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基于GA-CNN的农业旱灾恢复力及影响因素 被引量:1
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作者 刘东 姜宸一 +1 位作者 张亮亮 李佳民 《南水北调与水利科技(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期672-683,共12页
为提高区域农业旱灾恢复力测度精度,构建基于遗传算法优化的卷积神经网络(convolutional neural networks optimized by genetic algorithm,GA-CNN)模型。以讷河市为研究区域,根据当地农业经济发展规律与水资源空间分布状况,选取11个农... 为提高区域农业旱灾恢复力测度精度,构建基于遗传算法优化的卷积神经网络(convolutional neural networks optimized by genetic algorithm,GA-CNN)模型。以讷河市为研究区域,根据当地农业经济发展规律与水资源空间分布状况,选取11个农业旱灾恢复力表征指标,基于构建的GA-CNN模型精确测度研究区2010-2021年的旱灾恢复力,并采用熵值法对恢复力时间演变的关键驱动力进行解析。结果表明:研究时段内,讷河市农业旱灾恢复力在时间尺度上呈现先上升后下降再波动起伏的演变态势;森林覆盖率、单位面积粮食产量、人均水资源量等是影响研究区农业旱灾恢复力时程变化的主要驱动因子;研究构建的GA-CNN模型与传统CNN模型及SVM模型相比,平均绝对误差EMA分别降低了23.51%和32.36%,均方根误差ERMS分别降低了14.42%和25.32%,拟合优度R2分别增长了0.08%和1.08%,说明GA-CNN模型在拟合性、适配性、稳定性、可靠性以及评估精度等方面更具优势。研究成果可为区域农业旱灾恢复力测度提供一种更为可靠的新模型,也可为区域农业防旱减灾、应急管理等提供科学指导。 展开更多
关键词 农业旱灾恢复力 遗传算法 卷积神经网络 熵值法 影响因素
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寒区农业流域综合干旱指数构建及其适用性分析 被引量:4
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作者 邢贞相 李根 +4 位作者 付强 王嘉麒 段维义 王红利 刘昊奇 《水资源保护》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期42-51,78,共11页
以挠力河流域为寒区农业流域典型区,构建融合多源信息的综合干旱指数用于寒区农业流域干旱特征的评估,并分析其适用性。基于构建的SWAT模型模拟挠力河流域水文气象要素,计算单一的标准化降水蒸散发指数(SPEI)、标准化土壤湿度指数(SSI)... 以挠力河流域为寒区农业流域典型区,构建融合多源信息的综合干旱指数用于寒区农业流域干旱特征的评估,并分析其适用性。基于构建的SWAT模型模拟挠力河流域水文气象要素,计算单一的标准化降水蒸散发指数(SPEI)、标准化土壤湿度指数(SSI)和标准化径流指数(SRI),运用主成分分析法和熵权法分别对3种单一干旱指数赋权,通过最小偏差法计算最优组合权重,构建融合气象干旱、农业干旱和水文干旱信息的综合干旱指数(OCDI)。结果表明:OCDI的干旱事件监测结果与历史干旱事件吻合度较高,综合考虑多时间尺度下的OCDI对于挠力河流域干旱状况描述更为准确和全面;3种单一干旱指数监测的干旱程度空间分布差异明显,融合多源信息的OCDI能够从气象干旱、农业干旱和水文干旱多角度揭示挠力河流域综合干旱特征;OCDI与不同类型单一干旱指数均有较高的相关性,在挠力河流域上游对于干旱的综合表征能力更优且年尺度的OCDI综合表征能力优于季尺度和月尺度;OCDI能够较好地识别和区分该流域的综合干旱程度,随着OCDI所识别综合干旱程度的加重,流域实际受旱面积相应增大。 展开更多
关键词 SWAT模型 最优组合权重 综合干旱指数 寒区农业流域 挠力河流域
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黑土区坡耕地土壤侵蚀及水分利用效率对不同覆盖耕作模式的响应 被引量:1
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作者 刘继龙 王志卓 +3 位作者 曹晓强 董泽 刘倩倩 曹冉 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第8期826-834,共9页
为揭示不同覆盖耕作模式对黑土区坡耕地土壤侵蚀防治及水分利用效率的影响机制,设置顺坡免耕碎秆均匀覆盖(SM)、顺坡免耕覆盖作物(SC)、横坡免耕碎秆均匀覆盖(CM)和传统耕作(CK)4种覆盖耕作模式,研究分析黑土区坡耕地土壤水分动态变化规... 为揭示不同覆盖耕作模式对黑土区坡耕地土壤侵蚀防治及水分利用效率的影响机制,设置顺坡免耕碎秆均匀覆盖(SM)、顺坡免耕覆盖作物(SC)、横坡免耕碎秆均匀覆盖(CM)和传统耕作(CK)4种覆盖耕作模式,研究分析黑土区坡耕地土壤水分动态变化规律,明确不同覆盖耕作模式的土壤侵蚀特征,分析不同覆盖耕作模式对水分利用效率的影响.结果表明:顺坡免耕碎秆均匀覆盖(SM)、顺坡免耕覆盖作物(SC)和横坡免耕碎秆均匀覆盖(CM)均能不同程度地增加土壤水分含量,防治土壤侵蚀和提高水分利用效率.SM处理、SC处理与CM处理较CK处理0~80 cm不同土层土壤含水率分别提高9.34%~18.20%,5.30%~11.54%和9.12%~19.84%;径流量、侵蚀量、降雨量和最大30 min雨强(I_(30))均与水分利用效率呈显著负相关性;SM处理、SC处理和CM处理的水分利用效率较CK处理均有提高,其增幅介于1.18%~10.76%.通过对比分析减流减蚀效果和水分利用效率,发现在防治土壤侵蚀,蓄水保墒及提高水分利用效率方面,横坡免耕碎秆均匀覆盖模式效果更好. 展开更多
