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【关键词】 指纹图谱; 模糊模式识别; 加权; 阀值
Abstract As the quality of the medicines on the market varies greatly, based on the weighted fuzzy pattern recognition of quality assessment and origin analysis model of Chinese herbal medicines, a method using HPLC fingerprint of the medicines is presented to assess the quality and origin in this paper . The numerical experiments show that the method has good resolution .By an example, it is verified that this model is more feasible and effective than the previous model in practice.
Key words fingerprint; fuzzy pattern recognition; weighted; threshold
我国是中草药资源丰富的国家,对中药材的药性、成分等方面的研究也有着优良的传统。中药指纹图谱[1,2]就是在对中药系统的不断深入研究中发展起来的,是表征中药所含成分与其质量关系的有效手段。目前,在应用中药指纹图谱研究药材成分的过程中,得到了许多不错的结果[3,4]。特别是与交叉学科的相互渗透方面[5,6],其研究水平和应用范围也在不断扩大。由于气候及产地等因素的影响,中药材的成分和质量等级也有着差异性。鉴于此,我们有必要探询一种有效的药材质量评估方式,来识别其等级及产地分布情况。
1 仪器及分析条件[7]
1.1 仪器与试剂
岛津LC-10ATVP高效液相色谱仪;岛津SPD10AVP紫外检测器;TB328B型电光分析天平(上海天平仪器厂);HH-2型电子恒温水浴锅(金坛市新航仪器厂);RE-52AA型旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)。甲醇为色谱纯,水为重蒸水,其余试剂为分析纯。
1.2 色谱条件
色谱柱:岛津ULTRONVX-ODS(4.6mm250mm,5μl)柱;流动相:甲醇-水-冰乙酸(60:40:1);流速:0.8ml/min;检测波长:254nm;柱温:室温;进样量:20μl。
2 模型的建立
Step1. 设所考虑的对象为A药材,取m种已知质量等级并有代表性的该药材A1(产地1),A2(产地2),…,Am(产地m),它们相应的等级评价为“一等、二等、…、m等”。测定不同产地此药材的HPLC指纹图谱,采集各等级药材在实验中的指纹图谱的保留时间和峰面积。
Step2. 选择t个共有色谱峰作为指纹图谱的特征峰,其中药材Aj观测到的第i个特征峰的保留时间为aji,峰面积为bji,i=1,2,…,t, j=1,2,…,m。建立表征指纹图谱中保留时间及峰面积的信息矩阵Hj=aj1 aj2 … ajtbj1 bj2 … bjt,并对矩阵Hj每行分别应用公式rji=aji ∑t i=1aji,Rji=bji ∑t i=1bji归一化得:hj=rj1 rj2 … rjt
Rj1 Rj2 … Rjt。
Step3. 将药材Aj归一化后的信息矩阵hj转化成信息向量:Yj=(rj1 rj2 … rjt Rj1 Rj2 … Rjt), j=1,2,…,m。
Step4. 在同样实验条件下,对一未知质量等级的待测A药材Aα进行观测,得到t个共有色谱峰的保留时间aαi和峰面积bαi,i=1,2,…,t。建立表征指纹图谱中保留时间及峰面积的信息矩阵Hα=aα1 aα2 … aαtbα1 bα2 … bαt,对矩阵Hα的每一行分别应用公式rαi=aαi ∑t i=1aαi,Rαi=bαi ∑t i=1bαi归一化得:hα=rα1 rα2 … rαt
Rα1 Rα2 … Rαt。
Step5. 将药材Aα归一化后的信息矩阵hα转化成信息向量:Xα=(rα1 rα2 … rαt Rα1 Rα2 … Rαt)。
Step6. 根据药材中各成分所对应色谱峰面积的大小,以及该成分对药效的重要程度,综合考虑给出1~t号峰所对应的一个权重向量w=(w1,w2,…,wt)。并根据实验中保留时间的稳定性优于峰面积的稳定性这一事实,考察两者稳定性的相对程度,给出指纹图谱中保留时间和峰面积的权重指标ω=(ω1,ω2)。
Step7. 利用综合加权最小平均贴近度公式
N(Xα,Yj)=ω1∑t i=1wi(rαi∧rji)+ω2∑t i=1wi(Rαi∧Rji) 1 2[ω1∑t i=1wi(rαi+rji)+ω2∑t i=1wi(Rαi+Rji)]
计算N(Xα,Y1),N(Xα,Y2),…,N(Xα,Ym)的值,其中“∧”为取小算子。
Step8. 计算N(Xα,Yj0)=max{N(Xα,Y1),N(Xα,Y2),…,N(Xα,Ym)},考察实验中不同产地该药材的差异性程度,设置阀值λ。当N(Xα,Yj0)≥λ时,则认为Xα与Yj0最贴近。由择近原则[8],最后判断Xα与Yj0为一类。当N(Xα,Yj0)
3 实例分析
白芷在我国生长区域分布十分广泛,其主要产于浙江A1(一等品)、河南A2(二等品)、四川绵阳A3(三等品)、湖北A4(四等品)、湖南A5(五等品),建立HPLC法测定上述各产地何首乌的HPLC指纹图谱,如图1所示,并采集各等级白芷在实验中指纹图谱的保留时间和峰面积[7]。
3.1 选择10个共有色谱峰作为指纹图谱的特征峰,其中药材Aj观测到的第i个特征峰的保留时间为aji,峰面积为bji,i=1,2,…,10,j=1,2,…5。
3.2 建立表征指纹图谱中保留时间及峰面积的信息矩阵,并对该矩阵每行分别归一化并转化成信息向量:Yj=(rj1 rj2 … rj10 Rj1 Rj2 … Rj10),rj1 、Rj1具体数值分别如表1、表2所示,i=1,2,…10,j=1,2,…5。表1 1~10号峰保留时间归一化后数值(略)表2 1~10号峰峰面积归一化后数值(略)
3.3 现有一个等待定级的白芷样本Aα,在同样实验条件下,得到10个共有色谱峰的保留时间aαi和峰面积bαi,i=1,2,…,10。建立表征指纹图谱中保留时间及峰面积的信息矩阵并对每行分别归一化得:
hα=0.0177 0.0303 0.0429 0.0591 0.0735 0.0857 0.0998 0.1372 0.1776 0.2762
0.1936 0.0235 0.1168 0.0286 0.0029 0.0325 0.0449 0.3183 0.1225 0.1165
按上述公式转化成信息向量Xα=(rα Rα),其中:
rα=(0.0177 0.0303 0.0429 0.0591 0.0735 0.0857 0.0998 0.1372 0.1776 0.2762 )
Rα=( 0.1936 0.0235 0.1168 0.0286 0.0029 0.0325 0.0449 0.3183 0.1225 0.1165)
3.4 根据白芷各成分所对应色谱峰面积的大小,以及该成分对药效的重要程度,综合考虑给出1~10号峰所对应的一个权重向量w=(0.16,0.04,0.12,0.04,0.04,0.08,0.08,0.20,0.12,0.12)。并根据实验中保留时间的稳定性优于峰面积的稳定性这一事实,考察两者稳定性的相对程度,给出白芷指纹图谱中保留时间和峰面积的权重指标ω=(0.6,0.4)。
3.5 利用综合加权最小平均贴近度公式计算得:N(Xα,Y1)=96.782%,N(Xα,Y2)=94.804%,N(Xα,Y3)=97.645%,N(Xα,Y4)=91.634%,N(Xα,Y5)=96.790%。
根据白芷的成分组成以及评估人员对药材质量的要求,给出阀值λ=0.85。
最后有:N(Xα,Y3)=max{N(Xα,Y1),N(Xα,Y2),…,N(Xα,Y5)}=0.97645>0.85
综上可知该待测白芷样品为三等品,其产于四川一带。
4 结束语
本研究通过采集中药材HPLC指纹图谱数据,建立符合药材特征的数学模型,分析待测药材的质量等级及产地分布,得到了很好的辨别效果,该模型可以广泛应用于各种中药材的分析和评估。
参考文献
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3 郑云枫,彭国平. 栀子药材HPLC指纹图谱的研究. 南京中医药大学学报(自然科学版) ,2005,1: 45~47.
4 易中宏,胥秀英,郑一敏,王龙. 茯苓药材指纹图谱模糊模式识别研究. 现代中药研究与实践 ,2004,4:62.
5 袁鹏,张铭光,袁敏等. 模糊聚类分析法在郁金裂解色谱测定指纹图谱中的应用研究. 计算机与应用化学 ,2005,3: 201~205.
6 聂磊,罗国安,曹进,王义明. 中药二维信息指纹图谱模式识别. 药学学报 ,2004,2: 136~139.
