土壤蒸发量与地下水作用条件的关系

利用两年室内模拟试验实测数据,对粉砂壤土蒸发量与地下水作用条件之间的关系进行了系统分析。定量分析了地下水埋深或地下水矿化度对土壤蒸发量的影响,分别获得了土壤蒸发量与地下水埋深或地下水矿化度的关系,深入研究了地下水埋深、地下水矿化度对土壤蒸发量的综合作用并建立相应模型。研究结果表明,土壤蒸发量随地下水埋深变化呈抛物线分布,与地下水矿化度呈典型幂函数关系。     

地下水蒸发规律及其与土壤盐分的关系

用粉砂壤土土柱进行了为期一年的室内模拟试验 ,对不同地下水作用条件下地下水蒸发规律进行了深入研究 ,并且研究了土壤盐分与地下水蒸发量之间的关系。研究表明 ,各地下水作用条件下地下水蒸发量与试验时间呈显著线性相关。地下水矿化度越低 ,地下水累积蒸发量对地下水矿化度的变动越为敏感 ;地下水埋深越大 ,累积蒸发量对地下水埋深变动的敏感性越强。建立了地下水累积蒸发量与地下水埋深、地下水矿化度的关系。分析了土壤盐分与地下水蒸发量之间的关系并得到了其模型。     

覆膜开孔率对土壤水分蒸发的影响

通过对室外玻璃棚内土壤进行覆膜开孔模拟试验,研究了覆膜不同开孔率(12.5%、25%、50%、75%、100%)对土壤水分蒸发的影响,根据模拟试验监测资料对土壤累积蒸发量,白天、夜晚累积蒸发量,日蒸发量差值,单位膜孔面积蒸发量等进行比较分析,结果表明:覆膜开孔率对土壤水分蒸发有明显影响,累积蒸发量与蒸发时间平方根之间存在一定线性关系,符合Gardner理论;覆膜开孔率为12.5%时抑制蒸发的效率最高,保持水分的能力最强,随开孔率增大,土壤累积蒸发量、累积蒸发量系数、日蒸发量差值均呈增大趋势。     

新疆库车县近40 a来气温与蒸发量变化趋势分析

通过对新疆库车县1971-2006年气温与蒸发量变化趋势的分析,发现年平均气温及四季（春季、夏季、秋季、冬季）平均气温36 a来无明显变化,均在多年平均值上下波动。年蒸发量和4个季节平均蒸发量均呈显著下降的趋势,其中年蒸发量的下降率为35 mm/a,4个季节的下降率以夏季最大,冬季最小。并在此基础上,对库车县蒸发量下降的原因进行了分析。     

气象因素对潜水蒸发影响探讨

根据鞍山市台安径流试验站1999年实测数据资料,分析了温度、湿度、风速、日照等对潜水蒸发的影响,并对变化规律进行了研究和探讨。分析结果显示:在其他条件相同时,温度越高,热动力增大,潜水蒸发量就越大;潜水蒸发受降水影响在地下水埋深小于1.0 m范围内表现较为明显。降水期间潜水蒸发系数较小;风力是潜水蒸发量与液面蒸发量均有所增大的根本原因;空气湿度大,气压高时,潜水蒸发量及液面蒸发量要比空气湿度小,气压低时变少。     

天山北坡潜在蒸发量时空分布特征

利用研究区10个气象站1960—2010年的逐日气象资料,采用FAO Penmarr Monteith模型计算研究区潜在蒸发量,运用气候倾向率和统计学原理分析了研究区潜在蒸发量的时间变化趋势,并在ArcGIS环境下通过Spline插值法分析了潜在蒸发量变化的空间分异,最后运用多元回归分析法对影响潜在蒸发量变化的主导因素进行了探讨,结果表明:近50年研究区年潜在蒸发量总体呈增加趋势,其年际变化倾向率为1.291 mm/10 a;年潜在蒸发量自20世纪60年代逐渐减少,80年代减少到最低,90年代以后逐渐增加,且增加幅度较大;从季节来看,夏季的潜在蒸发量呈减小的趋势,其他季节呈增加的趋势,其中秋季的增加幅度最大（1.635 mm/10 a）;空间分布来看,东、西部地区潜在蒸发量低于中部地区;最低气温和平均风速是影响研究区潜在蒸发量变化的主要因素。     