关键词 土壤侵蚀 水分利用效率 覆盖措施 耕作方式 坡耕地
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黑土区免耕条件下减施氮肥对大豆光合特性和光合氮利用效率的影响 被引量:6
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作者 刘继龙 曹冉 +3 位作者 曹晓强 刘倩倩 董泽 王志卓 《东北农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1-9,共9页
为探究黑土区减氮对大豆光合特性及光合氮利用效率的影响,以传统耕作配合常规施氮为对照处理,设置免耕常规施氮、免耕减氮15%、免耕减氮30%及免耕不施氮共5个处理,研究不同处理对大豆叶面积指数、光合特性、光合-光响应曲线及光合氮利... 为探究黑土区减氮对大豆光合特性及光合氮利用效率的影响,以传统耕作配合常规施氮为对照处理,设置免耕常规施氮、免耕减氮15%、免耕减氮30%及免耕不施氮共5个处理,研究不同处理对大豆叶面积指数、光合特性、光合-光响应曲线及光合氮利用效率的影响。结果表明,各生育时期大豆净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、最大净光合速率(Pn_(max))、暗呼吸速率(R_(d))、表观量子速率(α)、叶绿素含量(SPAD)和叶面积指数(LAI)均随施氮量减少呈先升后降趋势,胞间CO_(2)浓度(Ci)随施氮量减少呈先降后升趋势。与对照处理相比,各生育时期免耕减氮15%处理可显著降低大豆Ci 8.03%~11.16%,提高大豆SPAD、LAI、Pn、Tr、Gs分别为3.21%~6.52%、9.60%~35.00%、14.13%~42.20%、12.93%~38.66%、18.62%~40.87%。免耕减氮15%处理大豆叶片光合-光响应实测曲线变化及光合响应参数显著优于其他处理。不同处理间,各生育时期大豆叶片光合氮利用效率随施氮量减少呈先升后降趋势,其中免耕条件下减氮15%处理较对照提高13.29%~25.43%;叶片光合氮利用效率与LAI、SPAD呈极显著正相关。 展开更多
关键词 黑土区 减施氮肥 大豆光合 光合氮效率 免耕
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不同灌溉模式对水稻生长、水分和辐射利用效率的影响 被引量:16
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作者 孟翔燕 周凌云 +1 位作者 张忠学 吴秋峰 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期285-292,共8页
为研究不同灌溉模式对寒地黑土水稻农艺性状、光合特性、水分利用效率以及辐射利用效率的影响,设置了控制灌溉、浅湿灌溉和全面淹灌3种灌溉模式,于2017—2018年在黑龙江省庆安灌溉试验站进行了试验。结果表明:两个生长季内,控制灌溉水... 为研究不同灌溉模式对寒地黑土水稻农艺性状、光合特性、水分利用效率以及辐射利用效率的影响,设置了控制灌溉、浅湿灌溉和全面淹灌3种灌溉模式,于2017—2018年在黑龙江省庆安灌溉试验站进行了试验。结果表明:两个生长季内,控制灌溉水稻各生育时期叶面积指数比全面淹灌分别增加了7.94%~23.67%和5%~14.47%,控制灌溉下地上部干物质量的积累量比全面淹灌增加了12.13%和7.98%,控制灌溉和浅湿灌溉的冠层光合有效辐射截获总量较全面淹灌分别增加了74.05、23.65μmol/(m^2·s)和63.35、16.85μmol/(m^2·s);除乳熟期外,其余生育期控制灌溉叶片叶绿素含量(SPAD)显著高于浅湿灌溉与全面灌溉;3种灌溉模式下最大初始转换效率从分蘖期开始上升,拔节期和抽穗期达到最大值,在乳熟期开始下降,非光化学荧光淬灭系数、光化学荧光淬灭系数前期略有波动,在乳熟期迅速下降,光合电子传递速率从分蘖期到乳熟期逐渐下降。两个生长季内,控制灌溉下产量略高于全面淹灌,但灌溉用水量较全面灌溉分别减少了31.45%和31.67%,水分利用效率比全面淹灌提高了46.45%和46.20%,辐射利用效率分别较全面淹灌增加了1.042%和1.036%,表明控制灌溉为黑龙江省半湿润区最佳灌溉模式。 展开更多
关键词 水稻 灌溉模式 农艺性状 荧光 水分利用效率 辐射利用效率
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施加生物炭对东北黑土区土壤结构及融雪水入渗的影响
6
作者 刘超 付强 +1 位作者 侯仁杰 李天霄 《东北农业大学学报》 北大核心 2025年第2期131-143,共13页