[关键词] 粮食产量 粮食零售价格指数 农业收入
一、导论及问题提出
研究粮食产量问题及影响因素,一般认为粮食产量和粮食单产、播种面积、农机总动力、灌溉面积、受灾面积,化肥施用量、农业科技三项费用等个指标之间存在着线性关系。李芝兰“影响我国粮食生产的因素分析及对策选择”,载《经济师》,2007年9期。谢杰“中国粮食生产影响因素研究”, 载《经济问题探索》2007年第9期。也有学者认为影响农民种粮积极性的主要因素是种粮与其它可行经济活动的比较收益。孙海清和王波(1999年)提出,在现实的经济体制、政策和资源条件下,农户收入已成为影响粮食生产的主要因素。
同时,学者们也发现即我国粮食生产波动的外部冲击变量不仅包括粮食收入,还包括粮食本身价格、粮食生产投入品价格以及其它相关农产品的价格(种粮的机会成本)。其中,粮食本身价格又分粮食收购价格和粮食市场价格两种。这两种价格经过不同研究者、不同研究方法得出的结论也不同。如孙娅范、余海鹏(1999)应用Granger因果关系检验法和时间序列分析方法分析结果表明粮食收购价格的影响比较大。有的研究报告则认为粮食市场价格的影响较大,如方福平、王磊、廖西元(2005)采用滤波法分析得出:农业生产条件改善、粮食市场价格变化、种水稻的效益比较等因素对稻农的生产经营行为和单产形成有一定的关系。
二、相关数据收集
数据来源:中经专网。样本区间:1983~2005的年度数据。变量选择:Q=粮食产量(万吨)P=粮食零售价格指数(上年=100)Y=农村居民家庭人均年纯收入的家庭经营农业收入(元)
三、计量模型
1.建立模型及平稳性检验
(1)建立模型以及检验模型设定误差
①将粮食产量Q作为被解释变量,粮食零售价格指数P及其五年内的滞后项、农村居民家庭人均年纯收入的家庭经营农业收入Y及其一年的滞后项作为解释变量,建立如下模型:
利用Eviews进行回归后,得:
(5422.223)(30.75698)(32.88820) (33.35154) (33.81285)(28.05541) (7.615387) (8.167393)
t=(5.199648)(-0.447621)(0.033697)(0.047498) (-0.112766)(4.455952) (2.081504) (-1.036706)
=0.919068 =0.867566F=17.84530DW=1.757462
初始模型建立明显大于样本容量的承受能力,但这里是要通过检验大致地剔除变量,保留对q最有影响的变量,结果明显是要保留p(-4)和y。新模型为:
②检验模型的是否有设定误差,使用拉姆齐一般性检验。
采用为无约束模型,检验结果为
F统计量小于临界值F0.95(2,19)=3.52,不拒绝H0:=0,j=1,2,则表明不存在遗漏变量。
(2)时间序列平稳性检验
分别对被解释吧变量Q,解释变量P 和解释变量Y用ADF法进行了平稳性检验,结果均为在一阶差分且滞后0阶的情况下平稳。
(3)进行多变量协整检验
对et 进行单位根检验,在10%显著性水平下,拒绝原假设,可知存在协整关系。非平稳的经济变量间有协整关系,说明相互之间存在长期的均衡关系。这种长期均衡关系虽然在短期内会出现失衡,而可以在短期动态过程的不断调整中得以维持实现。
2.建立长期模型,对于长期模型进行各种检验
(1)模型回归:
在Eviews中对模型进行回归,结果如下:
(1982.170) (17.76606) (0.882976)
t =(13.85441) (6.607951) (8.911169)
=0.897742 =0.884960 F=70.23338 DW=1.795753
(2)模型的检验和修正:
分别对模型进行多重共线性检验、自相关检验和异方差检验。模型皆通过。
由以上分析可知,长期模型为:
3.建立短期动态模型
(1)建立误差修正模型,进行回归后得:
(301.9145) (19.28072) (3.436398) (0.234064)
t = (-1.076067) (4.968146) (4.353207) (-3.429830)
=0.823547 =0.785736 F=21.78040 DW=1.849260
et从特殊到一般检验发现et(-1)相对较好t值在5%下显著。
(2)对短期动态模型进行各种检验
分别对模型进行多重共线性检验、自相关检验和异方差检验。模型皆通过。由以上分析可知,短期误差修正模型为:
四、经济分析
由以上计量模型可知,长期粮食产量Q、粮食零售价格指数P、农村居民家庭人均年纯收入的家庭经营农业收入Y之间的计量模型为:
在短期,经过修正之后可得粮食产量Q、粮食零售价格指数P、农村居民家庭人均年纯收入的家庭经营农业收入Y之间的计量模型为:
通过短期和长期的计量模型可以得出以下结论:
第一:当年的粮食零售价格指数会对四年后的粮食产量产生显著的影响。因此可以看出粮食价格对粮食产量的影响的滞后效应非常强。从长期看,当年粮食零售价格指数每增加一个单位,四年后的粮食产量就会平均增加117.3973万吨。在短期,当年粮食零售价格指数的变化量每增加一个单位,四年后的粮食产量的增长量就会平均增加95.78942万吨。
第二:当年的农村居民家庭人均年纯收入的家庭经营农业收入会对当年的粮食产量产生显著影响。从长期看,当年的农民经营农业收入每增加一元,当年的粮食产量就会平均增加7.868349万吨。在短期,当年粮食零售价格指数的变化量每增加一个单位,当年的粮食产量的增长量就会平均增加14.95935万吨。
第三:在短期模型中,误差项ET(-1)的系数为-0.802799,体现了对偏离的修正,上一期偏离越远,本期的修正量就越大,即系统存在误差修正机制。
五、政策建议
由以上对计量模型的分析我们可以看出,粮食价格对粮食产量存在严重的滞后效应、而农民收入则可以比较及时的影响当期的粮食产量。因此农民对于价格信息的反应较之于对收入信息的反应的敏感程度是不一样的。但是价格作为指导市场经济的“看不见的手”,具有至关重要的资源配置的作用,但是我国农民对价格信息的滞后反映会造成资源配置的盲目性,也不利于农民收入的提高。因此加强价格信息的传导机制,以及让农民更直观的意识到价格的重要性可以避免许多不必要的损失,同时从另一方面,我国政府对农产品的价格有很强的管制和干涉,例如实行农产品收购价格等。但是在长期,价格因素还是会显著影响到农民的生产行为。因此我国制定农业政策保护农民利益应该考虑到价格的时间滞后性制定合理的收购价格,才能实现合理的农业产量,最终维护农民的利益和粮食市场的均衡。
参考文献:
[1]朱 文:“影响我国粮食生产波动的因素分析”.《经济观察》,第7期.
