科技小院網(wǎng)絡(luò)研究的新思路和新進(jìn)展

科技小院網(wǎng)絡(luò)科研的新思路和新進(jìn)展主要內(nèi)容科技小院科研任務(wù)和思路科技小院科研的1351計(jì)劃科技小院網(wǎng)絡(luò)科研進(jìn)展結(jié)論與展望科技小院的科研任務(wù)STSBYExperimentDemonstrationzoneWangzhuangvillageMonitoring農(nóng)田農(nóng)場(chǎng)（戶）農(nóng)作系統(tǒng)“3F”生產(chǎn)農(nóng)業(yè)農(nóng)民農(nóng)村“三農(nóng)”社會(huì)研究對(duì)象目標(biāo)：探索農(nóng)業(yè)科研新思路，服務(wù)三農(nóng)可持續(xù)發(fā)展核心思想：在農(nóng)村和農(nóng)業(yè)第一線，挖掘限制作物大面積高產(chǎn)高效的關(guān)鍵因子，創(chuàng)建高產(chǎn)高效綠色生產(chǎn)模式，探索農(nóng)戶生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變的途徑，推動(dòng)農(nóng)村變革和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。研究思路——由下而上（Bottomup）特點(diǎn)：描述和記錄評(píng)價(jià)和揭示探索和創(chuàng)新設(shè)計(jì)和重建FarmFieldBottom-upRegional(Farmingsystem)National/GlobalThestudyinSTB小院網(wǎng)絡(luò)綜合（Integrated)、系統(tǒng)（Holistic）、解決方案（Providingsolution)、頂層設(shè)計(jì)與底層全套解決方案結(jié)合（Topdownandbottomupapproach)DEED研究生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)資料問(wèn)題診斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)改進(jìn)驗(yàn)證示范試驗(yàn)示范規(guī)律分析科學(xué)規(guī)律技術(shù)創(chuàng)新已有知識(shí)和技術(shù)DEED方法DPSIR方法科技人員和農(nóng)民一起科研人員為主DevelopmenttoResearch(D2R)IntegratedAgricultureResearchforDevelopment(IAR4D)(Drivingforces-Pressures-State-Impacts-Responses)causal-effectframework研究思路——發(fā)展中做研究（D2R）研究框架——DPSIR模式(Drivingforces-Pressures-State-Impacts-Responses)causal-effectframeworkZhou

