Продукты, полученные из растений кукурузы.

Вирус полосатости кукурузы (болезнь полос кукурузы)

Ammar ED, 1975. Биология цикадки Cicadulina chinai Ghauri (Homoptera, Cicadellidae) в Гизе, Египет. Zeitschrift fnr Angewandte Entomologie, 79 (4): 337-345

BigarrT L; Салах М; Granier M; Frutos R; Thouvenel JC; Peterschmitt M, 1999. Доказательства нуклеотидной последовательности для трех различных мастревирусов с полосой сахарного тростника.Архив вирусологии, 144 (12): 2331-2344; 36 исх.

Бок К.Р., 1974. Вирус кукурузной полосы. CMI / AAB Описание вирусов растений, № 133. Веллесборн, Великобритания: Ассоциация прикладной биологии, 4 стр.

Bock KR; Гатри Э.Дж.; Woods RD, 1974. Очистка вируса полосатости кукурузы и его связь с вирусами, связанными с болезнями сахарного тростника и Panicum maximum. Annals of Applied Biology, 77 (3): 289-296

Bosque-PTrez NA, 2000. Восемь десятилетий исследований вируса полосатости кукурузы.Virus Research, 71 (1/2): 107-121; Многие исх.

Bosque-PTrez NA; Olojede SO; Buddenhagen IW, 1998. Влияние болезни, вызванной вирусом полоски кукурузы, на рост и урожай кукурузы в зависимости от уровней устойчивости сорта и стадии растения во время заражения. Euphytica, 101 (3): 307-317; 24 исх.

Boulton MI; Markham PG, 1986. Использование сквош-блоттинга для обнаружения патогенов растений в насекомых-переносчиках. В: Jones RAC, Torrance L, ред. Разработки в прикладной биологии 1: разработки и приложения в тестировании на вирусы.Веллесборн, Великобритания: Ассоциация прикладных биологов, 55–69.

Briddon RW; Lunness P; Бедфордское удостоверение личности; Chamberlin LCL; Месфин Т; Markham PG, 1996. Полосная болезнь жемчужного проса, вызываемая геминивирусом, передаваемым цикадкой. Европейский журнал патологии растений, 102 (4): 397-400; 28 исх.

Briddon RW; Lunness P; Chamberlin LCL; Маркхэм П.Г., 1994. Анализ генетической изменчивости вируса полосатости кукурузы. Гены вирусов, 9 (1): 93-100; 35 исх.

Briddon RW; Маркхэм П.Г., 1995. Семейство Geminiviridae.В: Murphy FA, ​​Fauquet CM, Bishop DHL, Ghabriel SA, Jarvis AW, Martelli GP, Mayo MA, Summers MD, eds. Таксономия вирусов: шестой отчет Международного комитета по таксономии вирусов. Архив вирусологии, Приложение 10, 158-165.

Brunt A; Crabtree K; Даллвиц MJ; Гиббс А; Уотсон Л., 1990. Вирусы тропических растений — описания и списки из базы данных VIDE. Уоллингфорд, Великобритания: CAB International / ACIAR, 446-447.

CABI; ЕОКЗР, 1997. Моногеминивирус кукурузной полосы. [Карта распространения].Карты распространения болезней растений, декабрь (издание 1). Уоллингфорд, Великобритания: CAB International, Map 739.

Conte JLe, 1974. Вирусное заболевание кукурузы в Дагомее. Agronomie Tropicale, I, 29 (8): 831-832

Damsteegt VD, 1980. Исследования уязвимости кукурузы США к вирусу кукурузной полосы. Protection Ecology, 2 (3): 231-238

Damsteegt VD, 1983. Вирус полосатости кукурузы. 1. Диапазон хозяев и уязвимость зародышевой плазмы кукурузы Zea mays. Болезни растений, 67: 734-737.

De Carvalho I, 1948 год.Relacao preliminar de dofncas encontradas em planttes e насекомых com anatacoes fitopatologicas. Coloia de Mocambique, Reporticao de Agricultura, Seccao de Micologia.

Доллет М; Accotto GP; Лиза В; Menissier J; Boccardo G, 1986. Геминивирус, серологически связанный с вирусом полосатости кукурузы, из Digitaria sanguinalis из Вануату. Журнал общей вирусологии, 67: 933-937.

Donson J; Accotto GP; Boulton MI; Mullineaux PM; Davies JW, 1987. Нуклеотидная последовательность геминивируса из Digitaria sanguinalis.Вирусология, 161: 160-169.

Efron Y; Ким СК; Fajemisin JM; Mareck JH; Tang CY; Домбровски З.Т .; Россель HW; Thottappilly G; Будденхаген И. В., 1989. Селекция на устойчивость к вирусу полосы кукурузы: многопрофильный командный подход. Селекция растений, 103 (1): 1-36

ЕОКЗР, 2014. База данных PQR. Париж, Франция: Европейская и средиземноморская организация защиты растений. http://www.eppo.int/DATABASES/pqr/pqr.htm

Esenam EU, 1966. Некоторые наблюдения за болезнью кукурузной полосы в Западной Нигерии.Нигерийский сельскохозяйственный журнал, 3: 38-41.

Этьен Дж; Крыса B, 1973. Полосовой вирус: серьезное заболевание кукурузы в Реюньоне. Agronomie Tropicale, I, 28 (1): 11-17

Fajemisin JM; Efron Y; Ким СК; Khadr FH; Домбровски З.Т .; Mareck JH; Bjarnason M; Парлинсон V; Эверетт Л.А.; Диалло А., 1986. Популяция и развитие разновидностей кукурузы в тропической Африке с помощью метода резистентной селекции. В: Brandolini A, Salamini F, ред. Селекционные стратегии для повышения урожайности кукурузы в тропиках.Фиренце, Италия: ФАО и Instituto Agronomico per L’Oltremare, 385-407.

Fajemisin JM; Шойинка С.А., 1976. Кукурузная полоса и другие вирусные болезни кукурузы в Западной Африке. В: Williams LE, Gordon DT, Nault LR, ed. Труды, Международный коллоквиум и семинар по болезням, вызванным вирусом кукурузы. Центр сельскохозяйственных исследований и разработок Огайо. Wooster USA, 52-60

Fuller C, 1901. Разнообразие блюд. Первый отчет государственного энтомолога Натала 1899-1900, 17-19.

Guthrie EJ, 1977.Вирусные болезни кукурузы в Восточной Африке. В: Материалы международного коллоквиума и семинара по вирусным заболеваниям кукурузы. Вустер, Огайо, США: Центр сельскохозяйственных исследований и разработок Огайо, 62-68.

Guthrie EJ, 1978. Измерение потерь урожая, вызванных болезнью кукурузных полос. Репортер болезней растений, 62 (10): 839-841

Hughes FL; Рыбицкий Е.П.; Wechmar MBvon, 1992. Типирование генома геминивирусов южноафриканской подгруппы 1. Журнал общей вирусологии, 73 (5): 1031-1040

Международный институт тропического сельского хозяйства, 1984.Исследование IITA показывает 1983 год. Ибадан, Нигерия, 124 стр.

Секретариат МККЗР, 2005 г. Выявление рисков и управление инвазивными чужеродными видами с использованием структуры МККЗР. Материалы семинара по инвазивным чужеродным видам и Международной конвенции по защите растений, 22-26 сентября 2003 г. xii + 301 pp.

Kim SK; Efron Y; Fajemisin JM; Будденхаген И. В., 1989. Механизм действия гена устойчивости кукурузы к вирусу полосатости кукурузы. Crop Science, 29 (4): 890-894

Konate G; Траоре О., 1992.Резервуарные хозяева вируса полосы кукурузы (MSV) в зоне Судан-Сахель: идентификация и пространственно-временное распределение. Фитопротекция, 73 (3): 111-117

Мартин Д.П. Willment JA; Billharz R; Velders R; Odhiambo B; Njuguna J; Джеймс Д; Рыбицки Е.П., 2001. Разнообразие последовательностей и вирулентность изолятов вируса Zea mays вируса полосатости кукурузы. Вирусология (Нью-Йорк), 288 (2): 247-255; 42 исх.

Мартин Д.П. Willment JA; Рыбицки Е.П., 1999. Оценка патогенности вируса полосатости кукурузы в генотипах Zea mays с дифференциальной устойчивостью.Фитопатология, 89 (8): 695-700; 16 исх.

McClean APD, 1947. Некоторые формы вируса полосатости, встречающиеся в кукурузе, сахарном тростнике и диких травах. Бюллетень Южноафриканского министерства сельского и лесного хозяйства Союза, 265: 1-39.

McKinney HH, 1929. Мозаичные болезни на Канарских островах, в Западной Африке и Гибралтаре. Журнал сельскохозяйственных исследований, 39: 577-578

Pinner MS; Markham PG; Markham RH; Деккер Е.Л., 1988. Характеристика вируса полосатости кукурузы: описание штаммов; симптомы.Патология растений, 37 (1): 74-87; 30 исх.

Роза DJW, 1972. Распространенность и качество популяций видов Cicadulina. Журнал экологии животных, 41: 589-609.

Rose DJW, 1973 г. Управление популяциями личинок цикадулины для уменьшения полосатости кукурузы в хайвельде в Родезии. Родезийский сельскохозяйственный журнал, 70 (3): 63-64

Rose DJW, 1978. Эпидемиология болезни кукурузных полос. Ежегодный обзор энтомологии, 23: 259-282

Россель HW; Thottappilly G, 1985.Вирусные болезни основных продовольственных культур в тропической Африке. Ибадан, Нигерия: Международный институт тропического сельского хозяйства, 61 стр.

Рассел Северная Каролина, 1993. Устойчивое производство продуктов питания в Африке к югу от Сахары. Ибадан, Нигерия: Международный институт тропического сельского хозяйства.

Сет ML; Raychaudhuri SP; Сингх Д.В., 1971. Болезнь баджры (Pennisetum typhoides (Burn. F.) Stapf. And Hubb) в Индии. Current Science, 40: 272-273.

Shepherd EFS, 1925. Лечебная болезнь злаков Мориса.Revue Agricole SucriFre Ile Maurice, 22: 540-542.

Стори Х.Х., 1925. Полосная болезнь, инфекционный хлороз сахарного тростника, не идентичный мозаичной болезни. Обзор прикладной микологии, 4: 442-443.

Стори HH, 1936. Вирусные болезни африканских растений. V. Штриховая болезнь кукурузы. Восточноафриканский сельскохозяйственный журнал, 1: 471-475.

Стори HH, 1939. Передача вирусов растений насекомыми. Ботанические обзоры, 5: 240-272.

Этаж ДХ; Howland AK, 1967. Наследование устойчивости кукурузы к вирусу полосатой болезни в Восточной Африке.Анналы прикладной биологии, 59: 429-436.

Thottappilly G; Боске-Перес Н.А.; Россель Х.В., 1993. Вирусы и вирусные болезни кукурузы в тропической Африке. Патология растений, 42 (4): 494-509

Van Rensburg GDJ, 1981. Влияние возраста растений во время заражения вирусом полосатости кукурузы на урожайность кукурузы. Phytophylactica, 13: 197-198.

Vogel WO; Hennessey RD; Berhe T; Матунгулу К.М., 1993. Потери урожая из-за болезни полос кукурузы и Busseola fusca (Lepidoptera: Noctuidae), а также экономические выгоды от устойчивой к полосам кукурузы для мелких фермеров в Заире.Международный журнал борьбы с вредителями, 39: 229-238.

Willment JA; Мартин Д.П. Рыбицки Е.П., 2001. Анализ разнообразия мастревирусов африканских полос с использованием ПДРФ, генерируемых ПЦР, и данных частичных последовательностей. Журнал вирусологических методов, 93 (1/2): 75-87; 31 исх.

Ссылки на распространение

Аммар Е. Д., 1975. Биология цикадки Cicadulina chinai Ghauri (Homoptera, Cicadellidae) в Гизе, Египет. Zeitschrift fur Angewandte Entomologie. 79 (4), 337-345.

Аноним, 1990.Вирусы тропических растений. Описания и списки из базы данных VIDE. [изд. Авторы: Брант А. А., Крэбтри К., Гиббс А.]. Уоллингфорд, Великобритания: C.A.B. Международный. xiv + 707 pp.

Антверпен Т ван, Макфарлейн С.А., Бьюкенен Г.Ф., Шеперд Д.Н., Мартин Д.П., Рыбицки Е.П., Варсани А., 2008. Первый отчет о заражении сахарного тростника вирусом кукурузной полосы в Южной Африке. Болезнь растений. 92 (6), 982. DOI: 10.1094 / PDIS-92-6-0982A

CABI, EPPO, 1997. Моногеминивирус кукурузной полосы. [Карта распространения].В: Карты распространения болезней растений, Уоллингфорд, Великобритания: CAB International. Карта 739. DOI: 10.1079 / DMPD / 20066500739

CABI, без даты. Запись компендиума. Уоллингфорд, Великобритания: CABI

CABI, без даты а. Справочник CABI: статус определяется редактором CABI. Уоллингфорд, Великобритания: CABI

Carvalho I de, 1948. [английское название недоступно]. (Relacao preliminar de dofncas encontradas em planttes e насекомых com anatacoes fitopatologicas.). В: Coloia de Mocambique, Reporticao de Agricultura, Seccao de Micologia.

Conte J Le, 1974. Вирусное заболевание кукурузы в Дагомее. (La virose du mais au Dahomey.). Agronomie Tropicale, I. 29 (8), 831-832.

ЕОКЗР, 2020. Глобальная база данных ЕОКЗР. В: Глобальная база данных ЕОКЗР, Париж, Франция: ЕОКЗР. https://gd.eppo.int/

ESENAM E U, 1966. Некоторые наблюдения за болезнью кукурузной полосы в Западной Нигерии. Нигерийский сельскохозяйственный журнал. 3 (1), 38-41.

Этьен Дж., Крыса Б., 1973 г. Полосовой вирус: важное заболевание кукурузы в Реюньоне. (Le stripe: une maladie importante du mais a La Reunion.). Agronomie Tropicale, I. 28 (1), 11-17.

Fajinmi A A, Dokunmu A O, Akheituamen D O, Onanuga K A, 2012. Заболеваемость и уровень заражения вирусом полоски кукурузы треугольником Cicadulina на растениях кукурузы и его распространение с самого нижнего пораженного листа в тропических условиях. Архивы фитопатологии и защиты растений. 45 (13), 1591-1598. DOI: 10.1080 / 03235408.2012.694251

Фуллер К., 1901. Первый отчет государственного энтомолога Натала 1899-1900. 17-19.

Секретариат МККЗР, 2005 г.Выявление рисков и управление инвазивными чужеродными видами с использованием структуры МККЗР. Материалы рабочего совещания по инвазивным чужеродным видам и Международной конвенции по защите растений, 22-26 сентября 2003 г. В: Идентификация рисков и управление инвазивными чужеродными видами с использованием структуры МККЗР. Материалы рабочего совещания по инвазивным чужеродным видам и Международной конвенции по защите растений, 22-26 сентября 2003 г. [Определение рисков и управление инвазивными чужеродными видами с использованием структуры МККЗР.Материалы семинара по инвазивным чужеродным видам и Международной конвенции по защите растений, 22-26 сентября 2003 г.], Рим и Брауншвейг, Италия и Германия: ФАО. xii + 301 pp.

Leke WN, Njualem DK, Nchinda VP, Ngoko Z, Zok S., Ngeve JM, Brown JK, Kvarnheden A, 2009. Молекулярная идентификация вируса полосатости кукурузы дает первые доказательства того, что изолят подтипа A1 заражает кукурузу. в Камеруне. Патология растений. 58 (4), 782. DOI: 10.1111 / j.1365-3059.2009.02133.x

McKinney H H, 1929.Мозаичные болезни на Канарских островах, в Западной Африке и Гибралтаре. Журнал сельскохозяйственных исследований. 577-578.

Пиннер М.С., Маркхэм П.Г., Маркхэм Р.Х., Деккер Е.Л., 1988. Характеристика вируса полосатости кукурузы: описание штаммов; симптомы. Патология растений. 37 (1), 74-87. DOI: 10.1111 / j.1365-3059.1988.tb02198.x

Shepherd E F S, 1925. [английское название недоступно]. (Лечебная болезнь Мориса.) Revue Agricole SucriFre Ile Maurice. 540-542.

STOREY H H, 1936 год.Вирусные болезни восточноафриканских растений: V.-Streak Disease кукурузы. Восточноафриканский сельскохозяйственный журнал. 1 (6), 471-475 с.