滴灌覆膜开孔蒸发三维空间水盐运移实验研究

通过滴灌入渗结束的覆膜开孔蒸发实验,分析了土表覆膜开孔率对累积蒸发量随时间变化趋势的影响。累积蒸发量与时间平方根的线性关系符合Gardner的理论关系,而两者关系的系数又与覆膜开孔率之间存在良好的对数关系,从而得出了累积蒸发量的两因素函数关系。这一结果发展了Gardner的理论关系并将其应用于覆膜开孔蒸发的实践上。对相对累积蒸发量和单位膜孔面积的累积蒸发量随开孔率变化的函数特征进行了定量分析,并分析比较了全覆膜和不覆膜蒸发条件下含水率、含盐率和盐分浓度特征,做出了相应水盐特征的等值线图。     

以水面蒸发量为参考推求土壤实际蒸发量的数学模型

为了准确估算土壤在实际条件下的蒸发量,该文以水面蒸发量为参考,结合能量平衡方程及微气象学方法,推导计算土壤实际蒸发量的数学模型.结果表明所建模型所需参数为水面及蒸发土壤表面的日最高温度和日平均温度、水面日蒸发量、风速等.模型的验证结果表明计算的土壤蒸发量与实测蒸发量比较吻合(R2=0.90).模型所引入的参考蒸发面使其避开了土壤蒸发复杂的物理本质,从而使得对土壤蒸发的计算变得简单易行.     

1964-2017年山西省潜在蒸发量时空变化及其影响因素分析

采用Penman-Monteith模型计算出山西省潜在蒸发量,运用小波分析、Mann-Kendall非参数检验和地统计等方法分析了山西省潜在蒸发量的时空分布特征,并且利用主成分分析法分析了其影响因素。结果表明:（1）山西省多年平均潜在蒸发量为1 148.6 mm,存在以27 a为主周期和9 a,45 a左右为次周期的周期变化;（2）山西省多年平均潜在蒸发量空间分布特征表现为由中部向南北两边递减,北部地区潜在蒸发量低于南部地区,地势低的地方潜在蒸发量较高;（3）山西省潜在蒸发量西北部和东南部呈现下降趋势,东北部及西南部呈增加趋势,东北部增加趋势尤为显著;（4）平均水气压和相对湿度是影响山西省潜在蒸发量的主导因素,潜在蒸发量与平均水气压、相对湿度和海拔高度呈负相关,与温度、风速、日照时数及纬度呈正相关。     

大范围灌溉及不同灌溉水源对蒸发皿蒸发量的影响

基于山东省济宁市6个典型气象站20 cm蒸发皿逐月蒸发量、逐年降水量和气象站所在区域的灌溉面积发展资料,研究中国中纬度地区大面积人工灌溉对蒸发皿蒸发量的影响,以揭示人工灌溉发展与蒸发皿蒸发量减少之间的内在关系。分析结果表明：不同时段的蒸发皿蒸发量变化与灌溉面积发展呈现极显著的相关关系,且灌溉期相关程度高于全年和非灌溉期相关程度;地下水为主要灌溉水源区域的蒸发皿蒸发量降幅大于地表水为主要灌溉水源区域的蒸发皿蒸发量降幅。大面积、高强度的农田灌溉引起近地表面的气象因子变化是导致所在区域蒸发皿蒸发量减少的重要原因。     

土壤温度预报方程研究进展

土壤温度(尤其是地表温度)是陆地和大气之间相互作用中关键的物理量,在地球系统中扮演了十分重要的角色。土壤温度预报技术一直是陆面模式、数值天气预报和气候预测中核心科学问题。本文系统回顾了土壤温度预报方程的研究进展,从经典的热传导方程到考虑了土壤水分垂直运动物理过程的热传导-对流方程,从用单一正弦波逼近到用傅里叶级数逼近地表温度日变化,从假设对流参数无日变化为常数到考虑其日变化,着重概述了土壤热传导-对流方程的创建、改进及求解。最后,本文对热传导-对流方程在地表能量平衡、土壤水分垂直运动、水通量和地震、冻土热传输研究中的应用进行了回顾。同时指出,全相态的土壤水和植物根系对热传导-对流方程的影响是土壤温度预报方程未来的研究方向。     

