实验一种植制度的农业资源分析

一、目的意义：

农业的稳产高产是以作物与其环境的高度统一与适应为基础的。依据当地的气候、土壤及生产经济条件确定所种植的作物种类及复种方式，是安排农业生产的首要问题。在我们还不能大面积控制作物环境的条件下，因地制宜，适地适作是农业费省效宏的有效手段。本实验旨在掌握各作物生态适应性及所规划地区生态条件的基础上，运用所掌握的生态学与耕作学知识，学会分析种植制度与资源关系的方法，为耕作制度设计奠定基础。 二、原则：

1．以作物与其环境的统一为总原则。不同地区在地理、地形、地貌、气候，土壤及生产条件诸方面存在差异，而各种作物又要求不同的生活环境，只有使作物与环境相互统一，组成—个协调的生态系统，作物才能稳产高产。

2．从大农业观出发，农林草综合发展，在充分利用农业资源，大力发展商品生产的同时，要积极保护农业资源，保证农业生态系统的良好循环，以同时获得高的经济效益和生态效益。

3．既要考虑因地制宜，适地适作，又要注意满足人民群众及社会的多种需要，在发展粮食生产的同时，发展经济作物、果品蔬菜及饲料绿肥作物的生产。 三、依据：

1．作物对热量的要求：

热量是决定作物种类与复种方式的首要条件。多种作物在其系统发育中形成了对热量要求的不同类型。因此，可将作物分为耐寒作物、低温作物、中温作物及喜温作物，它们对温度的要求如附表1。

某作物在此地能否种植，首先取决于当地生长季内的积温状况。当一个生长季内的积温除能满足—茬作物需要(考虑一定的保证率，—般80%以上)尚有剩余时，就可考虑复种。复种形式可根据热量及其它条件采取一年两熟、二年三熟等熟制类型。根据条件可采取套作复种或平作复种。以冬小麦为前茬的平作复种作需≥0℃积温，如附表2。 2．作物对水分的要求：

水分是影响作物配置的主要因素，根据作物的生物学特性及需水系数可将其分为喜水作物与耐旱作物两大类。各类作物的蒸腾系数及需水特性如附表3。

但应注意，同一作物的产量水平不同，需水系数有变化。另外，一个作物对干旱及涝渍的忍耐程度也反映了它的需水特性。

根据作物的需水特性，查明当地的自然降水，水分分布及地上地下供水对作物各生育期需水满足程度(变率和保证率)，以此来确定当地的主导作物和次级作物。

3．作物对土壤的要求：

土壤是作物生长的基质，是水肥气热的提供者，它综合反映着气候和地力条件。如果说热量和水分决定着作物种植地带和区域，那么在同一地带或地区内的不同生态区，究竟种哪些作物及各作物间的比例如何，则在很大程度上取决于土壤，特别是土壤的质地、沙粘、酸碱度、盐分及地力等．不同作物对土壤有不同的要求，如甘薯、豆类、花生等适宜种于地势高燥、通透性较好的沙质土壤上；而小麦、玉米、高梁则宜种于肥力较高的壤质、粘壤质土壤上，有的作物对瘠薄、盐碱等特种土壤有较好的适应性，各种作物对土壤的要求如附表4。另外，地形和农田微地貌也影响作物布局，应一并考虑。 四、方法步骤：

1. 调查了解本地区的自然条件、生产及社会经济条件。

(1) 气侯条件：包括一年内的温度变化及年均温，各农业界限的积温量。年极端温度及日期，年初终霜及年无霜期，年降水分布及降水量，空气温度及蒸降比，日照风力资料，冷冻、旱涝及干热风、冰雹等灾害性天气的发生规律。

(2) 土壤条件：包括地形、地貌、土壤种类及土壤肥力，各种作物的生产性能等，绘制1:2000～4000的土壤类型分布图。

(3) 水文资料：地上、地下水源，水质，水位，年地下水开采量及最大可开采量。

(4) 生产条件：这里主要是考虑农业生产条件对土壤肥力及环境的改善对作物的影响，包括每亩耕地可灌水、施肥数量及农业机械的作用程度。

(5) 作物条件：当地作物布局的演变历史，历年各作物产量，各作物对当地灾害性气候的反应。通过分析可初步评价原有作物在当地的生态适应性，为以后工作奠定基础。 (6) 根据市场和自身需求制订计划（目标）产量。