[2]李芝兰,2007:“对影响我国粮食生产的因素分析及对策选择”,《经济师》,第9期,2007
[3]谢 杰:“中国粮食生产影响因素研究*”,《经济问题探索》,第9期,2007
[4]马红波 褚庆全:“我国粮食生产波动及其影响因素分析”,《安徽农业科学》,2007
[5]吴俊达 瞿 翔:“中国粮食增长的贡献因素分析及政策建议”,《当代论坛》,第10期,2007
[关键词]齐齐哈尔;粮食物流中心;设计
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2016.41.017
1 引 言
随着经济全球化及信息现代化的迅猛发展,合理的粮食物流中心规划、建设对于降低粮食成本、提高农民收入、加快农村发展,具有尤为重要的意义。粮食物流中心规划研究应该既包括宏观位置、发展趋势(量化)的研究,又应该包括粮食物流中心的内部详细规划。目前,我国针对粮食物流中心的规划设计研究正在发展阶段,围绕相关规划的深入研究有待进一步发掘。宏观物流中心规划因不同类型物流中心选址需要考虑的因素不同。物流中心类型可以分为转运型物流中心、储备型物流中心和综合型物流中心。微观物流中心规划指物流中心内部的规划研究。
齐齐哈尔市地域广阔,文化底蕴厚重,拥有世界上仅有的三块黑土地之一,全市粮食产量占黑龙江省的1/5,全国的1/50。2015年,齐齐哈尔粮食产量实现229.96亿斤,农民人均可支配收入11310元,实现农业七连增。全市落实核心区404万亩,播种大垄玉米287.3万亩,大垄大豆35.2万亩,大垄马铃薯34.6万亩。2015年,农产品加工转化率达42%。王乐平等(2015)对齐齐哈尔现代农业发展进行了研究,主要在农产产业发展模式、利益共同体建设、规范化生产、农产品质量安全等方面进行探讨。研究齐齐哈尔粮食物流中心建设对于节省物流成本、提高粮食加工效率、减少粮食损耗等具有重要意义,是政府制定规划设计的重要参考。齐齐哈尔作为我国东北重要的粮食生产基地,开展区域粮食物流中心设计研究具有重要意义。
2 选址方法
齐齐哈尔粮食物流中心是综合型物流中心。宏观选址方法有定性和定量两种。定性方法,通常也称“多准则决策”,根据选址时需考虑的各种影响因素(准则),通过综合的定性分析,建立评价指标体系,且常常采用层次分析法、模糊综合评判法、德尔菲法(Delphi)等评价方法。定量方法一般用可量化的描述成本的数学公式为目标函数进行优化选址,常以物流过程总费用最小为目标,通过设定一些参数、变量,并对问题作一定的假设,建立一个比实际情况简单的模型,通过求解模型得出方案。比较典型的定量方法包括重心法、Baumol-Wolfe法、混合整数规划法、启发式算法等。其中,重心法是单设施选址最为常用的方法,它将运输成本作为唯一的选址决策依据,是一种静态的选址方法。
微观物流中心规划主要应用系统设计理论(工厂平面布置方法)。“系统布置设计(SLP)”法是由R.缪瑟(R・Muther)首先提出的,最初是一种代表性的工厂布置方法。该方法提出了作业单位相互关系密级表示法,使布置设计由定性阶段发展到定量阶段。Russell D.M.等(1996)首次提出了平面设施布置的流程图法,从各种产品的生产流程角度进行设施布置。刘正刚等(2001)认为目前设施布局的研究趋向于两个方向:一是系统布置设计(SLP)发展为战略设施规划(SFP);二是计算机辅助设施布置方法的发展。
3 齐齐哈尔粮食物流中心宏观设计
齐齐哈尔粮食物流中心宏观设计分两步:第一步需要考虑粮食物流中心设计的发展趋势(量化);第二步需要考虑粮食物流中心的具体选址。
粮食物流中心的具体选址可从齐齐哈尔行政规划来进行划分。相关研究主要从区域社会经济发展、物流成本、粮食产量基本情况等方面予以考虑。
粮食物流中心设计的数量主要依据粮食产量增量。2015年,国家发改委、粮食局等联合发出通知明确,继续在东北三省和实施玉米临时收储政策。在国家大政策背景下,齐齐哈尔市种植结构实现重要调整,种植结构“三增两降”,2015年水稻、马铃薯、杂粮分别比上年增加71.7万亩、28万亩、38万亩,玉米、大豆减少92万亩、122万亩。根据国家政策和当地地方政策,粮食物流中心的数量需要进行及时快速响应。目前,齐齐哈尔市对粮食结构种植的基本基调为:玉米要坚持适区种植,对不适于加工和做饲料的品种要坚决退出种植。大豆要保持总体稳定,发展高蛋白大豆、豆浆豆、芽豆等品种,并促进粮豆合理轮作。齐齐哈尔2010―2014年粮食产量情况如下所示。
龙江县结合实际,确立了“一减五增”的整体思路,即:减玉米、增水稻、增杂粮、增杂豆、增经济作物(瓜菜)、增饲草。该县突出了小米产业的发展,立足生态、加工企业、绿色标志、市场口碑等优势,通过健全“基地―仓储―加工―销售―物流―餐桌”全程可追溯流程。富裕县作为全国“粮食生产先进县”,推进农业供给侧结构性改革。富裕县部分地块属于沙质土壤,适宜种植谷糜等杂粮杂豆,且农户有着传统的种植习惯和丰富的种植经验。依托资源优势和市场需求,2016年,富裕县扩大杂粮杂豆种植面积,重点依托富南灌区建设,全县新增水田面积6.8万亩。水稻面积增加到75万亩,玉米面积减少到130万亩,杂粮面积增加到5万亩。讷河市地处齐齐哈尔地区最北部,马铃薯种植历史悠久,享有“中国马铃薯之乡”的美誉。2015年,讷河市种植杂豆面积30多万亩,主要品种为小粒大豆、红小豆、黑小豆、中白芸豆等,平均亩产150公斤,总产近4.5万吨。水稻种植面积增加到70万亩。2016年,讷河市在农业种植结构调整中,把现代中药作为重点产业来抓,增加中药材种植比重。克东县是全国非转基因大豆之乡,2015年种植大豆83万亩。
分析得出,齐齐哈尔整体粮食产量再提升,粮食物流中心数量应需要满足粮食产量增长的要求,数量增加为3%左右。其中,水稻、马铃薯、杂粮等类别性粮食物流中心数量增加,玉米、大豆等类别性粮食物流中心数量减少。根据粮食产量和作物情况,建议建设龙江县为水稻物流中心,富裕县为杂粮物流中心,讷河市为薯类物流中心,克东县为全大豆物流中心,其他拜泉县、甘南县、依安县、泰来县根据“三增两降”的模式、配合周边地域粮食物流中心建设情况进行调整。
4 齐齐哈尔粮食物流中心微观设计――以玉米为例
以玉米为例分析粮食物流中心微观规划设计,首先需要建立玉米物流中心的业务流程。假设物流中心作业流程及物流量如图1所示。
通过玉米作业流程和流量的计算,可以得出各个单位物流关系相关表。在SLP中作业单位间相互关系密切程度等级划分为A、E、I、O、U、X,即绝对重要、特别重要、重要、一般密切程度、不重要、负的密切程度。
根据玉米业务流程中功能区域划分的非物流关系,主要是信息流、配合相关程度等,建立玉米物流中心的非物流关系相关表。
物流与非物流的相互关系的相对重要性加权值m∶n=2∶1,实际情况可根据要求对权重适当调整。SLP方法中一般取A=4,E=3,I=2,O=1,U=0,X=-1,建立相关表及非物流相互关系表,最后得出物流综合表。
在SLP作业单位位置相关图中,玉米物流中心并不直接去考虑各作业单位的建筑物占地面积及其外形几何形状,而是从各作业单位间相互关系密切程度出发,安排各作业单位之间的相对位置,关系密级高的作业单位之间距离近,关系密级低的作业单位之间距离远,反复叠代、逐步细化地寻求最优解的过程,由此形成作业单位位置相关图。
5 结 论
粮食物流中心设计是一门结合数学、逻辑学、规划学等多门学科设计艺术。根据政策、粮食产量等可以对齐齐哈尔粮食物流中心的整体选址、下一步增量进行分析。利用SLP等系统布置方法能够对粮食物流中心进行基本的规划设计,具有一定的参考意义。
参考文献:
[1]王乐平,李莉,郑岩.论齐齐哈尔现代农业发展[J].理论观察,2015(7):105-107
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[3]刘正刚,姚冠新.设施布置设计的回顾、现状与展望[J].江苏理上大学学报:社会科学版,2001(1):74-78.
