不同深度秸秆覆盖对滴灌棉田土壤水盐运移的影响

为探索滴灌条件下秸秆覆盖对棉田土壤水盐运动的影响,设置表层覆盖、地表下30cm覆盖和无覆盖3种处理,进行对比试验研究,结果表明,秸秆覆盖通过对土壤水分的影响间接影响了土壤盐分的运移和分布。在30cm处覆盖秸秆主要对30cm以上土壤的水分和盐分产生影响,对35cm以下的影响和表层覆盖比较接近。采用秸秆覆盖对土壤水分和盐分水平方向的运移具有一定影响,无覆盖在前期、中期和后期土壤表层盐分均最高。30cm处覆盖秸秆阻碍了35cm以下土壤毛管水的上升,从而阻止了盐分的上升。采用秸秆覆盖后,特别是在30cm深度采用秸秆覆盖,对于调控土壤水、盐变化,抑制土壤盐分上移具有积极作用。     

季节性冻融期SWAP和SHAW模型土壤水热运移模拟效果评价

基于不同模型研究季节性冻融期土壤水热运移规律，对干旱半干旱地区水资源高效利用的定量化评价具有重要意义。分别运用SWAP和SHAW模型对季节性冻融期土壤水分、温度和蒸发量进行了模拟，并对模拟效果加以评价。模拟结果表明：对于整个冻融期而言，利用SHAW模型模拟的土壤含水量的NRMSE基本保持在30%以内，RMSE均在0.09 cm³/cm³以下，利用SWAP模型模拟的土壤含水量的NRMSE基本保持在35%以内，RMSE均在0.13 cm³/cm³以下；利用SHAW模型模拟20 cm以下土层温度的NRMSE均保持在30%以内，RMSE均在0.94℃以下，利用SWAP模型模拟的土壤温度基本可以反映实测值的变化趋势；在模拟土壤累积蒸发量方面，相比SWAP模型，SHAW模型的模拟值更接近实测值。总体而言，在干旱半干旱地区对于季节性冻融期，SHAW模型对土壤水热运移的模拟效果均较为理想，SWAP模型对土壤水分运移模拟较好，但对土壤温度模拟相对较差。对于土壤累积蒸发量的模拟效果，两个模型均不十分理想，有待进一步改进...     

反演分析土壤-秸秆水分运动参数

通过潜水均衡试验站土壤测渗仪资料,以新疆具有一定代表性的轻粘土为例,利用无秸秆覆盖和地表以下35 cm秸秆覆盖的实测资料,研究作物生长条件下土壤水分和盐分运移模型参数,通过HYDRUS模型反演确定了土壤水分运动参数和秸秆水分参数。并与测筒实测数据进行了比较。通过计算,无论是模拟计算的土壤水分运动参数还是秸秆水分参数都与相应的测筒观测值具有良好的一致性,模拟值与实测值吻合较好,这表明了轻粘土土壤水分运动参数和秸秆水分运动参数的确定是合理的。这些参数的确定将为更好地模拟秸秆覆盖条件下土壤水盐运移规律,研究秸秆覆盖层阻止土壤潜水蒸发抵制土壤盐分向上运动提供科学数据。     

基于SHAW模型的南疆典型棉田适宜冬春灌盐分淋洗策略

为探究南疆地区棉田休闲期土壤水热盐运移过程及适宜的冬春灌盐分淋洗策略，基于当地棉田测坑连续两年作物休闲期(2019—2020年、2020—2021年)0～80 cm的土壤水、热、盐监测数据，对SHAW模型进行率定和验证；并设置64个冬春灌情景，包括8个冬灌定额(0、600、1 200、1 800、2 400、2 700、3 000、3 600 m³/hm²)和8个春灌定额(0、300、600、900、1 200、1 800、2 100、2 400 m³/hm²),进一步模拟了不同冬春灌组合模式下休闲期的土壤水热盐运移规律。结果表明：SHAW模型能够较可靠地模拟南疆地区休闲期冻融土壤水热盐运移规律。其中，土壤温度的模拟精度最高，不同土壤深度R²均不小于0.95;而土壤含水率和含盐量受到土壤水分相变的影响导致模拟精度稍差，最小R²分别为0.61和0.73。不同冬灌处理在冻结期未冻水含量大幅降低，冬灌定额越大的处理，未冻水含量越少。冬灌水量越大，冻结期表层土壤温...     