2. 根据确定作物类型与复种方式的原则，依据当地的热量、水分、土壤及生产等条件拟定当地的种植制度，并给以相应的评述。 五、实验材料：

1．丰县各月逐旬温度、降水、日照材料。附表5、6。 2．丰县里下村土壤类型分布图。图1。 3．生产条件：春季可供水72000方。

六、作业：试拟订本村作物组成及复种类型、方式，并给予相应的评述。

实验二 作物布局的调整与设计

—、目的意义：

作物布局是指在—个地区或一个生产单位所种植的作物种类及各作物面积比例的安排。作物布局是组织农业生产的一项重要战略措施，它关系到能否因地制宜；充分而合理地利用当地农业资源；达到农业生产的高产、稳产、增益的问题。

一个地区采用不同的作物布局方案，会收到不同的经济及生态效果。作物布局方案的拟定属于多变量、多目标的复杂问题，它不仅要考虑当地的自然条件，而且受到当地的社会经济条件技术水平及国家、集体、个人对于农业生产要求的制约，依靠一般的定性分析方法很难对这种具有多个因素、多项目标的复杂问题进行综合的考虑与平衡，找出最优的方案。最优化技术中的线性规划能够帮助我们对此类复杂问题做出定量分析，并得出最优方案。因此，作物布局的线性规划就是利用线性规划的理论与技术来解决在一定的自然条件和社会经济资源条件下能够达到最佳技术、经济及生态效果的作物最佳配置比例的最优化技术方法。 通过本实验，了解从线性规划方法来制定作物布局方案的原理和方法，培养系统分析，综合平衡的能力。 二、线性规划方法的作用和意义：

线性规划是系统工程中最优化技术方法之一。它主要解决二方面的问题。其一是“省”——如何用最少的人力、物力、财力等资源来完成既定的(定量的)任务；其二是“多”——如何合理地充分地利用现有的资源(人力、物力、财力等资源)来完成最大量的任务。

线性规划设计是在完成了对大量定性资料及对系统的定性的描述性的分析基础上，为了进一步明确各变量之间的关系，协调与寻求各部门生产的最优比例与组合而进行的定量分析。它是在电子计算机的帮助下，依靠建立数学模型的方法，经过多次的反馈、修正完成的。 三、 线性规划设计的一般步骤：

1．资料的收集：在确定了所需要研究系统的范围之后，需要进行对系统的考察和资料的收集，包括系统的性质、特点，系统的组成分，组成分间的制约、协同、转化关系及其定性的资料，系统与环境之间的关系等。

2．制定规划目标：规划目标即人们对所研究的系统所追求的目标。一般选择能够表示此系统的特性，人们所追求的诸如产品总产量总产值、净收益、低成本等作为目标；规划的结果是求出其极值。规划目标是线性规划设计的核心，约束条件的建立要求以目标来确定。

3．建立约束条件：为了实现所追求的目标安排生产时，受到的各种及人为的客观要求等均可作为约束条件，这往往要依靠规划前的一系列定性分析及以往的经验来确定，如自然资料，社会资源、财力资源以及人为要求(必须量)等。

4．建立模型：就是将原来的生产问题抽象为数学问题。首先根据问题的性质确定目标函数，然后根据问题的内部关系建立约束方程(即一组线性等式或不等式)。这里关键的是变量参数的确定，它直接关系着规划的效果与成败，这往往需要规划前的大量调查、测算与实验，并进行一些必要的定性、定量分析。

5．问题的求解：求解线性规划问题的方法很多，应用最普遍的方法是单纯形法，原则上，此法可以求解一些线性规划问题。当所研究的问题很复杂时，并可借助电子计算机求解。

6．结果的灵敏度分析：所谓灵敏度就是目标函数的最优值对于约束条件的单位变化的反应灵敏度。对于每个约束条件进行灵敏度分析，有助于我们认识那些灵敏度高的约束，可提醒我们在对此约束所做的调查，试验以及数据的处理都应具有较高的精度。通过灵敏度分析，还可进一步判断在规划中影响最优目标的主要因素。

四、线性规划问题的举例与求解：

（一）举例：一块农田的9 5亩小麦收获后，准备种植三种秋作，玉米、谷子和甘薯。历年三种作物的平均产量为6 00公斤、400公斤、300公斤，并已知玉米每生产600公斤需要有机肥8车，化肥50公斤，投工12个，生产400公斤谷子需有机肥5车，化肥2 0公斤，投工1 0个，生产300公斤甘薯需有机肥2车．投工1 6个．但因条件，供给此块农田的有机肥只有400车，化肥2000公斤，投工1200个。问如何制定种植计划才能使总产量最高。

