作物模型与农业生产综合管理系统

面对农业生产系统中耕地数量减少和质量下降.环境污染加重、生物资源减少、自然灾害频繁、生产效益偏低的现状,迫切需要研究和探索不同生产要素协调发展和动态平衡的可持续综合农业生产系统.传统农业生产系统的管理和决策,具有较强的地域性和经验性,难于预测不同时空条件下作物的生育趋势以及环境和技术的效应.

基于WebGIS的农业空间信息管理及辅助决策系统

该研究在总结和提炼区域农业信息管理和评价理论与技术研究成果的基础上,运用知识工程和系统建模方法,建立了种植制度评价、农产品生态区划、农作生产潜力分析和精确农作管理的定量化动态知识模型。并运用软构件技术,基于B/S的分布式网络结构,以W ebG IS为空间信息管理平台,建立了网络化、数字化的农业空间信息管理及辅助决策系统。系统实现了基本地图操作、农业空间信息查询与分析、种植制度评价、农产品生态区划、农作生产潜力分析、精确农作管理、可视化输出以及系统维护等功能。以江苏省为案例区,对系统进行了实例应用,结果表明,系统能有效地管理区域性农业空间信息,并在基于空间信息的农业生产管理决策方面具有较好的适应性和指导性。

东南部红壤区生态农业模式主成分分析研究

应用主成分分析法选用24个指标对我国东南部红壤区生态农业模式进行了综合分析。结果表明:劳均产值、单位耕地产值、人均产值是决定第一主成分的主要指标;氮平衡指数、劳均产值、单位耕地施用农药量是决定第二主成分的主要指标;磷平衡指数、钾平衡指数、人均产值是决定第三主成分的主要指标。综合分析的结果是余江县的农牧加模式得分最高,为最佳生态农业模式。本研究的综合分析结果可为红壤区生态农业模式选择与发展提供依据。

区域农业水分供应脆弱性分析及定量损失评估

采用积分湿度指数方法,建立了区域农业水分供应脆弱性分析模型,并以山东省为案例进行了应用研究,结果表明:无论春、夏、秋季还是年平均的积分湿度指数值,均呈从东南到西北递减的趋势,说明自然降水对农业需水的满足程度沿该方向递减。对山东省而言,农业用水的满足程度在季节上也存在较大的差异,夏季降水在农业满足程度方面最高、秋季次之、春季最差。由于气候因子的年变异较大,积分湿度指数的年变异亦大;根据作物产量的形成为一动态过程,作物整个生育期内的每一个生长阶段都对其最终产量有一定的贡献,利用积分回归模式对作物全生育期中每一旬降水因子与产量的定量关系进行模拟分析,得到了主要农作物全生育期内每旬降水对最终产量的贡献系数。根据每旬降水对产量的贡献系数和作物受旱指标,建立了作物旱灾损失评估模型。

区域农业生产脆弱性及干旱诊断分析

以山东区域农业生产作为案例，根据主要作物历年产量波动分析，发现趋势产量年际间变化较为平稳，而气象产量年际间变化幅度较大，说明山东农业生产存在着气候脆弱性。通过对比分析光、温生产潜力和光、温、水生产潜力及气象因子对产量的直接、间接通径系数，得出气象产量主要受降水因索的制约，水分是气候资源组合中的薄弱环节，也是山东农业的主要限制因索。历年作物生长期内降水达不到需水要求的概率为20％～35％。各作物不同生育时段的受旱概率相差较大，最低为7％，高的达50％～85％，这些结果为区域农业生产的减灾防灾提供了依据。

基于网络GIS的区域农业决策支持系统的集成思路与方法

在总结系统集成发展趋势和农业决策需求的基础上 ,确定了构建基于网络GIS (地理信息系统 )的区域农业决策支持系统的集成目标 ,提出了系统集成的基本思路并设计了该系统的网络和逻辑结构。在考查现有研究的基础上 ,归纳出实现系统集成的 3种可行方案 ,即松散型、镶嵌型和动态链结型集成。经比较 。