Восстановление роста, развития и фотосинтетической эффективности проростков кукурузы после начального роста при низкой температуре

Чтобы изучить механизмы адаптации кукурузы к умеренному климату, мы изучали эффективность фотосинтеза, оцениваемую с помощью phiPSII и ультраструктуры хлоропластов, а также рост и развитие двух инбредных линий (устойчивой к холоду KW 1074 и чувствительной к холоду. CM 109) в лабораторных условиях.Растения выращивали от семян до стадии 3-го листа при субоптимальной температуре (14 градусов C / 12 градусов C), а затем температуру повышали до 24 градусов C / 22 градусов C. Чтобы проверить результаты, полученные с двумя модельными линиями, двенадцать инбредные линии были протестированы как в лабораторных, так и в полевых условиях. Первоначальный рост при низкой температуре повлиял на ультраструктуру хлоропластов и эффективность фотосинтеза, и это было более выражено у растений CM 109, чем у растений KW 1074. Различия между двумя линиями особенно ярко выражены на 5-м листе.Через неделю после наступления благоприятных условий граны хлоропластов мезофилла в линии CM 109 были небольшими, а тилакоиды развивались слабо. Кроме того, тилакоиды в хлоропластах оболочки пучка были менее частыми в CM 109, чем в KW 1074. Однако через две недели после повышения температуры ультраструктура хлоропластов 5-го листа больше не отличалась отчетливо между двумя линиями. Следует отметить, что у обеих линий только 7-й и более молодые листья достигли ультраструктуры хлоропластов и phiPSII, неотличимой от таковой у контрольных растений.В целом восстановление фотосинтетической эффективности происходило вслед за развитием листьев. Он задерживался в CM 109 больше, чем в инбредной линии KW 1074, по сравнению с контрольными растениями, непрерывно выращиваемыми при оптимальной температуре. Разница в 2-3 дня роста между двумя линиями сохранялась даже после повышения температуры роста. Это предполагает, что основным фактором, ответственным за различную чувствительность к холоду двух модельных линий, было развитие листьев, а различия в развитии фотосинтетического аппарата играли лишь второстепенную роль.Задержка развития листа проявлялась уже на стадии 1-го листа. Такая же задержка наблюдалась при охлаждении только вершины побега. Важность дальнейшего восстановления ранних стадий морфогенеза была подтверждена корреляцией лабораторных и полевых данных, полученных с использованием набора из 12 инбредных линий. Наши результаты показывают, что ранние стадии морфогенеза побегов определяют продолжительность вегетативной фазы в прохладных регионах, поскольку задержка роста при низкой температуре не может быть компенсирована во время более позднего роста при более высокой температуре.

Фактов о кукурузе для детей

Кукуруза (в некоторых странах она называется кукуруза ) — это Zea mays , член семейства злаковых Poaceae . Это зерно злаков, которое впервые было выращено людьми в древней Центральной Америке. Сейчас это третья по значимости зерновая культура в мире.

Кукуруза — это листовой стебель, в ядрах которого есть семена. Это покрытосеменное растение, а это означает, что его семена заключены внутри плода или оболочки.Он используется в качестве основного продукта питания многими людьми в Мексике, Центральной и Южной Америке и некоторых частях Африки. В Европе и остальной части Северной Америки кукуруза выращивается в основном для использования в качестве корма для животных. В Канаде и США кукурузу обычно называют «кукурузой». В последние годы кукуруза стала важной частью большинства американских продуктов питания благодаря использованию кукурузного крахмала.

Кукуруза была плодотворным модельным организмом для генетических исследований в течение многих лет: см. Барбара МакКлинток. Исследования показали, что искусственный отбор развил кукурузу из мексиканского растения Теосинте.

Слова для кукурузы

Слово «кукуруза» происходит от испанской формы местного слова Taíno, обозначающего растение, maiz . Он известен под другими именами по всему миру.

«Кукуруза» за пределами США означает любую зерновую культуру, ее значение понимается как географически различающееся и относящееся к местным основным продуктам питания. В Соединенных Штатах «кукуруза» в первую очередь означает кукурузу; это использование началось как сокращение от «индийской кукурузы».«Индийская кукуруза» в первую очередь означает кукурузу (основное зерно коренных американцев), но может относиться более конкретно к разноцветной «кремневой кукурузе», используемой для украшения.

За пределами США слово «кукуруза» в кулинарии часто относится к кукурузе. Более узкое значение обычно обозначается дополнительным словом, например, «сладкая кукуруза», « кукуруза в початках, », «попкорн», «кукурузные хлопья», «детская кукуруза».

В южной части Африки кукурузу обычно называют «миели» или «мука».

«Кукуруза» является предпочтительной в формальном и научном употреблении, потому что она относится именно к этому зерну, в отличие от «кукурузы», которое имеет сложное множество значений, которые различаются в зависимости от контекста и географического региона.Однако при оптовой торговле люди используют термин «кукуруза» только для обозначения кукурузы. «Кукуруза» используется сельскохозяйственными организациями и исследовательскими институтами, такими как ФАО и CSIRO. Национальные сельскохозяйственные и промышленные ассоциации часто включают слово «кукуруза» в свое название даже в англоязычных странах, где местное неформальное слово означает нечто иное, чем «кукуруза»; например, Кукурузная ассоциация Австралии, Индийская ассоциация развития кукурузы, Кенийский консорциум кукурузы и сеть селекционеров кукурузы, Национальная ассоциация кукурузы Нигерии, Зимбабвийская ассоциация семенной кукурузы.

Строение и физиология

Стебли кукурузы внешне напоминают бамбуковые тростники, а длина междоузлий обычно составляет 7 дюймов. Кукуруза имеет отчетливую форму роста, нижние листья похожи на широкие флаги, обычно 50–100 см в длину и 5–10 см в ширину (2–4 фута на 2–4 дюйма), стебли прямостоячие, обычно 2–3 метра. (7–10 футов) в высоту, с множеством узлов, отбрасывающих листья флага на каждом узле. Под этими листьями и близко к стеблю растут колосья.Они вырастают примерно на 3 миллиметра в день.

Колосья представляют собой женские соцветия, плотно покрытые несколькими слоями листьев и так прижатые к стеблю, что они не проявляются легко до появления бледно-желтых шелков из мутовки листа на конце листа. ухо. Шелк — это удлиненные рыльца, похожие на пучки волос, сначала зеленые, а затем красные или желтые. Посадки для силоса еще более густые, с меньшим процентом початков и большим количеством растительного вещества.Были выведены некоторые разновидности кукурузы, дающие много дополнительно развитых початков. Это источник «молодой кукурузы», используемой в качестве овоща в азиатской кухне.

Кукуруза — это факультативное растение для долгой ночи, цветущее при определенном количестве дней с температурой роста> 50 ° F (10 ° C) в окружающей среде, к которой она адаптирована. Величина влияния долгих ночей на количество дней, которые должны пройти, прежде чем кукуруза зацветет, генетически предписана и регулируется системой фитохромов.Фотопериодичность у тропических сортов может быть эксцентричной, так что длинные дни, характерные для высоких широт, позволяют растениям вырасти настолько высокими, что у них не будет достаточно времени для выращивания семян, прежде чем они погибнут от мороза. Эти свойства, однако, могут оказаться полезными при использовании тропической кукурузы в качестве биотоплива.

Вершина стебля заканчивается кисточкой — соцветием мужских цветков. Когда кисточка созрела и условия были достаточно теплыми и сухими, пыльники на кисточке раскрываются и выделяют пыльцу.Пыльца кукурузы анемофильна (разносится ветром), и из-за большой скорости осаждения большая часть пыльцы попадает в пределах нескольких метров от кисточки. Каждый шелк можно опылить, чтобы получить одно зерно кукурузы. Молодые початки можно употреблять в сыром виде, с початком и шелком, но по мере созревания растения (обычно в летние месяцы) початок становится жестче, а шелк высыхает и становится несъедобным. К концу вегетационного периода ядра подсыхают, и их становится трудно пережевывать, не отварив их сначала мягкими в кипящей воде.Современные методы земледелия в развитых странах обычно основаны на густых посадках, при которых на каждом стебле образуется один большой початок.

Семена

Ядро кукурузы имеет околоплодник плода, слитый с семенной оболочкой, называемой «зерновкой», типичной для злаковых трав, и все ядро ​​часто называют «семенем». Початки по структуре близки к многоплодным, за исключением того, что отдельные плоды (ядра) никогда не сливаются в единую массу. Зерна размером с горошину срастаются правильными рядами вокруг белого, содержательного вещества, образующего колос.Ухо обычно может вместить 600 ядер и иметь длину 7 дюймов (178 мм). Они бывают разных цветов: черноватые, голубовато-серые, пурпурные, зеленые, красные, белые и желтые. При измельчении в муку кукуруза дает больше муки с гораздо меньшим количеством отрубей, чем пшеница. В нем отсутствует протеиновый глютен пшеницы, поэтому выпечка плохо поднимается.

Генетический вариант, который накапливает больше сахара и меньше крахмала в початке, употребляется как овощ и называется сладкой кукурузой.

Незрелые побеги кукурузы накапливают мощный антибиотик 2,4-дигидрокси-7-метокси-1,4-бензоксазин-3-он (ДИМБОА).DIMBOA является членом группы гидроксамовых кислот (также известных как бензоксазиноиды), которые служат естественной защитой от широкого спектра вредителей, включая насекомых, патогенные грибы и бактерии. DIMBOA также содержится в родственных травах, особенно в пшенице. Мутант кукурузы (bx), лишенный DIMBOA, очень чувствителен к атаке тлей и грибов. DIMBOA также отвечает за относительную устойчивость незрелой кукурузы к европейскому кукурузному мотыльку (семейство Crambidae). По мере созревания кукурузы уровень DIMBOA и устойчивость к кукурузному мотыльку снижаются.

Из-за неглубоких корней кукуруза чувствительна к засухе, не переносит почв с дефицитом питательных веществ и подвержена вырванию с корнем из-за сильных ветров.

Генетика

В пищу используются многие формы кукурузы, которые иногда классифицируются как различные подвиды в зависимости от количества крахмала, содержащегося в каждом:

• Мука кукурузная — Zea mays var. амилацеа
• Попкорн — Zea mays var. Эверта
• Дент кукуруза — Zea mays var. indentata
• Флинт кукуруза — Zea mays var. индурата
• Кукуруза сладкая — Zea mays var. saccharata и Zea mays var. морщинистая
• Восковая кукуруза — Zea mays var. кератина
• Амиломаиз — Zea mays
• Стручковая кукуруза — Zea mays var. tunicata Larrañaga ex A. St. Hil.
• Кукуруза полосатая — Zea mays var. японская

Эта система была заменена (хотя и не полностью заменена) за последние 60 лет многомерными классификациями, основанными на все большем количестве данных. Агрономические данные были дополнены ботаническими признаками для надежной первоначальной классификации, затем были добавлены генетические, цитологические, белковые и ДНК-свидетельства. Теперь категории — это формы (мало используемые), расы, расовые комплексы и недавние ответвления.

У кукурузы 10 хромосом (n = 10). Общая длина хромосом составляет 1500 сМ. Некоторые хромосомы кукурузы имеют так называемые «хромосомные выступы»: сильно повторяющиеся гетерохроматические домены, которые темнеют. Отдельные шишки полиморфны среди штаммов кукурузы и теозинте.

Барбара МакКлинток использовала эти ручки-маркеры для подтверждения своей теории транспозонов «прыгающих генов», за что в 1983 году она получила Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Кукуруза по-прежнему является важным модельным организмом для генетики и биологии развития сегодня.

Фондовый центр сотрудничества в области генетики кукурузы, финансируемый Службой сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США и расположенный в Департаменте растениеводства Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, является фондом мутантов кукурузы. Общая коллекция насчитывает около 80 000 образцов. Основная часть коллекции состоит из нескольких сотен названных генов, а также дополнительных комбинаций генов и других наследуемых вариантов. Существует около 1000 хромосомных аберраций (например, транслокации и инверсии) и стоки с аномальным числом хромосом (например, транслокации и инверсии).г., тетраплоиды). Генетические данные, описывающие запасы мутантов кукурузы, а также множество других данных о генетике кукурузы доступны в MaizeGDB, базе данных по генетике и геномике кукурузы.

В 2005 году Национальный научный фонд США (NSF), Министерство сельского хозяйства (USDA) и Министерство энергетики (DOE) сформировали консорциум для секвенирования генома кукурузы B73. Полученные данные о последовательности ДНК были немедленно депонированы в GenBank, общедоступном хранилище данных о последовательности генома. Последовательности и аннотации генома также были доступны в течение всего времени существования проекта на официальном сайте проекта MaizeSequence.орг.

Первичное секвенирование генома кукурузы было завершено в 2008 году. 20 ноября 2009 года консорциум опубликовал результаты своих усилий по секвенированию в Science . Геном, 85% которого состоит из транспозонов, содержит 32 540 генов (для сравнения, геном человека содержит около 2,9 миллиарда оснований и 26 000 генов). Большая часть генома кукурузы была продублирована и перетасована гелитронами — группой транспозонов катящегося круга.

Разведение

Селекция кукурузы в доисторические времена приводила к появлению крупных растений, дающих большие колосья.Современная селекция началась с людей, которые отбирали высокопродуктивные сорта на своих полях, а затем продавали семена другим фермерам. Джеймс Л. Рид был одним из первых и наиболее успешных разработчиков «Желтой вмятины Рида» в 1860-х годах. Эти ранние попытки были основаны на массовом отборе. Более поздние селекционные работы включали отбор от уха до ряда (C.G. Hopkins, около 1896 г.), гибриды, полученные от отобранных инбредных линий (G.H. Shull, 1909), и очень успешные двойные гибриды с использованием 4 инбредных линий (D. F.Джонс ок. 1918, 1922). Селекционные программы, поддерживаемые университетом, были особенно важны для разработки и внедрения современных гибридов. (Ссылка Jugenheimer Hybrid Maize Breeding and Seed Production pub. 1958) к 1930-м годам такие компании, как Pioneer, занимающиеся производством гибридной кукурузы, начали оказывать влияние на долгосрочное развитие. Международные семенные банки, такие как CIMMYT и банк США в Центре сотрудничества генетики кукурузы Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне, поддерживают зародышевую плазму, важную для будущего развития сельскохозяйственных культур.

Генетическая модификация

Генетически модифицированная (ГМ) кукуруза является одной из 11 ГМ-культур, коммерчески выращиваемых в 2009 году. Выращиваемая с 1997 года в США и Канаде, 85% урожая кукурузы в США было генетически модифицировано в 2009 году. Она также коммерчески выращивается в Бразилии. Аргентина, Южная Африка, Канада, Филиппины, Испания и, в меньшем масштабе, Чешская Республика, Португалия, Египет и Гондурас.

Происхождение

Кукуруза — это одомашненный вариант теозинте.Два растения имеют разный внешний вид: кукуруза имеет один высокий стебель с множеством листьев, а теозинте — короткое густое растение. Разница между ними во многом определяется различиями всего в двух генах.

Было предложено несколько теорий о специфическом происхождении кукурузы в Мезоамерике:

1. Это прямое одомашнивание мексиканского однолетнего теосинте, Zea mays ssp. parviglumis , произрастающий в долине реки Бальзас на юго-востоке Мексики, до 12% его генетического материала получено из Zea mays ssp. mexicana через интрогрессию.
2. Он был получен в результате гибридизации небольшой одомашненной кукурузы (слегка измененная форма дикой кукурузы) и teosinte секции Luxuriantes , либо Z. luxurians , либо Z. diploperennis .
3. Он прошел две или более одомашнивания дикой кукурузы или теосинте. (Термин «теозинте» описывает все виды и подвиды рода Zea , за исключением Zea mays ssp. мая .)
4. Он произошел в результате гибридизации Z. diploperennis с Tripsacum dactyloides .

В конце 1930-х годов Пол Мангельсдорф предположил, что одомашненная кукуруза является результатом гибридизации между неизвестной дикой кукурузой и видом Tripsacum , родственным родом. Эта теория происхождения кукурузы была опровергнута современным генетическим тестированием, которое опровергает модель Мангельсдорфа и четвертую из перечисленных выше моделей.

Теория происхождения теосинте была предложена российским ботаником Николаем Ивановичем Вавиловым в 1931 году и позднее американским лауреатом Нобелевской премии Джорджем Бидлом в 1932 году. Она подтверждена экспериментально и недавними исследованиями геномов растений. Теозинте и кукуруза способны к скрещиванию и производить плодовитое потомство. Остается ряд вопросов относительно вида, среди них:

1. как безмерное разнообразие видов секты. Зеа, ,
2. , как крошечные археологические образцы 3500–2700 гг. До н.э. могли быть отобраны из теосинте, и
3. , как приручение могло продолжаться, не оставив останков теозинте или кукурузы с теозинтоидными чертами ранее, чем самые ранние известные до недавнего времени, датируемые ок. 1100 г. до н.э.

Одомашнивание кукурузы представляет особый интерес для исследователей — археологов, генетиков, этноботаников, географов и т. Д. Некоторые считают, что этот процесс начался от 7500 до 12000 лет назад.Исследования 1950-1970-х годов первоначально были сосредоточены на гипотезе о том, что одомашнивание кукурузы произошло в высокогорье между Оахакой и Халиско, потому что там были обнаружены самые старые археологические останки кукурузы, известные в то время. Генетические исследования под руководством Джона Добли идентифицировали Zea mays ssp. parviglumis , произрастающий в долине реки Бальзас, также известный как Balsas teosinte, как дикорастущий родственник teosinte, генетически наиболее сходный с современной кукурузой. Однако археоботанические исследования, опубликованные в 2009 году, теперь указывают на низменность долины реки Бальзас, где каменные фрезы с остатками кукурузы были обнаружены в слое отложений возрастом 8700 лет.Примитивная кукуруза выращивалась на юге Мексики, в Центральной Америке и на севере Южной Америки 7000 лет назад. Археологические останки ранних початков кукурузы, найденные в пещере Гила Накитц в долине Оахака, датируются примерно 6250 годами; самые старые уши из пещер около Теуакана, Пуэбла, датируются ок. 3450 г. до н.э. Небольшие изменения произошли в форме уха до прибл. 1100 г. до н.э., когда в початках из мексиканских пещер произошли большие изменения: разнообразие кукурузы быстро увеличилось, и были впервые обнаружены археологические теосинте.

