科技小院网络研究的新思路和新进展

科技小院网络科研的新思路和新进展主要内容科技小院科研任务和思路科技小院科研的1351计划科技小院网络科研进展结论与展望科技小院的科研任务STSBYExperimentDemonstrationzoneWangzhuangvillageMonitoring农田农场（户）农作系统“3F”生产农业农民农村“三农”社会研究对象目标：探索农业科研新思路，服务三农可持续发展核心思想：在农村和农业第一线，挖掘限制作物大面积高产高效的关键因子，创建高产高效绿色生产模式，探索农户生产方式转变的途径，推动农村变革和农业可持续发展。研究思路——由下而上（Bottomup）特点：描述和记录评价和揭示探索和创新设计和重建FarmFieldBottom-upRegional(Farmingsystem)National/GlobalThestudyinSTB小院网络综合（Integrated)、系统（Holistic）、解决方案（Providingsolution)、顶层设计与底层全套解决方案结合（Topdownandbottomupapproach)DEED研究生产实践数据资料问题诊断关键环节技术改进验证示范试验示范规律分析科学规律技术创新已有知识和技术DEED方法DPSIR方法科技人员和农民一起科研人员为主DevelopmenttoResearch(D2R)IntegratedAgricultureResearchforDevelopment(IAR4D)(Drivingforces-Pressures-State-Impacts-Responses)causal-effectframework研究思路——发展中做研究（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的对接区域高产高效限制因子实现途径政策建议大面积高产高效关键限制因子解析大面积高产高效的实现途径及其实证科技小院网络平台不同规模农户跟踪与监测自下而上三大粮食作物主产区国家粮食安全和资源环境目标不同区域高产高效潜力及其资源环境效应潜力实现及其资源环境代价最小化的策略自上而下需要考虑科技小院布局和联网研究记录1个村跟踪30个农户调查50个田块集成1个展示方科技小院网络“1351”计划：剖解实现作物高产高效限制因素，记录农村、农民、农业发展变化和变革，集成技术创新体系。1个农村调研跟踪回答的问题利用跟踪调研资料，描述该农村人口、生产、社会、经济、生态环境等历史变化特征（Describe）探讨农村变革的动力和主导因素（Explanation）建立村级养分与能量流动分析系统（Explanation/Explore）高产、高效和生态环境安全的新农村（农作系统）设计（Design）回答的问题1、了解农村不同类型农户生产行为、规模家庭经济收入年度变化（Describe）2、揭示我国农户生产方式转型的内外推动因子（Explanation）3、分析种植和养殖体系投入-产出关系，种植体系和养殖体系资源环境代价（Explanation）4、建立基于农户的物质流与能量流的分析方法（Explanation/Explore）5、高产高效农户生产系统设计（Design）（FarmDesign）科技小院30农户调研跟踪回答的问题摸清农户地块产量差效率差现状，剖析农田生产实际问题（Describe）查找田块之间产量差、效率差、效益差和减排差的主要影响因素（Explanation）探索高产高效新技术（Explore）提出解决途径，设计大面积高产高效技术体系，构建高产高效绿色增产模式（Design）科技小院网络调查50个田块回答的问题建立一个100亩以上连片示范展示，检验集成技术效果（Design）探索土地规模化生产的农民组织方式（Explore）剖析技术到位率的影响因素和提高技术到位率途径（Explore）分析规模化对缩小4Gs的影响（Explanation）科技小院集成一个示范方村级基于GIS的农户高产高效决策支持系统科技小院网络研究进展——村级村级GIS图的绘制系统数据库的设计与建立村级玉米高产高效管理系统的设计、开发与实现村级玉米高产高效管理系统的验证村级玉米高产高效管理系统的修订与完善空间数据库属性数据库图层管理查询专题图分析统计图分析管理决策数据库管理系统管理农户调研资料收集土壤养分数据获取ArcGISEngine二次开发平台VisualStudio中.Net框架C#语言编程玉米对比试验王昊丹，20161、数据库的设计与建立数据库的建立

农户基本信息土地基本信息农户种植结构信息作物种植管理信息玉米种植管理技术知识基础数据的获取通过对沿公村全村408户的实地调研所得，包括作物管理，产量效率，养分去向等的调研，同时也调查了与此相关的农户行为和意愿。科技小院网络研究进展——村级王昊丹，2016土壤养分数据的获取利用网格取土法，保证至少每10亩采集一个混合样，在小麦收获前几天进行全村取土，共采集240个土样，并测定了其有机质、硝态氮、速效磷、速效钾。王昊丹，20162、村级GIS图的绘制遥感图片电子地图土壤养分空间分布图管理措施空间分布图种植结构空间分布图施肥配方图科技小院网络研究进展——村级王昊丹，2016村级土壤养分空间分布特征硝态氮含量处于中等水平，土壤供氮能力中等；有效磷的含量处于较高水平，土壤具有较好的供磷能力；速效钾含量较低，土壤普遍缺钾，土壤供钾能力较差。图例硝态氮含量（kg/hm2）<3030-6060-9090-120图例有效磷含量（mg/kg）7-1414-3030-40图例速效钾含量（