基于知识模型的农业水分生产率评价与区域灌溉策略分析

引入农业标准产量概念,建立农业水分生产率评价知识模型,以省域为分析单元,从灌溉强度和灌溉广度两个方面研究农业水分生产率的变化,评价区域农业水分生产率状态,并根据不同区域水分生产率形成要素特征进行灌溉策略分析。

花后干旱和渍水下氮素供应对小麦籽粒蛋白质和淀粉积聚关键调控酶活性的影响

防雨池栽条件下,设置渍水、干旱和对照3个水分处理,每个水分处理下再设置2个施氮水平,研究了花后渍水和干旱逆境下氮素对两个籽粒蛋白质含量不同的小麦(TriticumaestivumL.)品种籽粒蛋白质和淀粉积聚关键调控酶活性的影响。研究结果表明,与对照相比,花后干旱和渍水均降低旗叶谷氨酰胺合成酶(GS)和谷丙转氨酶(GPT)活性,但水分逆境下增施氮肥可以提高旗叶磷酸蔗糖合成酶(SPS)、GS和GPT活性。灌浆期籽粒-蔗糖合成酶(SS)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、结合态淀粉合成酶(GBSS)、GS和GPT活性均呈下降趋势,水分逆境下小麦籽粒SS和GS活性降低,干旱提高GPT活性,而渍水使其降低。土壤水分适宜或亏缺条件下增施氮肥可以提高籽粒SS活性,而渍水下增施氮肥降低SS活性。干旱和渍水下增施氮肥可以提高籽粒SSS、GBSS、GS和GPT活性。干旱处理提高直链淀粉积累速率和蛋白质含量,而渍水使其降低。土壤干旱和渍水下增施氮肥降低直链淀粉和支链淀粉积累速率,提高了蛋白质含量,且适宜水分或亏缺条件下增施氮肥可以提高蛋白质积累量,而渍水下增施氮肥不利于蛋白质积累。

不同施氮水平和基追比对小麦籽粒品质形成的调控

采用蛋白质含量不同的 2个小麦品种 ,研究了不同施氮水平 (112 .5kgN hm2 和 2 2 5kgN hm2 )及基追比 (基肥∶追肥为 6 6 34和 34 6 6 )对小麦植株C N积累与转运规律的影响及其与小麦籽粒品质形成的关系。结果表明 ,高氮水平和追肥比例提高了小麦籽粒蛋白质、面筋含量、沉降值和谷 醇溶蛋白比例 ,降低了花后营养器官贮存氮素和干物质的转运率 ,但提高了氮素的转运量。籽粒蛋白质含量与开花期氮积累量和花后氮转运量显著相关而与氮转运率、花后氮同化及干物质积累和运转无关 ;淀粉含量与花后氮素转运量及转运率极显著负相关。因此 ,提高开花期氮积累量和花后营养器官贮存氮素向籽粒的运转是提高籽粒蛋白质含量和调控品质的重要途径 ,在提高施氮量的基础上 ,提高后期追氮比例是同步提高小麦籽粒产量和蛋白质含量的重要措施。

花后干旱和渍水条件下生长调节物质对冬小麦光合特性和物质运转的影响

以温室盆栽的皖麦 38(高蛋白 )、扬麦 9号 (低蛋白 )两个冬小麦 (TriticumaestivumL )品种为材料 ,在花后土壤干旱 (土壤相对含水量 =4 5 %～ 5 0 % )和渍水状况下 ,分别施用 6 BA(0 0 5mmol/L)和NaHSO3 (2mmol/L) ,分析了两种生长调节物质对小麦光合特性、不同器官中物质运转和籽粒蛋白质及淀粉品质的影响。结果表明 :两种生长调节物质均减轻了花后水分逆境引起的小麦旗叶净光合速率和叶绿素含量的快速下降 ,以及花后同化物和同化氮素输入籽粒量的显著下降 ,提高了花后同化物对籽粒重以及花后同化氮素对籽粒总氮的贡献率 ,促进了水分逆境下小麦籽粒蛋白质和淀粉的积累。其中NaHSO3 和 6 BA分别在干旱和渍水条件下的作用较为显著 ,可考虑作为水分逆境状况下改善籽粒蛋白质和淀粉合成的生长调节物质。