etal，2015低碳城市DPSIR分析案例Bottom-up

和Top-down的對(duì)接區(qū)域高產(chǎn)高效限制因子實(shí)現(xiàn)途徑政策建議大面積高產(chǎn)高效關(guān)鍵限制因子解析大面積高產(chǎn)高效的實(shí)現(xiàn)途徑及其實(shí)證科技小院網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)不同規(guī)模農(nóng)戶跟蹤與監(jiān)測(cè)自下而上三大糧食作物主產(chǎn)區(qū)國(guó)家糧食安全和資源環(huán)境目標(biāo)不同區(qū)域高產(chǎn)高效潛力及其資源環(huán)境效應(yīng)潛力實(shí)現(xiàn)及其資源環(huán)境代價(jià)最小化的策略自上而下需要考慮科技小院布局和聯(lián)網(wǎng)研究記錄1個(gè)村跟蹤30個(gè)農(nóng)戶調(diào)查50個(gè)田塊集成1個(gè)展示方科技小院網(wǎng)絡(luò)“1351”計(jì)劃：剖解實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)高效限制因素，記錄農(nóng)村、農(nóng)民、農(nóng)業(yè)發(fā)展變化和變革，集成技術(shù)創(chuàng)新體系。1個(gè)農(nóng)村調(diào)研跟蹤回答的問(wèn)題利用跟蹤調(diào)研資料，描述該農(nóng)村人口、生產(chǎn)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等歷史變化特征（Describe）探討農(nóng)村變革的動(dòng)力和主導(dǎo)因素（Explanation）建立村級(jí)養(yǎng)分與能量流動(dòng)分析系統(tǒng)（Explanation/Explore）高產(chǎn)、高效和生態(tài)環(huán)境安全的新農(nóng)村（農(nóng)作系統(tǒng)）設(shè)計(jì)（Design）回答的問(wèn)題1、了解農(nóng)村不同類型農(nóng)戶生產(chǎn)行為、規(guī)模家庭經(jīng)濟(jì)收入年度變化（Describe）2、揭示我國(guó)農(nóng)戶生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型的內(nèi)外推動(dòng)因子（Explanation）3、分析種植和養(yǎng)殖體系投入-產(chǎn)出關(guān)系，種植體系和養(yǎng)殖體系資源環(huán)境代價(jià)（Explanation）4、建立基于農(nóng)戶的物質(zhì)流與能量流的分析方法（Explanation/Explore）5、高產(chǎn)高效農(nóng)戶生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（Design）（FarmDesign）科技小院30農(nóng)戶調(diào)研跟蹤回答的問(wèn)題摸清農(nóng)戶地塊產(chǎn)量差效率差現(xiàn)狀，剖析農(nóng)田生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題（Describe）查找田塊之間產(chǎn)量差、效率差、效益差和減排差的主要影響因素（Explanation）探索高產(chǎn)高效新技術(shù)（Explore）提出解決途徑，設(shè)計(jì)大面積高產(chǎn)高效技術(shù)體系，構(gòu)建高產(chǎn)高效綠色增產(chǎn)模式（Design）科技小院網(wǎng)絡(luò)調(diào)查50個(gè)田塊回答的問(wèn)題建立一個(gè)100畝以上連片示范展示，檢驗(yàn)集成技術(shù)效果（Design）探索土地規(guī)?；a(chǎn)的農(nóng)民組織方式（Explore）剖析技術(shù)到位率的影響因素和提高技術(shù)到位率途徑（Explore）分析規(guī)?；瘜?duì)縮小4Gs的影響（Explanation）科技小院集成一個(gè)示范方村級(jí)基于GIS的農(nóng)戶高產(chǎn)高效決策支持系統(tǒng)科技小院網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展——村級(jí)村級(jí)GIS圖的繪制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與建立村級(jí)玉米高產(chǎn)高效管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)村級(jí)玉米高產(chǎn)高效管理系統(tǒng)的驗(yàn)證村級(jí)玉米高產(chǎn)高效管理系統(tǒng)的修訂與完善空間數(shù)據(jù)庫(kù)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)圖層管理查詢專題圖分析統(tǒng)計(jì)圖分析管理決策數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)管理農(nóng)戶調(diào)研資料收集土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)獲取ArcGISEngine二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)VisualStudio中.Net框架C#語(yǔ)言編程玉米對(duì)比試驗(yàn)王昊丹，20161、數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與建立數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

農(nóng)戶基本信息土地基本信息農(nóng)戶種植結(jié)構(gòu)信息作物種植管理信息玉米種植管理技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取通過(guò)對(duì)沿公村全村408戶的實(shí)地調(diào)研所得，包括作物管理，產(chǎn)量效率，養(yǎng)分去向等的調(diào)研，同時(shí)也調(diào)查了與此相關(guān)的農(nóng)戶行為和意愿?？萍夹≡壕W(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展——村級(jí)王昊丹，2016土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)的獲取利用網(wǎng)格取土法，保證至少每10畝采集一個(gè)混合樣，在小麥?zhǔn)斋@前幾天進(jìn)行全村取土，共采集240個(gè)土樣，并測(cè)定了其有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀。王昊丹，20162、村級(jí)GIS圖的繪制遙感圖片電子地圖土壤養(yǎng)分空間分布圖管理措施空間分布圖種植結(jié)構(gòu)空間分布圖施肥配方圖科技小院網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展——村級(jí)王昊丹，2016村級(jí)土壤養(yǎng)分空間分布特征硝態(tài)氮含量處于中等水平，土壤供氮能力中等；有效磷的含量處于較高水平，土壤具有較好的供磷能力；速效鉀含量較低，土壤普遍缺鉀，土壤供鉀能力較差。圖例硝態(tài)氮含量（kg/hm2）<3030-6060-9090-120圖例有效磷含量（mg/kg）7-1414-3030-40圖例速效鉀含量（