Возможно, уже в 2500 году до нашей эры кукуруза начала широко и быстро распространяться.Впервые он был выращен в Соединенных Штатах, на нескольких участках в Нью-Мексико и Аризоне, примерно в 2100 году до нашей эры. По мере того, как он был введен в новые культуры, были разработаны новые применения и отобраны новые сорта, которые лучше подходят для этих препаратов. Кукуруза была основным продуктом питания или основным продуктом питания (наряду с тыквой, картофелем Андского региона, киноа, фасолью и амарантом) в большинстве доколумбовых североамериканских, мезоамериканских, южноамериканских и карибских культур. Цивилизация Мезоамерики была усилена за счет полевого урожая кукурузы, его сбора, его религиозного и духовного значения и того, как он повлиял на их питание.Кукуруза сформировала идентичность мезоамериканского народа. В течение первого тысячелетия нашей эры выращивание кукурузы распространилось из Мексики на юго-запад США, а в следующем тысячелетии — на северо-восток и юго-восток Канады, изменив ландшафт, поскольку коренные американцы вычистили большие леса и пастбища для нового урожая.

Неизвестно, что ускорило его одомашнивание, потому что съедобная часть этого дикого сорта слишком мала и ее трудно съесть напрямую, поскольку каждое ядро ​​заключено в очень твердую оболочку двустворчатого моллюска.Однако Джордж Бидл продемонстрировал, что ядра теозинте легко «съедают» для употребления в пищу, как современный попкорн. Некоторые утверждали, что для получения больших сжатых ушей для эффективного выращивания потребовалось бы слишком много поколений селекционного разведения. Однако исследования гибридов, которые легко получить путем скрещивания теозинте и современной кукурузы, показывают, что это возражение не является обоснованным.

В 2005 году исследование Лесной службы Министерства сельского хозяйства США показало, что рост выращивания кукурузы от 500 до 1000 лет назад на территории нынешних юго-восточных Соединенных Штатов способствовал сокращению численности пресноводных мидий, которые очень чувствительны к изменениям окружающей среды.

Производство

Методы

Поскольку он не переносит холода, в умеренных зонах кукурузу необходимо сажать весной. Его корневая система обычно неглубокая, поэтому растение зависит от влажности почвы. Как растение C4 (растение, использующее фиксацию углерода C4), кукуруза является значительно более водосберегающей культурой, чем растения C3 (растения, использующие фиксацию углерода C3), такие как мелкие зерна, люцерна и соя. Кукуруза наиболее чувствительна к засухе в момент появления всходов шелка, когда цветы готовы к опылению.В Соединенных Штатах хороший урожай традиционно предсказывался, если кукуруза была «по колено к четвертому июля», хотя современные гибриды обычно превышают эту скорость роста. Кукуруза, используемая для силоса, собирается, пока растение еще зеленое, а плоды незрелые. Сладкую кукурузу собирают на «молочной стадии», после опыления, но до образования крахмала, в период с конца лета до начала и до середины осени. Полевая кукуруза оставляется на поле очень поздно осенью, чтобы полностью высушить зерно, и, фактически, иногда может не собираться до зимы или даже ранней весны.Важность достаточной влажности почвы показана во многих частях Африки, где периодические засухи регулярно вызывают неурожай кукурузы и, как следствие, голод. Хотя его выращивают в основном во влажном и жарком климате, говорят, что он хорошо растет в холодных, жарких, сухих или влажных условиях, что означает, что это чрезвычайно универсальная культура.

Кукуруза была посажена коренными американцами на холмах в сложной системе, известной некоторым как Три сестры. Кукуруза обеспечивала поддержку бобов, а бобы обеспечивали азот, полученный из азотфиксирующих бактерий ризобий, которые живут на корнях бобов и других бобовых культур; и кабачки служили почвенным покровом, чтобы остановить сорняки и препятствовать испарению, создавая тень над почвой.Этот метод был заменен посадкой одного вида на холмах, где каждый холм на расстоянии 60–120 см (2,0–3,9 фута) засевали тремя или четырьмя семенами, метод, который до сих пор используется домашними садоводами. Более поздней техникой была «проверенная кукуруза», при которой холмы располагались на расстоянии 40 дюймов (1,0 метр) друг от друга в каждом направлении, что позволяло культиваторам проходить через поле в двух направлениях. В более засушливых землях это было изменено, и семена были посеяны на дно борозд глубиной 10–12 см (3,9–4,7 дюйма) для сбора воды. Современная техника сажает кукурузу рядами, что позволяет выращивать кукурузу в молодом возрасте, хотя техника холма все еще используется на кукурузных полях в некоторых резервациях коренных американцев.

В Северной Америке поля часто засеваются севооборотом из двух культур с азотфиксирующими культурами, часто люцерна в более прохладном климате и соя в регионах с более длинным летом. Иногда в севооборот добавляют третий урожай — озимую пшеницу.

Многие сорта кукурузы, выращиваемые в США и Канаде, являются гибридами. Часто сорта были генетически модифицированы, чтобы они могли переносить глифосат или обеспечивать защиту от естественных вредителей.Глифосат (торговое название Roundup) — гербицид, убивающий все растения, кроме растений с генетической толерантностью. Эта генетическая толерантность очень редко встречается в природе.

На Среднем Западе США обычно используются методы земледелия с низкой или нулевой обработкой почвы. При низкой обработке почвы поля обрабатываются один, может быть, два раза почвообрабатывающим агрегатом либо перед посевом сельскохозяйственных культур, либо после предыдущего урожая. Поля засажены и удобрены. С сорняками борются с помощью гербицидов, и в течение вегетационного периода обработка почвы не проводится.Этот метод уменьшает испарение влаги из почвы и, таким образом, обеспечивает больше влаги для сельскохозяйственных культур. Технологии, упомянутые в предыдущем абзаце, позволяют производить как низкую, так и нулевую обработку почвы. Сорняки конкурируют с культурой за влагу и питательные вещества, что делает их нежелательными.

До Второй мировой войны большая часть кукурузы в Северной Америке собиралась вручную (как и в большинстве других стран). Это включает в себя большое количество рабочих и связанные с ними общественные мероприятия (шелушение или шелушение пчел).Использовалось несколько одно- и двухрядных механических сборщиков, но кукурузоуборочные комбайны применялись только после войны. Ручной или механический сборщик собирает весь початок, для чего требуется отдельная операция кукурузоочистителя для удаления зерен из початка. Целые початки кукурузы часто хранили в ящиках для кукурузы, и эти целые початки являются достаточной формой для использования в качестве корма для некоторых домашних животных. Немногие современные фермы хранят кукурузу таким образом. Большинство собирают зерно с поля и хранят его в закромах.Комбайн с кукурузоуборочной головкой (с остриями и фиксирующими роликами вместо мотовила) не режет стебель; он просто тянет стебель вниз. Стебель продолжает опускаться и скомкается, превращаясь в искореженную кучу на земле. Початок кукурузы слишком велик, чтобы пройти между прорезями в тарелке, так как зажимные ролики отрывают стебель, оставляя только початок и шелуху для входа в механизм. Комбайн отделяет шелуху от початков, оставляя только ядра.

Кол-во

Кукуруза широко выращивается во всем мире, и каждый год производится больше кукурузы, чем любого другого зерна.Соединенные Штаты производят 40% мирового урожая; другие ведущие страны-производители включают Китай, Бразилию, Мексику, Индонезию, Индию, Францию ​​и Аргентину. В 2009 году мировое производство составило 817 миллионов тонн — больше, чем рис (678 миллионов тонн) или пшеница (682 миллиона тонн). В 2009 году во всем мире было засеяно более 159 миллионов гектаров (390 миллионов акров) кукурузы с урожайностью более 5 тонн с гектара (80 бушелей с акра). В некоторых регионах мира производство может быть значительно выше; Прогнозы производства на 2009 год в Айове составляли 11614 кг / га (185 бушелей / акр).Существуют противоречивые данные, подтверждающие гипотезу о том, что потенциал урожайности кукурузы увеличился за последние несколько десятилетий. Это говорит о том, что изменения в потенциале урожайности связаны с углом листьев, устойчивостью к полеганию, толерантностью к высокой плотности растений, толерантностью к болезням / вредителям и другими агрономическими признаками, а не с увеличением потенциальной урожайности для отдельного растения.

США

В 2010 году посевные площади под кукурузу для всех целей в США оценивались в 35 миллионов гектаров (87,9 миллиона акров) после тенденции к увеличению с 2008 года. Около 14% убранных площадей кукурузы орошается. В 2011 году производство кукурузы снизилось примерно на 1% до примерно 12,5 миллиардов бушелей. Было установлено, что урожайность составила около 148,1 бушеля с акра, что сделало 2011 год самым низким средним урожаем с 2005 года.

Вредители

Насекомые

• Кукурузный ушной червь ( Helicoverpa zea )
• совка обыкновенная ( Spodoptera frugiperda )
• совка обыкновенная ( Pseudaletia unipuncta )
• Расточитель стебельчатый ( Papaipema nebris )
• Кукурузно-листовая тля ( Rhopalosiphum maidis )
• Мотыль кукурузный европейский ( Ostrinia nubilalis ) (ECB)
• Кукурузный шелкопряд ( Euxesta stigmatis )
• Малый мотылек кукурузный ( Elasmopalpus lignosellus )
• Кукурузный дельфацид ( Peregrinus maidis )
• Западный корнеплод кукурузный ( Diabrotica virgifera virgifera LeConte)
• Мотыль кукурузный юго-западный ( Diatraea grandiosella )
• Кукурузный долгоносик ( Sitophilus zeamais )

Чувствительность кукурузы к европейскому кукурузному мотыльку и, как следствие, большие потери урожая привели к развитию трансгенных растений, экспрессирующих токсин Bacillus thuringiensis .Кукуруза Bt широко выращивается в Соединенных Штатах и ​​была одобрена к выпуску в Европе.

использует

Продукты питания для людей

Кукуруза и кукурузная мука (сушеная молотая кукуруза) являются основными продуктами питания во многих регионах мира. Завезенная в Африку португальцами в 16 веке, кукуруза стала важнейшей продовольственной культурой Африки. Кукурузная мука превращается в густую кашу во многих культурах: от поленты в Италии, angu в Бразилии, mămăligă в Румынии до кашицы из кукурузной муки в США.S. (и крупа корешков на юге) или еда, называемая «мук-пап» в Южной Африке и sadza , nshima и ugali в других частях Африки. Кукурузная мука также используется в качестве замены пшеничной муки для приготовления кукурузного хлеба и других хлебобулочных изделий. Маса (кукурузная мука, обработанная известковой водой) — основной ингредиент лепешек, атоле и многих других блюд мексиканской кухни.

Попкорн состоит из ядер определенных сортов, которые взрываются при нагревании, образуя пушистые кусочки, которые едят в качестве закуски.Жареные сушеные кукурузные початки с полузатвердевшими ядрами, покрытые смесью приправ из жареного нарезанного зеленого лука с добавлением соли в масло, являются популярной закуской во Вьетнаме. Cancha , представляющие собой жареные зерна кукурузного чулпа, являются очень популярной закуской в ​​Перу, а также присутствуют в традиционном перуанском севиче . Пресный хлеб под названием makki di roti — популярный хлеб, который едят в регионе Пенджаб в Индии и Пакистане.

Chicha и chicha morada (пурпурная чича) — это напитки, которые обычно готовят из определенных видов кукурузы.Первый — ферментированный и алкогольный, второй — безалкогольный напиток, который обычно пьют в Перу. Кукурузные хлопья — обычные хлопья для завтрака в Северной Америке и Великобритании, а также во многих других странах по всему миру.

Кукуруза также может быть приготовлена ​​как хомяк, ядра которого пропитаны щелоком в процессе, называемом никстамализацией; или крупы, которые представляют собой грубый помол из муки грубого помола. Их обычно едят на юго-востоке Соединенных Штатов, это продукты, переданные от коренных американцев, которые назвали это блюдо сагамит.

Бразильский десерт canjica готовится путем варки зерен кукурузы в подслащенном молоке. Кукурузу также можно собирать и употреблять в незрелом состоянии, когда зерна полностью выросли, но все еще мягкие. Незрелая кукуруза обычно должна быть подвергнута тепловой обработке, чтобы она стала приятной на вкус; это можно сделать, просто отварив или запекав уши целиком и съев ядра сразу с початков. Сладкая кукуруза, генетический сорт с высоким содержанием сахара и низким содержанием крахмала, обычно употребляется в незрелом состоянии. Такая кукуруза в початках — обычное блюдо в Соединенных Штатах, Канаде, Великобритании, Кипре, некоторых частях Южной Америки и на Балканах, но практически неслыханное блюдо в некоторых европейских странах.Кукуруза в початках продавалась на улицах Нью-Йорка в начале XIX века бедными босоножками «Hot Corn Girls», которые, таким образом, были предшественниками тележек для хот-догов, фургонов чурро и фруктовых киосков, которые можно было увидеть на улицах больших городов. Cегодня. Приготовленные незрелые ядра также можно сбрить с початков и использовать в качестве овоща в гарнирах, салатах, гарнирах и т. Д. В качестве альтернативы сырые незрелые ядра также можно натереть на терке и переработать в различные приготовленные блюда, например кукурузное пюре, тамалес, памоньяс , курау , торты, мороженое и т. д.

Кукуруза является основным источником крахмала.Кукурузный крахмал (кукурузная мука) является основным ингредиентом домашней кулинарии и многих промышленных пищевых продуктов. Кукуруза также является основным источником растительного масла (кукурузного масла) и кукурузного глютена. Кукурузный крахмал можно гидролизовать и ферментативно обработать для получения сиропов, особенно кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы, подсластителя; а также ферментированный и дистиллированный для производства зернового спирта. Зерновой спирт из кукурузы традиционно является источником виски Бурбон. Кукурузу иногда используют в качестве источника крахмала для пива.

В Соединенных Штатах использование кукурузы для употребления в пищу составляет около 1/40 от объемов, выращиваемых в стране.В Соединенных Штатах и ​​Канаде кукуруза в основном выращивается на корм скоту в виде фуража, силоса (полученного путем ферментации измельченных зеленых стеблей кукурузы) или зерна. Кукурузная мука также является важным ингредиентом некоторых коммерческих продуктов для животных, например, кормов для собак.

Кукуруза также используется в качестве приманки для рыбы, называемой «шариками из теста». Он особенно популярен в Европе для крупной рыбалки.

Альтернативная медицина

Стигмы женских цветков кукурузы, обычно называемые кукурузными рыльцами, продаются в качестве травяных добавок.

Химические вещества

Крахмал из кукурузы также может быть превращен в пластмассы, ткани, клеи и многие другие химические продукты.

Кукурузный настой, обильный водянистый побочный продукт процесса мокрого помола кукурузы, широко используется в биохимической промышленности и исследованиях в качестве питательной среды для выращивания многих видов микроорганизмов.

Биотопливо

«Кормовая кукуруза» все чаще используется для отопления; Доступны специализированные кукурузные печи (похожие на дровяные печи), в которых для выработки тепла используется либо кормовая кукуруза, либо древесные гранулы.Початки кукурузы также используются в качестве источника топлива из биомассы. Кукуруза относительно дешевая, и были разработаны печи для домашнего обогрева, в которых зерна кукурузы используются в качестве топлива. Они имеют большой бункер, через который зерна кукурузы (или древесные гранулы или вишневые косточки) одинакового размера загружаются в огонь.

Кукуруза все чаще используется в качестве сырья для производства этанола. Этанол смешивают с бензином, чтобы уменьшить количество загрязняющих веществ, выделяемых при использовании в качестве топлива для автомобилей. Высокие цены на топливо в середине 2007 года привели к повышению спроса на этанол, что, в свою очередь, привело к более высоким ценам, выплачиваемым фермерам за кукурузу.Это привело к тому, что урожай 2007 года стал для фермеров одной из самых прибыльных культур кукурузы в современной истории. Из-за взаимосвязи между топливом и кукурузой цены, уплачиваемые за урожай, теперь, как правило, соответствуют цене на нефть.

На цены на продукты питания в определенной степени влияет использование кукурузы для производства биотоплива. Стоимость транспортировки, производства и маркетинга составляет большую часть (80%) от цены на продукты питания в Соединенных Штатах. Более высокие затраты на энергию влияют на эти затраты, особенно на транспортировку.Повышение цен на продукты питания, наблюдаемое потребителями, в основном связано с более высокой стоимостью энергии. Влияние производства биотоплива на цены на другие продовольственные культуры является косвенным. Использование кукурузы для производства биотоплива увеличивает спрос и, следовательно, цену на кукурузу. Это, в свою очередь, приводит к тому, что посевные площади хозяйств отвлекаются от выращивания других продовольственных культур для выращивания кукурузы. Это сокращает предложение других продовольственных культур и увеличивает цены на них.

Кукуруза широко используется в Германии в качестве сырья для биогазовых установок. Здесь кукуруза собирается, измельчается, затем помещается в силосные захваты, откуда она подается на биогазовые установки. В этом процессе используется вся установка, а не просто ядра, как при производстве топливного этанола.

Электростанция с газификацией биомассы в Стреме недалеко от Гюссинга, Бургенланд, Австрия, была начата в 2005 году. Проводятся исследования по производству дизельного топлива из биогаза по методу Фишера-Тропша.

Все чаще этанол используется в низких концентрациях (10% или меньше) в качестве добавки к бензину (бензохолу) для моторных топлив для повышения октанового числа, снижения уровня загрязняющих веществ и сокращения использования нефти.

Декоративные и прочие виды использования

Некоторые формы растения иногда выращивают для декоративных целей в саду. Для этого используются пестрые и цветные листовые формы, а также с разноцветными колосьями. Типы превосходного размера, достигающие 40 футов (12 м) в высоту, початки длиной 2 фута (61 см) или 1 дюйм (2.5 см) ядра популярны не менее века. Кукурузные початки можно выдолбить и обработать для изготовления недорогих курительных трубок, впервые изготовленных в США в 1869 году.