免耕覆盖条件下田间土壤水分入渗的二维数值模拟研究

根据土壤水动力学基本原理,建立了秸秆覆盖条件下夏玉米SPAC系统中二维土壤水分入渗模型,应用该模型采用ADI法对辽宁地区秸秆覆盖条件下玉米田间土壤水分入渗过程进行模拟计算。模拟结果再现田间土壤水分入渗过程,同时显示产流与未产流情况试验数据与模拟值均有较好的一致性,平均相对误差均在5%以内,所构建模型可用于覆盖条件下土壤水分运动规律的研究。     

不同位置秸秆覆盖条件下土壤水盐运动实验研究

以地下水与土壤水动力学理论为基础,通过对不同地下水埋深不同位置秸秆覆盖试验资料分析,建立了土壤水分运动数学模型,并进行了数值模拟,试验实测数据与模型计算值吻合较好,说明所建立的模型是可行的。并以此为基础,分析了不同地下水埋深不同位置秸秆覆盖土壤含盐量,得出地表以下30 cm处秸秆覆盖的土壤含盐量大于地表表层秸秆覆盖的土壤含盐量,这为新疆地区控制潜水蒸发改良盐碱地研究提供了可靠的基础依据。     

不同水分和覆盖处理对土壤水热和夏玉米生长的影响

基于大田对比试验,研究了3种水分条件和覆盖处理对土壤水分、温度以及夏玉米地上部生长、产量、耗水量和水分利用效率的影响。结果表明,地膜和秸秆覆盖通过调节土壤水分和温度变化改善了夏玉米根区水热状况;3种水分条件下,地膜和秸秆覆盖增加了夏玉米地上部干质量和产量,提高了水分利用效率;中、低水分下2种覆盖方式的节水增产作用大于高水分;同一水分条件下,秸秆覆盖对土壤水热状况及夏玉米生长的影响效应随秸秆覆盖量的增加而增大。试验区土壤水分下限控制在65%FC、地膜覆盖或秸秆覆盖量7 500kg/hm2为宜。     

华北冬小麦-夏玉米农田水分动态模拟研究

冬小麦-夏玉米连作是华北地区主要的粮食作物种植模式。根据华北季节性冻土区的特点,将全年划分为作物生长期与越冬期,分别建立了作物生长条件下农田水分运移模型、冻融条件下土壤水热运移模型。前一模型主要包括参照腾发量计算、腾发量分配、作物根系吸水、土壤表面蒸发、土壤水分特征参数和土壤水分运动等子模型;后一模型主要包括冻土水热耦舍迁移、地气水热交换等子模型。应用以上模型对冬小麦-夏玉米连作条件下的土壤水分过程进行模拟,根据北京永乐店试验资料对模型进行检验。模拟了不同降水水平年、不同灌溉处理下的农田灌溉制度及土壤水分过程,分析了降水、灌溉对农田蒸散、土壤水利用、深层渗漏等的影响。     

秸秆覆盖与耕作方式对土壤水分特性的影响

通过分析不同秸秆覆盖量以及耕作方式对0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土层土壤孔隙度、土壤持水性、土壤供水能力以及土壤水分有效性的影响,揭示黑土区秸秆覆盖、耕作方式对土壤水分特性的影响机制。结果表明:土壤持水性、土壤供水能力及土壤水分有效性与土壤孔隙度密切相关。0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土层的土壤总孔隙度、毛管孔隙度、相同土壤水吸力下土壤含水率、比水容量以及有效水含量,在传统耕作条件下,秸秆覆盖均高于无覆盖;在秸秆覆盖条件下,免耕均高于传统耕作。免耕秸秆覆盖处理影响土壤孔隙度、土壤持水性、土壤供水能力及土壤水分有效性,随秸秆覆盖量增加,土壤总孔隙度、毛管孔隙度、相同土壤水吸力下土壤含水率、比水容量以及有效水含量逐渐增大,随土层加深,各处理土壤孔隙度、土壤持水性及土壤供水能力逐渐减小。本研究区最适宜的秸秆覆盖与耕作方式为免耕150%秸秆覆盖处理。     