东北黑土区季节性冻融破坏土壤结构,导致土壤退化严重,融雪水入渗能力下降,不利于农业生产。为调节东北黑土区土壤结构,缓解融雪水春涝对农业生产的影响,以大田试验为依托,设置4种不同调控措施(CK-对照组、B20-施加2.0 t·hm^(-2)... 东北黑土区季节性冻融破坏土壤结构,导致土壤退化严重,融雪水入渗能力下降,不利于农业生产。为调节东北黑土区土壤结构,缓解融雪水春涝对农业生产的影响,以大田试验为依托,设置4种不同调控措施(CK-对照组、B20-施加2.0 t·hm^(-2)生物炭、B45-施加4.5 t·hm^(-2)生物炭、B70-施加7.0 t·hm^(-2)生物炭),测定不同梯度生物炭对土壤团聚体、孔径分布、土壤累计入渗量和入渗速率的影响。结果表明:(1)施加生物炭可显著提升土壤团聚体稳定性,其中B70处理效果最佳,平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、大于0.25 mm水稳性团聚体质量分数(WR0.25)分别提高36.47%、29.25%、20.91%,团聚体破坏百分比(PAD)下降17.34%。(2)冻结期,B70处理分别降低土壤空隙和极微孔隙至50.09%、4.13%,增加中等孔隙18.93%;融化期,B70处理分别增加土壤空隙和中等孔隙至16.32%、36.47%,降低极微孔隙17.97%。(3)B70处理土壤累计入渗量在冻结期前较CK增加149.24%、融化期末较CK增加117.48%;不同张力值下,B70处理的稳定入渗速率均为最高。综上,B70处理对提升寒区农田土壤结构稳定性和融雪水入渗速率最佳。 展开更多
关键词 冻融循环 生物炭 土壤结构 融雪水
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低密度聚乙烯微塑料对土壤养分、水稻生长与生理特性的影响
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作者 付强 孟禹彤 +1 位作者 侯仁杰 李天霄 《农业机械学报》 北大核心 2025年第6期638-648,共11页
近年来,农田微塑料污染严重,对土壤健康及农作物安全产生了极大风险。为探究微塑料对土植系统的影响程度,采用水稻栽培试验,设置不同质量分数(0、0.5%、1.5%)和不同粒径(150、500μm)的低密度聚乙烯微塑料(Low density polyethylene,LD... 近年来,农田微塑料污染严重,对土壤健康及农作物安全产生了极大风险。为探究微塑料对土植系统的影响程度,采用水稻栽培试验,设置不同质量分数(0、0.5%、1.5%)和不同粒径(150、500μm)的低密度聚乙烯微塑料(Low density polyethylene,LDPE)处理,探究LDPE对土壤养分含量、水稻生长和生理特性的胁迫情况。结果表明:微塑料增加水稻生长前中期(返青期、分蘖期和拔节期)表层(0~10 cm)和中层(10~20 cm)土壤总有机碳(TOC)含量6.06%~43.24%,降低后期(抽穗期和黄熟期)TOC含量6.10%~20.53%,深层土壤(20~30 cm)变化趋势与之相反,同时,可显著降低不同土层土壤全氮(TN)含量5.23%~53.73%和全磷(TP)含量2.01%~24.66%。微塑料促进水稻前期株高3.42%~18.32%,抑制中后期水稻株高1.90%~13.96%,减少水稻产量7.80%~24.83%。微塑料显著降低水稻净光合速率(Pn)6.36%~40.46%、气孔导度(Gs)3.40%~67.36%和胞间CO_(2)浓度(Ci)3.66%~21.86%,并显著增加蒸腾速率(Tr)10.79%~82.37%和饱和水汽压差(VPD)14.16%~109.60%,叶片蒸腾速率受到叶片VPD和Gs的协同影响,Gs减少使得水蒸汽难以从叶肉细胞扩散到气孔表面,而VPD增加极大地迫使水蒸汽从叶片表面扩散到周围环境,VPD的促进效果远大于Gs的抑制效果,最终出现Gs与Tr趋势相反的情况。此外,微塑料降低叶绿素a含量0.27%~3.48%,叶绿素b含量0.36%~3.92%,总叶绿素含量0.59%~3.47%。研究结果可为微塑料对土壤健康及水稻生长胁迫效应提供数据支撑和科学依据。 展开更多
关键词 低密度聚乙烯微塑料 水稻 土壤养分 光合特性 叶绿素 根系形态
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硅肥生物炭联合施用对黑土区玉米植硅体固碳与土壤温室气体排放的影响
8
作者 付强 苗佳威 +1 位作者 李天霄 侯仁杰 《农业机械学报》 北大核心 2025年第5期512-522,共11页
土壤中植硅体封闭有机碳(Phytolith-occluded organic carbon,PhytOC)积累有望成为长期固存有机碳的途径之一。作为外硅源改良剂,硅肥能增强作物中植硅体的固碳功能,而生物炭则在减少土壤温室气体排放方面发挥积极作用。为探明硅肥和生... 土壤中植硅体封闭有机碳(Phytolith-occluded organic carbon,PhytOC)积累有望成为长期固存有机碳的途径之一。作为外硅源改良剂,硅肥能增强作物中植硅体的固碳功能,而生物炭则在减少土壤温室气体排放方面发挥积极作用。为探明硅肥和生物炭联合施用对植硅体固碳能力的影响途径及其对土壤温室气体排放的作用,设置4种处理,包括空白对照(CK)、硅肥(SF)、生物炭(BC)及硅肥与生物炭混合施用(BS),通过田间试验结合室内植硅体稳定分级试验,分析了不同处理下土壤硅组分的分布特征,证实了不同玉米组织中PhytOC固存量及其稳定性差异。此外,还阐明了混合外源硅对作物农艺性状和减少土壤温室气体排放具有影响。结果表明:在BS处理下,易溶硅(CaCl_(2)-Si)、无机土壤颗粒表面不稳定硅(Acetic-Si)、土壤有机质表面不稳定硅(H_(2)O_(2)-Si)含量呈先增加后降低趋势,而弱结晶硅酸盐及无定形硅(Na_(2)CO_(3)-Si)含量则持续下降。与CK相比,BS处理显著提高了玉米茎、鞘和叶部位植硅体含量,分别增加54.75%、5.68%和56.87%。作物PhytOC生产通量达到57.79 kg/(hm^(2)·a)。稳态植硅体含量提高16.32个百分点,稳态PhytOC生产通量为34.12 kg/(hm^(2)·a)。此外,联合施用下全球变暖潜势(Global warming potential,GWP)为3716.88 kg/hm^(2)。研究结果表明,硅肥与生物炭联合施用能够显著提升作物植硅体固碳能力及减少土壤温室气体排放,为实现长期碳固存提供了思路和方法。 展开更多