关键词 土壤通气不良;作物;影响;改善措施
中图分类号 S154.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2015)13-0272-03
土壤是作物生长发育的立地条件,只有协调好土壤水、气之间的矛盾,才能使作物根系大、分布广,进而促进作物 生长健壮,达到高产。长期以来,作物根系对空气需求的试验、研究极少。为了不断提高粮食产量,确保粮食安全,笔者从土壤通气不良的影响、形成原因及改良办法三大方面阐述了改善作物根际土壤通气状况,促进粮食增产的做法。
随着现代农业发展及农村劳动力结构改变,小型农机耕作具逐步退出,大型旋耕机具已成为粮食作物生产的主力,小麦、玉米等粮食作物旋耕面积几乎达到80%以上,连年旋耕导致土壤耕作层变浅,犁底层上移,加之有机肥使用减少,田间土壤管理粗放、灌溉方式不合理等导致土壤容重增大,孔隙度减少,土壤蓄水量减少,土壤通气不良,严重影响着粮食生产的安全发展。
1 土壤通气不良对作物的影响
1.1 对种子发芽出苗的影响
适宜的温度、水分、空气是种子发芽的必要条件。种子发芽时,需要将贮存的营养物质逐渐氧化分解为幼苗生长的原料,当土壤粘重或含水量过高时,土壤板结,空气容量严重不足,种子储藏的营养不能正常转化,不能发芽或勉强发芽出苗,高产的基础极不牢固。据试验,玉米播种时土壤含水量为10%~12%时,出苗率为10%左右。土壤水分含量为13%~14%时,出苗率为60%左右。当土壤水分含量为15%~16%时,出苗率为97%。但当土壤水分超过18%~20%时,出苗率明显下降,仅为80%左右。这就说明,协调好土壤水、气矛盾,可以提高种子发芽出苗率,为高产奠定好基础[1-3]。
1.2 对农作物生长的影响
小麦出苗以后,若土壤严重板结,土壤通气不良,小麦根系的生长就会受到抑制。据观察与调查,在土壤质地粘重、地下水位高的田块,小麦根系下扎深度为60 cm左右。当降低地下水位,增加土壤空气容量,小麦根系下扎深度可达到110 cm以上。因此,在小麦灌水时应采取加大灌水量,减少灌水次数,增加土壤空气容量,有助于根系下扎;玉米出苗后,由于土壤板结严重,或出苗后遇旱进行大水漫灌,造成土壤中空气较少,氧气不足,根系生长不良,根系下扎较浅,幼苗叶黄、瘦小,易发生倒伏,为后期生长发育埋下祸患[4-6]。
1.3 对作物产量的影响
玉米对空气的反应十分敏感,据有关资料报道,玉米在土壤缺少氧气的条件下,产量降低50%~70%,小麦产量降低20%~30%,高粱产量降低25%~30%,大豆产量降低35%~40%。玉米最适宜的土壤空气容量为30%左右,小麦为15%~20%左右。土壤空气中的含氧量为10%~15%,最适宜根系的生长,低于此含量,根系生长就要受到影响。据笔者近年来下乡调查观察了解,也证明了这一点。通过对23块机井边种植的玉米调查统计,尽管该田块不缺水分,水、肥都能得到保证,但土壤板结严重,土壤中的空气容量偏低,导致产量不高。据统计分析,较生长正常的旱地玉米减产24.7%左右。
1.4 对作物营养元素吸收的影响
据资料分析,在土壤通气不良时,玉米吸收各种营养元素的功能具有不同程度的降低。大致次序为钾、钙、镁、氮、磷。当对土壤通气改良后,玉米对各种营养元素的吸收量增加,增加的次序为钾、氮、钙、镁、磷。
2 造成土壤通气不良的因素
2.1 土壤活土层较浅
20世纪70年代土壤耕翻主要采用“东方红75连滚”进行深翻,打破了历史以来形成的犁底层,活土层增厚,土壤疏松,通气良好,土壤蓄水量增多,作物根系处在氧气充足的环境条件中,生长正常,促使植株生长发育健壮,对粮食作物的增产、稳产起到了积极的推动作用;80年代,实行以后,大田被分割成绺绺田,大型机械无法操作,大多数田块采用小型拖拉机进行耕翻,深翻深度为20 cm左右,虽然耕作深度变浅了,但由于家家户户养殖大家畜,有机肥源充足,有机肥施用量较大,约70%以上的土地施用有机肥,土壤有机质含量较高,理化性状得到改善,土壤空气容量较高,致使粮食作物长势健壮,产量大幅度增加,家家有余粮,一般家庭存放的粮食可供3年以上的自足;2000年以后,大部分农田的耕作主要采用旋耕机耕翻,翻耕深度为10~15 cm,使得土壤活土层变浅,加之有机肥施用量大幅度减少,土壤有机质含量逐年下降,土壤板结程度越来越重,土壤容量逐渐变大,严重影响着粮食生产的安全发展。
2.2 有机肥施用不足
20世纪70年代以前,以单纯施用有机肥为主,每年大约60%的土地施用有机肥,施用量为30 t/hm2左右,土壤有机质含量较高,土壤理化性状较好,土壤通气性良好,作物长势健壮,虽然产量较低,但年年稳产;80年代,农村家家户户饲养大家畜,有机肥源较为广泛,大约80%的耕地面积上施用有机肥,施用量45~60 t/hm2,并配合施用部分速效肥料,做到有机肥与无机肥相结合。由于连年施用的有机肥量较大,土壤有机质含量有较大的增加,土壤质地发生了较大变化,土壤通气性良好,粮食产量大幅度提高;2000年以后,农村大家畜饲养量急剧减少,有机肥源严重不足,几乎全靠化肥维持作物生长发育对养分的需求。据调查,近年来施用有机肥的面积占粮田面积的10%左右。由于较长时间无有机肥可施,导致土壤团粒结构遭到破坏,土壤通气不良,进而致使作物的根系发育不良,吸收功能降低,倒伏加重,对产量影响较大。
2.3 灌水不合理
有水就灌,大水漫灌,土壤板结严重,植株生长不良,造成产量降低。玉米是需水量较多而又不耐涝的作物。如果土壤水分过大,含水量超过20%以上时就对玉米生长不利。在土壤缺氧的状态下,不利于土壤好气性微生物的活动,影响矿质营养元素的分解和供应,而嫌气性细菌活跃,大量增加了土壤中有机酸和无机酸,增加了土壤溶液的酸度,直接影响玉米对矿质营养的吸收。同时,土壤在嫌气条件下会产生一些有毒的还原物质,如硫化氢等物质,直接毒害根系,致使根系死亡。
2.4 土壤管理不到位
由于除草剂的大面积应用,人们忽视了中耕的作用,特别是灌水后中耕松土工作。由于长期不进行中耕松土,造成土壤板结,土壤通气不畅,从而作物根系活动受到抑制,作物幼苗黄化、干枯时有发生,严重影响着粮食作物的稳产高产。
3 改善土壤通气性的措施
3.1 规模经营,推动土地合理流转
据农业部最新,全国已合理流转土地28%左右,流转面积逾0.2亿hm2。土地实行合理流转对提高粮食产量主要有四大好处:一是可以稳定粮田面积。大面积粮田逐步集中于种田能手处,农业新技术、新品种能够快速推广应用,并能按照各种作物的需水、需肥规律进行科学耕作、管理,使各项技术措施落到实处,促使粮食产量有较大幅度的提高。二是有利于大型机械作业。土地合理流转,使小块地变为大片田,种植面积扩大,便于大型机械进行深翻、整地、播种、收获等。能够使土壤得到有效的深翻,增加活土层厚度,改善土壤水、气状况,增加粮食产量。同时,集约化经营可以省时、省工、省燃料,节约成本,增加经营者的经济收入。三是利于轮作倒茬。单家独户种植,由于土地面积较小,无作倒茬,一种作物连续种植10余年,使土壤养分条件恶化,微量元素养分缺乏,引发作物缺素症的发生,病虫害多发。土地合理流转后,种植面积增大,有利于实行合理的轮作倒茬。做到用地与养地相结合,有利于土壤熟化,改善土壤理化性状,促进作物健壮生长,夺取高产。四是有利于种植部分绿肥等养地作物。由于土地合理流转后,土地集约经营、规模经营面积较大,每年用5%~10%的面积种植绿肥,增加土壤有机质含量,改善土壤质地,协调土壤水、气矛盾,促进作物正常生长发育,提高粮食产量。同时,集约化经营以后可以解放部分农村劳动力,使这部分人专心进城务工,增加农民收入,加快城镇化建设。也有利于经营者集中生产,统一销售、统一采购农用物资等。保证生产的粮食既产量高,又质量优,确保粮食安全。
3.2 深翻改土,增加活土层厚度
