實驗一種植制度的農(nóng)業(yè)資源分析

實驗一

種植制度的農(nóng)業(yè)資源分析一、目的意義：

農(nóng)業(yè)的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)是以作物與其環(huán)境的高度統(tǒng)一與適應為基礎的。依據(jù)當?shù)氐臍夂?、土壤及生產(chǎn)經(jīng)濟條件確定所種植的作物種類及復種方式，是安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的首要問題。在我們還不能大面積控制作物環(huán)境的條件下，因地制宜，適地適作是農(nóng)業(yè)費省效宏的有效手段。本實驗旨在掌握各作物生態(tài)適應性及所規(guī)劃地區(qū)生態(tài)條件的基礎上，運用所掌握的生態(tài)學與耕作學知識，學會分析種植制度與資源關系的方法，為耕作制度設計奠定基礎。二、原則：1．以作物與其環(huán)境的統(tǒng)一為總原則。不同地區(qū)在地理、地形、地貌、氣候，土壤及生產(chǎn)條件諸方面存在差異，而各種作物又要求不同的生活環(huán)境，只有使作物與環(huán)境相互統(tǒng)一，組成—個協(xié)調的生態(tài)系統(tǒng)，作物才能穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。2．從大農(nóng)業(yè)觀出發(fā)，農(nóng)林草綜合發(fā)展，在充分利用農(nóng)業(yè)資源，大力發(fā)展商品生產(chǎn)的同時，要積極保護農(nóng)業(yè)資源，保證農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的良好循環(huán)，以同時獲得高的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。3．既要考慮因地制宜，適地適作，又要注意滿足人民群眾及社會的多種需要，在發(fā)展糧食生產(chǎn)的同時，發(fā)展經(jīng)濟作物、果品蔬菜及飼料綠肥作物的生產(chǎn)。三、依據(jù)：1．作物對熱量的要求：

熱量是決定作物種類與復種方式的首要條件。多種作物在其系統(tǒng)發(fā)育中形成了對熱量要求的不同類型。因此，可將作物分為耐寒作物、低溫作物、中溫作物及喜溫作物，它們對溫度的要求如附表1。某作物在此地能否種植，首先取決于當?shù)厣L季內的積溫狀況。當一個生長季內的積溫除能滿足—茬作物需要(考慮一定的保證率，—般80%以上)尚有剩余時，就可考慮復種。復種形式可根據(jù)熱量及其它條件采取一年兩熟、二年三熟等熟制類型。根據(jù)條件可采取套作復種或平作復種。以冬小麥為前茬的平作復種作需≥0℃積溫，如附表2。2．作物對水分的要求：

水分是影響作物配置的主要因素，根據(jù)作物的生物學特性及需水系數(shù)可將其分為喜水作物與耐旱作物兩大類。各類作物的蒸騰系數(shù)及需水特性如附表3。但應注意，同一作物的產(chǎn)量水平不同，需水系數(shù)有變化。另外，一個作物對干旱及澇漬的忍耐程度也反映了它的需水特性。根據(jù)作物的需水特性，查明當?shù)氐淖匀唤邓?，水分分布及地上地下供水對作物各生育期需水滿足程度(變率和保證率)，以此來確定當?shù)氐闹鲗ё魑锖痛渭壸魑铩?．作物對土壤的要求：