这实际上是一个求在一定资源条件下，如何合理安排各作物生产的比例，以获得最高生产效益的问题。 为了便于分析，列出此问题的数据表： 活动 玉米 资源 土地（亩） 有机肥（车） 化肥（十斤） 投工（个） 产量（百斤）

下面建立模型，将生产问题抽象成数学问题： 1．设玉米种X1亩，谷子种X2亩，甘薯种X3亩。 2．目标函数：求总产最高f=6 X1+4 X2+3 X3=Max 3．约束条件：（1） 土地 X1+ X2+ X3 ≤95 （2） 有机肥 6X1+5 X2+ 2X3 ≤400 （3） 化肥 5X1+ 2X2 ≤200

（4） 投工 12 X1+ 10X2+ 16X3 ≤1200

X1 6 5 12 6 X2 5 2 10 4 X3 2 0 16 3 95 400 200 1200 谷子 甘薯 资源 （5） 变量 X1≥0， X2≥0， X3≥0 整理即求X1， X2， X3满足 使f=6 X1+4 X2+3 X3=Max

因此，线性规划问题的数学语言表达是：求一组变量在一定的条件下取值，使之能够满足一组约束条件，并使一个线形函数（目标函数）取得最值。 线形规划问题的标准数学模型为： 求Xj (j=1、2、……n)满足下列条件： 使f=cjxj=Min

（二）、线形规划问题的求解：利用单纯行表计算法： 以上次作物种植规划为例： （1） 化标准形式(加入松弛变量) 求X1、 X2、 X3、X4、X5、X6、X7满足 使f1=-6X1-4X2-3X3=Min(f=-f1) 2．列初始单纯形表 非基本变量 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 基变量 X4 X5 X6 X7 f1 1 1 1 1 0 0 0 6 5 2 0 1 0 0 5* 2 0 0 0 1 0 12 10 16 0 0 0 1 6* 4 3 0 0 0 0 95 95 400 66.7 200 40 1200 100 0 bi 增大限 3．进行单纯形迭代（初等变换），确定换入换出变量X1、X6，确定主元5。然后进行初步变换。 非基本变量 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 基变量 X4 X5 X1 X7 f1 0 0.6 1 1 0 -0.2 0 0 2.6 2 0 1 -1.2 0 1 0.4 0 0 0 0.2 0 0 5.2 16* 0 0 -2.4 1 0 1.6 3* 0 0 -1.2 0 55 55 160 80 40 720 45 -240 bi 增大限 4．非最优解，继续迭代（f2行尚有正数） 非基本变量 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 基变量 X4 X5 X1 X3 f 5继续迭代 非基本变量 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 基变量 X4 X2 X1 X3 f 0 0 0 1 -0.14 0.08 -0.04 0 1 0 0 0.5 -0.46 -0.06 1 0 0 0 -0.2 0.33 0.02 0 0 1 0 -0.16 0 0.08 0 0 0 0 -0.31 -0.46 -0.14 0 35.9 25.6 33.3 -397.44 bi 0 0.275 0 1 0 -0.05 -0.06 0 1.95* 0 0 1 -0.9 -0.12 1 0.4 0 0 0 0.2 0 0 0.325 1 0 0 -0.15 0.06 0 0.625* 0 0 0 -0.75 -0.18 10 36.4 70 35.9 40 45 -375 bi 增大限 f行所有数（最末一列除外）均小于零或等于零，迭代完成。 目标函数最优值f=- f1=-（-397.44）=397.44（百公斤） 此时，玉米种植X1=25.6亩 谷子种植X2=35.9亩 甘薯种植X3=33.3亩

灵敏度分析就是将各资源限量如有机肥、化肥、投工等分别增加一定数量(如增加1%)，求最优值的变化情况，方法同上。

五、作物布局线性规划设计的一般步骤：

1．搜集资料：可参阅当地农业区划的材料等。关键是对一些变量参数的确定。

2．目标函数的确定：合理作物布局的目的是实现种植业生产的高产、稳产、高收益。因此对于不同地区，不同性质的生产单位可选择： (1)．作物总产量最高； (2)．经济效益(净收效)最大；

(3)．生产成本最低等作为目标。 3．约束条件的建立： 约束条件可概括为：

(1)．农业自然资源与社会资源的约束，如土地、水源、肥源、经济、人畜机力等； (2)．生态平衡约束：考虑用地与养地相结合，生态环境的良性发展； (3)．农业技术：考虑农业技术的指导范围、程度及作物连作、轮作要求等； (4)．根据个人和市场需求确定的最低产量。 六、作业：