作物水分和氮素光谱诊断研究进展

水肥是影响作物生长的最主要限制因子之一。及时准确监测或诊断出作物水肥状况 ,对提高作物水肥管理水平和水肥利用效率、减少过度施肥带来的环境污染和指导节水农业生产具有重要意义。为此 ,首先简单介绍了植物光谱特性的生理生态基础以及光谱诊断原理 ,然后对国内外作物水分和氮素状况光谱诊断的研究进展、目前作物水分和氮素状况光谱诊断方面的研究重点以及存在的困难进行了评述 ,并提出了今后的研究方向和发展前景。

基于生长过程的水稻阶段发育与物候期模拟模型

以水稻发育生理生态过程为基础 ,采用生理发育时间作为定量发育进程的尺度 ,构建了预测水稻顶端发育阶段与物候期的模拟模型。每日热效应、光周期效应及品种的基本早熟性 (抽穗前 )或基本灌浆期因子 (抽穗后 )互作共同决定每日生理效应的大小 ,其累积形成每日的生理发育时间。每日热效应和光周期效应分别选用Beta函数和二次曲线函数来描述 ,并引入 5个遗传参数调节水稻发育的遗传差异 ,使不同类型品种到达特定发育阶段所需的生理发育时间保持恒定。利用不同环境下的播期试验数据对不同类型品种的出苗期、穗分化期、抽穗期和成熟期进行了预测检验。不同类型品种 4个生育期的预测误差RMSE (根均方差 )平均分别为 1.4 7、5 .10、4 .5 8和3.37d ,表明模型不仅具有较强的解释性与系统性 。

氮素调控棉花纤维蔗糖代谢及纤维比强度的生理机制

以棉纤维比强度高(科棉1号,平均比强度为35cNtex-1)和中等(美棉33B,平均比强度为32cNtex-1)的2个基因型为材料,于2005年在江苏省农业科学院(长江流域下游棉区)和江苏省邳州县宿羊山镇(黄河流域黄淮棉区)设置氮素水平(零氮为0kghm-2,适氮为240kghm-2,高氮为480kghm-2)试验,研究氮素调控棉纤维蔗糖代谢及纤维比强度的生理机制。结果表明,棉铃对位叶氮浓度随铃龄变化的趋势符合幂函数曲线[YN=at-b,YN为棉铃对位叶氮浓度(%),t为铃龄(d),a、b为参数]。高氮水平下的a值显著增加,导致铃龄24d前纤维中蔗糖代谢相关酶(蔗糖酶、蔗糖合成酶和磷酸蔗糖合成酶)活性和蔗糖转化量、纤维素最大累积速率以及铃龄24d纤维比强度降低;零氮水平下的b值显著增加,与铃龄24d后纤维蔗糖代谢相关酶活性和蔗糖含量峰值降低、纤维素快速累积持续期缩短以及铃龄24d后纤维比强度增幅减小的关系密切。上述变化特征在品种间一致,是棉纤维发育对棉铃对位叶氮浓度做出的重要生理响应,进而导致高氮、零氮水平下的成熟纤维比强度显著降低。铃龄24d是氮素调控棉纤维蔗糖代谢及纤维比强度的转折期,该时期的棉铃对位叶氮浓度分别为3.15%(南京)和2.75%(徐州)时有利于高强纤维的形成。