Необычное использование кукурузы — создание «кукурузного лабиринта» (или «кукурузного лабиринта») в качестве туристической достопримечательности. Идея кукурузного лабиринта была представлена ​​Адрианом Фишером, одним из самых плодовитых дизайнеров современных лабиринтов, совместно с компанией American Maze Company, создавшей лабиринт в Пенсильвании в 1993 году.Традиционные лабиринты чаще всего выращивают с использованием живой изгороди из тиса, но для созревания им требуется несколько лет. Быстрый рост кукурузного поля позволяет разложить лабиринт с помощью GPS в начале вегетационного периода, а кукуруза вырастет достаточно высоко, чтобы к началу лета не было видно посетителей. В Канаде и США они популярны во многих фермерских сообществах.

Зерна кукурузы можно использовать вместо песка в песочнице для детских игр.

Кроме того, кормовая кукуруза иногда используется охотниками для наживки на животных, таких как олени или дикие кабаны.

Корм ​​

Кукуруза образует большее количество эпигейной массы, чем другие злаковые растения, поэтому может использоваться на корм. Усвояемость и вкусовые качества выше при силосовании и ферментации, чем при сушке.

Товар

Кукуруза покупается и продается инвесторами и спекулянтами в качестве торгуемого товара с использованием фьючерсных контрактов на кукурузу. Эти «фьючерсы» торгуются на Чикагской торговой бирже (CBOT) под тикером C . Они доставляются ежегодно в марте, мае, июле, сентябре и декабре.

PRO Одноразовый краситель | OS17 Кукуруза

PRO One Shot Dye — удобный профессиональный краситель для белковых волокон (животных волокон), таких как шерсть, ангора, шелк, нейлон, мохер и альпака.

Готово в одной банке, мерять нечего, просто залить кипятком для растворения красителей, добавить в красильную ванну и вскипятить. Одна банка окрашивает два фунта (900 граммов) пряжи или ткани.

Вопросы о продукте

• • Ваш вопрос получен.Уведомление будет отправлено после публикации ответа.

• • Не удалось найти вопрос для сохранения.

• • ReCAPTCHA введена неправильно. Попробуйте снова.

• • Ваш ответ был получен. Уведомление будет отправлено, когда ответ будет опубликован.

• • Не удалось найти ответ для сохранения.

Информация о продукте

Мы рады предложить наши направления онлайн.Откройте для себя неограниченные творческие возможности и технические проблемы, загрузив версию продукта в формате .pdf, показанную выше. Мы рекомендуем, чтобы перед использованием любого из наших продуктов вы ознакомились с Правилами безопасности Studio, чтобы посоветовать меры предосторожности и правильное использование защитного оборудования, чистоту работы и ответственное использование продуктов.

Наши направления предлагают варианты измерения в английской метрической системе и рекомендации по температуре. Однако у вас будет лучший контроль над результатами, если вы выберете метрическую систему; Очень важно, чтобы вы использовали наиболее удобную для вас измерительную систему.

Паспорта безопасности продукта (SDS)

являются важным компонентом управления качеством продукции и охраны труда. Они предназначены для ознакомления рабочих и аварийного персонала с процедурами безопасного обращения с продуктами или работы с ними. Паспорта безопасности содержат информацию, относящуюся к конкретному продукту, такую ​​как физические данные, токсичность, воздействие на здоровье, первую помощь, реактивность, хранение, утилизацию, защитное оборудование и процедуры обработки разливов.Найдите паспорт безопасности продукта, показанного выше

Правила техники безопасности для студии

В случае возникновения чрезвычайной ситуации в нерабочее время с 9 до 5 EST, с понедельника по пятницу и в выходные дни, позвоните по следующим номерам:

Телефоны экстренных служб:
800-255-3924 ChemTel. (США)
+ 1 01813-248-0585 (За пределами США)

Третья по ценности культура Канады

Посмотреть самую последнюю версию.

Архивный контент

Информация, помеченная как архивная, предназначена для справочных, исследовательских или учетных целей. Он не регулируется веб-стандартами правительства Канады и не изменялся и не обновлялся с момента его архивирования. Пожалуйста, «свяжитесь с нами», чтобы запросить формат, отличный от доступных.

Архивировано

Эта страница помещена в архив в Интернете.

Мари-Андре Амель и Эрик Дорфф

Перейти к тексту

Текст начинается

Кукуруза на зерно: лучший урожай зерновых в мире

Когда дело доходит до выращивания зерновых культур во всем мире, кукуруза является королем.Для многих это может стать неожиданностью. Любой, кто когда-либо видел бескрайние моря золотой пшеницы в канадских прериях, может подумать, что этот стержень канадского сельского хозяйства — зерновая культура номер один.

То же самое можно сказать о рисе и ландшафте рисовых полей, простирающихся, насколько хватит глаз, на всю Азию. Но вместо этого самой производимой зерновой культурой в мире на самом деле является кукуруза (также известная как кукуруза), зерновая культура, произрастающая в Америке. По объему мирового производства он опережает как рис, так и пшеницу (Таблица 1).

Кукуруза или кукуруза на зерно ^Note1 — зерновая культура номер один во всем мире — 885.3 миллиона тонн произведено в 2011 году в соответствии с ФАО ^Note2 . Крупнейшим производителем были США с 313,9 млн тонн или 35,5% мирового производства. За США следует Китай, который произвел 192,8 миллиона тонн (21,8% мирового производства). Канада заняла 11-е место в мире по производству кукурузы с 10,7 млн ​​тонн кукурузы, произведенной в 2011 году (таблица 2).

По данным сельскохозяйственной переписи 2011 года, в Канаде более 32 300 ферм сообщили о посеве 1,63 миллиона гектаров кукурузы (кукуруза на зерно, кукуруза на силос и сладкая кукуруза). Объем денежных поступлений фермерских хозяйств только от кукурузы на зерно в 2011 году достиг 2,08 млрд долларов, став третьей по ценности культурой в Канаде после канолы и пшеницы. ^Note3

Одно растение с множеством специализированных сортов

Фермеры и селекционеры кукурузы вывели несколько сортов, подходящих для конкретных целей и адаптированных к различным условиям окружающей среды.В Канаде на сельскохозяйственных полях преобладают три основных типа кукурузы: кукуруза на зерно, кукуруза на силос и сладкая кукуруза. В 2011 году 23 472 хозяйства сообщили о выращивании кукурузы на зерно, что на 17,7% меньше, чем в 1971 году. За тот же период количество хозяйств, представивших кукурузу на силос ^Note4 , сократилось на 65,0% и в 2011 году составило 13 184 хозяйства. кукуруза сладкая ^{Note5 Площадь} сократилась на 46,6% с 1971 года до 2997 хозяйств в 2011 году.

Диаграмма 1 показывает, что в сельскохозяйственной переписи 2011 года было зарегистрировано более 1,3 миллиона гектаров кукурузы на зерно, что более чем вдвое больше, чем 573 039 гектаров (диаграмма 1) в 1971 году.В 2011 году общая площадь под кукурузой составила 81,8%.

Описание диаграммы 1

Производство зерновой кукурузы в Канаде расположено в центральной Канаде

Онтарио и Квебек составляют основу кукурузы для производства зерна в Канаде. Согласно переписи сельского хозяйства, на Онтарио в 2011 году приходилось 61,7% посевных площадей, за которыми следует Квебек с 30,2% и Манитоба с 6,4% (Диаграмма 2). Хотя кукуруза на зерно является третьей по величине зерновой культурой в Канаде (после пшеницы и рапса), она занимает первое место в Онтарио с точки зрения производства ^Note6 и денежных поступлений от фермерских хозяйств.

Описание диаграммы 2

Климат является решающим фактором в определении областей страны, где кукуруза на зерно может быть жизнеспособной культурой. В целом, чем дольше и теплее вегетационный период, тем больше возможный урожай. Единицы нагрева кукурузы (CHU) используются для измерения среднего количества летних дней, когда температура превышает определенную. В то время как селекционеры вывели разновидности кукурузы, адаптированные к местным условиям окружающей среды, наибольшее производство обычно происходит в самых теплых регионах страны — в первую очередь в южном, центральном и восточном Онтарио, а также в южном Квебеке — поскольку в этих районах наблюдается самый высокий урожай ЧУ (карта 1).Регионы с более прохладным или коротким вегетационным периодом больше подходят для выращивания других зерновых, особенно пшеницы и ячменя.

Карта 1 Основные регионы выращивания кукурузы посевных площадей, Канада, 2011

Описание к карте 1

Таблица 3 показывает, как кукуруза для производства зерна изменилась в период с 1971 по 2011 год. На национальном уровне было меньше хозяйств, сообщающих кукурузу на зерно. Однако были некоторые интересные региональные различия. В Онтарио количество хозяйств, представивших кукурузу на зерно, уменьшилось почти на треть, а посевные площади увеличились на 311 272 га.Оставшуюся кукурузу для зерновых хозяйств выращивают в больших масштабах. Средний размер одной фермы увеличился более чем вдвое — с 21,3 до 50,8 га.

В Квебеке, второй по величине провинции, производящей кукурузу, за этот период увеличилось как количество ферм, так и посевные площади. В 2011 году средняя площадь кукурузы на зерно на ферму была почти в пять раз больше, чем в 1971 году. В среднем по Квебеку 65,3 га на ферму даже превзошли средний показатель Онтарио — 50,8 га на ферму, сообщившую кукурузу на зерно.

В Манитобе посевные площади под зерновые кукурузы значительно увеличились с появлением более ранних сортов, что расширило площади, пригодные для выращивания кукурузы. Крупнейшим рынком для кукурузы Манитобы являются корма для скота, за которыми следует переработка на заводе по производству этанола, который открылся в 2008 году. Количество хозяйств, представивших кукурузу на зерно, увеличилось до 713 в 2011 году по сравнению со 152 фермами в 1971 году. площадь подскочила более чем в 20 раз с 3 678 до 85 449 га.Средняя площадь в 119,8 га на ферму была почти вдвое больше, чем в среднем по стране (56,8 га на ферму), подающую кукурузу на зерно (Таблица 3).

Кто производит кукурузу?

Фермы, сообщающие о посеве кукурузы, были классифицированы с использованием Североамериканской отраслевой классификации 2012 года. Подсектор определяется по товару, на который приходится 50% или более сельскохозяйственного производства.График 3 показывает, что в 2011 году более одной трети посевных площадей под зерновые культуры приходилось на хозяйства, специализирующиеся на выращивании кукурузы. За ними следуют другие зерновые и масличные хозяйства с показателем 27,1% и молочные фермы с 13,5% посевов кукурузы на посевные площади зерновых.

Более половины кукурузы на силос приходилось на специализированные молочные фермы, за которыми следовало 26,9% площадей на фермах по разведению крупного рогатого скота. Кукурузу на силос собирают как цельное растение (, т. Е. , початок, зерно, стебель и листья), когда она еще зеленая, и используют в качестве корма для жвачных животных, таких как молочный и мясной скот.Как и ожидалось, 54,3% посевных площадей сахарной кукурузы пришлось на специализированные овощеводческие хозяйства.

Описание диаграммы 3

Структура сельского хозяйства значительно изменилась за последние десятилетия. В целом, существует меньше, но более крупных ферм, которые вносят значительный вклад в производство сельскохозяйственной продукции в Канаде. Производство кукурузы не стало исключением из этой тенденции. Общая посевная площадь кукурузы под зерновые с 1971 по 2011 год увеличилась более чем вдвое.

Лучшие 5% производителей кукурузы также работали в гораздо более крупных масштабах.За этот период их средняя посевная площадь увеличилась почти втрое с 347,2 до 935,0 га на ферму (График 4). Только 2,4% (или 561) всей кукурузы для производителей зерна приходилось на 20% всей посевной площади кукурузы в 2011 году. Для пшеницы и рапса доля производителей, отвечающих за 20% всей посевной площади, была примерно одинаковой, соответственно, 2,4% и 3,0% всех производителей пшеницы и рапса. В период с 1971 по 2011 год количество производителей, отвечающих за 5% всей территории страны, резко сократилось.Средняя посевная площадь 5% крупнейших производителей пшеницы выросла почти в шесть раз, в то время как 5% крупнейших производителей пшеницы увеличились в 10,5 раза (Таблица 4).

Описание диаграммы 4

Как производится кукуруза?

Для получения хорошего урожая кукуруза требует большего количества питательных веществ из удобрений, навоза или других почвенных добавок по сравнению с другими культурами для предотвращения истощения почвы.Бобовые, такие как горох, фасоль, соя, клевер и люцерна, способны «фиксировать» азот из воздуха и преобразовывать его в форму, усваиваемую растением. Кукуруза, выращиваемая как отдельная культура, может увеличить риск эрозии почвы. Кукуруза, выращиваемая в севообороте с фасолью (часто соей), зерновыми культурами или сеном, улучшает плодородие и структуру почвы, сокращает количество удобрений, уменьшает распространение сорняков, а также нарушает циклы болезней и вредителей. В этом разделе рассматриваются модели посадки, которые были наиболее распространенными в 2011 году.

Согласно переписи сельского хозяйства 2011 года, 5,0% от общей площади кукурузы на посевные площади под зерновые были зарегистрированы производителями, которые указали кукурузу на зерно как единственную полевую культуру. Наиболее распространенной структурой посевов ^Note7 была «кукуруза на зерно-соя-пшеница». Почти 20% всей кукурузы на посевные площади зерновых было зарегистрировано производителями, у которых были эти три культуры. Второй по распространенности моделью возделывания культур была «кукуруза на зерно — соя». Производителей, которые сообщили об этих двух полевых культурах, пришлось 17.9% всей кукурузы на посевные площади. Третьей наиболее распространенной структурой возделывания была кукуруза на зерно-сено-соя-пшеница, о которой сообщили производители, которые засеяли 6,2% всей кукурузы на посевные площади. В целом, 95,0% всей кукурузы на зерно и 97,9% кукурузы на силосную посевную площадь было выращено в севообороте с сеном или другой полевой культурой, такой как зерновые или бобовые.

Быть или не быть органическим

Производство органических продуктов сертифицировано сертифицирующими органами, аккредитованными Канадским агентством по надзору за пищевыми продуктами. Согласно новым правилам ^Note8 производители могут быть либо «сертифицированными органическими», либо «переходными». Производители с переходной экономикой — это те, кто находился в процессе проведения трехлетнего процесса сертификации всех или части своих операций как органические во время сельскохозяйственной переписи 2011 года.В 2011 году сертифицированные органические предприятия составляли 1,8% всех ферм Канады. Доля кукурузы для производителей зерна была немного ниже среднего национального показателя и составила 1,1% от всех хозяйств, представивших кукурузу на зерно. На их долю приходилось 0,8% всей посевной площади кукурузы (таблица 7). Преобладание генетически модифицированной кукурузы несколько снизило вероятность того, что производители будут искать органическую сертификацию. В провинции Онтарио, крупнейшей в области производства зерна кукурузы, 71,3% общей площади кукурузы было засеяно генетически модифицированной кукурузой.В Квебеке 73,8% кукурузы на зерно было генетически модифицировано. ^Note9

Что касается сладкой кукурузы, то 6,5% хозяйств сообщили о том, что они сертифицированы как органические. На их долю приходилось 1,7% посевных площадей сахарной кукурузы. Сильный потребительский спрос, вероятно, побудил больше производителей сладкой кукурузы предлагать органические продукты.

Как это мило!

Фирменное блюдо лета BBQs — свежая кукуруза в початках, но этот продукт не всегда был таким сочным и сладким лакомством, как сегодня. Ген, ответственный за высокий уровень сахара, можно проследить до генетической мутации в зерновой кукурузе, происходящей из U.С. в середине 1700-х гг. До этого свежая кукуруза была более крахмалистой и менее сладкой. Однако генетическая мутация имела недостатки, поскольку она снижала сохраняемость зерна кукурузы и затрудняла прорастание почвы в более холодных регионах. Но со временем в результате дальнейшей селекции были получены сорта кукурузы с более высоким уровнем сахара (, т. Е. , сорта с повышенным содержанием сахара и суперсладкие сорта), при этом поддерживая эти уровни сахара с течением времени. Кроме того, производители начали сажать сладкую кукурузу в черную пластиковую мульчу, чтобы помочь ей быстрее созреть, тем самым увеличив продолжительность вегетационного периода.В результате этих разработок свежая сладкая кукуруза превратилась из местного продукта — , то есть , собираемого и потребляемого в один день — в продукт, который транспортировали на большие расстояния без порчи. Эта эволюция внесла бы значительный вклад в увеличение импорта свежей сладкой кукурузы (Диаграмма 5).

Описание диаграммы 5

Сладкая кукуруза употребляется не только в початках. С 1971 года потребление свежей кукурузы увеличилось более чем вдвое и составило 0.79 килограммов на душу населения в 2011 году. За тот же период потребление консервированной кукурузы снизилось с 1,83 килограмма до 0,79 килограмма на душу населения. Потребление замороженной кукурузы увеличилось с 0,28 кг до 0,41 кг на человека (График 7).