关键词 生物炭 混合外源硅 硅组分 植硅体 PhytOC固存
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不同调控措施对冻融土壤渗透性与水盐再分布的影响
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作者 付强 李旭 +1 位作者 李天霄 侯仁杰 《农业机械学报》 北大核心 2025年第4期471-482,553,共13页
开展室内冻融循环试验,设置不同土壤初始含水率(15%、20%、25%)、不同含盐量(原始土壤、施加0.2%NaHCO3)、不同生物炭粒径(0~0.5 mm,S处理;0.5~2 mm,L处理)与未处理组(CK),分析冻融循环过程中不同调控措施下土壤孔隙结构变化对土壤渗透... 开展室内冻融循环试验,设置不同土壤初始含水率(15%、20%、25%)、不同含盐量(原始土壤、施加0.2%NaHCO3)、不同生物炭粒径(0~0.5 mm,S处理;0.5~2 mm,L处理)与未处理组(CK),分析冻融循环过程中不同调控措施下土壤孔隙结构变化对土壤渗透性与水盐再分布的影响,并定量表征土壤水盐运移过程。结果表明:冻融作用促使土壤孔隙扩张,骨料破碎,导致土壤饱和导水率(k_(s))上升、冻土饱和导水率(k_(fs))下降。且土壤初始水盐含量提升均会增加冻融作用对土壤结构的破坏,增加土壤孔隙扩张幅度与冻融循环结束后k_(s)与k_(fs)变化幅度,并加剧冻融期土壤水盐上迁比例。施用生物炭可降低冻融期土壤孔隙扩张幅度并提高土壤团聚体稳定性。与CK相比,各含水率及各含盐量S、L处理分别使冻融后k_(s)平均降低48.35%、37.69%,k_(fs)下降幅度平均降低55.44%、78.55%。同时,生物炭处理可降低表层土壤(10 cm处)含水率与电导率上升幅度。土壤大孔隙占比与小孔隙占比分别为k_(s)和k_(fs)的关键驱动因子。本研究表明施加0.5~2 mm生物炭对冻融条件下土壤渗透性能及水盐再分布状况的调控效果最佳。研究结果可为冻融土壤水盐迁移理论研究体系提供理论依据和技术支撑。 展开更多
关键词 冻融循环 生物炭粒径 土壤孔隙分布 土壤渗透性 水盐再分布
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秸秆还田与种植密度对黑土区大豆农田土壤水氮和产量的影响
10
作者 孙伟丽 刘继龙 +4 位作者 曹晓强 李济桢 王昊 王胤淇 何语凝 《东北农业大学学报》 北大核心 2025年第3期133-145,共13页
为揭示秸秆还田与种植密度对黑土区土壤水氮动态和大豆产量的影响机制,设置2种秸秆还田方式(秸秆还田、秸秆不还田)和3种种植密度(20万、25万、30万株·hm^(-2)),研究不同处理土壤水分与土壤氮素的时空变化特征,利用DSSAT模型评估... 为揭示秸秆还田与种植密度对黑土区土壤水氮动态和大豆产量的影响机制,设置2种秸秆还田方式(秸秆还田、秸秆不还田)和3种种植密度(20万、25万、30万株·hm^(-2)),研究不同处理土壤水分与土壤氮素的时空变化特征,利用DSSAT模型评估不同秸秆还田与种植密度模式对土壤水氮和大豆产量的影响。结果表明:模型模拟的归一化均分根误差(NRMSE)为0.29%~13.26%,一致性指数(d)为0.81~0.99,DSSAT模型具有较高的模拟精度,可用于黑土区秸秆还田与密植条件下土壤水氮、作物产量动态变化预测。秸秆还田显著提高土壤含水率、铵态氮质量分数及大豆产量,降低硝态氮质量分数;增加种植密度可提高铵态氮质量分数和大豆产量,降低土壤含水率和硝态氮质量分数;秸秆还田与增加种植密度组合处理可优化水分和氮素利用效率,组合处理中,种植密度对土壤水氮和产量的影响更显著。 展开更多
关键词 DSSAT 秸秆还田 种植密度 大豆产量 土壤水氮
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雪层结构对融雪水驱动土壤物理特性变化的影响
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作者 付强 胡正胜 +1 位作者 李天霄 侯仁杰 《东北农业大学学报》 北大核心 2025年第3期106-120,共15页
通过室内试验设置5种积雪处理(对照组CK为无积雪覆盖;B为大粒径雪层;BL为大粒径覆盖在小粒径雪层上;LB为小粒径覆盖在大粒径雪层上;L为小粒径雪层),探究融化期冻融循环下雪层结构差异对土壤物理特性的影响。结果表明:不同结构的积雪完... 通过室内试验设置5种积雪处理(对照组CK为无积雪覆盖;B为大粒径雪层;BL为大粒径覆盖在小粒径雪层上;LB为小粒径覆盖在大粒径雪层上;L为小粒径雪层),探究融化期冻融循环下雪层结构差异对土壤物理特性的影响。结果表明:不同结构的积雪完全融化时间接近,CK处理受冻融循环的影响最大,有无积雪覆盖下土壤温湿度差异显著。试验中期,覆雪处理间土壤容重、团聚体稳定性接近;试验结束,B、BL处理土壤容重、团聚体稳定性,显著高于L、LB处理。B、BL处理蒸发量较高、出流时间较晚、出流量较小,但泥沙比、融雪侵蚀参数高于L、LB处理。而L、LB处理的融雪水利用率较低,融雪侵蚀参数也较低。L、LB处理有利于融雪水出流、土壤解冻,可减少土壤侵蚀,适宜实际农业生产。 展开更多