土壤是作物生長的基質，是水肥氣熱的提供者，它綜合反映著氣候和地力條件。如果說熱量和水分決定著作物種植地帶和區(qū)域，那么在同一地帶或地區(qū)內的不同生態(tài)區(qū)，究竟種哪些作物及各作物間的比例如何，則在很大程度上取決于土壤，特別是土壤的質地、沙粘、酸堿度、鹽分及地力等．不同作物對土壤有不同的要求，如甘薯、豆類、花生等適宜種于地勢高燥、通透性較好的沙質土壤上；而小麥、玉米、高梁則宜種于肥力較高的壤質、粘壤質土壤上，有的作物對瘠薄、鹽堿等特種土壤有較好的適應性，各種作物對土壤的要求如附表4。另外，地形和農(nóng)田微地貌也影響作物布局，應一并考慮。四、方法步驟：1.調查了解本地區(qū)的自然條件、生產(chǎn)及社會經(jīng)濟條件。(1)氣侯條件：包括一年內的溫度變化及年均溫，各農(nóng)業(yè)界限的積溫量。年極端溫度及日期，年初終霜及年無霜期，年降水分布及降水量，空氣溫度及蒸降比，日照風力資料，冷凍、旱澇及干熱風、冰雹等災害性天氣的發(fā)生規(guī)律。(2)土壤條件：包括地形、地貌、土壤種類及土壤肥力，各種作物的生產(chǎn)性能等，繪制1:2000～4000的土壤類型分布圖。(3)水文資料：地上、地下水源，水質，水位，年地下水開采量及最大可開采量。(4)生產(chǎn)條件：這里主要是考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件對土壤肥力及環(huán)境的改善對作物的影響，包括每畝耕地可灌水、施肥數(shù)量及農(nóng)業(yè)機械的作用程度。(5)作物條件：當?shù)刈魑锊季值难葑儦v史，歷年各作物產(chǎn)量，各作物對當?shù)貫暮π詺夂虻姆磻?。通過分析可初步評價原有作物在當?shù)氐纳鷳B(tài)適應性，為以后工作奠定基礎。(6)根據(jù)市場和自身需求制訂計劃（目標）產(chǎn)量。2.根據(jù)確定作物類型與復種方式的原則，依據(jù)當?shù)氐臒崃?、水分、土壤及生產(chǎn)等條件擬定當?shù)氐姆N植制度，并給以相應的評述。五、實驗材料：1．豐縣各月逐旬溫度、降水、日照材料。附表5、6。2．豐縣里下村土壤類型分布圖。圖1。3．生產(chǎn)條件：春季可供水72000方。六、作業(yè)：試擬訂本村作物組成及復種類型、方式，并給予相應的評述。實驗二