土壤质地粘重的田块,遇雨或灌水后土壤微粒急剧膨胀,形成胶粘物质,水分不能下渗,气体不能交换,一旦水分蒸发,土壤迅速干涸,体积猛烈收缩,土壤坚硬,地表板结龟裂,不利于作物根系的生长与活动。因此,必须进行深翻改土,增强土壤活土层的厚度,调节土壤水、肥、气热,增加土壤总孔隙度,是增加土壤空气容量最有效的措施,也是促进粮食再创高产的基础。但对于旱地土壤,切忌年年深翻,因为频繁深翻易造成土壤过于疏松,土壤保水能力下降。因此,旱地最好每隔3~5年轮翻1次,深翻深度以25~30 cm为宜,其余年份可进行浅耕,耕翻深度以15~20 cm为宜。这样既可增加土壤深翻深度,打破犁底层,有利于保水保肥,又不致土壤过于悬虚,影响保水性能,还能增加土壤空气容量,很好地解决土壤水、气矛盾,促进作物健壮生长,使粮食产量不断提升。
3.3 广开肥源,增加有机肥施用
当土壤施入有机肥后,经过微生物分解后产生腐殖质,这些腐殖质能促进土壤团粒结构的形成,增加土壤孔隙度,改善通气状况,提高保水、保肥能力,能够有效调节土壤中水、肥、气、热状况,达到改良土壤、培肥土壤的目的。增加有机肥源的措施:一是大力推广积、搜、沤肥活动,千方百计广开肥源,扩大有机肥的施用量,改善土壤性状。二是努力推广沼气池建设,沼渣作为优质有机肥施用后能够促进土壤团粒结构形成,提高土壤通气性,减轻土壤粘重程度。三是要扩种绿肥和养地作物,通过种植绿肥,然后进行压青,增加土壤有机质含量,起到改良土壤的作用。四是适当从养殖专业户处购买部分有机肥,如羊粪、鸡粪、油饼等,增加有机肥的施用。五是选用质量较好的生物有机肥,补充有机肥不足的问题。
3.4 秸秆还田,提高土壤肥力
玉米秸秆还田是目前解决有机肥不足,补充和平衡土壤养分,提高土壤有机质含量,改良土壤的有效办法。据测定,玉米秆还田7.5~10.5 t/hm2,1年后土壤有机质含量相对提高0.05%~0.15%,土壤容重下降0.03~0.14 g/cm3,土壤孔隙度提高1.5%~5.0%。因此,玉米秸秆还田是一项节本增效的有效措施,应大力推广小麦高留茬和玉米秸秆还田技术。玉米秸秆还田应掌握好适时收获、粉碎深埋、适量灌水及病虫防控等要素,以便秸秆快速腐烂,降低对下茬作物的影响。
3.5 纠正灌水误区,合理灌溉
目前在玉米灌水上的误区:一是灌水不及时,不是按照玉米的需水规律灌水,而是在受旱严重时才浇“救命水”。致使玉米受旱严重,虽然解决了空气的问题,但水的矛盾更加剧烈。二是灌水无规律,部分农民种植在机井边或灌水条件好的田块,灌水无规律,见旱就灌,多次重复,导致土壤板结严重,土壤氧气不足,植株生长不良,造成大幅度减产。三是灌水量过大,多采用大水漫灌,如遇地势低洼或土壤质地粘重的田块,极易造成渍害,根系处在无氧条件下就会死亡。因此,灌水提倡小水细灌或隔沟渗灌,有条件的可采用喷灌或滴灌,提高水的利用率,减少土壤板结,为玉米生长创造良好的土壤条件。四是遇涝不排,玉米虽然需水量较大,但遇暴雨时,地势低洼的田块容易造成积水,如果积水时间较长就会发生渍害,土壤氧气缺乏,根系呼吸困难,影响正常的生长。
3.6 加强田间管理,协调水、气矛盾
小麦田管理的中心措施是搞好冬春碾压、耙耱、中耕松土。碾压:一般需要进行2次,第1次在冬前,这次碾压的作用主要是由于小麦播种后,秋高气爽,降雨量逐渐减少,加之土壤悬虚,土壤空隙过大,土壤水分大量蒸发散失。碾压以后,可以踏实土壤,防止吊根死苗,减少土壤水分蒸发。第2次是春季碾压,这次碾压的作用是促进土壤保水和防止麦苗旺长,对防止后期倒伏作用巨大。耙耱:耙耱至少要进行2~3次,冬季耙耱,对于土壤悬虚的田块可以沉实土壤,减少水分蒸发,对于播后遇雨、板结严重的田块,可以疏松土壤。农谚对耱麦有较高的评价,“十月耱麦巧上粪(农历)”“麦耱三遍,腹沟自平”,这就充分说明了麦田耙耱的重要性。春季进行顶凌耙耱,既疏松土壤、增加土壤中氧气含量,又保蓄水分,防止土壤水分散失。中耕松土:中耕松土的作用主要有3个方面,一是保墒,二是疏通土壤空气,三是清除杂草。特别是灌水以后必须进行中耕松土,为根系的活动与吸收创造有利的环境条件。
玉米苗期田间管理的主要措施是中耕松土。中耕松土是玉米苗期田间管理的重要工作,也是控上促下、增根壮苗的主要措施。春播玉米苗期一般进行2~3次中耕,通过中耕,不但可以疏松土壤,促进土壤空气流通,增强玉米根系的发育,而且有益于土壤微生物的活动。春玉米苗期通过2~3次的中耕,既能增强土壤通气性,又能清除杂草,还能提高地温,对幼苗的健壮生长具有十分重要的意义。
4 结语
总之,只有充分协调好土壤水、肥、气、热状况,为作物根系生长创造良好的环境条件,才能促使作物根系发育,达到根深叶茂,生长健壮,增强抗御各种自然灾害的目的,使粮食产量不断提高,保证粮食安全。
5 参考文献
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一、加大农业技术培训和推广的力度,完善农业技术推广体系,使农民获得更多的合理施肥信息
农业技术推广是合理引导农户施肥的重要环节,基层农业技术推广站对农户家庭化肥等农业生产资料施用以及其他生产技术问题有着重要的指导作用,对促进农业科技水平提高和农业发展作出了很大贡献。但我国的基层农业技术推广体系并不是很完善,在发展中存在较多的困难与问题,如农技推广机制不活、推广方式单一、推广手段落后、推广经费紧缺、人员素质不高、服务组织发育滞后,一直是个比较普遍的问题。因此应出台相关政策,加强基层农业推广站建设,加大对农业推广站的补贴力度,积极探索农技推广管理体制创新模式,选拔专业技术强的技术人员,以保障广大农村所需的技术指导。此外,基层农业推广站应采取灵活的方式,如以讲座、田间试验等方式,对户合理施肥、科学施肥进行宣传与引导。
二、农业部门和厂商联合,加大推进“测土施肥”力度
在化肥需求中,最科学的办法是根据土壤的质量情况以及农作物对化肥养分的实际需求进行施肥,不同的区域及类型的土壤特性不同,不同作物需要的养分含量也不一样。根据相关文献的研究,发现在国外已经实行最佳养分管理,对农田轮作类型、施肥量、施肥时期、肥料品种、施肥方式的规定。近年来我国所进行的“测土施肥”力度虽大,但推行的范围却不广,这主要原因是这个方面的农业补贴比较少,地方性的土壤养分检测系统不完善。在这种情况下,为了解决经费问题,地方农业部门应该与化肥厂商合作,通过与化肥厂商“联姻”,让厂家参与,来检测当地的土壤特性,根据不同的作物开发不同配方的化肥,因地制宜,因作物而异,为当地的农作物开“药方”实现与化肥生产企业共赢的模式。通过这种方式加速“测土施肥”的推行,以科学、合理的方法对作物进行施肥,在保障粮食产量的同时,又对环境的危害阳氏到最小程度,实现农业可持续发展。
三、加强农民生态环境保护知识的普及教育
在大力发展农村经济的过程中,缺乏对生态环境保护知识的普及教育。许多农民一味追求产量最大化和劳动强度最小化,在种植粮食过程中大量施用化肥、农药,加剧了农业环境污染。这种片面追求经济效益,只求自己赚钱,忽视环境效益,不顾环境污染的行为使农业可持续发展难以为继。虽然过量施用化肥特别是过量施用氮肥,能在一定程度上提高粮食产量,但长期施用特别过量施用就会造成土地板结,生产力低下,为了维持产量,化肥的施用量还要增加,这就造成恶性循环。因此,须从传统的仅重视微观化肥销量和作物产量的观念转变到社会、环境成本与直接经济收益并举的新观念上来,使农民认识到环境效应的重要性,从长远利益考虑问题,而不是片面追求眼前利益。
1 深耕综合整地
随着农机技术的发展,目前整地方法有多种形式。但能够适应农村土地承包到户的形式,适应现代农业低投入高产出的要求和抗旱需要的技术不多,经实践证明,深松、灭茬、旋耕、施肥、起垄综合整地技术比较适用、先进。能满足农业生产要求,是近期秋整地的主要作业方式。
1.1 能够蓄水保墒,增强抗旱能力
实现深耕综合整地技术后土壤细碎且松软,旋耕深度可达20~25cm,深松达40cm。增强了土壤的通透性,增加了土壤的渗水和蓄水能力。可充分接纳天然降水并储存起来,使有限的水资源最大限度地用于春播。同时,实施该技术,机组一次作业就可达到播种状态。因此,可实现播前不动土,减少了土壤水分的蒸发,提高了抗旱能力。