关键词 积雪结构 冻融循环 土壤物理特性 融雪水运移
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基于旗鱼算法优化BP神经网络的水-能源-粮食耦合系统安全特征测度分析
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作者 刘东 刘海岳 +2 位作者 张祥敏 张亮亮 齐晓晨 《农业工程学报》 北大核心 2025年第11期229-242,共14页
针对区域水-能源-粮食耦合系统安全状况难以精准量化问题,该研究构建一种基于旗鱼优化算法改进的BP神经网络模型(sailfish optimization algorithm-back propagation neural network,SFO-BPNN),并将其应用于哈尔滨市2000—2022年WEF耦... 针对区域水-能源-粮食耦合系统安全状况难以精准量化问题,该研究构建一种基于旗鱼优化算法改进的BP神经网络模型(sailfish optimization algorithm-back propagation neural network,SFO-BPNN),并将其应用于哈尔滨市2000—2022年WEF耦合系统安全特征测度分析中。采用基于主成分分析法-R聚类分析法-皮尔逊相关系数法-变异系数法的优选方法构建WEF耦合系统安全评价指标体系。深入分析耦合系统安全时间演变特征与关键驱动因子。结果表明:哈尔滨市WEF耦合系统安全指数在研究时段内呈现先波动变化,后大幅提升,最后趋于稳定的趋势。降水量、顷均机电井数目、人均粮食产量和农机总动力等为关键驱动因子。构建的SFO-BPNN模型与传统BP神经网络模型和基于遗传算法优化的BP神经网络模型相比,平均绝对误差分别降低16.94%和3.36%、均方误差分别降低26.40%和16.93%、平均绝对百分比误差分别降低22.89%和2.66%、单次运行时间分别降低31.6%和30.5%、决定系数分别升高0.98%和0.15%,说明SFO-BPNN模型无论从精度还是效率方面都更具优势。研究结果可为水-能源-粮食耦合系统安全特征测度分析提供新模型,同时可为有效防控和降低区域安全风险提供参考。 展开更多
关键词 水-能源-粮食耦合系统 安全特征 旗鱼优化算法 BP神经网络
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节水灌溉减施磷肥对黑土稻作产量及土壤磷利用与平衡的影响 被引量:10
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作者 张忠学 孙迪 +4 位作者 李铁成 齐智娟 杜思澄 王柏 黄彦 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期67-74,共8页
为探寻节水灌溉减施磷肥对黑土稻作磷利用及土壤磷平衡的影响,于2020年和2021年开展大田试验,以常规淹灌+常规施磷肥(CK,45 kg/hm^(2))作对照,节水灌溉模式下设置5个磷肥施用梯度:0(CP0,不施磷肥)、18 kg/hm^(2)(CP1,减磷60%)、27 kg/hm... 为探寻节水灌溉减施磷肥对黑土稻作磷利用及土壤磷平衡的影响,于2020年和2021年开展大田试验,以常规淹灌+常规施磷肥(CK,45 kg/hm^(2))作对照,节水灌溉模式下设置5个磷肥施用梯度:0(CP0,不施磷肥)、18 kg/hm^(2)(CP1,减磷60%)、27 kg/hm^(2)(CP2,减磷40%)、36 kg/hm^(2)(CP3,减磷20%)、45 kg/hm^(2)(CP4,常规施磷)。分析节水灌溉模式下减施不同程度磷肥对稻田产量、地上部植株吸磷量和土壤剖面各土层有效磷含量的影响,并计算土壤磷素表观平衡量和磷肥利用率。结果表明:2020年水稻收获后节水灌溉减施磷肥各处理表层土壤有效磷含量均显著低于CK处理的土壤有效磷含量(P<0.05);2021年水稻收获后CP3处理表层土壤有效磷含量显著高于CK处理(P<0.05)。CP3处理2020年和2021年的地上部植株磷素积累量显著高于常规施肥CP4处理和CK处理,分别为14.64和15.86 kg/hm^(2)(P<0.05)。地上部植株各器官磷素积累量由大到小为籽粒、茎鞘、叶。与常规施肥相比,2 a年CP3处理均显著提高了磷肥的吸收利用效率、农学利用率,显著降低土壤磷素盈余量(P<0.05)。综合考虑,节水灌溉下减施常规磷肥用量20%为黑土区适宜的磷肥施用量,2 a均提高水稻产量和磷肥利用率,且土壤磷素盈余量低。研究可为黑土区磷肥施用提供理论依据。 展开更多
关键词 土壤 磷素 灌溉 减施磷肥 磷肥利用
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水氮耦合对黑土稻作产量与氮素吸收利用的影响 被引量:13
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作者 秦子元 张忠学 +3 位作者 孙迪 宋健 张作合 李铁成 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期324-335,357,共13页