作物布局的調整與設計—、目的意義：作物布局是指在—個地區(qū)或一個生產(chǎn)單位所種植的作物種類及各作物面積比例的安排。作物布局是組織農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項重要戰(zhàn)略措施，它關系到能否因地制宜；充分而合理地利用當?shù)剞r(nóng)業(yè)資源；達到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、增益的問題。一個地區(qū)采用不同的作物布局方案，會收到不同的經(jīng)濟及生態(tài)效果。作物布局方案的擬定屬于多變量、多目標的復雜問題，它不僅要考慮當?shù)氐淖匀粭l件，而且受到當?shù)氐纳鐣?jīng)濟條件技術水平及國家、集體、個人對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的制約，依靠一般的定性分析方法很難對這種具有多個因素、多項目標的復雜問題進行綜合的考慮與平衡，找出最優(yōu)的方案。最優(yōu)化技術中的線性規(guī)劃能夠幫助我們對此類復雜問題做出定量分析，并得出最優(yōu)方案。因此，作物布局的線性規(guī)劃就是利用線性規(guī)劃的理論與技術來解決在一定的自然條件和社會經(jīng)濟資源條件下能夠達到最佳技術、經(jīng)濟及生態(tài)效果的作物最佳配置比例的最優(yōu)化技術方法。通過本實驗，了解從線性規(guī)劃方法來制定作物布局方案的原理和方法，培養(yǎng)系統(tǒng)分析，綜合平衡的能力。二、線性規(guī)劃方法的作用和意義：線性規(guī)劃是系統(tǒng)工程中最優(yōu)化技術方法之一。它主要解決二方面的問題。其一是“省”——如何用最少的人力、物力、財力等資源來完成既定的(定量的)任務；其二是“多”——如何合理地充分地利用現(xiàn)有的資源(人力、物力、財力等資源)來完成最大量的任務。線性規(guī)劃設計是在完成了對大量定性資料及對系統(tǒng)的定性的描述性的分析基礎上，為了進一步明確各變量之間的關系，協(xié)調與尋求各部門生產(chǎn)的最優(yōu)比例與組合而進行的定量分析。它是在電子計算機的幫助下，依靠建立數(shù)學模型的方法，經(jīng)過多次的反饋、修正完成的。三、線性規(guī)劃設計的一般步驟：1．資料的收集：在確定了所需要研究系統(tǒng)的范圍之后，需要進行對系統(tǒng)的考察和資料的收集，包括系統(tǒng)的性質、特點，系統(tǒng)的組成分，組成分間的制約、協(xié)同、轉化關系及其定性的資料，系統(tǒng)與環(huán)境之間的關系等。2．制定規(guī)劃目標：規(guī)劃目標即人們對所研究的系統(tǒng)所追求的目標。一般選擇能夠表示此系統(tǒng)的特性，人們所追求的諸如產(chǎn)品總產(chǎn)量總產(chǎn)值、凈收益、低成本等作為目標；規(guī)劃的結果是求出其極值。規(guī)劃目標是線性規(guī)劃設計的核心，約束條件的建立要求以目標來確定。3．建立約束條件：為了實現(xiàn)所追求的目標安排生產(chǎn)時，受到的各種限制及人為的客觀要求等均可作為約束條件，這往往要依靠規(guī)劃前的一系列定性分析及以往的經(jīng)驗來確定，如自然資料限制，社會資源、財力資源限制以及人為要求限制(必須量限制)等。4．建立模型：就是將原來的生產(chǎn)問題抽象為數(shù)學問題。首先根據(jù)問題的性質確定目標函數(shù)，然后根據(jù)問題的內部關系建立約束方程(即一組線性等式或不等式)。這里關鍵的是變量參數(shù)的確定，它直接關系著規(guī)劃的效果與成敗，這往往需要規(guī)劃前的大量調查、測算與實驗，并進行一些必要的定性、定量分析。5．問題的求解：求解線性規(guī)劃問題的方法很多，應用最普遍的方法是單純形法，原則上，此法可以求解一些線性規(guī)劃問題。當所研究的問題很復雜時，并可借助電子計算機求解。6．結果的靈敏度分析：所謂靈敏度就是目標函數(shù)的最優(yōu)值對于約束條件的單位變化的反應靈敏度。對于每個約束條件進行靈敏度分析，有助于我們認識那些靈敏度高的約束，可提醒我們在對此約束所做的調查，試驗以及數(shù)據(jù)的處理都應具有較高的精度。通過靈敏度分析，還可進一步判斷在規(guī)劃中影響限制最優(yōu)目標的主要因素。四、線性規(guī)劃問題的舉例與求解：（一）舉例：一塊農(nóng)田的95畝小麥收獲后，準備種植三種秋作，玉米、谷子和甘薯。歷年三種作物的平均產(chǎn)量為600公斤、400公斤、300公斤，并已知玉米每生產(chǎn)600公斤需要有機肥8車，化肥50公斤，投工12個，生產(chǎn)400公斤谷子需有機肥5車，化肥20公斤，投工10個，生產(chǎn)300公斤甘薯需有機肥2車．投工16個．但因條件限制，供給此塊農(nóng)田的有機肥只有400車，化肥2000公斤，投工1200個。問如何制定種植計劃才能使總產(chǎn)量最高。這實際上是一個求在一定資源條件下，如何合理安排各作物生產(chǎn)的比例，以獲得最高生產(chǎn)效益的問題。為了便于分析，列出此問題的數(shù)據(jù)表：活動資源玉米谷子甘薯資源限制土地（畝）X1X2X395有機肥（車）652400化肥（十斤）520200投工（個）1210161200產(chǎn)量（百斤）643

