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作物茎秆膨胀收缩监测柔性可穿戴传感器研制与试验

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农业工程学报 2024年第10期40卷 222-227页

作者：颜小飞孙传京杜太生程强北京林业大学工学院北京100083 中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 中国农业大学中国农业水问题研究中心北京100083 甘肃武威绿洲农业高效用水国家野外科学观测研究站武威733000

作物茎秆膨胀和收缩变化与其水分状态密切相关,实时监测茎秆的膨胀和收缩变化能够及时掌握作物水分状态,对指导灌溉、提高农业水资源利用率具有重要意义。目前,对于作物茎秆膨胀和收缩变化的监测主要采用基于线性微位移测量原理的传感器... 详细信息

作物茎秆膨胀和收缩变化与其水分状态密切相关,实时监测茎秆的膨胀和收缩变化能够及时掌握作物水分状态,对指导灌溉、提高农业水资源利用率具有重要意义。目前,对于作物茎秆膨胀和收缩变化的监测主要采用基于线性微位移测量原理的传感器,通过测量茎秆的膨胀和收缩引起的位移变化来反映水分状态,存在体积大、价格高、安装不便等问题。为此,该研究提出了一种基于压阻效应的柔性可穿戴传感器,采用柔性压力电极作为传感元件,贴附在作物茎秆表面,通过监测茎秆膨胀和收缩引起的压力变化来反映作物的水分状态,压力检测电路和数据采集电路将作物茎秆的压力信号转换成电信号进行输出和存储。首先在实验室环境下对传感器性能进行测试和标定,然后在温室环境下将传感器安装在番茄茎秆上观测番茄茎秆的压力变化,并与线性微位移传感器观测结果进行比较,最后在充分灌溉和水分亏缺2种条件下观测番茄茎秆的膨胀和收缩变化。结果表明,柔性压力传感器稳定性测试的平均相对变化率为0.109%;弯折前后引起的输出变化非常小,可以忽略不计;标定结果的决定系数大于0.99,最合适的工作压力范围为2~100 kPa;实验室环境下,柔性压力传感器与线性微位移传感器输出值之间的决定系数为0.9551;温室环境下,充分灌溉组中柔性压力传感器与线性微位移传感器输出值变化趋势一致,两者之间的决定系数为0.7672,亏缺灌溉组中两类传感器输出值均因水分亏缺而呈现下降趋势,输出值之间的决定系数为0.8519。本文所设计的柔性可穿戴压力传感器不仅能够实时监测番茄茎秆的膨胀和收缩变化,还可以对番茄亏水胁迫进行诊断,为实现高效节水灌溉提供重要的技术支撑。

关键词：传感器压力感知柔性可穿戴茎秆膨胀和收缩茎秆直径测量亏水诊断

东北风沙土区土地利用方式对土壤储水与结构特性的影响

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中国土壤与肥料 2024年

作者：吴勇任胜男文雪高睿璐毕利东温艳茹尧水红北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所河海大学农业科学与工程学院水电水利规划设计总院

为揭示土地利用方式对土壤水分和土壤结构特性的影响，选取东北典型风沙土区（齐齐哈尔市梅里斯）撂荒草地、禁牧草地、人工林地和开垦农田4块样地为研究对象，通过监测和采集不同层次土壤，分析不同土地利用方式下土壤储水量及其季节... 详细信息

为揭示土地利用方式对土壤水分和土壤结构特性的影响，选取东北典型风沙土区（齐齐哈尔市梅里斯）撂荒草地、禁牧草地、人工林地和开垦农田4块样地为研究对象，通过监测和采集不同层次土壤，分析不同土地利用方式下土壤储水量及其季节变化、土壤机械组成、土壤团聚体组成及其稳定性等差异，研究结果表明：1）就0～80 cm土层的土壤储水量而言，撂荒草地（157.23～218.40 mm）显著的大于禁牧草地、人工林地和开垦农田（42.28～148.55 mm）；但其土壤储水季节性变化，禁牧草地（48.71%）>开垦农田（34.31%）和撂荒草地（32.87%）>>人工林地（9.37%）。2）无论是0～20 cm还是20～40 cm土层，开垦农田砂粒含量均显著大于撂荒草地、禁牧草地和人工林地，而其粉粒含量则都显著小于这3种土地利用方式；但0～20 cm土层土壤团聚体稳定性表现为：撂荒草地（0.85 mm）的显著低于禁牧草地、人工林地和开垦农田（0.99～1.01 mm），而20～40 cm土层土壤团聚体稳定性依次为：人工林地人工林地（0.97 mm）≥ 撂荒草地（0.95 mm）和开垦农田（0.92 mm）≥禁牧草地（0.87 mm）。3）通过冗余分析发现，表层0～20 cm土壤结构稳定性，除受4种土地利用方式下其团聚体组成差异的影响外，土壤全磷、粉粒含量和总孔隙度也在一定程度上有所贡献，但亚表层20～40 cm土壤结构稳定性则主要源于>2和0.053～0.25 mm团聚体。综上所述，撂荒显著增加风沙土区土壤剖面储水能力，但人工林土壤储水季节性变化小；垦耕加剧风沙土的粗骨化进程，相较于其他3种土地利用方式，开垦农田砂粒含量显著增加，而粉粒含量减少；但4种土地利用方式对表层和亚表层土壤结构稳定性的影响不一，表层土壤结构稳定性的差异除受其团聚体组成的影响外，还有部分是由于不同土地利用方式带来的理化性状差异所致。