农田秸秆覆盖的土壤水分效应

以大水位埋深的栾城试验站为例,开展玉米秸秆覆盖及对照条件下冬小麦田间试验,运用土壤水分通量法和包气带水均衡的原理,分析了秸秆覆盖农田的土壤水分效应。结果表明在大水位埋深条件下,覆盖秸秆麦田的入渗补给量(165.02 mm)小于不盖秸秆(192.91 mm),作物腾发量和土壤水消耗量大于不覆盖处理,说明秸秆覆盖不利于降水、灌溉水的入渗补给,但可以抑制土壤水分棵间无效蒸发,增加作物蒸腾量,充分利用土壤水,从而提高土壤水分的利用效率,揭示了秸秆覆盖对农田土壤水分调控的机理,为干旱区推广秸秆覆盖技术提供了理论依据。同时,对大水位埋深条件下土壤水分通量法的适用性进行了探讨。     

基于数值模拟的地下水位变化下灌水频次方案研究

为制定干旱绿洲灌区最优灌水频次方案,选取新疆焉耆盆地下五号渠村作为典型干旱绿洲试验区,以当地种植的番茄为研究对象,采用HYDRU-1D模型建立模型并进行数值模拟,模拟了田间土壤的水分运移规律,结果表明:模型模拟精度较高,HYDRU-1D可以很好地模拟干旱绿洲灌区土壤水分规律,同时基于该模型得到了不同地下水位和不同灌水频次下的土壤水分规律。此外,在保证总灌水量930 m~3/hm~2不变的前提下,调整灌水频次,改变地下水位,以土壤水分的波动性和土壤水的下渗量作为评价指标,发现在试验区番茄成熟期的最佳灌水方案为地下水位不变,平均地下水位1 051.07 m,灌水7次,每次灌水132.85 m~3/hm~2。     

基于PSWE模型的土壤水盐运移与夏玉米生产效益模拟

为实现多因素影响下土壤水盐、作物生产效益间的双层递进因果关系模拟,基于深度学习理论及方法将分级长短期记忆网络（HLSTM）与批标准化多层感知机（BMLP）耦合,且将Dropout与Adam优化算法耦合作为面向收敛的改进算法,构建了递进水盐嵌入神经网络（Progressive salt-water embedding neural network,PSWE）模型。评估了PSWE模型的有效性,并开展了多因素协同秸秆深埋下不同灌水量的土壤水盐及夏玉米生产效益的模拟。结果表明,PSWE模型具有多因素整体协同性,有效地模拟了土壤水盐运移规律、夏玉米生产效益及各变量间的内在依存关系。模型平均均方根误差为0.031,平均绝对误差为0.569,平均决定系数为0.987。模拟结果表明,单次灌水60mm的耕作层（0~40cm）含水率随时间推移持续降低,单次灌水135mm的耕作层含水率变幅较大,成熟期二者在秸秆隔层积盐率分别为49.2%和11.2%;单次灌水90mm和120mm的耕作层含水率保持在16%~24%之间,成熟期二者在大于40cm土层含水率保持平稳,秸秆隔层有脱盐趋势,脱盐率为6.1%和5.9%;夏玉米单次理论灌水量为89.3~96.8mm,耕作层理论含盐量为1.38~1.55g/kg。综上,多因素协同秸秆深埋下适宜灌溉量可实现抑盐提效的目标,PSWE模型可有效模拟土壤水盐运移和作物生产效益,为深度学习理论及技术在土壤水盐运移模型上的应用提供参考。     