下面建立模型，將生產(chǎn)問題抽象成數(shù)學問題：1．設玉米種X1畝，谷子種X2畝，甘薯種X3畝。2．目標函數(shù)：求總產(chǎn)最高f=6X1+4X2+3X3=Max3．約束條件：（1）土地X1+X2+X3≤95（2）有機肥6X1+5X2+2X3≤400（3）化肥5X1+2X2≤200（4）投工12X1+10X2+16X3≤1200（5）變量X1≥0，X2≥0，X3≥0整理即求X1，X2，X3滿足使f=6X1+4X2+3X3=Max因此，線性規(guī)劃問題的數(shù)學語言表達是：求一組變量在一定的條件下取值，使之能夠滿足一組約束條件，并使一個線形函數(shù)（目標函數(shù)）取得最值。線形規(guī)劃問題的標準數(shù)學模型為：求Xj(j=1、2、……n)滿足下列條件：使f=cjxj=Min（二）、線形規(guī)劃問題的求解：利用單純行表計算法：以上次作物種植規(guī)劃為例：（1）化標準形式(加入松弛變量)求X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7滿足使f1=-6X1-4X2-3X3=Min(f=-f1)2．列初始單純形表非基本變量基變量X1

X2

X3

X4

X5

X6

X7bi

增大限X4X5X6X71

1

1

1

0

0

06

5

2

0

1

0

05*

2

0

0

0

1

012

10

16

0

0

0

195

95400

66.7200

401200

100f16*

4

3

0

0

0

003．進行單純形迭代（初等變換），確定換入換出變量X1、X6，確定主元5。然后進行初步變換。非基本變量基變量X1

X2

X3

X4

X5

X6

X7bi

增大限X4X5X1X70

0.6

1

1

0

-0.2

00

2.6

2

0

1

-1.2

01

0.4

0

0

0

0.2

00

5.2

16*

0

0

-2.4

155

55160

8040720

45f10

1.6

3*

0

0

-1.2

0-2404．非最優(yōu)解，繼續(xù)迭代（f2行尚有正數(shù)）非基本變量基變量X1

X2

X3

X4

X5

X6

X7bi

增大限X4X5X1X30

0.275

0

1

0

-0.05

-0.060

1.95*

0

0

1

-0.9

-0.121

0.4

0

0

0

0.2

00

0.325

1

0

0

-0.15

0.0610

36.470

35.94045f0

0.625*

0

0

0

-0.75

-0.18-3755繼續(xù)迭代非基本變量基變量X1

X2

X3

X4

X5

X6

X7biX4X2X1X30

0

0

1

-0.14

0.08

-0.040

1

0

0

0.5

-0.46

-0.061

0

0

0

-0.2

0.33

0.020

0

1

0

-0.16

0

0.08035.925.633.3f0

0

0

0

-0.31

-0.46

-0.14-397.44f行所有數(shù)（最末一列除外）均小于零或等于零，迭代完成。目標函數(shù)最優(yōu)值f=-f1=-（-397.44）=397.44（百公斤）此時，玉米種植X1=25.6畝谷子種植X2=35.9畝甘薯種植X3=33.3畝靈敏度分析就是將各資源限量如有機肥、化肥、投工等分別增加一定數(shù)量(如增加1%)，求最優(yōu)值的變化情況，方法同上。五、作物布局線性規(guī)劃設計的一般步驟：1．搜集資料：可參閱當?shù)剞r(nóng)業(yè)區(qū)劃的材料等。關鍵是對一些變量參數(shù)的確定。2．目標函數(shù)的確定：合理作物布局的目的是實現(xiàn)種植業(yè)生產(chǎn)的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、高收益。因此對于不同地區(qū)，不同性質的生產(chǎn)單位可選擇：(1)．