有先增加后减少趋势;秸秆粉碎长度合格率和破碎率随收获速度增加有较大幅度降低,抛撒幅宽减少0.22 m;粉碎刀轴转速从2100 r/min提高至2850 r/min时,秸秆粉碎长度合格率和破碎率都有显著提高,抛撒幅宽也有较大幅度增加;两级定刀直线间隔变大,秸秆粉碎长度合格率和破碎率有小幅度增加,抛撒幅宽减小0.11 m。正交试验表明:秸秆粉碎长度合格率和破碎率受收获速度和粉碎刀轴转速影响规律基本一致,收获速度和粉碎刀轴转速对秸秆粉碎长度合格率和破碎率影响更显著(P<0.05);粉碎刀轴转速和两级定刀直线间隔对抛撒幅宽影响较显著(P<0.05)。设计的装置对东北稻区秸秆还田关键技术问题具有重要意义和应用价值。

东北稻区有机和稻蟹种植模式经济效益分析

为了准确评价东北地区不同水稻种植模式的经济效益,从2011年5月—2012年11月间,在东北典型水稻种植区盘锦,开展了为期两年、不同种植模式的水稻田间试验。试验设计了5个处理模式,即对照处理(CK)、常规模式(CM)、稻蟹共作(CR)、有机水稻(OR)、减量施肥(RF)。在对各处理农事活动记录的基础上,根据生产资料和投入的成本以及农产品的市场价格,计算各类种植模式的经济效益。研究结果显示,稻蟹模式的生产成本最高为38654元·hm^(-2),是常规模式的2.3倍;其次为有机水稻23087元·hm^(-2),是常规处理1.4倍。常规模式的粮食产量最高,为9466 kg·hm^(-2),显著高于减量施肥处理和有机处理(%p%<0.05),但是与稻蟹模式的无显著差异。各处理中产值最高的是稻蟹模式,其次是有机模式,分别为常规模式的2.0倍和1.6倍。净产值最高的有机模式为22508元·hm^(-2),是常规模式的2.0倍,其次为稻蟹模式,是常规模式的1.5倍。试验表明,有机模式和稻蟹模式均能获得较高的经济效益。

东北稻区杂草稻种子的越冬特性

东北稻区杂草稻经历了蔓延、大发生过程之后,近期进入衰弱态势,分布区域由过去大发生的东部稻区转移到降水量少的西部稻区。在东北稻区,稻田落粒的杂草稻种子只能以"干态"安全越冬,"湿态"种子不能安全越冬的主要原因在于其无休眠性;杂草稻种子安全越冬能力介于杂草类种子与栽培稻种子之间,其安全越冬能力强于栽培稻种子的原因在于种皮厚、吸水速率低、低温水中生存能力强、萌发后的种子耐旱性强,而脂肪酸、蛋白质含量差异不大。分析认为,杂草稻种子低温发芽能力强,秋季遇水易发芽而冬季冻死现象与其种子萌发期淀粉酶低温活性高于栽培稻种子相关。

水稻收储供应链模式评价及其选择——基于东北水稻主产区的分析

为提高水稻产后服务主体市场化水平,保障优质水稻有效供给,选择东北主产区水稻收储为主营业务的产后服务主体,运用聚类分析方法和供应链绩效评价,得出:以产后服务主体为核心的收储供应链模式按绩效评价增加排序为粮农收购型、上游集成型、下游集成型、相对最优型,各模式反映了水稻收储供应链模式受国家相关政策和市场化双重作用的不同发展状态。然后,基于多项Logit模型,得出选择水稻收储供应链模式的机理。为推进相对最优型模式,政府要为产后服务主体提供扶持政策:鼓励粮食行业协会推进差异化培训;健全金融保险政策。

东北稻米全产业链的增值模式研究——以三江平原地区为例

我国东北稻米产业链环节众多且人为分割明显,依靠供应链整合,或照搬国外粮食供应链发展模式等传统研究思路很难推动稻米产业链转型升级。本研究以三江平原水稻产业发展为例,针对稻米产业链上游生产成本高、风险大,产业链中游加工产能过剩、创新能力不足,产业链下游销售过度竞争、品牌管理混乱等问题,在深度理论分析和专家研讨的基础之上,设计出了稻米产业链不同环节、不同经济主体主导的上游基地建设、中游加工流通和下游渠道拓展的稻米全产业链增值模式,并通过新旧模式对比,验证了以成本节约和收益增加等形式实现价值再分配的合理性和可行性。最后从营造行业环境、调优组织结构、创新服务模式等方面给出相应的政策建议,为我国东北稻米产业的发展提供了可参考的一般范式。

东北地区水稻扩张的海拔优势区间分析

及时掌握水稻的时空分布信息,对调整和优化农业生产结构至关重要。论文利用综合考虑植被物候和地表水变化的水稻自动制图方法,结合海拔、地表水体因素开展2001—2017年东北地区水稻分布的时空演变研究。通过889个地面调研点位对水稻分类结果验证,总体精度达90.66%,Kappa系数为0.8128。研究表明:①21世纪初,东北地区水稻种植面积呈先略减后持续增加的趋势,2017年水稻种植面积达2001年的2.13倍。其中,水稻扩张面积的60%分布在三江平原,30%分布在松嫩平原,下辽河平原仅占不足5%。水稻扩张的海拔优势区间在200 m范围内,随着海拔的上升水稻扩张与地表水关系越来越密切。②三江平原内,水稻扩张幅度在海拔30~70 m范围内逐渐增加,使优势区间从相对高度70 m缩减至40 m内,也使得分布优势逐渐趋向于距地表水体较远的区域。而松嫩平原和下辽河平原水稻种植分布的海拔优势区间始终分别保持在相对高度100 m、40 m内。③三江平原水稻的集中分布和急剧扩张,使水稻分布优势逐渐趋向于距地表水体远的区域,这将对地下水带来更大的压力;而松嫩平原水稻分布受地表水体影响较大,分布优势随着距地表水体距离的增加而减小。研究可为农业部门评估水资源承载力、保障农业可持续发展提供数据支撑及理论参考。

水稻高产栽培技术

通过对东北地区水稻高产栽培技术的主要技术环节的分析,旨在为东北地区水稻高产栽培提供新的理论基础和参考思路。