1.2 能够根茬还田,增肥地力
机组作业可使根茬直接粉碎还田,可增加土壤中有机质和腐殖质含量,补充土壤养分的不足。
1.3 能够适应农村土地承包形式
该技术是原垄耕作,不打破户与户之间的界限,适应现在的土地承包责任制形式。
1.4 一机多用,提高了工作效率
机组一次进地就可完成灭茬、旋耕、深松、起垄、施肥等多项作业,一台机组能干多台机组的活,大大提高了工作效率。同时,由于机组进地次数的减少,减轻了机组重复进地对表土层的破坏。
1.5 能够减少投资,降低成本
一台机组就可完成多项作业,避免了老三样(翻、耙、压)耕作方式需购买多套机具的缺点。减少了投资,降低了成本。
2 全方位深松
全方位深松技术就是利用全方位深松机对耕地进行深松作业。深松深度可达40~50cm,能够彻底打破犁底层,加深耕作层。并可形成虚实相间,松土层底部形成鼠道的土体构造。全方位深松技术是提高土地旱作生产潜力的根本性措施。应用此项技术有如下几点好处。
2.1 增强土壤提墒防旱和蓄墒防涝的能力
全方位深松机耕作过的土壤形成虚实并存的耕层结构。虚的部分就是深松铲作业的部分,这部分犁底层被打破,耕层加深。虚的部位能多蓄水防涝害,并将水转供实的部位。实地部位就是未经过松土铲作业的部分,这部分能借助发达的毛管孔隙,将下层的水分提到根系集中的上部。
2.2 改善耕层理化性能,增加土壤肥力
深松后土壤疏松,孔隙度增加,气体交换加快,地温提高。因此,改变了水、肥、气、热状况,促进了微生物活动,进而加速了土壤养分的转化过程。
2.3 加深耕层,增加粮食产量
深松使耕层土壤只松碎,不翻转,不乱土层,加深了耕层,扩大了根系的生活领域。作物根系入土深,分布广,为作物生长创造了良好的土壤条件。也促进地上部分生长发育,表现为根深叶茂,产量高。
2.4 松碎土壤效果好
在宜耕的土壤温度下,全方位深松后的大部分土块半径在3~10cm之间,有利于恢复土壤的团粒结构。
2.5 受益时间长,作业成本低
作业一次,可受益三年,是耕翻技术中作业成本较低的一项。
2.6 全方位深松技术还适宜于洼地排水、盐碱地排盐及瘠薄地使用,沙性土壤慎用。
3 小四轮秋打垄
目前,农业机械逐步向大、中型发展、大型机具一次完成多项作业整地技术已深受广大农户欢迎,农民已深深认识到秋整地的重要性。但就目前大型机保有量来看,还远远满足不了秋整地技术需要,还应利用现有小型机具进行秋整地作业。小四轮拖拉机在农村的拥有量最多,它与三行中耕机配套就可进行秋打垄作业。其技术要点是:在秋收后,首先进行灭茬,由小四轮配带二行灭茬机进行机械灭茬。这样做即可消灭根茬,又能使根茬还田,培肥地力。其次,进行底肥深施。用小四轮配带三行深施肥机可进行施底肥,施肥深度要在垄沟下5~10cm。第三,用小四轮拖拉机配带三行中耕机进行打垄作业,垄高要达到15~20cm。最后用小四轮配带V型镇压,以利保墒。
4 深松、秸秆覆盖
深松、秸秆覆盖技术就是利用机械将秸秆粉碎还田覆盖于地表、然后利用深松机械将土壤进行深松的一项农机化耕作技术。它是旱作农业的成熟耕作技术。是一种物理性保护土壤的措施。是解决农业干旱问题的必要手段,有利于农业的可持续发展。该项技术的优点为:
4.1 能够提高土壤的含水能力和保水能力。
4.2 由于秸秆粉碎后覆盖在土壤表面,加之用深松机对土壤进行深松可更有效地吸纳降水,防止了径流和减少了蒸发损失,从而使有限的天然降水能够充分地用于作物生长。
关键词:农业种植;生物技术;推广
随着科学技术的发展,生物技术越来越多地应用于农业种植,成为我国重点研究的对象。我国的人口众多,但耕地面积相对较少,要满足社会和人们生活的需求,首先要提高土地的利用率,提高农产品的产量和质量。近年来,随着农药、工业化肥的大量使用,对农业的生产带来较大的安全隐患,而生物技术的发展可以有效地解决这一问题,对农业的发展也起着很重要的作用。因此,大力发展生物技术,使其广泛地运用于农业生产之中,能够大大促进我国农业的发展。
1农业种植中生物技术的应用现状
首先,生物技术在农业种植中的推广和应用是有很大成效的。科技的发展为农业生物技术的推广应用注入了新的活力,推动了生物技术的进一步完善和成熟。我国地域面积辽阔,农业种植有广阔的发展空间,随着国家对“三农”建设支持力度的加大,生物技术有了更大范围的推广实施。目前,我国的粮食产量逐渐增加,种植品种不断优化,农作物的产量和质量都有了质的飞跃,提高了我国农产品在国际市场上的竞争力。其次,我国的生物技术相对于发达国家来说还存在着一定的差距。我国的生物技术起步比较晚,虽然在国家政策的支持下,在兴起的短时间内就已经取得了十分不错的成就,而且在一些关键技术上还取得了突破性进展,甚至达到了世界领先水平。
2我国农业种植中生物技术运用的重要性
我国是世界上人口最多的国家,所以我国对农产品的需求量也是很大的。近几年很多新技术都出现在了农业生产领域当中,生物技术就是其中十分重要的一种,它的发展速度非常快,并且已经在农业生产中开始应用。如果在没有污染的自然生态环境中,这项技术可以有效地解决我国粮食短缺的问题。而且这项技术在应用的过程中也存在着非常显著的优势,该技术不需要大量的投资,产量也非常高,同时收益也比较好,见效也非常快。与此同时,这项技术也可以使得资源的配置效率更高,资源的使用也更加合理,从而也大大降低了资源的浪费概率,对我国生态环境也不会造成非常不利的影响。所以这项技术对农业的发展有着十分积极的推动作用,这也对我国建设生态型社会有着重大的作用。
3农业种植中生物技术的推广应用
3.1转基因技术的运用
所谓的转基因技术,就是指使用人工技术将生物的遗传基因进行相应的剪切、加工和改造,再将其注入到需要改变基因的生物中,达到改变生物遗传特性的一种技术。这种技术主要是在于对需要基因的提取,对多生物的细胞进行相应的检测。转基因技术不会受到生物种类的限制,具有广阔的发展前景。一般来说,可以将任何一种植物的优良基因进行转接,通过改变其他同类植物的性质来改善它自身的某些缺陷。
3.2分子育种技术的运用
目前,随着人口的增加,我国对粮食的需求量越来越大,而我国的耕地面积有限,这就需要对更多先进的生物技术进行研究,提高粮食的产量。分子育种技术的发展可以很好地解决这一问题,增加粮食的产量。对于分子育种技术,比较成功的案例有袁隆平的杂交水稻,它对我国水稻产量的提高起到了巨大的作用。当前转基因技术的运用可能会对人类造成一定的影响,但具体的作用和影响还没有真正的定论。在这样的情况下,分子育种技术快速发展起来。传统的育种技术已经无法满足市场的需求,分子育种技术通过对种子的遗传基因进行标记来对作物进行改良。这种育种方式具有很高的安全性和育种效益,目前已经取得了很好的效果。
3.3组织培养技术的运用
随着人们生活水平的提高,人们对于食品的要求也在不断上涨,开始更多地关注起食品的质量和安全等。生物技术的发展和应用,在这一方面起到了较为明显的作用,很好地改善了食品的质量,在营养价值方面满足了人们的需求。在使用组织营养技术过程中,作物的营养价值会得到很大的改善,抗病能力也会大大加强,这就使生产的食品具有很高的质量,保证了人们所需的营养。这种技术的运用主要是以植物细胞的全能性为基础,使植物组织能够顺利地在无菌环境中生长,形成完整的植被。它的运用可以加快植物的生长速度,并在短时间内培养出更多的高品质品种且保证其安全,对于农业的发展和产品的安全具有极为重要的作用。
4结束语
随着我国人口的递增,提高土地的利用率和粮食产量成为当前最需要解决的问题。生物技术的运用可以大大提高农作物的抵抗能力,提高生产量,并保证粮食作物等的安全和质量,对农业的发展起着积极的作用。
【参考文献】
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[2]陈继侠.农业种植中生物技术的应用研究[J].农业与技术,2015(9):122-123.