作物總產(chǎn)量最高；(2)．經(jīng)濟效益(凈收效)最大；(3)．生產(chǎn)成本最低等作為目標。3．約束條件的建立：約束條件可概括為：(1)．農(nóng)業(yè)自然資源與社會資源的約束，如土地、水源、肥源、經(jīng)濟、人畜機力等；(2)．生態(tài)平衡約束：考慮用地與養(yǎng)地相結合，生態(tài)環(huán)境的良性發(fā)展；(3)．農(nóng)業(yè)技術：考慮農(nóng)業(yè)技術的指導范圍、程度及作物連作、輪作要求等；(4)．根據(jù)個人和市場需求確定的最低產(chǎn)量。六、作業(yè)：(1)．將下題建立模型，并求解：某農(nóng)場，農(nóng)田面積總計5400畝，歷年種植的主要作物有谷子、玉米、大豆一年一熟。在當?shù)刈匀粭l件及技術水平下，谷子、玉米、大豆多年平均單產(chǎn)分別為170公斤、350公斤、90公斤，總產(chǎn)90萬公斤?，F(xiàn)在要求用線性規(guī)劃方法，設計新的作物比例，以使總產(chǎn)量最高。并要求新的設計總產(chǎn)量年際間變化不得超過原總產(chǎn)的20％，已知谷子、玉米、大豆年際間單產(chǎn)變幅分別為25公斤、80公斤、15公斤?？紤]大豆在輪作中的養(yǎng)地作用，要求其面積不少于30％，試建立此作物布局問題的線性規(guī)劃模型，并求解。(2)．試建立豐縣里下村作物布局線性規(guī)劃模型，以使得凈總產(chǎn)值最高，并求解。七、實驗材料：豐縣里下村作物布局線性規(guī)劃材料：(1)．附圖2：各類土壤生產(chǎn)性能及所需水肥條件。附圖說明：小麥——玉米500/650，115，100，5，120小麥——玉米：一年兩熟種植500/650：小麥產(chǎn)量（公斤）/玉米產(chǎn)量（公斤）115：作物共施用N肥（公斤）100：作物共施用P肥（公斤）5：作物施用粗肥（車）120：春季需水（方）

(2)．里下村對農(nóng)產(chǎn)品的要求量如下：1．糧食總產(chǎn)量505000公斤

6．玉米總產(chǎn)

100000公斤2．小麥總產(chǎn)

200000公斤

7．燃料產(chǎn)量

250000公斤3．谷子總產(chǎn)

10000公斤

8．粗飼產(chǎn)量

345000公斤4．大豆總產(chǎn)

15000公斤

9．精飼料

99400公斤5．苜蓿面積

170畝

10．飼草產(chǎn)量200000公斤

里下村可提供1．有機肥

3386車2．氮

肥

65000公斤3．磷

肥

54000公斤4．春季灌水

72000方實驗三

輪作制度設計實驗一、目的意義：

輪作是在同一塊土地上，將幾種不同的作物，在一定的年限內，按著一定的順序輪流種植的形式?！獋€生產(chǎn)單位的輪作制度是由若干輪作方式組成的。輪作制度是作物布局和熟制類型在時間與空間上的具體體現(xiàn)，是種植制度的重要組成部分。建立合理的輪作制度是合理，充分利用和保護農(nóng)業(yè)資源，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)連續(xù)增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的保證。也是建立結構穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的需要。本實驗通過對一個生產(chǎn)單位輪作制度的設計，使學生運用已學的理論知識。掌握與制定輪作制的原理和方法。

二、方法步驟：1．收集資料，參閱實驗四。2．劃分輪作類型區(qū)，確定各區(qū)的作物組成和比例。根據(jù)本單位的土壤狀況和各地塊作物生產(chǎn)性能，確定各地塊所應采取的輪作類型。然后根據(jù)本單位的生產(chǎn)要求——市場和個人對農(nóng)、副產(chǎn)品的要求，并考慮既能充分利用又能積極地保護土地資源，確定各輪作區(qū)的作物類型和比例，這實際是作物布局的具體實施。3．確定輪作田區(qū)面積、數(shù)目和輪作年限。