具有高价值密度的农业物联网数据区块链压缩存储方案

针对现有区块链物联网体系主要采用链上存储摘要链下保留原始数据的存储方式中链上无法直接获得真实数据的问题，提出了一种具有高价值密度的农业物联网数据区块链压缩存储方案。首先，边缘服务器将收集的同一批数据聚合到同一批事务中；其次，设计离群值可处理的自适应有损压缩方法，在满足用户保真度要求的前提下降低数据冗余；最后，压缩数据上链，实现区块链上物联网数据的高价值密度存储。与现有方案相比，该方案能提高链上存储真实物联网数据的效率。试验结果表明，在使用自适应压缩方法压缩数据时，针对不同的数据集会自适应选取k值，在满足用户重建精度的前提下，获得良好压缩效果，减少链上存储空间，提高了数据价值密度；相对于风速之类频率较高的数据，温湿度、二氧化碳等变化频率较低的数据可以获得较高的压缩比；当假设正常数据压缩比为10:1时，该方案可节省约85%的链上存储空间，相应的价值密度提高了约85%。该研究可为农产品溯源过程中的物联网数据高效存储提供解决方案，为实现分布式农业物联网数据压缩存储提供技术支持。     

多情景视角下云南省“三生”空间变化模拟与效应评价

[目的]优化国土空间开发格局和统筹协调“三生”空间格局配置,是实现未来可持续发展的重点任务和根本途径。[方法]以云南省土地利用为基础,结合自然和社会发展因素,采用MOP-PLUS耦合模型模拟2030年经济优先、生态优先和协同发展3种情景下“三生”空间及效应变化。[结果](1)3种情景下经济效益分别增长40.29%,32.10%,34.79%,生态效益分别减少0.89%,0(未变),0.06%,生境质量均值分别下降0.78%,0.38%,0.43%,空间冲突强度均值分别增长2.79%,下降1.21%,下降2.32%;(2)3种情景生活空间均呈上升、生态空间呈下降趋势,生产空间仅在经济优先情景有较小增长;均存在生活空间侵占生产空间、生产空间再掠夺生态空间的情况,生活空间扩张呈中心向四周蚕食趋势;(3)不同发展情景下均伴随一定程度的生境质量下降,通过优化空间布局可平衡空间冲突;相较于其他情景,协同发展情景经济效益增幅适中,生境质量变化幅度相对均衡,空间冲突强度下降最多,符合兼顾生态保护、经济发展、社会进步的多重目标。[结论]形成的模拟-效应-优化的反馈调控机制,可与不同尺度、不同目标结合开展...     

川西高原土地利用碳储量估算及多情景预测

[目的]区域碳储量与土地利用密切相关。在“双碳”目标下,从碳储量视角开展重点区域土地利用变化预测研究,对协调与优化区域土地利用格局、提高区域生态系统未来固碳潜力具有重要参考价值。[方法]以川西高原为研究区,以2000年、2010年和2020年土地利用为数据源,预测不同情景下2030年土地利用,结合修正的土地利用碳密度数据和InVEST模型估算区域碳储量变化。[结果](1)从各地类相对研究区的面积占比变化看,2000—2020年草地从65.20%逐步缩减到63.65%,林地从31.73%不断扩张到32.92%,未利用地先减后增且净增0.57%,水域和耕地先增后减均净减0.11%,湿地持续增加,共净增0.07%;研究区2000年、2010年、2020年碳储量分别为24.26×10⁸,24.29×10⁸,24.27×10⁸ t,呈先增后减趋势。(2)与2020年相比,2030年自然发展情景下碳储量减少3.19×10⁵ t,在耕地保护情景、生态保护情景、耕地生态联合保护情景下将分别固碳4.29×10     

A conceptual framework and an empirical test of complementarity and facilitation with respect to phosphorous uptake by plant species mixtures