Хотя кукурузу часто называют сладкой кукурузой в початках, она является важным ингредиентом многих продуктов. Например, в любой день человек может съесть хлопья для завтрака из кукурузных хлопьев, использовать кукурузный сироп для выпечки торта и полакомиться кукурузным хлебом или кукурузными лепешками на ужин.В 2011 году канадцы потребляли в среднем 0,52 кг кукурузной муки и шрота (диаграмма 6). Кукуруза также потребляется косвенно, поскольку кукуруза используется для кормления скота, который обеспечивает мясо, молоко и яйца, покупаемые в продуктовых магазинах. Почти половина всего внутреннего потребления шла на корм скоту. ^Note10

Описание диаграммы 6

Будущее кукурузы

Кукуруза — одна из традиционных культур Канады. Сначала он был выращен фермерами коренных народов, затем европейскими поселенцами, а сегодня — фермерами по всей стране.История этого урожая продолжается. Прежде всего, урожайность кукурузы значительно выросла с развитием сельскохозяйственных методов, развитием гибридных сортов и новыми достижениями в области биотехнологии, которая передает ген от одного организма к другому (, например, , технологии с использованием рекомбинантной ДНК ). Универсальность этой культуры в сочетании с достижениями ученых-растениеводов в области селекции делают ее популярным товаром для кормов, животноводства и промышленности.Таким образом, будущее кукурузы кажется сладким, и с продолжающимися исследованиями и разработками кажется, что небо — или, скорее, поля фермы — это предел.

Начало текстового поля

Кукуруза: мастер на все руки

Кукурузное зерно используется в пищу людям, животным и в качестве сырья для промышленных товаров. Различные методы обработки позволяют получать самые разные кукурузные продукты. Например,

• Цельные зерна кукурузы, предназначенные для кормления скота, измельчаются или «растрескиваются».’
• Напротив, кукуруза, предназначенная для употребления в пищу, постепенно измельчается до мелкого порошка для получения кукурузной крупы, мамалыги, кукурузной муки и кукурузной муки.
• Маса, кукурузная мука, используемая для лепешек, производится, когда цельные зерна кукурузы готовятся в щелочном водном растворе, чтобы сделать кукурузу более питательной. Процесс превращает протеин ниацин в форму, которая может быть усвоена организмом, и позволяет избежать болезни бери-бери, состояния, от которого страдали первые западные поселенцы в Америке.

В то время как некоторые продукты изготавливаются из цельного зерна кукурузы, в других продуктах используется только один компонент цельного зерна, как показано в следующей таблице. В частности, ядро ​​можно разделить на четыре компонента: отруби, глютен, крахмал и зародыши. Благодаря специальной обработке отдельные части ядра могут быть отделены и использованы в различных товарах. Например, хлопья из кукурузных хлопьев получают путем пропускания покрышки кукурузного ядра с высоким содержанием крахмала через ролики, которые сглаживают и растягивают его, после чего поджаривают.

Кукурузный крахмал, составляющий основную часть ядра, используется как для потребления человеком, так и в промышленных целях, в том числе в качестве загустителя, гелеобразователя и связующего агента для различных продуктов, включая пудинги и начинки для пирогов, клей для обоев, аспирин, мел, гипсокартонные панели и биоразлагаемые пластмассы.

Его можно использовать для производства ряда подсластителей, включая кукурузный сироп (или глюкозу) в качестве заменителя белого сахара, производимого из сахарного тростника или сахарной свеклы. Сироп содержится в различных продуктах питания, поскольку он удерживает влагу, предотвращает кристаллизацию, придает текстуру и может служить загустителем в пищевых продуктах. Его способность удерживать влагу не позволяет хлебу, хлебобулочным изделиям и кондитерским изделиям, таким как зефир, стать несвежим, а также его можно найти в леденцах, леденцах и замороженных десертах.

Кукуруза также используется для производства растительного масла, в частности кукурузного масла, и в дальнейшем может быть преобразована в маргарин и другие пищевые масла. Масло происходит из зародыша кукурузного ядра. Глютен является основным белком кукурузы и может быть преобразован в продукт, который используется в кормах для мясного и молочного скота, птицы и свиней.

Конец текстового поля

Банкноты

1. Зерновая кукуруза выращивается для получения зерен кукурузы, которые измельчаются для производства продуктов питания для людей и животных, а также используются в качестве промышленного сырья.
2. Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций
3. Статистическое управление Канады, таблица CANSIM 002-0001
4. Кукуруза на силос убирается как цельное растение (, т. Е. , початок, зерно, стебель и листья), когда она еще зеленая, и используется в качестве корма для жвачных животных, а именно молочного и мясного скота, овец, а также свиней и птица. Как правило, собранный растительный материал измельчается и хранится в безвоздушных вертикальных силосах, бункерных силосах или обернутых тюках.Растительный материал сохраняется в процессе бактериальной ферментации, в результате которой образуется молочная кислота. Интересен тот факт, что молочная кислота также используется в качестве консерванта в продуктах питания человека и отвечает за характерный вкус различных продуктов, таких как йогурт, хлеб на закваске, квашеная капуста, некоторые соленые огурцы и кимчи.
5. Сладкая кукуруза имеет высокое содержание сахара и известна потребителям как кукуруза в початках, консервированная кукуруза и замороженная кукуруза.
6. Статистическое управление Канады, таблица CANSIM 001-0010
7. Было сделано предположение, что если производители сообщили о более чем одной полевой культуре, они должны выращивать их в севообороте из-за всех преимуществ, которые может дать севооборот.
8. В 2009 году в Канаде вступили в силу правила об органических продуктах , которые требуют обязательной сертификации в соответствии с пересмотренными канадскими стандартами органической продукции, чтобы считать сельскохозяйственную продукцию органической.
9. Статистическое управление Канады, Исследование полевых культур, данные доступны по запросу. Генетически модифицированные семена не могут соответствовать стандартам органического производства.
10. Статистическое управление Канады, таблица CANSIM 001-0042

Урожайность кукурузы в системе мелкомасштабного сельского хозяйства — подход, объединяющий социально-экономические факторы и факторы управления растениеводством

Реферат

Недостаточная урожайность кукурузы ( Zea mays L.) в мелких фермерских хозяйствах восточной Индии являются результатом сложного взаимодействия климатических изменений, градиентов плодородия почв, социально-экономических факторов и различной интенсивности управления. В этом исследовании использовалось несколько подходов к машинному обучению, чтобы изучить относительное влияние множества биофизических, социально-экономических и управленческих характеристик на определение изменчивости урожайности кукурузы с использованием нескольких подходов машинного обучения. Состояние плодородия почв было оценено в 180 хозяйствах и сопряжено с обследованными данными по урожайности кукурузы, социально-экономическим условиям и агрономическому управлению.График относительной переменной важности C&RT определил размер фермы, общий труд, почвенные факторы, норму высева, удобрения и органический навоз как влияющие факторы. Среди трех подходов, сравниваемых для классификации урожайности кукурузы, искусственная нейронная сеть (ИНС) дала наименьшую (25%) ошибочную классификацию на выборках для проверки. Диаграммы частичной зависимости случайных лесов выявили положительную связь между размером хозяйства и урожайностью кукурузы. Машинный анализ нелинейных опорных векторов для восьми важнейших переменных выявил сложные взаимодействия, лежащие в основе реакции урожайности кукурузы.Примечательно, что размер фермы и общая рабочая сила синергетически увеличили урожай кукурузы. Дальнейшие исследования, интегрирующие эти алгоритмы с эмпирическими моделями роста сельскохозяйственных культур и имитационными моделями сельскохозяйственных культур для ожидаемых оценок урожайности, могут привести к дальнейшим улучшениям.

Образец цитирования: Датта С., Чакраборти С., Госвами Р., Банерджи Х., Маджумдар К., Ли Б. и др. (2020) Урожайность кукурузы в системе мелкого земледелия — подход, объединяющий социально-экономические факторы и факторы управления растениеводством. PLoS ONE 15 (2): e0229100.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0229100

Редактор: Умайр Ашраф, Педагогический университет Лахора, Пакистан, ПАКИСТАН

Поступила: 30 августа 2019 г .; Принята к печати: 29 января 2020 г .; Опубликовано: 24 февраля 2020 г.

Авторские права: © 2020 Dutta et al. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в рукописи и ее файлах с вспомогательной информацией.

Финансирование: КМ получил фонд. Спонсор: Международный центр улучшения кукурузы и пшеницы (CIMMYT) в рамках Программы CRP по кукурузе (грант № A4032.09.11). Спонсор не принимал участия в разработке исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Сокращения: ИНС, искусственная нейронная сеть; C&RT, дерево классификации и регрессии; PSR, штрафная сплайн-регрессия; РФ, случайный лес; SVM, Машина опорных векторов; VisNIR DRS, спектроскопия диффузного отражения в ближнем инфракрасном диапазоне видимого диапазона

1 Введение

Для достижения целей в области устойчивого развития по искоренению бедности (цель 1), голода (цель 2) и улучшения здоровья и благосостояния людей (цель 3) [1] потребуется увеличение мирового сельскохозяйственного производства на 60–110%. .В серии публикаций ФАО «Положение в мире» [2] и перспективных программных документах IFPRI на период до 2050 года продовольственная безопасность определена как глобальная проблема 21 ^годов века. Преодоление значительного разрыва в урожайности мелких фермерских хозяйств в Азии и Африке, со значительными региональными и межличностными различиями, необходимо для снижения глобальной продовольственной безопасности [3, 4]. Интенсивно возделываемая восточная часть Индии [5] характеризуется мелкими фермерскими хозяйствами [6]. По сути, системы мелких фермерских хозяйств функционируют в широком спектре биофизических, климатических и социально-экономических условий, и их улучшению часто препятствует недостаточный доступ к земле, плодородным почвам, капиталу и рабочей силе [7, 8].Взаимодействие между этими факторами влияет на эффективность использования ресурсов и возможность получения оптимального урожая. Tittonell et al. [9] пришли к выводу, что биофизические и социально-экономические факторы, связанные с различным местным климатом, типами почв, доступом к рынкам, а также социально-культурными и этническими характеристиками, определяют плодородие почвы и вариации урожайности. Фактически, недавно анализ разницы в урожайности адекватно учитывал неоднородность мелких землевладельцев для выявления местных / региональных факторов изменения урожайности [10, 11, 12, 13].Понимание этих детерминант изменчивости урожайности в системах мелких землевладельцев важно для разработки обоснованной политики, позволяющей ликвидировать разрыв в урожайности основных продовольственных культур.

( Zea mays L.) в Индии в основном сосредоточены на управлении урожаем, улучшении урожая и устранении биотических и абиотических ограничений для повышения урожайности кукурузы. Однако то, как эти факторы функционируют в структурном, биофизическом и социально-экономическом контексте сельского хозяйства, изучено меньше [14, 15, 16]; Таким образом, оценка относительной значимости управления почвой и посевами, социально-экономических и структурных факторов важна для целевых управленческих вмешательств на конкретных участках [17, 18].

В методах измерения изменчивости урожайности и разрыва продуктивности часто используются экспериментальные результаты, полученные на местном уровне [19] или на региональном / глобальном уровне [20], при этом мало внимания уделяется внутренней изменчивости условий хозяйств. Большая изменчивость роста культур и урожайности во времени и пространстве ставит под сомнение точность существующих моделей [21, 22]. Оценка воздействия климатических, биофизических, управленческих и социально-экономических детерминант необходима для понимания причин изменчивости урожайности на сельскохозяйственных полях [23]; однако наше понимание взаимодействия между этими факторами для прогнозирования урожайности все еще ограничено.В то время как одна группа исследователей использовала классические статистические методы, такие как корреляционный, регрессионный и кластерный анализ, для анализа изменчивости урожайности [24, 25], другие предпочитали различные модели, основанные на процессах, для изучения разницы в урожайности на фермах [26, 27]. Хотя относительное превосходство моделей роста сельскохозяйственных культур на основе процессов над эмпирическими моделями хорошо известно, возросшие требования к технологической сложности и надежным мерам калибровки и проверки являются основными ограничивающими факторами для их более широкого применения, особенно в мелких фермерских хозяйствах развивающихся стран, в которых отсутствует финансовые и технические возможности [28].Учитывая, что эмпирические модели роста сельскохозяйственных культур играют решающую роль в выявлении скрытой структуры процесса роста сельскохозяйственных культур, наиболее детерминированные модели иногда в значительной степени полагаются на первые, то есть модели, основанные на процессах [29]. Исследование множественных взаимодействий между результатом и независимыми переменными часто требует адаптивного и непараметрического многомерного анализа из-за их способности согласовывать нелинейные отношения, тем самым преодолевая ограничения общих линейных моделей, основанных на евклидовых расстояниях.Данные, собранные в ходе полевых исследований, представляют собой смесь непрерывных, дискретных и категориальных переменных и часто оказываются сильно искаженными. Чтобы справиться с такими сложностями, некоторые исследователи недавно использовали анализ дерева классификации и регрессии (C&RT) для категоризации относительно однородных наблюдений с точки зрения целевых и независимых переменных [14, 30]. Кроме того, такие методы, как машина опорных векторов (SVM) и искусственная нейронная сеть (ANN), были эффективно использованы для выявления сложных и нелинейных отношений между целевыми и предикторными переменными.

Это исследование является продолжением работы Banerjee et al. [14], и исследует лежащие в основе многогранные связи между урожайностью кукурузы и биофизическими, социально-экономическими факторами и факторами управления урожаем, применяя несколько многомерных подходов к машинному обучению. Мы намерены представить ученым-агрономам и политикам убедительные аргументы в пользу использования этих подходов для объяснения урожайности кукурузы в мелких фермерских хозяйствах. Конкретные цели этого сообщения: (i) определить ключевые социально-экономические, растениеводческие и биофизические факторы для прогнозирования урожайности кукурузы; (ii) понять основную взаимосвязь между вышеупомянутыми факторами для определения урожайности кукурузы в небольших фермах двух агроэкологических зон восточной Индии; и (iii) сравнить относительную эффективность различных подходов к машинному обучению для классификации изменчивости урожайности кукурузы.

2 Материалы и методы

2.1 Описание местонахождения

Исследование проводилось в двух районах Западной Бенгалии, Индия: Мальда в «Старом аллювиальном» и Банкура в агроклиматических зонах «Красный и Латерит». Вместе эти две зоны покрывают площадь 10 615 км ² . Климат в Мальде жаркий и влажный летом, со средним годовым количеством осадков 1453 мм. Климат Банкуры более сухой со средним годовым количеством осадков 1400 мм [14]. Плотность населения составляет 446 и 881 км ^-2 жителей для Банкуры и Мальды, соответственно [31].Во время обзора вторичной информации Банерджи и др. [14] зафиксировали несколько особенностей ведения сельского хозяйства в этом районе, которые имеют отношение к данному исследованию. Во-первых, районы отражают разную высоту, типы почв, этнические группы и модели землепользования. Во-вторых, общая чистая посевная площадь в исследуемых районах составляла от 260 000 га до 345 000 га. Интенсивность посевов колебалась от 164 до 183%. Фермы в обоих районах преимущественно небольшие и маргинальные, с землевладением менее 1,0 га. В обоих районах можно найти три различных сезона урожая: пре-хариф (март-май), хариф (июнь-октябрь) и раби (ноябрь-февраль).Кукуруза стала важной культурой как в Мальде (в течение сезонов до харифа , харифа и раби ), так и в Банкуре (в течение сезона хариф ). Мальда произвела 20 тыс. Т зерна кукурузы с 8620 га, что превышает посевные площади (172 га) и урожайность (2,3 т га ^–1 ) Банкуры [14, 31].

2.2 Обследование хозяйств и лабораторная характеристика почвы

Исследование проводилось на частных сельскохозяйственных землях с разрешения собственников.Миссия Рамакришны Комитет по этике Университета Вивекананды одобрил эти места, привлекая участников-фермеров до начала исследования. Два квартала (меньшие административные единицы общинного развития, состоящие из деревенских кластеров) с самыми высокими площадями выращивания кукурузы были выбраны для обследования из 15 кварталов Малда и 22 кварталов районов Банкура (Таблица 1). Три деревни в каждом из выбранных кварталов были выбраны после консультаций с координаторами программ Центра сельскохозяйственных наук (агентство по продвижению первой линии Индийского совета сельскохозяйственных исследований), заместителем директора по сельскому хозяйству, местными неправительственными организациями и прогрессивными фермерами. .Были отобраны села с высокими посевными площадями под кукурузу в определенные сезоны выращивания кукурузы. Фермеры, выращивающие кукурузу в деревнях (по 30 фермеров из каждой деревни), были затем отобраны для подробного обследования посредством систематической выборки [14]. Предварительное взаимодействие с фермерами проводилось вместе с обследованием кукурузных полей, чтобы понять существующее состояние выращивания кукурузы. За этим последовала однодневная консультация с заинтересованными сторонами, в результате которой был составлен структурированный график интервью (см. Файл S1) [14].Предварительно протестированные анкеты были использованы в структурированных интервью с владельцами 180 хозяйств (90 хозяйств на район). Они сопровождались посещением кукурузных полей в каждом доме.

Всего до посева кукурузы было отобрано 180 образцов почвы с комбинированной поверхности (0–60 см) с эквивалентного количества полей. Каждый составной образец представлял собой смесь восьми подвыборок из каждого поля. Образцы сушили на воздухе, измельчали ​​и пропускали через сито 2 мм. Почвы были проанализированы на размер частиц [32], pH насыщенной пасты [33], засоленность [33], общий органический углерод [34], доступный S [35], доступный K, доступный P [36,37] и доступный N [ 38].

Мы собрали данные об урожайности кукурузы из отчетов фермеров и проверили 20% данных (n = 36) с помощью аллометрических моделей, определенных Tittonell et al. [39], что попало в 95% доверительный интервал. Объясняющие переменные были сгруппированы по социально-экономическим, управленческим, структурным и связанным с почвой переменным. Измерение этих переменных приведено в таблице 2.