mg/kg）<9090-120120-150圖例有機(jī)質(zhì)含量（

g/kg）<1010-1515-20>20科技小院網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展——村級(jí)王昊丹，2016村級(jí)農(nóng)戶施肥現(xiàn)狀及玉米產(chǎn)量空間分布特征施肥現(xiàn)狀施氮現(xiàn)狀空間分布施磷現(xiàn)狀空間分布施鉀現(xiàn)狀空間分布1/4過(guò)量施氮1/3過(guò)量施磷1/2施鉀不足科技小院網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展——村級(jí)村級(jí)農(nóng)戶施肥現(xiàn)狀及玉米產(chǎn)量空間分布特征玉米產(chǎn)量及氮肥偏生產(chǎn)力玉米產(chǎn)量空間分布氮肥偏生產(chǎn)力空間分布玉米產(chǎn)量及PFPN較低，有很大的增產(chǎn)增效潛力。農(nóng)戶管理措施及產(chǎn)量沒(méi)有空間分布規(guī)律，差異較大?？萍夹≡壕W(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展——村級(jí)王昊丹，20163、玉米高產(chǎn)高效管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)基于GIS的村級(jí)玉米高產(chǎn)高效管理系統(tǒng)用戶管理地圖操作數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)推薦專題圖分析修改賬號(hào)、密碼權(quán)限管理管理維護(hù)地圖瀏覽地圖修改、保存圖層管理數(shù)據(jù)瀏覽信息查詢數(shù)據(jù)更新播種環(huán)節(jié)施肥環(huán)節(jié)管理環(huán)節(jié)土壤養(yǎng)分空間分布種植結(jié)構(gòu)空間分布玉米產(chǎn)量空間分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)科技小院網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展——村級(jí)王昊丹，2016系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

研究實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)與作物管理技術(shù)的耦合與集成，基于ArcGIS提供的二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)ArcGISEngine（AE），將AE以控件的形式嵌入到VisualStudio編輯器中，利用C#語(yǔ)言來(lái)編程，開(kāi)發(fā)出基于GIS的村級(jí)玉米高產(chǎn)高效管理系統(tǒng)?？萍夹≡壕W(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展——村級(jí)王昊丹，20164、玉米高產(chǎn)高效管理系統(tǒng)的驗(yàn)證試驗(yàn)方案農(nóng)民習(xí)慣模式高產(chǎn)高效模式在東南西北不同地力水平下共選擇15個(gè)農(nóng)戶地塊進(jìn)行夏玉米對(duì)比試驗(yàn)（同田對(duì)比），進(jìn)行了基礎(chǔ)地力、管理措施、產(chǎn)量效率的調(diào)研和測(cè)定。同田對(duì)比科技小院網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展——村級(jí)王昊丹，2016村級(jí)玉米高產(chǎn)高效管理系統(tǒng)效果分析玉米產(chǎn)量對(duì)比玉米產(chǎn)量（kg/hm2）增產(chǎn)率(%)農(nóng)民習(xí)慣高產(chǎn)高效)18078.59780.521.128351.99900.418.538472.810170.220.048997.210620.318.059753.211595.118.969938.211835.019.1710138.911250.811.0810253.811580.612.9910353.411475.310.81010612.712210.715.11110809.410380.6-4.01211244.412270.59.11311558.812720.410.01411594.012750.210.01512111.812585.03.9平均值10151.111408.613.3玉米產(chǎn)量及增產(chǎn)率平均增產(chǎn)13.3%王昊丹，2016村級(jí)玉米高產(chǎn)高效管理系統(tǒng)效果分析化肥偏生產(chǎn)力對(duì)比圖32

試驗(yàn)戶玉米PFPN對(duì)比圖34試驗(yàn)戶玉米PFPK對(duì)比圖33試驗(yàn)戶玉米PFPP對(duì)比相比農(nóng)民習(xí)慣操作模式，高產(chǎn)高效操作模式PFPN平均為48.7，提高14%,；PFPP提高6%；PFPK有所降低，這是由于農(nóng)戶施鉀不足造成的。王昊丹，2016Modelnutrientflowatfarmlevel9counties9farmtypes417farmsZhaoetal.,unpublishedresult初步建立了農(nóng)戶養(yǎng)分流動(dòng)特征的定量方法，揭示了華北平原不同類型農(nóng)戶的養(yǎng)分流動(dòng)特征科技小院網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展——農(nóng)戶（Farm）樂(lè)陵、徐水和曲周農(nóng)戶玉米產(chǎn)量和PFPN的變異情況1明確農(nóng)戶產(chǎn)量差和效率差的變異特征農(nóng)戶產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力均存在很大的變異這種變異不但存在于區(qū)域之間，也存在于同一村、甚至連片地塊之間?？萍夹≡壕W(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展——田塊（Field）2013/20142014/20152013/201420142015農(nóng)戶產(chǎn)量和效率的變異也存在于同一農(nóng)戶不同年度之間2014高產(chǎn)高效農(nóng)戶比例較低，仍有很大的增產(chǎn)增效空間