为探明不同水氮耦合模式下黑土区水稻产量形成和氮素吸收利用的规律,设置常规淹灌(F)、浅湿灌溉(W)和控制灌溉(C)3种灌溉模式,0、85、110、135 kg/hm^(2)(N0、N1、N2、N3)4个施氮量水平,共12个处理,研究不同水氮耦合模式对水稻干物质、... 为探明不同水氮耦合模式下黑土区水稻产量形成和氮素吸收利用的规律,设置常规淹灌(F)、浅湿灌溉(W)和控制灌溉(C)3种灌溉模式,0、85、110、135 kg/hm^(2)(N0、N1、N2、N3)4个施氮量水平,共12个处理,研究不同水氮耦合模式对水稻干物质、产量、氮素吸收转运、水氮利用效率的影响。结果表明:常规淹灌和浅湿灌溉模式下,水稻地上部各器官干物质累积量随施氮量的增加而增大,而控制灌溉模式随施氮量的增加先增大后减小;水稻地上部不同器官氮素累积量随施氮量的增加而增大,相同施氮水平,控制灌溉模式的叶、茎鞘和穗氮素累积量较常规淹灌提高了27.80%~43.42%、18.32%~24.97%、13.85%~24.25%,较浅湿灌溉提高了0.96%~13.18%、10.73%~12.86%、10.53%~12.61%;3种灌溉模式下,水稻地上部干物质、氮素累积速率均随施氮量的增加而增大,且控制灌溉模式高于浅湿灌溉和常规淹灌模式,干物质、氮素累积始盛期随施氮量增加而提前;水稻植株平均氮素累积速率达到峰值时间比平均干物质累积速率达到峰值时间提前11.39 d;相较于常规淹灌和浅湿灌溉模式,控制灌溉模式更有利于提高水稻产量,其中CN2处理产量最大,为10272.57 kg/hm^(2);控制灌溉模式显著提升氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力;相同灌溉模式下,叶、茎鞘氮素转运率以及穗部氮素转运贡献率随施氮量增加而减小。水稻产量与灌溉水分利用效率、水分生产效率、氮肥农学利用效率、百千克籽粒吸氮量之间呈极显著正相关(P<0.01),与氮素籽粒生产效率之间呈极显著负相关(P<0.01)。适宜水氮耦合模式可提高水稻产量和氮素吸收利用,综合考虑CN2处理为最佳水氮耦合模式。 展开更多
关键词 水稻 黑土区 水氮耦合 产量 氮素吸收利用
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水磷运筹对水稻产量和磷素吸收与利用的影响 被引量:9
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作者 张忠学 姜丽莉 +3 位作者 陈鹏 聂堂哲 陈帅宏 赵健 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期310-319,共10页
为研究寒地黑土区不同水磷管理模式对水稻成熟期干物质积累、磷素吸收利用和产量的影响,探讨水稻抽穗期根系性状与磷肥吸收效率的关系,通过田间小区试验,设置2种灌溉模式(F:淹灌,C:控灌)和6种施磷量(P0:0kg/hm2,P1:15kg/hm2,P2:30kg/hm2... 为研究寒地黑土区不同水磷管理模式对水稻成熟期干物质积累、磷素吸收利用和产量的影响,探讨水稻抽穗期根系性状与磷肥吸收效率的关系,通过田间小区试验,设置2种灌溉模式(F:淹灌,C:控灌)和6种施磷量(P0:0kg/hm2,P1:15kg/hm2,P2:30kg/hm2,P3:45kg/hm2,P4:60kg/hm2,P5:75kg/hm2),研究了不同水磷管理模式对水稻成熟期地上部分干物质量、产量及其构成因素、籽粒和植株磷素积累量、磷素利用效率、磷肥吸收效率和磷肥偏生产力的影响。研究结果表明,两种灌溉模式下,随着施磷量的增加,水稻地上部分干物质量、产量、有效穗数、结实率、籽粒磷素积累量和植株磷素积累量呈先增加、后减小的趋势;收获指数、磷素收获指数、磷素籽粒利用效率和磷素干物质利用效率呈先减小、后增加的趋势;磷肥吸收效率和磷肥偏生产力则呈降低的趋势。CP2和FP3处理的水稻地上部分干物质量、产量、有效穗数、结实率、籽粒磷素积累量和植株磷素积累量分别达到两种灌溉模式下不同施磷水平的最大值,CP2和FP3处理水稻产量差异不显著(P>0.05),CP2处理的水稻磷肥偏生产力显著高于FP3处理(P<0.05),因此,CP2处理为本试验中最优的水磷运筹模式。相关性分析表明,产量与水稻地上部分干物质量呈极显著正相关(P<0.01),与收获指数呈显著负相关(P<0.05);磷素积累量与地上部分干物质量和产量均呈极显著正相关(P<0.01);植株磷素积累量与根干质量和根长密度呈显著正相关(P<0.05)。这说明通过适宜的水磷运筹模式,可以创造良好的根系形态,提高水稻地上部分干物质积累量和磷素积累量,有利于提高产量及磷肥利用效率。 展开更多
关键词 水稻 水磷运筹 产量 磷素利用效率 磷肥吸收效率 磷肥偏生产力
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水炭运筹下水稻根系对氮素吸收利用的^(15)N示踪分析 被引量:12
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作者 张作合 张忠学 +3 位作者 李铁成 秦子元 孙迪 宋健 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期295-304,共10页