2.3 Спектральная характеристика почвы

Традиционно лабораторные рутинные физико-химические анализы почвы были основой нашего представления о качестве и функциях почвы; однако существует острая необходимость в разработке быстрых и рентабельных методологий анализа почвы в точном земледелии.Гиперспектральная спектроскопия диффузного отражения, быстрый и неразрушающий подход, использовалась в качестве альтернативного подхода к анализу почвы в течение последних двух десятилетий [40]. Мы отсканировали 180 образцов почвы с помощью портативного спектрорадиометра ASD FieldSpec ^® (Analytical Spectral Devices, CO, США) [см. Файл S2 (SM) для получения более подробной информации о спектральном анализе и спектральном моделировании]. Чтобы уменьшить размерность спектральных данных (интервал 10 нм) в последующем модельном анализе, был проведен анализ главных компонент (PCA), в ходе которого были выбраны первые два ПК (SPC1, SPC 2), которые суммировали 90% общей спектральной вариации.Кроме того, PCA, выполненный по индексам влажной химии почвы, выбрал первые два PC (PC1 и PC2), которые вместе объясняли 88% общей изменчивости. Была обнаружена значимая корреляция между глиной и органическим углеродом (p <0,0001). ПК1 объяснил 54% общей вариации, а ПК2 объяснил 34% вариации. Впоследствии все четыре вышеупомянутых ПК (SPC1, SPC2, PC1 и PC2) были включены в «Факторы почвы» в Таблице 2 в качестве альтернативы использованию данных влажного химического состава почвы и спектральных данных почвы для классификации урожайности кукурузы.

2.4 Многомерное моделирование

2.4.1 Классификация урожайности кукурузы.

В настоящем исследовании мы сначала использовали алгоритм C&RT, известный для прогнозирования количественных или категориальных целей путем рекурсивного разделения набора данных [41]. C&RT анализ был выполнен с помощью программного обеспечения SPM (Salford Systems, Сан-Диего, Калифорния, США). Урожайность кукурузы использовалась в качестве целевой переменной, а социально-экономические, управленческие и почвенные факторы (топография, спектральная и влажная химия PC) использовались в качестве независимых переменных (таблица 2) в этом исследовании.Среди других многомерных моделей был проведен анализ случайного леса (RF), машины опорных векторов (SVM) и искусственной нейронной сети (ANN) [42, 43, 44] [см. S2 File SM для более подробной информации]. Урожайность кукурузы (т га ^-1 ) была преобразована априори в дискретные классы [1 ^-й квартиль (Q ₁ ), 2 ^-й квартиль (Q ₂ ), 3 ^-й квартиль ( Q ₃ ) и 4 ^{-й квартиль} (Q ₄ )] для целей классификации.ИНС запускалась в пакете интеллектуального анализа данных WEKA. Мы оптимизировали параметры ИНС с помощью модуля «CVParameterSelection». Обратите внимание, что RF, SVM и ANN были применены ко всему набору данных и в дальнейшем применены к разделению данных (135 обучающих 75% и 44 тестовых 25%).

2.4.2 Прогнозирование урожайности кукурузы с помощью регрессии РФ.

После определения влияющих переменных с помощью вышеупомянутых алгоритмов классификации, RF-регрессия использовалась для прогнозирования урожайности кукурузы с использованием всего набора данных с полной перекрестной проверкой.Для оценки предсказуемости модели использовались коэффициент детерминации (R ² ), RMSE перекрестной проверки (RMSEcv), остаточное отклонение предсказания (RPD) и смещение.

3. Результаты

3.1 Урожайность кукурузы и характеристика почвы

Хотя общая урожайность Мальды (3,79 т га ^-1 ) превзошла общую урожайность Банкуры (3,41 т га ^-1 ) на 11,14%, между ними не наблюдалось значительной разницы в урожайности. Суммарный общий урожай кукурузы варьировался от 0.11–8,25 т га ^–1 с диапазоном значений 1, 2, 3 и 4 квартала 0,11–1,86, 1,86–4,0, 4,0–4,81 и 4,81–8,25 т га ^–1 , соответственно. Между районами наблюдались значительные различия в свойствах почвы. У Мальды были более мелкозернистые почвы с более высокими ОС (на 21% выше), ЕС (на 61,54% выше) и pH (18,33%) (рис. 1). Напротив, в обоих округах была одинаковая медиана доступного азота (160 кг / га ^-1 ), а больший межквартильный диапазон (на 37,5% больше) был обнаружен в Мальде. Аналогичная тенденция была получена для доступных P.

Статистические моменты всех измеренных переменных почвы для объединенных данных показаны в таблице 3. За исключением доступного S, наблюдалась значительная изменчивость для pH (4,8–10), EC (0,0–0,8 dS м ^-1 ), доступного N (77–308 кг га ^-1 ), доступный P (4,9–21,7 кг га ^-1 ), доступный K (24,0–432,9 кг га ^-1 ), глина (10,8–44,8%), песок ( 17,2–83,2%) и ила (4–42%). Органический углерод значительно коррелировал со всеми параметрами, кроме доступных N, P и S.

3.2 Использование основных компонентов в качестве заместителя для химических параметров и спектров почвы

Нагрузки главных компонентов указали на корреляцию между спектральными длинами волн и свойствами почвы (рис. 2). Отрицательные пики в нагрузках SPC1 указывали на интересующий аналит, а положительные пики идентифицировали мешающие компоненты [45]. Нагрузочные грузы SPC1 показали ярко выраженный отрицательный вклад для диапазонов волн между ~ 450-750 нм, 1050-1150 нм, 1250-1450 нм, 1700-1750 нм, 1900-2050 нм и 2200-2240 нм, возможно, связанный с гетитом (электронный переход ), ароматические углеводороды (3υ ₁ ) [где υ _i = основная мода], глинистые минералы (каолиновый дублет; 2υ _1a и 2υ _1b ), алкилсимметрично-симметричный дублет (2υ ₁ ), карбоновые кислоты (3υ ₁ ), смектит (υ ₁ + δ _a или υ ₁ + δ _b ) или иллит (υ ₁ + δ) соответственно [46].Напротив, загрузочные веса SPC2 указали на отрицательный вклад для областей ~ 1250–1850 нм и 1950–2150 нм с различной величиной, обусловленный ароматическими соединениями (3υ ₁ ) и амидами (3υ ₁ ). Плечо при 2137 нм указывает на полисахариды, такие как целлюлоза и т. Д., Которые являются частью трудноразлагаемых органических соединений C.

3.3 Классификация и дерево регрессии для выбора влияющих переменных

Чтобы помочь классифицировать набор данных по урожайности кукурузы, мы объяснили изменчивость, возникающую в результате взаимодействия между социально-экономическими, сельскохозяйственными и биофизическими переменными.Весь набор данных был использован для анализа C&RT (n = 179) с общим урожаем зерна кукурузы в качестве целевой переменной (рис. 3). В дереве было 14 конечных узлов (TN), где скорость начального числа была основным узлом разделения. Средняя урожайность кукурузы составила 2,66 т га ^-1 при норме высева <27,78 кг га ^-1 . Средняя урожайность снизилась (1,84 т га ^-1 ) при более высокой норме высева, возможно, из-за различий в методах посева, что привело к различиям в конкуренции за ресурсы между растениями.На узле разделения 2, как и ожидалось, более низкая норма высева (<17,63 кг га ^-1 ) привела к более низкой средней урожайности (2,40 т га ^-1 ), а сравнительно более высокая урожайность была получена с> 17,63 кг га ^{-1 Норма высева} , которая была дополнительно разделена по размеру фермы (узел разделения 7). Комбинация размера фермы более 0,31 га с внесением органического навоза более 0,58 т га ^-1 показала синергетический эффект на урожай кукурузы (TN 7, средняя урожайность = 3,66 т га ^-1 ).Эту тенденцию можно отнести к крупным фермерам, которые применяли как органические, так и неорганические источники питательных веществ в достаточном количестве. В большинстве случаев использовалось низкое (<0,58 т га ^-1 ) органическое удобрение (n = 53). Есть несколько ограничений для источников органического навоза в этом регионе, таких как размер фермы, неудобство органических методов, недоступность биомассы, более высокий производственный риск, отсутствие обучения органическим методам и т. Д. [47]. Последняя группа была дополнительно разделена на использование неорганических удобрений (сумма мочевины, SSP и MOP), когда удобрения вносились с дозами выше 975.84 кг га ^-1 дали средний урожай 4 т га ^-1 (TN 8). Средняя урожайность (2,71 т га ^-1 ) снизилась из-за более низких доз удобрений, что составило большинство случаев (n = 40). Этот узел, в свою очередь, снова был разделен на общий труд (узел 10). Все четыре почвенные переменные (PC1, PC2, SPC1, SPC2) выступали в качестве критериев разделения на разных уровнях иерархии, указывая на то, что они были доминирующими переменными, влияющими на урожайность.

График относительной переменной важности выявил ключевые биофизические факторы и факторы управления (рис. 4).Только те переменные, которые имеют относительную важность> 0,05, были оставлены для простоты. Двумя наиболее влиятельными переменными были названы размер фермы и общая рабочая сила, за которыми следовали переменные почвы. Другими важными переменными, которые имеют предсказательную важность> 0,6, были норма высева, удобрения и органический навоз. Все эти три фактора отражают интенсивность управления выращиванием кукурузы.

C&RT иллюстрирует сложность структуры данных и необходимость категоризации изменчивости урожайности, возникающей в результате множественных взаимодействий между различными переменными.Только первые девять предикторов C&RT (относительная важность> 0,5) были сохранены и использованы в последующих классификациях. Упрощение сложного набора данных, имеющего большое взаимодействие между генотипами и средой [48] [74] или уменьшенное количество входных переменных для моделирования урожайности сельскохозяйственных культур [49,50], было обычным явлением в доступной литературе, и то же самое было применено к нашей набор данных.

3.4 Классификация

РФ отлично классифицировал данные по урожайности с ошибочной классификацией 0% как для всего набора данных, так и для 75% обучающего набора (n = 135) (Таблица 4).И наоборот, 25% тестовый набор (n = 44) показал более низкую точность классификации с 38% ошибкой классификации, классифицируя все образцы, кроме 17, по классам урожайности. Классификация с помощью SVM почти напоминала классификацию RF, когда использовался полный набор данных, что приводило к ошибочной классификации 0,5%. Напротив, 25% тестовый набор (n = 44) показал более низкую точность классификации, чем его RF-аналог, показывая 47% ошибочной классификации. Частота ошибочной классификации SVM для обучающего набора (n = 135) была намного хуже, чем частота неправильной классификации обучающего набора RF.В целом модель классификации ANN-MLP показала наилучшую производительность, давая наименьший уровень ошибочной классификации на тестовой выборке (25%). Общая производительность алгоритмов прогнозирования классов урожайности кукурузы может быть оценена как: ИНС> RF> SVM.

Таблица 4. Матрица неточностей, показывающая классификацию урожайности кукурузы с использованием классификаций случайного леса (RF), машины опорных векторов (SVM) и искусственной нейронной сети (ИНС).

Также приведены взвешенные каппа-коэффициенты (n = 179).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0229100.t004

Используя весь набор данных, анализ относительной важности переменных РФ на основе критерия Джини показал интересную тенденцию. Ведущими влиятельными переменными были все числовые переменные, которые дополняли важные предикторы C&RT (рис. 5), хотя и с немного другим ранжированием. Кроме того, на рис. 6 показан график частичной зависимости четырех ведущих влияющих переменных (размер фермы, SPC1, SPC2 и общий труд), как показано на рис.Поскольку у переменной ответа (общий урожай кукурузы) было четыре категории, каждая переменная имела четыре функции частичной зависимости, по одной для каждого сорта. Например, для фермы переменного размера было выявлено, что для логитов (т. Е. Логарифма доли голосов) наличия класса 1 (Q1, первый квартиль общего урожая кукурузы) общий урожай резко снижался, когда размер фермы увеличивался. от низкой стоимости. Скорость уменьшения логита замедлялась, когда размер фермы был больше. Обратите внимание, что метки в нижней части графика указывают децили переменной (например,грамм. размер фермы). Поэтому во время интерпретации больше внимания уделялось плотной области хеш-меток, а не разреженной области (например, когда размер фермы был больше 2). Размер фермы и продуктивность кукурузы продемонстрировали положительную взаимосвязь на разных масштабах фермы. Это было довольно интересно, указывая на разную величину такой ассоциации как для мелких, так и для относительно более крупных фермеров. На первом графике изначально высокая вероятность попадания в класс 1 (низкий уровень производства) может отражать неспособность мелких землевладельцев применять достаточные уровни производственных ресурсов.Однако эта тенденция замедлилась с увеличением размера хозяйств из-за уменьшения отдачи от производственных затрат [51]. При визуализации эффекта SPC1 снижение баллов ниже 2 (т. Е. Усиление воздействия органического вещества почвы и глины) сопровождалось постоянно увеличивающейся вероятностью попадания в класс 3 (более высокая урожайность). При уменьшении балла SPC2 резкое увеличение вероятности наблюдалось в классах 2 и 3 для большинства случаев. Мы построили график близости RF, используя весь набор данных, чтобы наблюдать структуру кластеризации среди выборок и идентифицировать выбросы в данных, мы построили график близости RF, используя весь набор данных, который дал указание на наблюдения, которые были эффективно близки друг к другу , как определено классификатором случайных лесов (рис. 7).Обратите внимание, что график близости основан на сходстве между наблюдениями, т. Е. На том, сколько раз случаи были помещены в одни и те же конечные узлы [52]. Однако в нашем случае наблюдалось большое совпадение между классами 1 и 2, с тремя выбросами (вверху справа) в классе 1, хотя внутриклассовая изменчивость была очевидна из редкого характера случаев. Кроме того, как класс 3, так и класс 4, казалось, имели два подкласса.

Рис. 5. График относительной важности случайных лесов с использованием всего набора данных на основе критерия Джини.

Размер фермы, агроэкологический регион, тип семян, бобовые культуры, класс социально-экономического статуса, владение землей, этническое происхождение, топография, ограничения ирригации, серьезность проблемы с почвой, органический навоз, норма высева и общая рабочая сила обозначаются как Ферма, AE, Seed, Legu, SES, земля, этническая принадлежность, Topo, Irrigation, Severity, Organic, SRate и Labor соответственно.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0229100.g005

Наверху 1,2,3,4 (индивидуальный класс) представляют 1 ^{-й квартиль} (Q ₁ ), 2 ^{-й квартиль} (Q ₂ ), 3 ^{-й квартиль} (Q _{) 3} ) и 4 ^{-й квартиль} (Q ₄ ) от общего урожая кукурузы соответственно.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0229100.g006

Рис. 7. График близости для случайного классификатора лесов с использованием всего набора данных (n = 179).

Четыре разные категории: 1,2,3,4 (индивидуальный класс) представляют 1 ^{-й квартиль} (Q ₁ ), 2 ^{-й квартиль} (Q ₂ ), 3 ^{-й квартиль} (Q _{) 3} ) и 4 ^{-й квартиль} (Q ₄ ) от общего урожая кукурузы соответственно.Матрица близости представлена ​​двумя измерениями (Dim 1 и Dim 2) с использованием многомерного масштабирования.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0229100.g007

Рис. 8 иллюстрирует сложные взаимодействия через нелинейную SVM (с использованием гауссова ядра) границу для восьми ведущих влиятельных переменных, как показано на рис. 5. Мы использовали только двумерная модель, поскольку очень сложно визуализировать границу для модели с более чем двумя переменными. Нелинейность и сложное взаимодействие для границы SVM в парном графике SVM были очевидны.Например, на первом участке (размер фермы по сравнению с SPC1) класс 2 доминировал в верхнем (большой размер фермы) и нижнем правом углу (небольшой размер фермы и большое значение SPC1). Класс 3 охватывал диапазон SPiC1 со средними значениями для размера фермы. В классе 4 было два кластера, оба имели значения SPC1 около нуля. Зона класса 1 появилась, когда размер фермы был небольшим, и большая часть площади находилась в нижнем левом углу (небольшой размер фермы и небольшое значение SPC1). При визуализации взаимодействия между SPC2 и размером фермы было очевидно, что, хотя класс 2 охватывал диапазон размеров фермерских хозяйств, охват класса 2 был более выраженным, когда размер фермы превышал 2 га (крупная ферма).Одной из заметных закономерностей была тенденция к кластеризации класса 1 (более низкая урожайность) вокруг небольшого размера фермы на первых семи участках, за исключением участка «ферма против SPC2». Чрезмерное использование удобрений привело к снижению урожайности независимо от размера фермы (ферма по сравнению с удобрениями). Синергетическая взаимосвязь между размером фермы и общим трудом для увеличения урожайности наблюдалась на участке между фермой и рабочей силой. Визуальный осмотр SPC1 по сравнению с SPC2, PC2, норм высева, удобрений и рабочей силы выявил тонкую тенденцию к кластеризации классов 3 и 4 (более высокие урожаи), когда оценка SPC1 была ниже 0 (более высокое содержание органического вещества или глина).Синергетический эффект между низкой оценкой SPC1 и высокой нормой высева был очевиден (кластер класса 4 в правом нижнем углу SPC1 по сравнению с нормой высева). Более того, поля с высоким содержанием органических веществ или глины производили меньше (класс 1) после того, как внесение удобрений достигло порогового значения. Норма высева положительно коррелировала с дозой удобрений и трудозатратами, тогда как доза удобрений положительно коррелировала с общей трудозатратностью. Среди других положительных взаимодействий важными были PC1 по сравнению с PC2, PC1 по сравнению с рабочей силой и PC1 по сравнению с нормой высева, что было интерпретировано из распределения класса 4.На графике зависимости PC1 от удобрений явное присутствие класса 1 реально выявило негативное влияние чрезмерного удобрения на плодородное поле. Вкратце, мы предположили, что интерпретация причинно-следственных связей требует осторожного подхода, потому что многие биофизические и управленческие переменные, по-видимому, сильно коррелированы друг с другом.