mg/kg）<9090-120120-150图例有机质含量（

g/kg）<1010-1515-20>20科技小院网络研究进展——村级王昊丹，2016村级农户施肥现状及玉米产量空间分布特征施肥现状施氮现状空间分布施磷现状空间分布施钾现状空间分布1/4过量施氮1/3过量施磷1/2施钾不足科技小院网络研究进展——村级村级农户施肥现状及玉米产量空间分布特征玉米产量及氮肥偏生产力玉米产量空间分布氮肥偏生产力空间分布玉米产量及PFPN较低，有很大的增产增效潜力。农户管理措施及产量没有空间分布规律，差异较大。科技小院网络研究进展——村级王昊丹，20163、玉米高产高效管理系统的设计、开发与实现基于GIS的村级玉米高产高效管理系统用户管理地图操作数据库管理技术推荐专题图分析修改账号、密码权限管理管理维护地图浏览地图修改、保存图层管理数据浏览信息查询数据更新播种环节施肥环节管理环节土壤养分空间分布种植结构空间分布玉米产量空间分布系统设计科技小院网络研究进展——村级王昊丹，2016系统开发

研究实现GIS数据库与作物管理技术的耦合与集成，基于ArcGIS提供的二次开发平台ArcGISEngine（AE），将AE以控件的形式嵌入到VisualStudio编辑器中，利用C#语言来编程，开发出基于GIS的村级玉米高产高效管理系统。科技小院网络研究进展——村级王昊丹，20164、玉米高产高效管理系统的验证试验方案农民习惯模式高产高效模式在东南西北不同地力水平下共选择15个农户地块进行夏玉米对比试验（同田对比），进行了基础地力、管理措施、产量效率的调研和测定。同田对比科技小院网络研究进展——村级王昊丹，2016村级玉米高产高效管理系统效果分析玉米产量对比玉米产量（kg/hm2）增产率(%)农民习惯高产高效)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玉米产量及增产率平均增产13.3%王昊丹，2016村级玉米高产高效管理系统效果分析化肥偏生产力对比图32

试验户玉米PFPN对比图34试验户玉米PFPK对比图33试验户玉米PFPP对比相比农民习惯操作模式，高产高效操作模式PFPN平均为48.7，提高14%,；PFPP提高6%；PFPK有所降低，这是由于农户施钾不足造成的。王昊丹，2016Modelnutrientflowatfarmlevel9counties9farmtypes417farmsZhaoetal.,unpublishedresult初步建立了农户养分流动特征的定量方法，揭示了华北平原不同类型农户的养分流动特征科技小院网络研究进展——农户（Farm）乐陵、徐水和曲周农户玉米产量和PFPN的变异情况1明确农户产量差和效率差的变异特征农户产量和氮肥偏生产力均存在很大的变异这种变异不但存在于区域之间，也存在于同一村、甚至连片地块之间。科技小院网络研究进展——田块（Field）2013/20142014/20152013/201420142015农户产量和效率的变异也存在于同一农户不同年度之间2014高产高效农户比例较低，仍有很大的增产增效空间

冬小麦（左）-夏玉米（右）产量和氮养分效率农户分类（河北徐水）冬小麦：高产标准（9000kg/hm2）高效标准（PFPN=35kg/kg）

夏玉米：高产标准（10500kg/hm2

）高效标准（PFPN=55kg/kg）（增产增效15%为目标）氮肥过量氮肥施用不足冻害土壤质量差秸秆不还田过量灌溉粗放的田间管理播种质量差品种不适宜倒伏产量差和效率差与老师和学生驻扎在生产一线发现的问题有关需要进一步定量（A）

农户

小麦产量差没有共同的主导因素，受多因素共同作用各因素对冬小麦产量差的贡献率各因素对冬小麦氮养分效率差的贡献率

农户小麦效率（PFPN）差除施氮量外，其他因素作用都不大2农户产量差、效率差限制因子的定量及其成因分析科技小院网络研究进展——田块（Field）陈冬冬,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玉米产量差部分地区存在共同的主导因素，即播种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导因素，即氮肥用量偏高；基于农户诊断的大面积高产高效技术体系设计与验证产量9t/ha氮肥偏生产力40kg/kg单位面积粒数施氮量<225kg/ha穗粒数亩穗数小花分化数、结实率分蘖能力、成穗率基本苗基肥追肥千粒重灌浆速率灌浆持续时间设定目标农户跟踪数据