盐和水分胁迫对海蓬子、芦荟、向日葵幼苗生长及其离子吸收分配的效应

研究了NaCl和聚乙二醇 6 0 0 0 (PEG 6 0 0 0 )处理对海蓬子、芦荟、向日葵幼苗生长及其离子吸收和分配的效应。结果表明 ,海蓬子幼苗的生长需盐 ,- 1 76MPaNaCl为其生长的最适浓度 ,其地上部积累的Na+ 和Cl-分别是对照的 6和 8倍 ;但随着水分胁迫强度增强 ,其幼苗干物质积累显著下降。在等渗透势胁迫下 ,向日葵和芦荟对水分胁迫的适应能力高于盐胁迫 ,与保持体内高的K+ /Na+ 比率有关。盐处理下海蓬子维持K+ 稳态的能力较强 ;向日葵对盐分的适应主要取决于盐分在根系和茎杆的积累 ,对K+ 的选择性吸收、运输较强 ;而芦荟主要是对离子的选择性吸收和运输较强。

开放式空气CO_2浓度增高对水稻冠层微气候的影响

利用位于江苏省无锡市安镇的我国唯一的农田开放式空气CO2 浓度增高 (FACE)系统平台 ,于2 0 0 1年 8月 2 6日至 10月 13日 (水稻抽穗至成熟期 )进行水稻作物冠层微气候连续观测 ,以研究FACE对水稻冠层微气候特征的影响 .结果表明 ,FACE降低了水稻叶片的气孔导度 ,FACE与对照水稻叶片气孔导度的差异上层叶片大于下层叶片 ,生长前期大于生长后期 .FACE使白天水稻冠层和叶片温度升高 ,这种差异生长前期大于生长后期 ;但FACE对夜间水稻冠层温度的影响不明显 .在水稻旺盛生长的抽穗开花期 ,晴天正午前后FACE水稻冠层温度比对照高 1.2℃ ;从开花至成熟期 ,FACE水稻冠层白天平均温度比对照高 0 .4 3℃ .FACE对冠层空气温度也有影响 ,白天水稻冠层空气温度FACE高于对照 ,这种差异随太阳辐射增强而增大且冠层中部大于冠层顶部 ;冠层中部空气温度FACE与对照的差异 (Tface-Tambient)日最大值在 0 .4 7～ 1.2℃之间 ,而冠层顶部的Tface-Tambient日最大值在 0 .37～ 0 .8℃之间 .夜间水稻冠层空气温度FACE与对照差别不大 ,变化在± 0 .3℃之内 .而FACE对水稻冠层空气湿度无显著影响 ,表明FACE使水稻叶片气孔导度降低 ,从而削弱了植株的蒸腾降温作用 ,导致水稻冠层温度和冠层空气温度升高 。

氮素对花铃期干旱再复水后棉花根系生长的影响

于2005～2006年在江苏南京农业大学卫岗试验站进行盆栽试验,设置正常灌水(土壤含水量为田间持水量的75%左右)和棉花(Gossypium hirsutum)花铃期土壤短期干旱处理(将正常灌水的棉花自然干旱持续8d,以棉株出现萎蔫症状为标准,之后复水至正常灌水水平),每个处理再设置3个氮素水平(0、3.73、7.46gN·pot–1,分别相当于0、240、480kgN·hm–2),研究氮素对花铃期干旱及复水后棉花根系生长的影响。结果表明,花铃期干旱条件下,土壤相对含水量迅速减少,并随氮素水平的提高而降低。在干旱处理结束时,与正常灌水处理相比,干旱处理棉花根重与氮素累积量显著降低,但干物质根冠比(R/S)与氮素累积量根冠比(RN/SN)增大;根系超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性明显升高,而过氧化氢酶(CAT)活性降低,同时,丙二醛(MDA)含量相应增大。花铃期短期干旱亦显著降低棉花根系活力与叶片净光合速率。施氮可提高干旱处理棉花根重与氮素累积量,降低SOD活性,增强POD与CAT活性,但以240kgN·hm–2水平最有利于根系生长,其内在生理机制表现为R/S与RN/SN最小,膜脂过氧化程度最低,而根系活力最强,其叶片的净光合速率亦最高。复水后,干旱处理棉花根重与氮素累积量显著高于正常灌水处理;内源保护酶活性相应变化,其根系MDA含量与正常灌水处理已无显著差异;根系活力显著高于正常灌水处理。施氮有助于增加复水后棉花根重与氮素累积量,提高POD与CAT活性,降低膜脂过氧化程度,增强棉花根系活力,从而提高叶片净光合速率。综合分析认为,过量施氮或施氮不足均不利于棉花根系生长,两年的试验结果表明,在本试验设置的3个氮素水平中,花铃期干旱胁迫下以240kgN·hm–2,且基施50%,初花期追施50%较适宜。