为揭示水炭运筹下水稻根系对氮素的吸收利用情况,采用田间小区试验与^(15)N示踪微区结合的方法,试验设置两种灌水模式(浅湿干灌溉、常规淹灌)和4个秸秆生物炭施用水平(0、2.5、12.5、25 t/hm^(2)),以常规淹灌作为对照,研究浅湿干灌溉模... 为揭示水炭运筹下水稻根系对氮素的吸收利用情况,采用田间小区试验与^(15)N示踪微区结合的方法,试验设置两种灌水模式(浅湿干灌溉、常规淹灌)和4个秸秆生物炭施用水平(0、2.5、12.5、25 t/hm^(2)),以常规淹灌作为对照,研究浅湿干灌溉模式施加秸秆生物炭对水稻根系形态特征和生理特性的影响,以及根系对肥料和土壤氮素的吸收利用情况。结果表明:施加秸秆生物炭改变了水稻根系形态特征和生理特性,适量的秸秆生物炭提高了根系的主根长、根体积、根鲜质量、根系活跃吸收面积、根系伤流强度和根系活力,优化了根冠比,有利于根系对氮素的吸收;浅湿干灌溉模式水稻根系对肥料-^(15)N和土壤氮素的吸收量与根系伤流强度和根系活力呈极显著正相关(P<0.01),与活跃吸收面积呈显著正相关(P<0.05),与根冠比呈显著负相关(P<0.05);浅湿干灌溉模式根系形态特征和生理特性的变化促进了水稻根系对肥料-^(15)N和土壤氮素的吸收,提高了水稻产量和氮肥利用率。其中,浅湿干灌溉模式施加12.5 t/hm^(2)秸秆生物炭处理的水稻经济产量、氮肥吸收利用率(NUE)、氮肥农学利用率(NAE)、氮肥偏生产力(NPFP)较不施加秸秆生物炭处理分别提高了13.05%、30.54%、11.67%和13.05%。本研究可为秸秆生物炭在寒地黑土区稻田的应用提供理论依据和技术支撑。 展开更多
关键词 稻田 水炭运筹 根系伤流 根冠比 同位素示踪技术
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水炭运筹对黑土稻田N_(2)O排放与氮肥利用的影响 被引量:7
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作者 张作合 张忠学 +3 位作者 李铁成 齐智娟 郑美玉 郑丽颖 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期323-332,共10页
为揭示水炭运筹下稻田N_(2)O排放规律,以及各阶段施入氮肥的利用和损失对N_(2)O排放的影响,设置两种水分管理模式(浅湿干灌溉、常规淹灌)和4个秸秆生物炭施用量水平(0、2.5、12.5、25 t/hm^(2)),采用田间小区和15N示踪微区结合的方法,... 为揭示水炭运筹下稻田N_(2)O排放规律,以及各阶段施入氮肥的利用和损失对N_(2)O排放的影响,设置两种水分管理模式(浅湿干灌溉、常规淹灌)和4个秸秆生物炭施用量水平(0、2.5、12.5、25 t/hm^(2)),采用田间小区和15N示踪微区结合的方法,研究不同水炭运筹下稻田N_(2)O排放规律,以及基肥、蘖肥和穗肥的吸收利用率和损失率,并分析了N_(2)O排放量与各阶段施入氮肥的利用率和损失率之间的关系。结果表明:两种灌溉模式水稻本田生长期N_(2)O排放规律不同,浅湿干灌溉模式N_(2)O累积排放量显著高于常规淹灌模式(P<0.05),施加生物炭能够有效地减少水稻本田生长期N_(2)O排放总量。两种灌溉模式在分蘖期和拔节孕穗期N_(2)O累积排放量较大,浅湿干灌溉模式的各生育期N_(2)O累积排放量均高于常规淹灌,施加生物炭降低了N_(2)O各生育期累积排放量。浅湿干灌溉模式水稻植株对基肥的吸收利用率低于常规淹灌模式,而对蘖肥和穗肥的吸收利用率显著高于常规淹灌(P<0.05),施加适量的生物炭能够增加各阶段施入氮肥的吸收利用率。相关性分析表明,浅湿干灌溉模式下N_(2)O排放总量与蘖肥、穗肥吸收利用率呈显著负相关(P<0.05),与基肥吸收利用率呈极显著负相关(P<0.01),常规淹灌模式下N_(2)O排放总量与基肥、蘖肥和穗肥吸收利用率均呈极显著负相关(P<0.01);两种灌溉模式N_(2)O排放总量与基肥和蘖肥损失率均达到显著正相关(P<0.05)。 展开更多
关键词 稻田 水炭运筹 氧化亚氮 排放 同位素示踪技术
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氮肥减施对节水灌溉稻田NH_(3)与N_(2)O排放及氮肥利用的影响 被引量:8
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作者 李铁成 张忠学 +3 位作者 张作合 杜思澄 韩羽 薛里 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期348-355,共8页
为探究节水灌溉模式下黑土稻田NH_(3)、N_(2)O排放及氮肥吸收利用对减施氮肥的响应规律,以黑龙江省黑土稻田为研究对象,于2021年进行了大田试验,试验设置常规淹灌(F)和控制灌溉(C)2种灌溉模式,全生育期施氮量设置常规施氮水平(N,110 kg/... 为探究节水灌溉模式下黑土稻田NH_(3)、N_(2)O排放及氮肥吸收利用对减施氮肥的响应规律,以黑龙江省黑土稻田为研究对象,于2021年进行了大田试验,试验设置常规淹灌(F)和控制灌溉(C)2种灌溉模式,全生育期施氮量设置常规施氮水平(N,110 kg/hm^(2))、减氮10%(N1,99 kg/hm^(2))和减氮20%(N_(2),88 kg/hm^(2))3个水平,并在F和C灌溉模式下分别设置不施氮肥处理(CK1和CK2)作为对照组,共8个处理。分析了不同灌溉模式下减施氮肥对水稻全生育期NH_(3)挥发速率和N_(2)O排放的影响,计算了氮肥气态损失量和损失率,并基于同位素示踪技术进一步估算了水稻对氮肥的吸收利用量及水稻收获后土壤中的氮肥残留量。结果表明:2种灌溉模式下的氮肥气态损失量及损失率均随着施氮量的减少而降低。控制灌溉模式的应用增加了黑土稻田氮肥气态损失,其各处理的氮肥气态损失量及损失率均高于常规淹灌模式下相同施氮量处理。然而同位素示踪结果表明,采用控制灌溉模式能够增强水稻对氮肥的吸收,同时能够有效降低氮肥损失。控制灌溉模式下各处理水稻对氮肥的吸收利用量和利用率均显著高于常规淹灌模式下相同施氮量处理,且当施氮量相同时,控制灌溉模式下各处理的氮肥损失量和总损失率均显著低于常规淹灌模式(P<0.05)。综上所述,控制灌溉模式下减施氮肥提高了氮肥吸收利用率,同时降低了氮肥损失,并可稳产甚至能够在一定程度上增加水稻产量。研究结果可为东北地区稻田制定节肥、增效、减排兼容的水肥资源管理策略提供科学依据,对保障东北地区农业可持续发展具有重要意义。 展开更多