Plant species have different traits for mobilizing sparingly soluble phosphorus (P) resources, which could potentially lead to overyielding in P uptake by plant species mixtures compared to monocultures due to higher P uptake as a result of resource (P) partitioning and facilitation. However, there is circumstantial evidence at best for overyielding as a result of these mechanisms. Overyielding (the outcome) is easily confused with underlying mechanisms because of unclear definitions. We aimed to define a conceptual framework to separate outcome from underlying mechanisms and test it for facilitation and complementarity with respect to P acquisition by three plant species combinations grown on four soils. Our conceptual framework describes both mechanisms of complementarity and facilitation and outcomes (overyielding of mixtures or no overyielding) depending on the competitive ability of the species to uptake the mobilized P. Millet/chickpea mixtures were grown in pots on two calcareous soils mixed with calcium-bound P (CaP) and phytate P (PhyP). Cabbage/faba bean mixtures were grown on both acid and neutral soils mixed with P-coated iron (hydr)oxide (FeP) and PhyP. Wheat/maize mixtures were grown on all four soils. Rhizosphere carboxylate concentration and acid phosphatase activity (mechanisms) as well as plant P uptake and biomass (outcome) were determined for monocultures rhizosphere and species mixtures. Facilitation of P uptake occurred in millet/chickpea mixtures on one calcareous soil. We found no indications for P acquisition from different P sources, neither in millet/chickpea, nor in cabbage/faba bean mixtures. Cabbage and faba bean on the neutral soil differed in rhizosphere acid phosphatase activity and carboxylate concentration, but showed no overyielding. Wheat and maize, with similar root exudates, showed overyielding (the observed P uptake being 22% higher than the expected P uptake) on one calcareous soil. We concluded that although differences in plant physiological traits (root exudates) provide necessary conditions for complementarity and facilitation with respect to P uptake from different P sources, they do not necessarily result in increased P uptake by species mixtures, because of the relative competitive ability of the mixed species.     

森林植被不同尺度的碳水过程及耦合机制研究进展

[目的]陆地生态系统中的碳循环和水循环是陆地生态系统物质和能量循环的核心,也是连接地圈、生物圈和大气层的纽带。森林植被是陆地生态系统的重要组成部分,是表征陆地碳-水循环的重要变量,在维持生物圈和大气圈的动态平衡中发挥着重要作用。目前,对陆地生态系统中碳-水循环的耦合关系和机制缺乏系统的分析和总结。[方法]从森林植被碳与水过程及其相互作用、植被水分利用和耦合机制的角度,综述了森林植被碳与水循环过程及其相互作用的研究与进展,以及不同空间尺度(叶片到区域/全球尺度)碳-水耦合的定义、方法、进展和展望。[结果]新兴的技术和方法实现了不同尺度碳水过程的高频观测,WUE等耦合指标体系推动了碳水耦合机制的研究和发展。[结论]通过系统阐述植被碳水耦合关系的多尺度整合和碳水耦合机理,为系统认识森林碳水耦合机理和水资源管理提供了理论基础,对未来植被经营管理决策具有重要的科学支撑意义。     

基于RGB和深度双模态的温室番茄图像语义分割模型

图像语义分割作为计算机视觉领域的重要技术，已经被广泛用于设施环境下的植物表型检测、机器人采摘、设施场景解析等领域。由于温室环境下未成熟番茄果实与其茎叶之间具有相似颜色，会导致图像分割精度不高等问题。本研究提出一种基于混合Transformer编码器的“RGB+深度”（RGBD）双模态语义分割模型DFST（depth-fusion semantic transformer），试验在真实温室光照情况下获得深度图像，对深度图像做HHA编码并结合彩色图像输入模型进行训练，经过HHA编码的深度图像可以作为一种辅助模态与RGB图像进行融合并进行特征提取，利用轻量化的多层感知机解码器对特征图进行解码，最终实现图像分割。试验结果表明，DFST模型在测试集的平均交并比可达96.99%，对比不引入深度图像的模型，其平均交并比提高了1.37个百分点；对比使用卷积神经网络作为特征提取主干网络的RGBD语义分割模型，其平均交并比提高了2.43个百分点。结果证明，深度信息有助于提高彩色图像的语义分割精度，可以明显提高复杂场景语义分割的准确性和鲁棒性，同时也证明了Transformer结构作为特征提取网络在图像语义分割中也表现出了良好的性能，可为温室环境下的番茄图像语义分割任务提供解决方案和技术支持。     