冬小麥（左）-夏玉米（右）產(chǎn)量和氮養(yǎng)分效率農(nóng)戶分類（河北徐水）冬小麥：高產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)（9000kg/hm2）高效標(biāo)準(zhǔn)（PFPN=35kg/kg）

夏玉米：高產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)（10500kg/hm2

）高效標(biāo)準(zhǔn)（PFPN=55kg/kg）（增產(chǎn)增效15%為目標(biāo)）氮肥過(guò)量氮肥施用不足凍害土壤質(zhì)量差秸稈不還田過(guò)量灌溉粗放的田間管理播種質(zhì)量差品種不適宜倒伏產(chǎn)量差和效率差與老師和學(xué)生駐扎在生產(chǎn)一線發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題有關(guān)需要進(jìn)一步定量（A）

農(nóng)戶

小麥產(chǎn)量差沒(méi)有共同的主導(dǎo)因素，受多因素共同作用各因素對(duì)冬小麥產(chǎn)量差的貢獻(xiàn)率各因素對(duì)冬小麥氮養(yǎng)分效率差的貢獻(xiàn)率

農(nóng)戶小麥效率（PFPN）差除施氮量外，其他因素作用都不大2農(nóng)戶產(chǎn)量差、效率差限制因子的定量及其成因分析科技小院網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展——田塊（Field）陳冬冬,2016countyAttainableyield(kgha-1)Explicableyieldgaps(kgha-1)inexplicableyieldgaps(kgha-1)ImportantyieldlimitingfactorsPercentageoffarmersinfluenceintheregionLaoling12025.231623.221221.96Density(plantsha-1)Nfertilizerapplication(kgha-1)Kfertilizerapplication(kgha-1)25.3%14.9%14.9%Xushui12699.931586.44553.07Density(plantsha-1)Nfertilizerapplication(kgha-1)Kfertilizerapplication(kgha-1)80.0%6.7%6.7%Quzhou14698.122207.251580.67Density(plantsha-1)Irrigationtimes(year-1)Date(June)43.7%21.8%15.1%Table.Yieldgapandimportantlimitingfactorsinthreecounties玉米產(chǎn)量差部分地區(qū)存在共同的主導(dǎo)因素，即播種密度偏低和氮肥用量偏高；countyAttainablePFPn(kgha-1)ExplicablePFPngaps(kgha-1)inexplicablePFPngaps(kgha-1)ImportantPFPnlimitingfactorsPercentageoffarmersinfluenceintheregionLaoling49.8912.214.26Nfertilizerapplication(kgha-1)Density

(plantsha-1)Date/distancefromwater/Herbicidefrequency67.4%14.0%4.7%Xushui54.4621.473.66Nfertilizerapplication(kgha-1)Date(June)Herbicidefrequency(timesyear-1)57.8%11.1%11.1%Quzhou117.059.504.93Nfertilizerapplication(kgha-1)Density

(plantsha-1)Date(June)60.5%17.6%17.6%Table.PFPNgapandimportantlimitingfactorsinthreecounties玉米效率差存在共同的主導(dǎo)因素，即氮肥用量偏高；基于農(nóng)戶診斷的大面積高產(chǎn)高效技術(shù)體系設(shè)計(jì)與驗(yàn)證產(chǎn)量9t/ha氮肥偏生產(chǎn)力40kg/kg單位面積粒數(shù)施氮量<225kg/ha穗粒數(shù)畝穗數(shù)小花分化數(shù)、結(jié)實(shí)率分蘗能力、成穗率基本苗基肥追肥千粒重灌漿速率灌漿持續(xù)時(shí)間設(shè)定目標(biāo)農(nóng)戶跟蹤數(shù)據(jù)