Четыре разные категории: 1,2,3,4 (индивидуальный класс) представляют 1 ^{-й квартиль} (Q ₁ ), 2 ^{-й квартиль} (Q ₂ ), 3 ^{-й квартиль} (Q ₃₎ ) и 4 ^-й квартиль (Q ₄ ) от общего урожая кукурузы соответственно.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0229100.g008

3,5 Прогноз урожайности

Случайная регрессия лесов была достаточно способна уловить сложность нелинейной структуры данных и спрогнозировать общий урожай кукурузы, обозначенный значением 0 ² рэндов.94 (RMSE = 846 кг га ^-1 ). График важности переменных регрессии RF (рис. 9a) показывает независимые переменные, упорядоченные в соответствии с их относительным вкладом в общий процесс прогнозирования. Впоследствии графики частичной зависимости всех восьми переменных обеспечили более прямую интерпретацию относительного влияния различных биофизических характеристик и факторов управления земельными ресурсами на общий урожай кукурузы (рис. 9b). Общий урожай резко увеличился, когда размер фермы увеличился с низкого значения.Впоследствии скорость роста замедлилась и достигла плато, когда размер фермы был большим. Урожайность быстро увеличивалась только тогда, когда норма высева и общий труд увеличивались с низкого значения. В общем, положительный вклад доступного в почве фосфора в общий урожай можно сделать вывод, если оценка PC2 была положительной.

Рис. 9.

Графики, показывающие a) график важности RF-переменных, где объясняющие переменные расположены в соответствии с их относительным вкладом в общий процесс прогнозирования.Норма высева, размер фермы и общий труд обозначаются как SRate, Farm и Labor соответственно, и б) графики частичной зависимости от восьми влияющих переменных (размер фермы, SPC1, SPC2, PC1, PC2, норма высева, удобрения и общая труд), используемый в случайной регрессии леса. По оси ординат на всех графиках представлена ​​общая урожайность кукурузы (^-1 кг га).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0229100.g009

4. Обсуждение

Вариабельность урожайности кукурузы в разных деревнях в пределах квартала была изначально большой, вероятно, из-за разницы в сроках посева [53], условиях выращивания [54] и выборе сорта [55].Более высокий межквартильный разброс свойств почвы для Мальды можно в значительной степени объяснить более высокой вариабельностью в интенсивности управления питательными веществами из-за большей социально-экономической изменчивости между подобластями и присущей вариабельности свойств почвы. Помимо других факторов, структура почвы объяснила изменчивость ОС из-за большей способности почвы, более богатой глиной и илом, по физико-химической стабилизации углерода в почвах, более богатых глиной и илом [56].

Спектральный анализ (в терминах SPC1 и SPC 2) был достаточно чувствительным, чтобы уловить спектральные характеристики ОС почвы и глинистых минералов.Назначение точных диапазонов волн для отдельных параметров почвы было трудным из-за сложной природы почвенной матрицы. Следовательно, определить взаимосвязь между размером оценки ПК и загрузкой было непросто. Для простоты мы использовали отрицательные спектральные баллы для каждого SPC1 и SPC2 в качестве комплексных индикаторов как ОС почвы, так и содержания глины. Напротив, ПК1 имел значительно более высокие положительные нагрузки на глину (0,972) и ОС (0,543), в то время как ПК2 имел значительно более высокие положительные нагрузки на доступный P (0.482), чем остальные переменные с незначительными положительными и отрицательными нагрузками. Чем больше абсолютное значение веса загрузки, тем больше вклад соответствующей входной переменной в выходную. Таким образом, глина и ОС были наиболее влиятельными переменными в ПК1, в то время как доступный Р был наиболее влиятельным в ПК2. Большие положительные значения PC1 представляли большие значения глины и OC, в то время как большие положительные значения PC2 были связаны с высокой доступной почвой P. Для облегчения интерпретации мы использовали PC1 для обозначения комбинированного воздействия глины и ОС, в то время как PC2 обозначало доступную почву P.

В анализе C&RT появление нормы высева в качестве основного узла деления связано с тем фактом, что большинство фермеров в Мальде сеют семена кукурузы с определенным расположением рядков (метод линейного посева), в то время как фермеры Банкуры предпочитают рассеяние с более высоким высевом. показатель. Данные предполагают оптимальные нормы высева в диапазоне 17,63–27,78 кг / га ^-1 (широкий диапазон может быть отнесен к различиям в биофизических условиях хозяйств), что близко к рекомендациям государственного департамента сельского хозяйства.Хорошо известно, что оптимальный насаждение является ключом к достижению эффективности использования ресурсов и более высокой урожайности кукурузы, и это очень важно в ситуациях, когда ресурсы фермы ограничены и оптимальное управление питательными веществами не гарантируется [57]. Управление питательными веществами в связи с изменением плодородия почвы, возможно, является наиболее важным фактором, влияющим на разрыв в урожайности кукурузы [9, 58, 59], а удобрения, вероятно, являются самым простым, но самым дорогостоящим вариантом компенсации ограничений плодородия почвы для урожайности кукурузы [16, 60].Однако его возвращение к урожайности кукурузы — сложное явление, выходящее за рамки обоснования затрат и выгод [61, 62].

Переменная «агроэкологический регион», представленная двумя районами, не была выбрана C&RT в качестве объясняющей переменной, что позволяет предположить, что воздействие участков объяснялось биофизическими и управленческими переменными. Примечательно, что было замечено, что норма высева, органический навоз и общий труд показали более одного порогового значения, которое снова появилось в качестве критерия разделения, что означает их мультимодальное распределение в наборе данных.Эти переменные не имели однообразной связи с урожайностью кукурузы и имели оптимальные количественные диапазоны, связанные с более высокими урожаями кукурузы (в сочетании с диапазонами других переменных). Этого следовало ожидать, поскольку изменчивость урожайности кукурузы, как и у многих других культур, определяется сложным взаимодействием климатических, социально-экономических и управленческих практик [39, 63, 64].

По данным Tittonell et al. [65], плодородие почвы и использование удобрений могут использоваться в качестве надежных косвенных измерений для объяснения изменчивости урожайности. Этот вывод был подтвержден графиком важности переменных C&RT (рис. 4).

Вариабельность урожайности также объяснялась различиями в размере и продуктивности хозяйств. Эффективность размера фермы возрастает с увеличением количества членов семьи в трудоспособном возрасте, а также с увеличением оборотных средств домохозяйства или наличия ресурсов [66]. Широко распространено мнение, что размер фермы связан с внедрением новых технологий и урожайностью сельскохозяйственных культур [67, 68, 69, 70]. Природа таких отношений является предметом споров и зависит от уровня технологий, используемых в сельском хозяйстве. Сообщается, что эффективность управления затратами положительно зависит от размера фермы, когда управление растениеводством требует высоких технологий [71, 72].Более того, богатые ресурсами крупные фермеры имеют лучший доступ к кредитам [67, 73] и, как полагают, вкладывают больше средств в производство кукурузы, особенно во внешние источники питательных веществ для растений [58] [55]. Литература также предполагает, что крупные фермеры с большей вероятностью, чем мелкие фермеры, воспользуются улучшенными технологиями [70, 74] и, следовательно, с большей вероятностью достигнут более высоких урожаев. Поскольку кукуруза выращивается как товарная культура (путем продажи кормовым предприятиям), она требует более высокой интенсивности управления, которую в основном могут поддерживать богатые ресурсами фермеры, когда поддержка со стороны государственных агентств по распространению знаний отсутствует или незначительна.Семья остается основным источником сельскохозяйственного труда в небольших хозяйствах. Примечательно, что эффективность малых семейных ферм зависит от степени использования семейного труда, что недоступно для все более разделенных нуклеарных семей. Это является критически сложной задачей для политиков, поскольку большинство изученных фермерских домохозяйств работали на фермах размером менее одного гектара. Среди других влияющих факторов, наблюдаемых в C&RT (рис. 4), органический навоз обеспечивает как потребности растений в питательных веществах, так и улучшает здоровье почвы, что необходимо для поддержания долгосрочной продуктивности [75, 76].На факторы управления также влияют климатические и биофизические условия в различных социально-экономических условиях фермеров.

Уровень ошибочной классификации между 47 и 0% велик, но реалистичен, поскольку основан на сложном взаимодействии между несколькими биофизическими, управленческими и социально-экономическими факторами, влияющими на урожайность кукурузы. Такие взаимодействия обычны в системах мелких землевладельцев [63,77], которые часто являются нелинейными, имеют дифференциальные тенденции разной величины и подвержены выбросам. Было обнаружено, что частота ошибочной классификации близка к показателям других исследований [78].Больше образцов в обучающем наборе могло бы повысить вероятность лучшей классификации. Кроме того, должного внимания требует сложная начальная параметризация ИНС.

На графике близости к РФ (рис. 7) фермы с низкой урожайностью показали внутриклассовую изменчивость с точки зрения различных размеров хозяйств, обеспеченности ресурсами, градиентов плодородия почвы, интенсивности управления и взаимодействия между ними. Более крупные классы урожайности (в основном крупные землевладельцы), вероятно, сгруппированы по агроэкологическим зонам или вегетационным сезонам, но их влияние в значительной степени маскируется сильно изменчивой интенсивностью управления среди мелких фермеров.

Хотя RF-регрессия смогла удовлетворительно предсказать урожай кукурузы, мы воздержались от чрезмерной интерпретации точности прогноза модели. Наша основная цель состояла в том, чтобы протестировать возможности новой методологической базы для объяснения различных факторов и их взаимодействий, влияющих на урожайность кукурузы. Наша цель не состояла в том, чтобы разработать прогностическую модель лабораторного уровня. Более того, Джейм и Катфорт [26] утверждали, что для уверенного прогнозирования роста сельскохозяйственных культур в любой эмпирической модели часто требуется более 10 лет непрерывных данных.Сезонные и кросс-сезонные проверки выходили за рамки этого исследования из-за недостаточности данных и требований для будущих экспериментов, чтобы сделать более убедительные выводы. Кроме того, сохранение части набора данных для перекрестной проверки во избежание переобучения не является желательной характеристикой для инструмента построения эмпирической модели [21].

На графиках частичной зависимости от РФ (рис. 9b) положительная взаимосвязь между размером хозяйства и общим урожаем может быть объяснена низким уровнем использования ресурсов мелкими фермерами.Типичными объяснениями более низкой урожайности на малых фермах являются уменьшенная доходность, наличие трений на земле и ограниченный доступ к кредитным и страховым рынкам [51]. Однако мелкие фермеры часто имеют преимущества в надзоре за трудом из-за их высокой зависимости от семейного труда [79,80]. Для богатых ресурсами фермеров увеличение предельных затрат на надзор может привести к более высокому соотношению земли к рабочей силе и снижению производства на единицу площади, даже если размер фермы больше. Нормы высева выше оптимальных увеличивают конкуренцию между растениями за ресурсы, приводят к плато или даже снижению урожайности кукурузы [81].Обратите внимание, что резкое падение общей доходности было выявлено в начале кривой зависимости доходности от рабочей силы в этом исследовании. Этот факт предполагает типичную уменьшающуюся предельную отдачу от труда, предположительно из-за неполной занятости семейного труда, проводящего менее продуктивное время на своей ферме. Это обычное дело в мелких фермерских хозяйствах, когда сельское хозяйство не ориентировано на высокие технологии. В некоторой степени похожая тенденция с размером хозяйств наблюдалась с удобрениями, где резкое снижение урожайности происходило после достижения определенного уровня удобрений, возможно, из-за дисбаланса питательных веществ [82], который является обычным во многих частях восточной Индии.Поскольку после резкого падения урожайность возрастает, это снижение может быть отнесено к определенному географическому региону, где несбалансированное внесение удобрений является обычным явлением среди фермеров.

5. Заключение

Разрыв в урожайности кукурузы в восточной Индии представляет собой сложную взаимосвязь климатических изменений, градиентов плодородия почвы, различий в интенсивности управления и социально-экономических условий фермеров. По мере того, как в восточной Индии все чаще используются системы выращивания кукурузы, заменяющие традиционную систему выращивания риса, понимание факторов, определяющих урожайность кукурузы, стало критически важным для разработки эффективных мер.Это исследование основано на множестве сложных взаимодействующих факторов, определяющих урожай, с использованием подходов машинного обучения, таких как PSR, C&RT, RF, SVM и ANN, для определения важных биофизических, социально-экономических факторов и факторов управления урожаем для объяснения урожайности кукурузы. График относительной переменной важности C&RT определил размер фермы, общий труд, почвенные факторы, норму высева, удобрения и органический навоз как влияющие факторы. Среди трех подходов к классификации, сравниваемых для классификации классов урожайности кукурузы, ИНС дала наименьший уровень ошибочной классификации на тестовой выборке и превзошла RF и SVM.В схеме классификации РФ все числовые переменные фигурируют как ведущие влиятельные переменные для классификации урожайности кукурузы. Более того, графики частичной зависимости от РФ показали положительную взаимосвязь между размером хозяйства и урожайностью кукурузы. Нелинейная граница SVM для восьми ведущих важных переменных выявила сложные взаимодействия между влиятельными факторами в определении реакции урожайности кукурузы. Эти алгоритмы могут использоваться как в будущих эмпирических исследованиях, так и при разработке эффективных имитационных моделей сельскохозяйственных культур для прогнозных оценок урожайности полевых культур.

Благодарности

Мы выражаем признательность производителям кукурузы из районов Малда и Банкура в Индии за участие в обследованиях и посещениях ферм. Мы благодарим доктора Скотта Мюррелла, главного научного сотрудника Африканского института питания растений, Бен Герир, Марокко, за его редакторские комментарии и рецензию на рукопись.