关键词:水稻种植;抗病技术;农业发展
随着我国水稻技术的提升和种植面积的增大,水更是发挥着越来越重要的作用,在我国的粮食生产过程中也起到了极大的影响作用。但是现阶段我国水稻的种植中还存在一些问题,尤其是水稻的病虫害,对水稻的产量和质量产生了极大的影响。因此本文针对水稻的抗病技术进行了研究和分析。
1加强水稻种植抗病技术研究的重要性
从现阶段我国整体的水稻生产上来看,虽然我国的粮食产量每年都在不断增加,水稻作为我国一项重要的粮食产物,不仅关系着亿万人口的需求,同时水稻在我国粮食的地位中也发挥着极大的作用。但是近年来,我国水稻的产量虽然在不断增长,但是病虫害的问题始终没有得到妥善的处理和解决,因此这也在一定程度上造成了水稻的大规模患病,严重的还会导致绝产的现象发生。因此必须要对水稻的抗病问题引起足够的重视,深入对抗病技术进行研究和分析,保证我国水稻整体的质量和产量,解决国内一直以来的粮食紧张问题。
2水稻的选种、育种过程中的抗病技术
为了保证在水稻种植的过程中,抗病技术能够得到更好的应用和发展,通常会将其分为几个环节进行抗病,在这个过程中,水稻选种和育种对后续的水稻种植和生产起到极大的影响,也是本次抗病技术的基础。在进行种子的选择过程中,要对当地气候和环境进行一下全面的分析和了解。虽然我国适合种植水稻的地区比较多,但是由于每个地区的自然条件和气候环境都有细微的差异,因此在进行种植的过程中,也要对这些差异进行全面的了解。当水稻的种子选择好了之后,要将种子泡在药物中,这样种子在种植的前期阶段就已经具备了一定的抗病能力。在育种的过程中,通常情况下采用杂交的方式比较多,因此杂交不仅能对品种的提升有一定的帮助,加强了种子的抗病性,同时对水稻产量的提升也有很大的帮助[1]。
3水稻种植的主要病虫害和防治措施
3.1稻瘟病
在水稻的病虫害中,稻瘟病的发生将会使水稻大量减产,严重时甚至会达到40%~50%的减产率,因此对水稻的产量和质量都会造成极大的影响。由于发生的时间和部位不同,因此也可以将这个灾害细致的划分为苗瘟、叶瘟和节瘟等,并且以上几种发病的过程中,节瘟的危害是其中最大的一种。因此在对抗这类病虫害的过程中,可以采用20%浓度的三环唑1000倍液对种子进行浸泡,大约1~2d即可,在水稻的种植初期就对抗病性进行提升。同时在水稻的种植过程中也要加强对水稻的药剂防治,一旦水稻出现初期的发病症状,就要及时的采用药物进行防治,对于稻瘟病的防治一定要提早进行预防。
3.2水稻纹枯病
水稻纹枯病又称为烂脚丫。这种病虫害一旦发生,将会直接对水稻的秕谷率产生影响。发病的初期主要表现为接近睡眠的茎干和叶片上出现的水渍逐渐呈现椭圆形的斑点,随着斑点增多,病斑上就会出现大量的白色菌丝。因此在进行纹枯病的防治过程中,不仅要加强日常对稻田的管理,及时将田间多余的杂物进行出路,减少水田中菌类的生存几率,同时还要进行适当的密植,提高水稻的产量,减少纹枯病的发病几率。
3.3加强科学技术在水稻抗病技术中的应用
随着我国科学技术的提升,在进行水稻的种植和抗病的过程中,要不断加强对科学技术的应用,通过先进的技术手段和方法,将病虫害发生的几率不断降低,保证水稻的产量和质量。在现代社会的进步和发展中,传统的种植方式已经不能很好的满足现代水稻种植的要求了,因此只有大力发展科学技术,将更多先进的技术应用到水稻种植和抗病的过程中,全面提升水稻的抗病性能。
4结束语
水稻作为我国最重要的粮食产物之一,在生产的过程中更应该引起重视,通过对病虫害问题的处理和解决,全面提升我国整体的水稻抗病性,大幅度提升水稻的产量和质量,将现阶段我国的粮食紧张问题得到更好的解决,并通过对水稻的研究,不断提升我国农业种植的水平。
参考文献
关键词:俄罗斯黄花草木樨(Melilotus officinalis);蛋白质饲料;开发与利用
中图分类号:S816.4 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2014)01-0138-04
Exploitation and Utilization of Melilotus officinalis from Russia
LIN Nian-feng,LIU Yan-yan,TANG Jie,BIAN Jian-min,LI Zhao-yang, LIANG Shuang
(College of Environment and Resources, Jilin University, Changchun 130012, China)
Abstract: The amount of grain production of China was not stable, its self-sufficient rate being about 90%. Yet 70 percent of China's yearly demand of corn and soybean was imported. The feed grain demand was growing with the development of livestock industry and reached 45 percent of the total grain production of country. The fierce grain competition between human and livestock threatened food security. The research showed that melilotus officinalis from Russia could be used as forage protein feed for its rich protein, complete amino acid and a variety of biological health elements. The development and application of the green biological health forage products with rich protein could realize the substitution of forage for grains and food safety progress. The characteristics, function and application value were summarized for further exploitation and utilization.
Key words: Melilotus officinalis from Russia; protein feed; exploitation and utilization
收稿日期:2013-06-25
基金项目:国家公益性行业(农业)科研专项(200903031)
作者简介:林年丰(1932-),男,湖北武汉人,教授,博士生导师,主要从事生态环境系统与治理研究,(电话)13578908861(电子信箱)
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中国的粮食生产量一直不稳定,大约在4.5亿~4.9亿t之间波动。1978年为3.05亿t,1996年为4.8亿t,1999年为5.2亿t,是个丰收年,而2003年粮食产量突降至4.31亿t。长期以来,粮食的年增长率较低,为0.9%~1.2%,而粮食年需求增长量为5%[1]。
中国的粮食自给率为90%左右,每年需进口0.3亿~0.5亿t粮食。每年对玉米、大豆的需求量中有70%需要进口,主要用于饲料工业[2]。中国进口大豆的数量占世界大豆总出口量的60%,且中国是美国大豆最大的进口国,因而对世界粮食市场存在一定的依赖性[3]。世界评价粮食安全的方法是以世界当年或本国当年末期粮食库存量占当年粮食总消耗量的17%~18%,作为粮食安全的指标[4]。而中国在2005年该指标曾降至16.2%,表明中国的粮食安全存在隐患。
饲料是养殖业的物质基础,中国的饲料原料是以粮食为基础。自改革开放以来,饲料工业飞速发展,有力地推动了养殖业的发展。在1985~1995年的10年间,中国粮食产量的年增长率仅为0.89%,而畜禽产品的年增长率却大于10%。2006年肉类总产量为2 940万t,禽蛋2 940万t,奶类3 290万t,畜牧业总产值占农业总产值的34%。养殖业的大发展,改变了国人的膳食结构,提高了国人的营养水平。但是也迅速提高了粮食的消费量,饲料粮的消费量占粮食总量的比例大幅增加,如1978年这一比例为15.0%,1990年上升为22.4%,2000年为34.8%,2010年达45.0%。甚至在1999~2003年连续4年因饲料粮供应不足而动用了国库储备粮,形成了人畜争粮的严重局面。饲粮/口粮的比值超过了粮食安全的警戒线,对中国的粮食安全构成了较严重的威胁[3],从而引起了专家学者的高度重视,主张开发利用牧草蛋白质饲料,以草代粮,促进粮食安全[5-7]。
中国牧草资源丰富,有4亿hm2的草地资源,其中约有2.5亿hm2的可利用草地[8]。长期以来,在“重农轻草”思想指导下,对牧草产业的投入不足,管理不力,经营不善,导致中国的草地资源严重退化,利用效率很低,无力支撑现代畜牧业的健康发展。虽然近年来全国开展了封山育林、弃耕还草等生态修复、重建工程,并取得了显著的成绩。但是牧草资源仍然紧缺,不能满足现代畜牧业发展的需求。在对牧草资源的开发利用方面,与先进国家相比差距较大。法国有64%的饲料蛋白取自牧草,美国有58%的饲料蛋白取自牧草,欧洲多国牧草饲料量占总饲料量的50%,新西兰达到了100%,而中国仅为8%。在英国,羊90%的营养、肉牛80%的营养、乳牛60%的营养均取自于牧草[9]。可见中国牧草饲料的开发利用具有很大的空间。如果中国开发牧草资源供1/2的家畜利用,每年大约可节约粮食0.81万t。
1 草木樨及其开发利用现状
1.1 国外对草木樨的利用