(1)．将下题建立模型，并求解：

某农场，农田面积总计5 400亩，历年种植的主要作物有谷子、玉米、大豆一年一熟。在当地自然条件及技术水平下，谷子、玉米、大豆多年平均单产分别为170公斤、350公斤、9 0公斤，总产90万公斤。现在要求用线性规划方法，设计新的作物比例，以使总产量最高。并要求新的设计总产量年际间变化不得超过原总产的20％，已知谷子、玉米、大豆年际间单产变幅分别为2 5公斤、80公斤、15公斤。考虑大豆在轮作中的养地作用，要求其面积不少于30％，试建立此作物布局问题的线性规划模型，并求解。 (2)．试建立丰县里下村作物布局线性规划模型，以使得净总产值最高，并求解。 七、实验材料：

丰县里下村作物布局线性规划材料：

(1)．附图2：各类土壤生产性能及所需水肥条件。 附图说明：小麦——玉米500/650，115，100，5，120 小麦——玉米：一年两熟种植

500/650：小麦产量（公斤）/玉米产量（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（车） 120：春季需水（方）

(2)．里下村对农产品的要求量如下：

1．粮食总产量505000公斤 6．玉米总产 100000公斤 2．小麦总产 200000公斤 7． 燃料产量 250000公斤 3．谷子总产 10000公斤 8． 粗饲产量 345000公斤

4．大豆总产 15000公斤 9． 精饲料 99400公斤 5．苜蓿面积 170亩 10．饲草产量200000公斤

里下村可提供 1．有 机 肥 3386车 2．氮 肥 65000公斤 3．磷 肥 000公斤 4．春季灌水 72000方

实验三 轮作制度设计实验

一、目的意义：

轮作是在同一块土地上，将几种不同的作物，在一定的年限内，按着一定的顺序轮流种植的形式。—个生产单位的轮作制度是由若干轮作方式组成的。轮作制度是作物布局和熟制类型在时间与空间上的具体体现，是种植制度的重要组成部分。建立合理的轮作制度是合理，充分利用和保护农业资源，实现农业连续增产、稳产的保证。也是建立结构稳定的农业生态系统的需要。

本实验通过对一个生产单位轮作制度的设计，使学生运用已学的理论知识。掌握与制定轮作制的原理和方法。

二、方法步骤：

1． 收集资料，参阅实验四。

2．划分轮作类型区，确定各区的作物组成和比例。

根据本单位的土壤状况和各地块作物生产性能，确定各地块所应采取的轮作类型。然后根据本单位的生产要求——市场和个人对农、副产品的要求，并考虑既能充分利用又能积极地保护土地资源，确定各轮作区的作物类型和比例，这实际是作物布局的具体实施。 3．确定轮作田区面积、数目和轮作年限。

在每个轮作区内划分出若干个轮作田区，每个轮作田区内的作物较单纯，一般一种或二种。轮作田区是田间农事活动的基本单位。

轮作田区的面积应根据地形、地势及灌水、机械作业等条件确定。一般讲，每田区面积可取轮作区内各作物种植面积的最大公约数。若某些作物种植过少而特性又相似的可以与其他作物组成复区或间混种植。在生产上，田区面积一般小的不小于30亩，大的可达8 0～1 0 0亩。田区面积确定后，轮作区面积除以田区面积即为轮作田区数，轮作年限一般与轮作田区数相等。

轮作田区方向一般平地可按原方向，考虑运输、耕作的方便，坡地应等高设置，风沙地带应与主风向垂直。 4．制定各轮作区内作物轮换顺序，列出轮作周期表。

确定轮作中的作物轮作顺序，首先要了解各种作物对土壤肥力的要求以及对土壤的影响。作物对土壤的影响—方面取决于作物本身的生物学特性，另一方面取决于其生育期间所进行的农业技术措施，其中主要是土壤耕作、施肥和灌水。安排作物的轮作顺序时应尽量把施肥多的作物与施肥少的作物，直根系作物与须根系作物、豆科作物与禾本科作物轮换种植．将感染杂草作物与抑制杂草作物、感病作物(及品种)与抗病作物(及品种)间隔种植。

在安排轮作顺序时，也需考虑前后作物的生育期衔接，如果间隔太长会造成土地浪费。但短期休闲也有一定意义，要据地力状况而定。对前后衔接过紧的作物，可采用套种或育苗移栽等。