在每個輪作區(qū)內劃分出若干個輪作田區(qū)，每個輪作田區(qū)內的作物較單純，一般一種或二種。輪作田區(qū)是田間農(nóng)事活動的基本單位。輪作田區(qū)的面積應根據(jù)地形、地勢及灌水、機械作業(yè)等條件確定。一般講，每田區(qū)面積可取輪作區(qū)內各作物種植面積的最大公約數(shù)。若某些作物種植過少而特性又相似的可以與其他作物組成復區(qū)或間混種植。在生產(chǎn)上，田區(qū)面積一般小的不小于30畝，大的可達80～100畝。田區(qū)面積確定后，輪作區(qū)面積除以田區(qū)面積即為輪作田區(qū)數(shù)，輪作年限一般與輪作田區(qū)數(shù)相等。輪作田區(qū)方向一般平地可按原方向，考慮運輸、耕作的方便，坡地應等高設置，風沙地帶應與主風向垂直。4．制定各輪作區(qū)內作物輪換順序，列出輪作周期表。

確定輪作中的作物輪作順序，首先要了解各種作物對土壤肥力的要求以及對土壤的影響。作物對土壤的影響—方面取決于作物本身的生物學特性，另一方面取決于其生育期間所進行的農(nóng)業(yè)技術措施，其中主要是土壤耕作、施肥和灌水。安排作物的輪作順序時應盡量把施肥多的作物與施肥少的作物，直根系作物與須根系作物、豆科作物與禾本科作物輪換種植．將感染雜草作物與抑制雜草作物、感病作物(及品種)與抗病作物(及品種)間隔種植。

在安排輪作順序時，也需考慮前后作物的生育期銜接，如果間隔太長會造成土地浪費。但短期休閑也有一定意義，要據(jù)地力狀況而定。對前后銜接過緊的作物，可采用套種或育苗移栽等。作物輪作順序確定后列出輪作周期表。所謂輪作周期表就是一個輪作中各輪作田區(qū)每年的作物分布表。同一輪作區(qū)的各個田區(qū)，雖然以同樣順序來輪換，但是它們是以不同的作物作為循環(huán)的開始。在每一年中，各個田區(qū)所種植的作物包括該單位在一年中所要播種的全部作物，這樣就保證穩(wěn)定了作物布局，使各作物每年收量平衡。5．編寫輪作計劃書，繪制輪作田區(qū)規(guī)劃圖。

將初步擬定的輪作制，經(jīng)廣泛吸收、征求群眾意見后，經(jīng)過再次修改審核，使之達到各項生產(chǎn)指標。并有較好的經(jīng)濟效益與生態(tài)效益，然后編寫出輪作計劃書。為了保證輪作計劃的實施，計劃書還應包括相應的土壤耕作制，施肥與灌水制等其它與之配套的管理措施。

此外，還應制定輪作過渡計劃，由于前作物的不同和地力的差異，各個輪作區(qū)內種植的作物往往不能立刻符合所設計輪作方案中規(guī)定種植的作物，因此需要按輪作區(qū)制定過渡輪作計劃，通過適當?shù)匕才牛蛊溆杏媱澋?、逐步地轉變?yōu)樾螺喿魉?guī)定的各種作物，此后按計劃順序輪作。對一些特殊類型土壤及不能納入輪作的非輪作地塊，也需制定種植計劃。最后繪制輪作田區(qū)規(guī)劃圖。規(guī)劃圖的比例尺采用1:2000~4000，繪制時要求準確無誤。規(guī)劃圖的地塊上應標明所屬的輪作區(qū)，輪作田區(qū)及地塊面積。要用符號標記清楚，如50/3-Ⅱ代表此地為第三輪作區(qū)的第二輪作田區(qū)，面積為50畝。

三、設計資料：(1)本實驗在實驗四、五的基礎上，在確定了里下村所種植的作物種類及各類作物種植的面積之后，進而擬定其輪作制。(2)里下村土地利用現(xiàn)狀附圖3。

四、作業(yè)：1．設計里下村的作物輪作制，并編寫輪作計劃書。2．計算該村作物的復種指數(shù)。實驗四

土壤耕作制設計實驗一、目的意義：