草木樨(Melilotus suaveolens)为二年生或一年生豆科草本植物。一般株高1 m左右,全草有香气。以白花草木樨(Melilotus albus)和黄花草木樨(Melilotus offcinalia)为多。2 000多年前,地中海地区的居民将黄花草木樨作为绿肥植物和蜜源植物来栽培。在20世纪20年代初,美国及欧洲一些国家利用其改良退化土壤,效果显著。30年代,前苏联曾利用它进行草田轮作,改良土壤。60年代初,前苏联政府为了扩大玉米的种植面积,大规模开垦草地、草坡地,仅布里亚和国(位于东西伯利亚)就有50万hm2的草地被垦殖,致使土地沙化、盐碱化,土地资源受到严重破坏。为了保护耕地,提高谷物产量,增产牧草饲料,该共和国从1965年开始种植黄花草木樨。在国营农场实行了草谷轮作制度,大面积改良了贫瘠的沙化土壤,提高了作物产量,保护了生态环境,支撑了东西伯利亚地区畜牧业的发展。
1.2 中国对草木樨的栽培与利用
中国最早于1922年栽培过野生草木樨。20世纪40年代初,甘肃水土保持站利用野生白花草木樨、黄花草木樨等进行栽培试验。因为其生长繁茂,收柴多,又能肥田,便进行了小范围的推广,为西北农牧民所喜爱。从50年代初到70年代末,在农业部的指导与支持下,陆续在15省区进行推广种植(以白花草木樨为主),北起黑龙江黑河,南至广西玉林,贯穿了中国的南北疆土,种植面积达80万hm2。因为其耐干旱、耐贫瘠、抗逆性强、适应性广、繁殖力强、固氮力强、增产肥田、产草量高,可做畜禽饲料,获得了较好的经济、生态和环境效益,深受农牧民喜爱,西北农民称它为“宝贝草”。70年代末,自农村体制改革和市场经济发展后,种植黄花草木樨的农民越来越少了。
1.3 俄罗斯黄花草木樨的引进与试验研究
1999年,笔者从俄罗斯西伯利亚地区引进了豆科牧草优良品种斯列金1号黄花草木樨(以下简称俄罗斯黄花草木樨)。该品种是由俄罗斯赤塔州育种站采用阿穆尔州的野生黄花草木樨经自然授粉培育而成,具有耐寒、抗旱、抗碱、防沙、固氮等多种功能,适合在干旱环境中的砂质土壤、砂土和中碱性土壤(pH小于9)中种植;有较强的固氮功能。种植过黄花草木樨的土壤肥力较高,在耕作时可不施肥;种植黄花草木樨可以获得含高蛋白质的青贮饲料和干草,干草可加工成草粉作为精饲料,可与粗饲料搭配饲养畜禽;黄花草木樨可作绿肥肥田增产,还能带动养蜂业的发展。
自引进俄罗斯黄花草木樨以来,笔者在松嫩平原西南部的盐碱化草地上开展了为期10余年的试验性科学研究,在改良盐碱化草地、开发牧草蛋白质饲料等方面取得了重要进展。
2 俄罗斯黄花草木樨的主要营养成分
俄罗斯黄花草木樨的营养价值较高,含有粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、碳水化合物、矿物质、维生素等养分,特别是含有生物保健素。后者对于牧草饲料赋于了特殊的意义和价值。俄罗斯黄花草木樨是一种天然的全价饲料,营养全面,饲料转化率高,比谷物和一般的禾本科牧草更富有营养。现对其主要营养成分蛋白质、氨基酸、脂肪酸进行介绍。
2.1 蛋白质
蛋白质是构成生命细胞的基础物质,是维持人体生命活动的重要成分。蛋白质在整个生命过程中起着重要作用。动物必须从饲料中不断获取蛋白质等含氮化合物,饲料中蛋白质含量的高低对家畜的生长发育乃至动物产品的数量和质量都具有十分重要的作用。饲料是养殖业的基础,蛋白质的含量决定了饲料的质量,蛋白质饲料资源的缺乏将极大地制约养殖业的发展,这充分体现了蛋白质养分的重要性。
笔者对俄罗斯黄花草木樨根、茎、叶、子实中的蛋白质含量进行了多次的平行检测(表1),测得其含量分别为13.19%、13.78%、28.69%和51.14%。其根、茎的蛋白质含量均高于黑麦草(11.30%)、小米(9.70%)、面粉(9.50%)、玉米(9.00%)和大米(7.50%)。由此可见俄罗斯黄花草木樨中的蛋白质含量十分丰富,完全可以开发成为优质牧草蛋白质饲料。
2.2 氨基酸
氨基酸是含有氨基和羟基的一类有机化合物的通称,是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位。它是生物体内不可缺少的营养成分之一,如果人体缺乏任何一种必需氨基酸,就可能导致生理功能异常,影响机体正常代谢,进而导致疾病的发生。氨基酸有22种,其中有8种氨基酸为人体所必需,故称为必需氨基酸。植物能合成自身所需要的氨基酸,动物则不能。氨基酸可分为L型和D型两种,L型氨基酸的生物学效价比D型氨基酸(除蛋氨酸外)高,大多数D型氨基酸不能为动物所利用或利用率很低。在天然饲料中L型氨基酸易被吸收利用。
笔者对俄罗斯黄花草木樨根、茎、叶、子实中的氨基酸总量及其中的必需氨基酸含量进行了平行检测,其结果见表1。从表1可以看出,俄罗斯黄花草木樨氨基酸含量在植株中的分布趋势与蛋白质相同,其中子实中的氨基酸含量最高,其次为叶、茎、根。研究表明,根、茎、叶中的氨基酸均有利用价值。
2.3 脂肪酸
脂肪酸包括饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸两类。经笔者检测,俄罗斯黄花草木樨叶中的脂肪酸含量为2.70%,其中饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸含量分别为2.06%和0.64%;子实中的脂肪酸含量为8.00%,其中饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸含量分别为3.85%和4.15%。从营养学的角度看,对于牧草饲料而言,该含量完全可以满足饲喂动物的营养需要。
脂肪酸作为一种能量养分,在畜禽日粮中越来越受到重视,它对畜禽的生长发育有着重要作用。不饱和脂肪酸具有降低胆固醇、抗脂质过氧化作用;此外,对机体代谢和疾病预防也有一定的作用。
3 俄罗斯黄花草木樨的生物保健成分
3.1 俄罗斯黄花草木樨中的生物保健成分
俄罗斯黄花草木樨中的生物保健成分指的是其中的次生代谢产物,如黄酮、皂苷、多酚、多糖、生物碱和香豆素等,在植物体内一系列相关酶的作用下,以其初生代谢产物糖、脂及蛋白质类物质为底物而产生的并非其生长发育所必需的小分子有机化合物。其形成、分布通常具有种类、器官、组织和生长发育期的特性[10,11],对于畜禽有多方面的保健作用。如黄酮可促进动物生殖系统发育,提高其繁殖力;增强不同动物细胞和体液免疫功能,对动物免疫功能有显著的提高作用[12]。皂苷可增强动物免疫系统的功能,提高动物的免疫力[11]。多酚具有抗虫、抗真菌、抗细菌的功效,对植物有保护作用,还具有抗氧化和清除自由基的功能,有利于改善肉类的品质。研究表明,茶多酚能显著抑制小鼠癌症的发病率,提高种鸡的繁殖性能,提高肉鸭的日增重、降低料肉比[13]。香豆素具有抗炎、抗菌、抗凝血的功能,近年来还发现香豆素有预防艾滋病(AIDS)的作用[14]。生物碱对于畜禽有抗炎、抗菌和抗病毒的作用。多糖可提高鸡的抗病能力,抵御禽流感(AI)[15];可以促进动物生长,具有增加营养物质利用、提高畜禽的生长速度、增强机体抵抗力的作用,能够提高肉、蛋、奶品质及产量[16]。
综上所述,可将俄罗斯黄花草木樨的次生代谢产物统称为生物保健素,饲料中的生物保健素对养殖业的健康发展有极重要的作用。
3.2 俄罗斯黄花草木樨生物保健成分的含量检测
笔者对俄罗斯黄花草木樨根、茎、叶、子实中的各项生物保健成分进行了系列平行检测,结果见表2。由表2可见,俄罗斯黄花草木樨株体的各部位都含有次生代谢产物。就叶而言,其皂苷和生物碱的含量较高,分别为2.686 7%和1.366 0%;多糖和黄酮的含量较低,分别为0.048 0%和0.022 3%;多酚和香豆素为中等含量,分别为0.882 1%和0.352 7%。采用俄罗斯黄花草木樨长期饲喂畜禽具有较好的预防保健作用,尚未发现其不良反应。
4 俄罗斯黄花草木樨的开发与利用
俄罗斯黄花草木樨不仅富含蛋白质,而且还含有多种生物保健素。因此,可以作为绿色蛋白质生物保健牧草饲料产品来进行开发利用。
4.1 俄罗斯黄花草木樨牧草产量
俄罗斯黄花草木樨生命力及繁殖力强,除了低洼潮湿土壤不宜种植外,几乎适于各类土壤,如弃耕地,中、重度盐碱化土壤,砂质土壤、贫瘠化土壤等。种植1年的黄花草木樨,刈割一次,可收获鲜草10 000~15 000 kg/hm2;翌年再割一次,可收获鲜草20 000~35 000 kg/hm2;第二年还可收获种子1 000~1 500 kg/hm2。其牧草和种子的产量均较高,经济效益较好。
4.2 俄罗斯黄花草木樨营养成分及生物保健素产量
在测算俄罗斯黄花草木樨牧草产量的基础上,进一步测算出牧草中蛋白质、氨基酸及各类生物保健素的产量,牧草产量以8 000 kg/hm2计。其结果见表3。
由表3可以看出,从每公顷牧草中可以获得蛋白质1 400.6 kg,氨基酸1 246.8 kg,必需氨基酸402.2 kg,生物保健素总量256.140 kg。含有如此丰富的营养及保健成分,是谷物远不能及的。这就是开发利用牧草蛋白质饲料的优势,也是牧草蛋白质饲料可取代粮食饲料的依据所在。开发利用俄罗斯黄花草木樨,可补充饲料粮的不足,减少粮食的进口量,缓解粮食安全危机,促进饲料业、养殖业的可持续发展。政府部门可根据不同时期的粮食供需状况,调整农业结构,对牧草种植业、养殖业进行合理规划,使其协调发展。
5 小结
笔者自1999年引进俄罗斯黄花草木樨品种后,经过10余年的研究,对其特点、功能和应用价值有了较全面的了解。俄罗斯黄花草木樨是一种天然的全价饲料,营养全面,饲料转化率高。尤其是蛋白质含量丰富,氨基酸齐全,并含有适量的生物保健素。作为饲料可增强畜禽健康,促进其生长发育,提高产品质量,因此,应大力推广应用。应重点开发绿色蛋白质生物保健牧草饲料新型产品。可根据用户的特点和要求开发各类产品,如青绿饲料、青干草饲料和将其加工为草粉、草饼等。
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