关键词：土地利用方式土壤储水土壤结构团聚体稳定性风沙土区

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旱地农田氮磷淋溶发生特征研究进展

中国生态农业学报（中英文） 2024年第9期32卷 1520-1533页

作者：刘瀚文栾好安张亦涛习斌董奎军王伟军中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 河北农业大学保定071000 农业农村部农业生态与资源保护总站北京100125 张家口市农业科学院张家口075000

氮磷淋溶是旱地农业面源污染的主要形式,直接导致水体污染风险尤其是地下水氮磷含量超标,明确氮磷淋溶发生特征是制定针对性措施阻控农田养分流失的前提条件。本文利用文献计量学方法分析了1984—2022年国际农田氮磷淋溶研究热点,论述... 详细信息

氮磷淋溶是旱地农业面源污染的主要形式,直接导致水体污染风险尤其是地下水氮磷含量超标,明确氮磷淋溶发生特征是制定针对性措施阻控农田养分流失的前提条件。本文利用文献计量学方法分析了1984—2022年国际农田氮磷淋溶研究热点,论述当前主要淋溶监测方法及其优缺点,总结了影响淋溶的关键因素及其所带来的环境效应,探讨了氮磷淋溶研究存在的问题及未来研究方向。1984—2022年研究热点主要集中在不同水肥条件和管理方式下土壤氮素、磷素、硝酸盐等溶质的淋溶特征:NO_(3)^(−)-N为氮素淋溶主要形态;磷多以难溶颗粒态固持在土壤中,垂直迁移较少,但随着磷肥用量增加,淋溶逐渐成为磷损失的重要途径。当前的氮磷淋溶定量化方法主要包括原位实地监测和人工模拟降雨重塑淋溶过程,每种方法均有其优缺点,在研究过程中应当根据土壤、作物、目的等因地制宜地选择监测方法。受施肥、降雨灌溉、土壤类型和土地利用方式等因素影响,各地农田氮磷淋溶风险不一,主要农区肥料投入量大,土壤氮磷盈余量、地下水污染情况较其他地区更严重,环境风险仍十分严峻。未来面对极端气候变化,应在评估地下水硝酸盐污染程度的同时加强旱地深层土壤微生物过程、驱动机理研究,准确识别主要污染物类型从而进行针对防控,继续研发适合长期、连续和与自然条件相似的监测方法,综合运用原位监测、遥感、模型模拟等方法,量化同一区域内不同土地利用方式氮磷淋溶贡献,开展分类分区分级治理。

关键词：氮磷淋溶旱地农田监测影响因子环境效应

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我国耕地质量主控因素及提升策略

植物营养与肥料学报 2024年第8期30卷 1580-1594页

作者：丁文成宋大利周卫中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/农业农村部植物营养与肥料重点实验室北京100081

我国耕地质量总体偏低,严重威胁国家粮食安全和生态环境安全。目前我国耕地质量的主控因素尚缺乏系统研究,不同类型障碍耕地的质量提升技术策略也不明晰。因此,本文在全面阐述我国耕地质量现状的同时,重点调研揭示了东北黑土地、北方旱... 详细信息

我国耕地质量总体偏低,严重威胁国家粮食安全和生态环境安全。目前我国耕地质量的主控因素尚缺乏系统研究,不同类型障碍耕地的质量提升技术策略也不明晰。因此,本文在全面阐述我国耕地质量现状的同时,重点调研揭示了东北黑土地、北方旱地、南方水田、南方旱地、设施农地和盐碱耕地6类典型耕地的突出问题,深入分析了耕地质量问题的主控因素和耕地质量下降的驱动机制。以耕地保护与合理利用为核心,从耕地监测、改良、培肥、利用4个方面,提出维持和提升耕地质量的核心策略,明确耕地科技创新的主要方向。阐明农田工程、保护性耕作、科学施肥、水资源高效利用、耐逆适生作物品种选育等关键耕地质量提升技术途径的适用性。旨在梳理全面综合提升耕地质量的科技需求,为耕地保护相关政策的制定提供重要参考,支撑耕地的农业生产和生态服务功能提升,实现藏粮于地、藏粮于技和农业绿色可持续发展的战略目标。