水稻群体生长指标动态的知识模型研究

通过定量描述水稻群体基本苗以及主茎与分蘖数、叶面积指数和干物质积累动态与品种类型、生态环境因子和栽培措施之间的动态关系,以基于生理发育时间的积温来计算的发育进程为主线,建立了广适性的水稻适宜群体生长指标的知识模型,可为不同条件下水稻栽培过程中的生长调控与苗情诊断提供定量化的动态指标体系,包括群体主茎与分蘖动态、叶面积指数动态和干物质积累动态等。利用不同生态点的常年逐日气象资料以及不同品种类型对所建知识模型进行了实例分析。结果表明,本模型设计的大田基本苗与实际生产值RMSE平均为5.0,模型设计的群体生长动态指标与已有的高产栽培模式中实测结果平均相关系数达r=0.85**以上,故知识模型对不同条件下的水稻生长指标适宜动态具有较好的预测性。

论作物信息技术及其发展战略

本文首先阐述作物生长模拟模型、生产决策系统和精确农业的内涵、研究现状及其在作物信息工程中的地位与作用；在此基础上，论证了信息化意识的提高与作物信息技术的发展、作物信息工程的硬件建设与软件开发、研究成果的继承与创新、以及作物模型、专家系统、信息系统的分化与综合等辩证关系，提出了我国作物信息技术的发展战略。

红壤稻田钾肥施用量对超级稻生长及产量的影响

以超高产水稻中浙优1号、甬优9号为材料,研究土壤不同钾素水平(50 mg/kg、90 mg/kg)及钾肥用量(0、75、150、225 kg/hm2氯化钾)对水稻生长和产量的影响。土壤不同钾素水平对穗数、成穗率、每穗粒数、着粒密度、株高、叶片叶绿素含量(SPAD值)和光合速率有显著影响,差异达显著水平;不同时期施用钾肥对产量的贡献依次为:基肥>分蘖肥>穗肥,产量差异达到3%～10%;随着施钾量增加植株高度明显增加,中浙优1号上表现更为明显,且随着施钾量增加,茎秆加粗,特别是基部节间粗度增加尤为明显。施钾与不施钾相比,两个品种产量分别增加5.6%和8.8%,但产量增加并不与施钾量成正比,不同施钾水平间产量差异不显著。

不同生育时期增铵营养对小麦生长及氮素利用的影响

通过两年的田间试验 ,研究了不同生育时期增铵营养 (EAN)对小麦生长和氮素利用的影响 .结果表明 ,田间增铵营养促进了小麦植株的生长和氮素吸收 .其中基肥、分蘖期、拔节期EAN提高了小麦的干物质积累量、地上部氮积累量、有效穗数、叶面积指数、叶片叶绿素含量以及小麦的籽粒产量 ;孕穗期EAN效果不明显 ;全生育期EAN在促进生长方面的效果并无明显优势 ,但可有效降低土壤NO-3 N的淋溶损失 .与对照相比 ,EAN提高了氮流效率和吸收效率 ,但以拔节前处理最为明显 .拔节期EAN主要在于改善后期的叶片光合性能 ,并促进同化物向籽粒的再分配 ,而基肥和分蘖期EAN主要在于提高有效分蘖数 .