Список литературы

1. 1. Рокстрём Дж., Уильямс Дж., Дейли Дж., Благородный А., Мэтьюз Н., Гордон Л. и др. Устойчивая интенсификация сельского хозяйства для процветания человечества и глобальной устойчивости.Ambio 2017; 46 (1): 4–17. pmid: 27405653
2. 2. ФАО, МФСР, ЮНИСЕФ, ВПП и ВОЗ. Состояние продовольственной безопасности и питания в мире, 2018 г. Повышение устойчивости к изменению климата для обеспечения продовольственной безопасности и питания. Рим, ФАО, 2018.
3. 3. Годфрей Х.С., Беддингтон Дж. Р., Крут И. Р., Хаддад Л., Лоуренс Д., Мьюир Дж. Ф. и др. Продовольственная безопасность: задача прокормить 9 миллиардов человек. Sci. 2010; 327 (5967): 812–818.
4. 4. Крупник Т.Дж., Ахмед З.У., Тимсина Дж., Ясмин С., Хоссейн Ф., Аль Мамун А. и др.Непонятное управление урожаем и влияние окружающей среды на изменчивость урожайности пшеницы в Бангладеш: применение непараметрических подходов. Agric. Syst. 2015; 139: 166–179.
5. 5. Ачарья Н., Дас С. Оживление сельского хозяйства в восточной Индии: инвестиции и приоритеты политики. Бюллетень IDS 2012; 43: 104–112.
6. 6. Сельскохозяйственная перепись (2015–16 гг.) Всеиндийский отчет о количестве и площади операционных хозяйств. Отдел сельскохозяйственной переписи Департамент сельского хозяйства, сотрудничества и благосостояния фермеров, Министерство сельского хозяйства и благосостояния фермеров, Правительство Индии.
7. 7. Гиллер К.Э., Роу Е.К., де Риддер Н., ван Кеулен Х. Динамика использования ресурсов и взаимодействия в тропиках: масштабирование в пространстве и времени. Agric Syst 2006; 88: 8–27.
8. 8. Чаттерджи С., Госвами Р., Бандопадхьяй П. Методология идентификации и характеристики систем земледелия в орошаемом земледелии: тематическое исследование в штате Западная Бенгалия в Индии. J Agril Sci Technol 2015; 17 (5): 1127–1140.
9. 9. Титтонелл П., Ванлаув Б., Леффелаар П., Роу Е., Гиллер К.Изучение разнообразия в управлении плодородием почв мелких фермерских хозяйств в западной Кении I. Неоднородность в масштабах региона и хозяйств. Сельское хозяйство Ecosyst Environ 2005b; 110: 149–165.
10. 10. Цзян Д., Хенгсдийк Х., Дай Т., де Бур В., Цзин К. Долгосрочное влияние навоза и неорганических удобрений на урожайность и плодородие почвы в системе озимая пшеница-кукуруза в Цзянсу, Китай. Педосфера 2006; 16: 25–32.
11. 11. Ванлаув Б., Дешимакер К., Гиллер К.Э., Хьюзинг Дж., Мерккс Р., Нзигухеба Г. и др.Комплексное управление плодородием почв в Африке к югу от Сахары: распутывание адаптации к местным условиям. Почва 2015; 1 (1): 491–508.
12. 12. Чжао Ю., Чен Х, Лобелл ДБ. Подход к пониманию стойких колебаний урожайности — пример из Северо-Китайской равнины. Евро. J. Agron. 2016; 77: 10–19.
13. 13. Бхаттарай С., Альварес С., Гэри К., Россинг В., Титтонелл П., Рапидель Б. Сочетание типологии хозяйств и анализа разрыва урожайности для определения основных переменных, ограничивающих урожайность в высокогорных кофейных системах Льяно-Бонито, Коста-Рика.Agric. Экосист. Environ. 2017; 243: 132–142.
14. 14. Банерджи Х., Госвами Р., Чакраборти С., Датта С., Маджумдар К., Сатьянараяна Т. и др. Понимание биофизических и социально-экономических детерминант кукурузы (Zea mays L.) изменчивости урожайности в восточной Индии. NJAS – Wageningen J. Life. Sci. 2014; 70–71 (2014) 79–93.
15. 15. Ray K, Banerjee H, Dutta S, Hazra AK, Majumdar K. Макроэлементы влияют на урожай зерна и качество масла гибридной кукурузы (Zea mays L.). PLOS One 2019; 14 (5): e0216939.pmid: 31141543
16. 16. Рэй К., Банерджи Х., Бхаттачарья К., Датта С., Фонглоса А., Пари А. и др. Управление питательными веществами для гибридов кукурузы в инсептизоле Западной Бенгалии, Индия. Экспериментальное сельское хозяйство. 2017; 52: 434–446.
17. 17. Tittonell P, Shepherd KD, Vanlauwe B, Giller KE. Выявление влияния управления почвой и растениеводством на урожайность кукурузы в мелких сельскохозяйственных системах западной Кении — применение классификации и регрессионного древовидного анализа.Agric. Экосист. Environ. 2008; 123: 137–150.
18. 18. Снайдер К.А., Миттапала С., Соммер Р., Браслоу Дж. Разрыв в доходности: сокращение разрыва за счет расширения подхода. Experi. Agric. 2017; 53 (3): 445–459.
19. 19. Кацура К., Маэда С., Любис И., Хорие Т., Цао В., Сираива Т. Высокая урожайность орошаемого риса в Туннане, Китай: анализ перекрестных мест. Полевые культуры Res. 2008; 107: 1–11.
20. 20. Чеглар А., Торети А., Лесерф Р., Ван дер Вельде М., Дентенер Ф.Влияние метеорологических факторов на региональную межгодовую изменчивость урожайности во Франции. Агрил. Forest Meteorol. 2016; 216: 58–67.
21. 21. Park SJ, Hwang CS, Vlek PLG. Сравнение адаптивных методов для прогнозирования реакции урожайности сельскохозяйственных культур в различных почвенно-земельных условиях. Agric. Syst. 2005; 85: 59–81.
22. 22. Ли Т., Хасэгава Т., Инь Х, Чжу Ю., Боте К., Адам М. и др. Неопределенности в прогнозировании урожайности риса с помощью текущих моделей сельскохозяйственных культур в широком диапазоне климатических условий.Global Change Biol. 2015; 21 (3): 1328–1341.
23. 23. Дор Т, Клермон-Дофин С., Крозат И., Джеффрой М. Х., Лойс С., Маковски Д. и др. Методологические успехи внутрихозяйственной региональной агрономической диагностики: обзор. В устойчивом сельском хозяйстве, Springer: Нидерланды. 2000; (стр. 739–752). dx.doi.org/10.1051/agro:2007031.
24. 24. Андреа MCDS, Boote KJ, Sentelhas PC, Romanelli TL. Изменчивость и ограничения производства кукурузы в Бразилии: потенциальная урожайность, урожайность с ограниченными водными ресурсами и разницы в урожайности.Agric. Syst. 2018; 165: 264–273.
25. 25. Краайджвангер Р., Велдкамп А. Важность местных факторов и управления в определении изменчивости урожайности пшеницы в экспериментах на фермах в Тыграе, северная Эфиопия. Agric. Экосист. Environ. 2015; 214: 1–9.
26. 26. Ван Варт Дж., Ван Бассел Л.Г. Дж., Вольф Дж., Ликер Р., Грассини П. и др. Обзор использования агроклиматических зон для увеличения моделируемого потенциала урожайности. Полевые культуры Res. 2013; 143: 44–55.
27. 27.Маккарти Д.С., Адику С.Г., Фредуа Б.С., Камара А.Ю., Нарх С., Абдулай А.Л. Оценка изменчивости урожайности кукурузы и пробелов в двух агроэкологиях на севере Ганы с использованием имитационной модели урожая. Южная Африка J. Plant Soil 2018; 35 (2): 137–147.
28. 28. Стивенс В., Миддлтон Т. Почему системы поддержки принятия решений так плохо внедряются? В: Мэтьюз Р., Стивенс В. (ред.), Моделирование сельскохозяйственных культур и почвы. CAB International, 2002; С. 129–147.
29. 29. Джейм Ю.В., Катфорт Х.В.Модели роста сельскохозяйственных культур для систем поддержки принятия решений. Канадский J. Plant Sci. 2016; 76: 9–19.
30. 30. Delmotte S, Tittonell P, Mouret JC, Hammond R, Lopez-Ridaura S. Оценка изменчивости урожайности риса и разницы в продуктивности между органическими и традиционными системами земледелия в условиях средиземноморского климата на фермах. Европейский J. Agron. 2011; 35: 223–236.
31. 31. Государственный статистический справочник, Govt. Западной Бенгалии, 2015 г. Бюро прикладной экономики и статистики, Департамент статистики и реализации программ, Правительство Западной Бенгалии, Индия
32. 32.Ну и дела GW, или D. Анализ размера частиц. В: Dane J.H., Topp G.C. (Ред.), Методы анализа почв. Часть 4. SSSA Book Ser. 5. SSSA, Мэдисон, Висконсин, 2002; С. 255–293.
33. 33. Сотрудники службы почвенного исследования, 2004 г. Руководство по лабораторным методам исследования почвы (версия 4.0). USDANRCS. Печать правительства США. Off, Вашингтон, округ Колумбия.
34. 34. Нельсон Д.В., Соммерс Л.Е. Общий углерод, органический углерод и органические вещества. В: Спаркс Д.Л. (Ред.), Методы анализа почв. Часть 3. Химические методы.ASA и SSSA, Мэдисон, Висконсин. 1996.
35. 35. Субба Рао А. Анализ почв на наличие основных питательных веществ. В: Tandon H.L.S. (Ред.), Методы анализа почвы, растений, вод и удобрений. Консультационная организация по разработке удобрений, Нью-Дели, Индия, 1993 г ​​.; С. 28–30.
36. 36. Олсен С.Р., Коул CV, Ватанабе Ф.С., Декан Л.А. Оценка доступного фосфора в почвах путем экстракции бикарбонатом натрия. Циркуляр № 939 Министерства сельского хозяйства США. Banderis, A.Д., Д. Х. Бартер и К. Андерсон. Сельское хозяйство и советник. 1994.
37. 37. Брей Р., Курц LT. Определение общего, органического и доступного фосфора. Почвоведение. 1945; 59: 39–45.
38. 38. Subbiah B, Asija GL. Экспресс-процедура оценки доступного азота в почвах. Curr. Sci. 1956; 25: 259–260.
39. 39. Tittonell P, Vanlauwe B, Leffelaar PA, Giller KE. Оценка урожайности тропических генотипов кукурузы на основе неразрушающих морфологических измерений растений на ферме.Agric. Экосист. Environ. 2005a; 105, 213–220.
40. 40. Чанг Ц., Лэрд Д.А., Маусбах М.Дж., Хербург ЧР. Спектроскопия отражения в ближней инфракрасной области: регрессионный анализ основных компонентов свойств почвы. Почвоведение. Soc. America J. 2001; 65: 480–490.
41. 41. Брейман Л., Фридман Дж. Х., Ольшен Р. А., Стоун С.Дж. Деревья классификации и регрессии. Чепмен и Холл (Wadsworth, Inc.), Нью-Йорк, США, 1984; С. 254.
42. 42. Вапник В. Природа статистической теории обучения.Спрингер, штат Нью-Йорк. 1995.
43. 43. Рипли Б.Д. Распознавание образов и нейронные сети. Издательство Кембриджского университета. 1996.
44. 44. Брейман Л. Случайные леса. Машинное обучение 2001; 45: 5–32.
45. 45. Чакраборти С., Вайндорф, округ Колумбия, Али Н., Ли Б., Ге Y, Дарилек Дж. Спектральный анализ данных для быстрого измерения содержания органических веществ в невысыпанном влажном компосте. Прикладная оптика 2013; 52: B82 – B92. pmid: 23385945
46. 46. Вискарра Россель Р.А., Беренс Т.Использование интеллектуального анализа данных для моделирования и интерпретации спектров диффузного отражения почвы. Геодерма 2010; 158 (1–2): 46–54.
47. 47. Бисвас Р.К., Маджумдер Д., Синха А. Оценка воздействия и ограничений органического земледелия в Западной Бенгалии. Центр агроэкономических исследований, Вишва-Бхарати. 2011.
48. 48. Gauch HG. Выбор и проверка модели для испытаний урожайности с взаимодействием. Биометрия 1988; 44: 705–715.
49. 49. Uno Y, Prasher SO, Lacroix R, Goel PK, Karimi Y, Viau A и др.Искусственные нейронные сети для прогнозирования урожайности кукурузы по данным компактного аэроснимка. Комп. Электрон. Agric. 2005; 47: 149–161.
50. 50. Чанг Дж., Хансен М.К., Питтман К., Кэрролл М., Димичели К. Картирование кукурузы и сои в США с использованием наборов данных временных рядов MODIS. Агрон. J. 2007; 99: 1654–1664.
51. 51. Ассункао Дж. Дж., Гхатак М. Может ли ненаблюдаемая неоднородность способностей фермеров объяснить обратную зависимость между размером фермы и производительностью.Экон. Lett. 2003; 80: 189–194.
52. 52. Хасти Т., Тибширани Р., Фридман Дж. Элементы статистического обучения: интеллектуальный анализ данных, вывод и прогнозирование. Спрингер, штат Нью-Йорк. 2001.
53. 53. Опси Ф., Фортина Р., Борреани Дж., Табакко Е., Лопес С. Влияние сорта, даты посева и зрелости урожая на урожай, усвояемость, кинетику ферментации в рубце и оценочную питательную ценность кукурузного силоса. J. Agric. Sci. 2013; 1: 1–14.
54. 54. Мейсон Н.М., Берк В.Дж., Шипекеса А., Джейн Т.С.Излишек производства кукурузы мелкими фермерами в Замбии в 2011 году: движущие силы, бенефициары и последствия для политики в области сельского хозяйства и сокращения бедности. Проект рабочего документа № 58, Исследовательский проект по продовольственной безопасности. Лусака, Замбия, 2011.
55. 55. Джоши П.К., Сингх Н.П., Сингх Н.Н., Джерпасио Р.В., Пингали П.Л. Кукуруза в Индии: производственные системы, ограничения и приоритеты исследований. Мексика, Д.Ф .: СИММИТ. 2005.
56. 56. Feller C, Beare MH. Физический контроль динамики органического вещества почв в тропиках.Геодерма 1997; 79: 69–116.
57. 57. Tittonell P, Vanlauwe B, de Ridder N, Giller KE. Неоднородность урожайности сельскохозяйственных культур и эффективности использования ресурсов в мелких фермерских хозяйствах Кении: градиенты плодородия почвы или градиенты интенсивности управления. Agric. Syst. 2007; 94: 376–390.
58. 58. Zingore S, Murwira HK, Delve RJ, Giller KE. Влияние стратегий управления питательными веществами на изменчивость плодородия почвы, урожайности и баланса питательных веществ в мелких фермерских хозяйствах в Зимбабве.Agric. Экосист. Environ. 2007; 119: 112–126.
59. 59. Чжан И, Ли Ц, Ван И, Ху И, Кристи П, Чжан Дж и др. Урожайность кукурузы и плодородие почвы при комбинированном применении компоста и неорганических удобрений на известковой почве Северо-Китайской равнины. Почва Пахота. Res. 2016; 155: 85–94.
60. 60. Бисвас ЧР, Бенби ДК. Устойчивые тенденции урожайности орошаемых кукурузы и пшеницы в долгосрочном эксперименте на суглинистом песке в полузасушливой Индии. Nutr. Цикл. Агроэкосис. 1996; 46: 225–234.
61. 61. Дюфло Э., Кремер М., Робинсон Дж. Насколько высока отдача от удобрений? Данные полевых экспериментов в Кении. American Econ. Ред. 2008 г .; 98 (2): 482–88.
62. 62. Датта С., Маджумдар К., Сатьянараяна Т. и Сингх А. К. 2015. 4R Управление питательными веществами — путь вперед к устойчивому сельскому хозяйству. SATSA Mukhapatra – Ann. Tech. Проблема. 2015; 19: 19–35.
63. 63. Лю З., Ян X, Линь X, Хаббард К.Г., Лв С., Ван Дж. Разрыв в урожайности кукурузы, вызванный неконтролируемыми агрономическими и социально-экономическими факторами в меняющемся климате Северо-Восточного Китая.Sci. Total Environ. 2016; 541: 756–764. pmid: 26437349
64. 64. Тамене Л., Мпонела П., Нденгу Г., Кихара Дж. Оценка разрыва в урожайности кукурузы и основных определяющих факторов между мелкими фермерами в районе Дедза в Малави. Nutri. Цикл. Агроэкосист. 2016; 105 (3): 291–308.
65. 65. Tittonell P, Vanlauwe B, Misiko M, Giller KE. Направление ресурсов в рамках разнообразных, разнородных и динамичных сельскохозяйственных систем: к «уникальной африканской зеленой революции». В: Bationo, et al.(Ред.), Инновации как ключ к зеленой революции в Африке. Springer Science + Business Media B.V., 2011; С. 747–758, http://dx.doi.org/10.1007/978-90-481-2543-276.
66. 66. Иствуд Р., Липтон М., Ньюэлл А. Размер фермы. Справочник Агрил. Экон. 2010; 4: 3323–3397.
67. 67. Федер Г. Связь между размером фермы и производительностью фермы: роль семейного труда, надзор и кредитные ограничения. J. Deve. Экон. 1985; 18: 297–313.
68. 68. Федер Г, Умали ДЛ.Внедрение сельскохозяйственных инноваций: обзор. Technol. Прогнозирование Соц. Смена, 1993; 43 (3): 215–239.
69. 69. Гимире Р., Вен-чи Х, Шреста РБ. Факторы, влияющие на принятие улучшенных сортов риса сельскими фермерскими домохозяйствами в Центральном Непале. Rice Sci. 2015; 22 (1): 35–43.
70. 70. Арьял Дж. П., Рахут Д.Б., Джат М.Л., Махарджан С., Эренштейн О. Факторы, определяющие принятие лазерной планировки земель в орошаемой рисово-пшеничной системе в Харьяне, Индия. J. Crop Improv.2018; 32 (4): 477–492.
71. 71. Гани Б.С., Омонона Б.Т. Эффективность использования ресурсов мелкими производителями орошаемой кукурузы в штате Северный Тараба в Нигерии. J. Human Ecol. 2009; 27: 113–119.
72. 72. Абид М., Ашфак М., Куддус М.А., Тахир М.А., Фатима Н. Анализ эффективности использования ресурсов небольшими хлопковыми фермерами BT в Пенджабе, Пакистан. Пак. J. Agric. Sci. 2011; 48: 75–81.
73. 73. Graeub BE, Chappell MJ, Wittman H, Ledermann S, Kerr RB, Gemmill-Herren B.Состояние семейных ферм в мире. World Deve. 2016; 87: 1–15.
74. 74. Акудугу М.А., Го А., Дадзе СК. Внедрение современных технологий сельскохозяйственного производства фермерскими домохозяйствами в Гане: какие факторы влияют на их решения? J. Bio. Agric. Здоровьеc. 2012; 2: 1–13.
75. 75. Мучеру-Муна М.В., Мугенди Д., Кунгу Дж., Мугве Дж., Батионо А. Влияние внесения органических и минеральных удобрений на урожай кукурузы и химические свойства почвы в системе выращивания кукурузы в Южном округе Меру, Кения.Agroforestry Sys. 2007; 69: 189–197.
76. 76. Ван Х, Рен Й, Чжан С., Чен Й, Ван Н. Применение органических удобрений повысило урожай кукурузы (Zea mays L.) и продуктивность воды в полузасушливых регионах. Agric. Управление водными ресурсами. 2017; 187: 88–98.
77. 77. Фермонт AM, Ван Астен PJA, Tittonell P, van Wijk MT, Giller KE. Устранение разрыва в урожайности маниоки: анализ мелких фермерских хозяйств в Восточной Африке. Полевые культуры Res. 2009; 112: 24–36.
78. 78. Симмондс М.Б., Завод RE, Пенья-Барраган Дж. М., Ван Кессель С., Хилл Дж., Линквист Б. А..Основные причины пространственной изменчивости урожайности и потенциал для точного управления рисовыми системами. Precision Agric. 2013; 14: 512–540.
79. 79. Эсваран М., Котвал А. Доступ к капиталу и организация аграрного производства. Экон. J. 1986; 96: 482–498.
80. 80. Chowdhury NT. Относительная эффективность наемного и семейного труда в сельском хозяйстве Бангладеш. J. International Deve. 2016; 28 (7): 1075–1091.
81. 81. Портер П.М., Хикс Д.Р., Люшен В.Е., Форд Дж. Х., Варнес Д. Д., Ховерстад ТР.Реакция кукурузы на ширину рядка и численность растений в северном кукурузном поясе. J. Продукт. Agric. 1997; 10: 293–300.
82. 82. Хоу И., Гао З., Хейманн Л., Ролке М., Ма В., Найдер Р. 2012. Балансы азота мелких фермерских хозяйств в основных системах земледелия в пригородной зоне Пекина, Китай. Nutr. Цикл. Агроэкосист. 2012; 92 (3): 347–361.