作物轮作顺序确定后列出轮作周期表。所谓轮作周期表就是一个轮作中各轮作田区每年的作物分布表。同一轮作区的各个田区，虽然以同样顺序来轮换，但是它们是以不同的作物作为循环的开始。在每一年中，各个田区所种植的作物包括该单位在一年中所要播种的全部作物，这样就保证稳定了作物布局，使各作物每年收量平衡。

5．编写轮作计划书，绘制轮作田区规划图。

将初步拟定的轮作制，经广泛吸收、征求群众意见后，经过再次修改审核，使之达到各项生产指标。并有较好的经济效益与生态效益，然后编写出轮作计划书。

为了保证轮作计划的实施，计划书还应包括相应的土壤耕作制，施肥与灌水制等其它与之配套的管理措施。 此外，还应制定轮作过渡计划，由于前作物的不同和地力的差异，各个轮作区内种植的作物往往不能立刻符合所设计轮作方案中规定种植的作物，因此需要按轮作区制定过渡轮作计划，通过适当地安排，使其有计划地、逐步地转变为新轮作所规定的各种作物，此后按计划顺序轮作。对一些特殊类型土壤及不能纳入轮作的非轮作地块，也需制定种植计划。

最后绘制轮作田区规划图。规划图的比例尺采用1:2000~4000，绘制时要求准确无误。规划图的地块上应标明所属的轮作区，轮作田区及地块面积。要用符号标记清楚，如50/3-Ⅱ代表此地为第三轮作区的第二轮作田区，面积为50亩。

三、设计资料：

(1) 本实验在实验四、五的基础上，在确定了里下村所种植的作物种类及各类作物种植的面积之后，进而拟定其轮作制。

(2) 里下村土地利用现状附图3。

四、作业：

1．设计里下村的作物轮作制，并编写轮作计划书。 2．计算该村作物的复种指数。

实验四 土壤耕作制设计实验

一、目的意义：

土壤耕作制是一套与种植制度相适应的土壤耕作措施体系。每一单项土壤耕作措施在不同的气候、土壤、作物条件下有不同的作用和效果。因地制宜地选择相宜的耕作方法，进而在轮作周期内组成—套土壤耕作体系，是改善农田肥力条件培肥地力，促进轮作期间作物均衡增产的重要手断，本实验要求学生运用所学知识，根据掌握资料，练习土壤耕作制的拟定方法。

二、方法步骤：

（一） 调查研究，收集资料：

在拟定土壤耕作制时，应对当地的自然条件、生产经济条件及作物栽培等进行详细的调查了解，作为拟定土壤耕作制的依据。

1. 作物种植制度和轮作倒茬方式：它是拟定土壤耕作制的主要依据，并了解轮作中各种作物的播种期和收获期，作物品种搭配以及作物栽培技术等。

2．土壤条件及土壤灌水施肥制度，了解地形地势，土壤类型及土壤质地分布，土壤盐渍化程度，土壤生产性能、宜耕期长短，水利设施及灌溉制度，施肥种类、施用方法和时间，绿肥作物的栽培及翻压时间、方法。

3．气候条件，特别是气温，降水蒸发量、土壤封冻及解冻期，干旱风及霜冻等自然灾害的发生规律。 4．当地土壤耕作的主要经验：秋播，春播及填闲作物以及休闲期的土壤耕作措施与方法，深耕、浅耕及免耕的运用及其效果。基本耕作与播前耕作措施的配合，耙耱保墒及防止水土流失的经验等。 5．农机具及劳畜力条件：拖拉机及农具种类、数量，农田作业的机械化程度，耕畜和劳力状况等。 6．田间杂草的种类、数量及危害程度。

(二)、根据轮作制度编制土壤耕作制计划书，填写土壤耕作制技术说明书。依照“气候—作物一土壤”协调一致的原则，因地制宜，合理地组配各种土壤耕作措施，使之成为一个整体，这里应注意几点：

1．各级土壤耕作措施应围绕作物轮作制度安排，措施与措施之间要相互配合，为作物创造适宜的土壤环境条件。

2．主要土壤耕作措施，如深耕在整个轮作周期中原则上是三年安排一次，可据情况适当安排深翻、深松、深耕、浅耕以及免耕。

3．土壤耕作措施与其它措施之间要密切配合，特别与灌水、施肥制的配合。

4．应注意提高劳动生产率、降低成本，尽量减少作业层次或采用联合作业，在保证作业质量的前提下，注意经济效果。

(三) 实验材料与作业：

根据实验三所得轮作制材料，制定里下村各轮作区的土壤耕作制，并给出说明与评价。