关键词：耕地质量障碍土壤耕地监测耕地改良耕地培肥耕地利用

基于CBERS-1卫星图像的新疆棉花遥感监测技术体系

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农业工程学报 2003年第6期19卷 146-149页

作者：杨邦杰裴志远焦险峰张松岭中国农业工程研究设计院农业部农业资源监测总站北京100026

新疆是我国重要的产棉区。全面、快速、客观地监测棉花种植面积的年际波动情况 ,可为生产管理部门提供重要的决策依据。该项目是CBRES 1应用示范项目之一 ,目的是研究其应用潜力。该研究建立了基于CBERS 1卫星图像的新疆棉花种植面积遥... 详细信息

新疆是我国重要的产棉区。全面、快速、客观地监测棉花种植面积的年际波动情况 ,可为生产管理部门提供重要的决策依据。该项目是CBRES 1应用示范项目之一 ,目的是研究其应用潜力。该研究建立了基于CBERS 1卫星图像的新疆棉花种植面积遥感监测运行系统的技术体系 ,实现了新疆棉花种植面积的遥感监测 ,并为应用中巴资源一号卫星CCD数据监测我国其它大宗农作物的种植面积提供示范 ,为后续卫星在农业领域的大规模应用打下基础。

关键词： CBERS—1 棉花种植面积监测遥感

小地物比例提取在河北耕地遥感调查中的应用研究

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农业工程学报 2006年第2期22卷 79-82页

作者：孙丽吴全张松岭王飞中国农业工程研究设计院农业部农业资源监测总站北京100026

小地物的存在是影响大尺度下遥感面积监测的重要因素。该文以河北省为研究区域,借鉴分层抽样的基本思想,采用分区抽样方法,在不同立地条件的耕地上布设小地物抽样样方,共99个,最终得到河北省耕地中小地物面积比例的一系列估计值。其中,... 详细信息

小地物的存在是影响大尺度下遥感面积监测的重要因素。该文以河北省为研究区域,借鉴分层抽样的基本思想,采用分区抽样方法,在不同立地条件的耕地上布设小地物抽样样方,共99个,最终得到河北省耕地中小地物面积比例的一系列估计值。其中,水田为10.15%,平原为3.51%,丘陵为7.14%。利用该数据对河北耕地面积遥感调查结果进行修正,可有效提高其结果的精度,对于河北省耕地面积遥感调查、作物面积遥感调查等应用具有实用性和使用价值,同时对具有相似立地条件的地区有重要的参考价值。

关键词：遥感监测小地物抽样

不同乡村地域类型农户生计资本和生计策略特征及影响因素——以于桥水库流域为例

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农业资源与环境学报 2024年第3期41卷 717-727页

作者：马成杨琰瑛师荣光李昂武文豪夏维米长虹农业农村部环境保护科研监测所天津300191 中国农业科学院研究生院北京100081 农业农村部农产品质量安全环境因子控制重点实验室天津300191

农户生计方式不仅决定了农户的收入,还对区域环境产生了深刻的影响。不同乡村地域类型是影响农户生计资本和生计策略的重要因素。本研究通过参与式农村评估和问卷调查获取于桥水库流域512份农户生计的一手数据,构建了农户生计资本评价... 详细信息