黄土高原土壤调控原理与应用研究知识图谱——基于CiteSpace的文献可视化分析

[目的]黄土高原是中国一个伟大的地理单元,对国家粮食安全和生态安全具有重要的战略意义。通过长期的坡度治理、流域综合治理、植树造林等多种措施,黄土高原地区的生态环境已经得到显著改善,但仍然面临着局部地区植被恢复配置的合理性不足、全流域统筹不协调、平衡经济发展与生态保护等方面的挑战。在国家双碳目标的指引下,黄土高原生态系统及农业可持续发展的未来方向和目标应当是支持碳中和目标实现、建立环境适宜性的植被群落、推进生态系统统筹社会经济系统的发展实现发展方式绿色转型。[方法]通过文献计量学工具CiteSpace对1992—2023年发表的黄土高原土壤调控原理与应用研究相关文献进行可视化分析,重点针对该研究领域的核心研究力量、研究热点与研究趋势。[结果](1)从发文量的嬗变来看,整体呈上升趋势,在2001年后爆发式增长;(2)从发文机构来看,西北农林科技大学在该领域的发文量最高,为2 157篇;(3)从作者的合作关系来看,邵明安和刘国彬是该领域的核心带头人,发文量分别为141,117篇,由他们构成的合作网络已经非常成熟;(4)从该领域的研究热点和发展趋势来看,主要研究热点集中在土壤水分、产量、旱地、...     

Soil texture prediction through stratification of a regional soil spectral library

Knowing the spatial distribution of soil texture,which is a physical property,is essential to support agricultural and environmental decision making.Soil texture can be estimated using visible,near infrared,and shortwave infrared(Vis-NIR-SWIR)spectroscopy.However,the performance of spectroscopic models is variable because of soil heterogeneity.Currently,few studies address the effects of soil sample variability on the performance of the models,especially for larger spectral libraries that include soils that are more heterogeneous.Therefore,the objectives of this study were to:i)apply Vis-based color parameters on the stratification of a regional soil spectral library;ii)evaluate the performance of the predictive models generated from the spectral library stratification;iii)compare the performance of stratified models(SMs)and the model without stratification(WSM),and iv)explain possible changes in prediction accuracy based on the SMs.Thus,a regional soil spectral library with 1535 samples from the State of Santa Catarina,Brazil was used.Soil reflectance data were obtained by Vis-NIR-SWIR spectroscopy in the laboratory using a spectroradiometer covering the 350–2500 nm spectral range.Sand,silt,and clay fractions were determined using the pipette method.Twenty-two components of color parameters were derived from the Vis spectrum using the colorimetric models.A cubist regression algorithm was used to assess the accuracy of the applicability of the initial models(SMs and WSM)and of the validation between the clusters.Fractional order derivatives(FODs)at 0.5,1.5,and 2 intervals were used to explain possible changes in the performance of the SMs.The SMs with higher contents of clay and iron oxides obtained the highest accuracy,and the most important spectral bands were identified,mainly in the 480–550 and 850–900 nm ranges and the 1400,1900,and 2200 nm bands.Therefore,stratification of soil spectral libraries is a good strategy to improve regional assessments of soil resources,reducing prediction errors in the qualitative determination of soil properties.     

Evaluation of immobilizing agents as soil quality conditioners in addition to their metal(loid) immobilizing effect

In trace metal (TM)-contaminated agricultural soils,management of TM availability is important for safe crop production.In addition,maintenance or improvement of soil quality is vital for sustainable crop cultivation.Decreased TM phytoavailability and increased soil quality can be achieved by the application of various immobilizing agents to soil,which can supply both macronutrients and organic matter.This study investigated the long-term influences of four common immobilizing agents on soil biogeochemical properties and the phytoavailability of TMs in mixed metal-contaminated soil from a cultivated upland near an abandoned mining site.Lime (L),gypsum (G),fly ash (F),and animal manure-based compost (C) were applied to pots containing contaminated soil,either individually or in combination.After incubation for three years under sequential cultivation of two crops and fallow,soil biogeochemical properties were determined,and Brassica rapa plant bioassay was performed.The phytoavailability of all TMs (both cationic metals and anionic metalloids) remained significantly lower in soils treated with immobilizing agents even after three years,when compared with the no-agent control (CK) soil.In addition,the soil quality was significantly improved by treatment with immobilizing agents.For instance,the C and L+C treatments were the most effective in improving soil physical (bulk density,porosity,and water-resistant aggregate stability),chemical (pH,organic matter,total nitrogen,cation exchange capacity,and plant-available phosphorus,magnesium,and potassium),and biological (microbial biomass carbon and dehydrogenase activity) properties.The improvement of soil properties and lowering of TM bioavailability were also consistent with the most significant increase in B.rapa biomass production observed in the C treatment,followed by the L+C,G+F,L,G,F,and L+G treatments,as compared with that in CK.These results indicate that the function of the TM-immobilizing agent as a soil quality conditioner,in addition to its TM immobilizing effect,should be considered when selecting such agents for agricultural or ecological applications.