关键词 稻田 节水灌溉 减施氮肥 气态损失 吸收利用 同位素示踪技术
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寒地黑土区水稻耗水特性及其对水分利用效率的影响 被引量:4
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作者 魏永霞 汝晨 +3 位作者 吴昱 刘慧 杨军明 侯景翔 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期245-254,共10页
为了探究寒地黑土区水稻耗水特性及其对水分利用效率的影响,于2017年在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U_7(7~6)均匀试验设计,分析了各生育期水稻生育阶段、昼夜间及逐时耗水量的变化特征,明确了各生育阶段... 为了探究寒地黑土区水稻耗水特性及其对水分利用效率的影响,于2017年在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U_7(7~6)均匀试验设计,分析了各生育期水稻生育阶段、昼夜间及逐时耗水量的变化特征,明确了各生育阶段耗水量对产量及生物量水分利用效率的影响。结果表明:拔节孕穗期各处理耗水量及耗水模系数均值最高,分别为77. 25 mm、23. 09%;水稻各处理昼间、夜间耗水量总体呈现"低-高-低"的变化趋势,抽穗开花期昼、夜间耗水量均值达到最大,为6. 32、0. 76 mm/d;分蘖前期、分蘖中期水稻昼间耗水特征呈倒"V"形曲线,耗水量高峰出现在12:00—13:00;分蘖后期至乳熟期呈"M"形曲线,耗水量高峰分别出现在11:00—12:00、13:00—14:00,乳熟期首个耗水量峰值相对提前,为10:00—11:00;阶段耗水量对水分利用效率(WUE)的直接作用和对R^2总贡献排列一致,由大到小依次为抽穗开花期耗水量(ET_5)、分蘖中期耗水量(ET_2)、拔节孕穗期耗水量(ET_4)、分蘖后期耗水量(ET_3)、乳熟期耗水量(ET_6)、分蘖前期耗水量(ET_1);分蘖后期、乳熟期耗水量对WUE存在直接负作用,阶段耗水量对WUE影响决定系数较大的变量由大到小依次为ET_5、ET_4×ET_5、ET_2×ET_5、ET_2、ET_4;抽穗开花期生物量水分利用效率(SWUE5)与水稻产量及WUE均呈显著正相关,分蘖前期至抽穗开花期耗水量对SWUE5的影响由大到小依次为ET_5、ET_4、ET_3、ET_1、ET_2。该研究结果可为深入研究黑土区水稻耗水特性、水分利用规律及水稻节水高效生产提供依据。 展开更多
关键词 水稻 寒地黑土区 耗水特性 水分利用效率 通径分析
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水炭运筹下稻田痕量温室气体排放与水氮利用关系研究 被引量:7
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作者 张作合 李铁成 +3 位作者 张忠学 李凯 李浩宇 孔凡丹 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期379-387,共9页
为揭示寒地黑土稻田痕量温室气体的排放规律,以及稻田痕量温室气体排放与水分利用效率(WUE)及氮肥吸收利用率(NUE)间的关系,设置干湿交替灌溉和传统淹水灌溉2种水分管理模式,以及4个生物质炭施用量水平(0、2.5、12.5、25 t/hm^(2)),以... 为揭示寒地黑土稻田痕量温室气体的排放规律,以及稻田痕量温室气体排放与水分利用效率(WUE)及氮肥吸收利用率(NUE)间的关系,设置干湿交替灌溉和传统淹水灌溉2种水分管理模式,以及4个生物质炭施用量水平(0、2.5、12.5、25 t/hm^(2)),以传统淹水灌溉作为对比,应用^(15)N示踪技术,研究水炭运筹下寒地黑土稻田甲烷和氧化亚氮排放的季节变化规律,明确稻作水氮利用与甲烷和氧化亚氮排放的关系,并计算温室气体的全球增温潜势(GWP)和排放强度(GHGI)。结果表明:生物质炭施用量相同时,传统淹水灌溉模式的甲烷排放通量显著高于干湿交替灌溉模式(P<0.05),而氧化亚氮排放通量均低于干湿交替灌溉模式。干湿交替灌溉模式的甲烷总排放量显著低于传统淹水灌溉模式(P<0.05),而氧化亚氮总排放量高于传统淹水灌溉模式,施加生物质炭对稻田甲烷、氧化亚氮减排效果显著;干湿交替灌溉模式下稻田痕量温室气体的GWP、GHGI显著低于传统淹水灌溉模式(P<0.05),施加生物质炭可以降低稻田痕量温室气体的GWP、GHGI。干湿交替灌溉模式的WUE显著高于传统淹水灌溉模式(P<0.05),适量施入生物质炭可以增加WUE和氮肥整体、基肥、蘖肥、穗肥的NUE。两种灌溉模式稻田痕量温室气体的GWP和GHGI与WUE均呈显著负相关(P<0.05);两种灌溉模式稻田痕量温室气体的GWP、GHGI与氮肥整体、基肥、蘖肥、穗肥的NUE均呈显著或极显著负相关。 展开更多
关键词 稻田 生物质炭 甲烷 氧化亚氮
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