农户生计方式不仅决定了农户的收入,还对区域环境产生了深刻的影响。不同乡村地域类型是影响农户生计资本和生计策略的重要因素。本研究通过参与式农村评估和问卷调查获取于桥水库流域512份农户生计的一手数据,构建了农户生计资本评价指标体系,依据收入结构划分农户生计策略,分析不同乡村地域类型的农户生计资本和生计策略特征,并利用多元回归方程解析生计资本对生计策略的影响。结果表明:流域内农户生计非农化成为普遍现象,纯非农型和非主农辅型生计策略占比分别为29.5%和42.6%。不同生计策略农户的生计资本存在显著差异:纯非农和非主农辅农户的总生计资本、人力资本、社会资本和金融资本显著高于纯农业和农主非辅农户,纯农业和农主非辅农户的自然资本显著高于纯非农型农户。不同乡村地域类型农户的生计资本水平和生计策略选择具有明显差异。经济作物区农户的总生计资本、自然资本显著高于其他地区,传统粮产区的金融资本最低。水库周边区生计策略主要为纯非农型,山地林木区和城镇周边区主要是非主农辅型,传统粮产区和经济作物区主要是纯非农型和非主农辅型,文化旅游区主要是非主农辅型和农主非辅型。人均耕地面积、人均林地面积、耕地破碎化程度、土壤肥力、劳动力占比、家庭人口平均年龄、交通工具和家庭人均收入等指标对农户生计策略选择具有显著影响。不同乡村地域类型生计资本和生计策略差异主要与地理区位、自然资源、社会资源和政策相关。最后,提出基于乡村地域特征的农户生计的针对性优化策略,为促进农户生计可持续发展提供参考。

关键词：乡村地域农户生计生计资本生计策略饮用水源保护区

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农业区生态系统服务的影响因素及空间优化分析——以北京市为例

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中国农业资源与区划 2024年第1期45卷 116-128页

作者：杨婉清王晨睿孙晓杨鹏王妍陕西地建-西安交大土地工程与人居环境技术创新中心北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京市智慧水务发展研究院

[目的]探索北京市农业区生态系统服务的主要影响因素，并提出空间优化策略，促进农业区生态系统可持续性。[方法]文章利用InVEST、ROS等模型定量评估北京市多种生态系统服务，在此基础上采用K-means聚类方法识别生态系统服务簇，从而划... 详细信息

[目的]探索北京市农业区生态系统服务的主要影响因素，并提出空间优化策略，促进农业区生态系统可持续性。[方法]文章利用InVEST、ROS等模型定量评估北京市多种生态系统服务，在此基础上采用K-means聚类方法识别生态系统服务簇，从而划分出北京市农业功能区。采用地理探测器分析其生态系统服务主要影响因素，并基于影响因素进行多情景优化，提出改善农业区生态系统服务的土地利用组成比例和空间配置方案。[结果]（1）北京市农业区主要分布在东部、南部地区，占全市面积的26%;(2)农业区的气候调节服务主要受坡度影响，生境质量服务主要受植被指数影响，粮食生产服务受景观多样性、地区生产总值、农用化肥施用量等因素的综合影响；（3）耕地保护情景下的粮食生产服务提升更为显著；综合优化情景下的生境质量、休闲娱乐以及综合生态系统服务提升更为显著。[结论]探讨了北京市农业区生态系统服务时空演变、驱动机制及多种空间优化方案，为北京市及其他特大型城市的生态系统服务提升与农业区景观可持续规划提供参考依据。

关键词：生态系统服务农业区景观格局影响因素空间优化

来源：博看期刊

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我国“黑土粮仓”建设的科技支撑路径

中国农业资源与区划 2024年

作者：杨婧宋茜陆苗查燕吴文斌中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室陕西地建-西安交大土地工程与人居环境技术创新中心

[目的]东北黑土区是我国最重要的粮食生产优势区和商品粮输出基地，被誉为我国粮食安全的“稳压器”和“压舱石”。加强黑土地保护，夯实我国粮食生产的“第一粮仓”已成为保障国家粮食安全的重要国家战略。[方法]文章运用数据分析与文... 详细信息

[目的]东北黑土区是我国最重要的粮食生产优势区和商品粮输出基地，被誉为我国粮食安全的“稳压器”和“压舱石”。加强黑土地保护，夯实我国粮食生产的“第一粮仓”已成为保障国家粮食安全的重要国家战略。[方法]文章运用数据分析与文献研究相结合的方法，对我国“黑土粮仓”发展现状、科技支撑“黑土粮仓”建设面临的主要问题进行了辨析，并在此基础上提出了科技支撑我国“黑土粮仓”建设的战略与对策。[结果]缺乏科技攻关目标顶层设计、黑土地资源底数和保护利用边界认识不清、耕地质量提升科技创新和应用不足等是我国“黑土粮仓”建设面临的主要问题。在信息技术与农业深度融合的新形势下，以黑土地保护与利用平衡以及促进产业发展为目标，提出了未来科技支撑“黑土粮仓”建设的技术发展路线和重大科技行动建议。[结论]应从顶层科学统筹布局黑土地保护与利用、加大种质创制、退化阻控与耕地保育科技创新、强化技术先导对产业健康发展支撑，以点带面推动技术模式落地，力争为我国“黑土粮仓”可持续发展提供坚实保障。

关键词：黑土粮仓黑土地耕地质量保护与利用科技战略