旱作覆盖集雨条件下梨树生长对土壤水热的响应研究

研究旱作条件下不同覆盖处理对梨园土壤水热状况的影响,揭示幼龄玉露香梨树生长状况对土壤水热的响应,为果园覆盖栽培技术提供理论依据。试验共设置4个覆盖处理:全年地布覆盖(T1)、4-9月地布覆盖(T2)、10-翌年3月地布覆盖(T3)、全年秸秆覆盖(T4),并与对照组无覆盖(CK)进行对比。结果表明:不同覆盖处理对梨园土壤水分和土壤温度的影响不同,对梨树生长状况的影响也不同,并且各处理的新梢和树干直径累计生长均可用Logistic作物生长模型极好的拟合。其中秸秆覆盖处理能够使土壤体积含水率始终保持较高水平,具有较好的保温隔热作用,相比其他处理可明显促进梨树的生长发育,增加梨树的新梢累计增长量和树干直径累计增长量;与对照组无覆盖处理,覆盖能够明显改善土壤水热状况,促进梨树的生长发育。     

秸秆覆盖对滴灌棉花土壤盐分分布的调控影响

为探索秸杆覆盖对土壤盐分分布的调控作用,采用测坑试验,设置了表层覆盖、地表下30cm覆盖和无覆盖三种处理进行对比试验研究,结果表明:盐碱土秸秆覆盖后影响了土壤盐分的运移和分布,不同位置秸秆覆盖可以抑制盐分上移,调控盐分在秸秆覆盖层下方的分布。地表下30cm处覆盖秸秆后0～20cm土层盐分含量较低,30～40cm深处土层盐分小幅聚集。地表下30cm秸秆覆盖具有明显的抑制盐分上移作用,且抑盐效果高于表层覆盖。秸秆覆盖能够起到调控盐分分布,在一定程度上改良盐碱土。     

秸秆覆盖对玉米播种临界含水率影响的试验研究

通过室内外试验,对秸秆覆盖条件下播种的土壤临界含水率进行了试验研究。结果表明,在试验盆用塑料薄膜覆盖的条件下,测得玉米种子发芽出苗的土壤临界含水率为14%(体积含水率为0.2002cm3/cm3)。由室外试验建立秸秆覆盖条件下耕层土壤水分运动规律的数学模型,经过数值模拟得到田间播种的临界含水率:无覆盖的土壤重量含水率为14.89%(体积含水率为0.2129cm3/cm3),5cm厚麦秸覆盖的土壤重量含水率为14.36%(体积含水率为0.2054cm3/cm3),8cm厚麦秸覆盖的土壤重量含水率为14.57%(体积含水率为0.2083cm3/cm3)。这说明秸秆覆盖条件下播种的土壤临界含水率比裸地的低,秸秆覆盖有利于干旱地区的抗旱播种。     

秸秆覆盖对季节性冻融期土壤水分特征的影响

以北方高寒区典型城市哈尔滨市为研究区域,通过冬季大田试验(试验周期2013-11-01—2014-04-30),设置自然无覆盖、覆盖秸秆厚度5、10、15 cm 4个处理,分别测定不同处理下20、40、60、100、140、180 cm深度土壤液态含水率以及气象数据,分析季节性冻融期秸秆覆盖对土壤水分变化特征的影响。研究结果表明:秸秆覆盖使0~60cm土层内液态含水率增加或减小的时间拐点发生延迟,随着秸秆覆盖厚度的增加其延迟效果越明显,但土壤冻结期的延迟效果比冻土融化期明显;秸秆覆盖阻碍了冻土融化初期融雪水入渗,使自然无覆盖处理液态含水率在20、40、60 cm土壤深度出现短暂的峰值,而在冻土融化末期秸秆覆盖抑制了土壤水蒸发,使各秸秆覆盖处理液态含水率在20、40、60 cm土壤深度又高于自然无覆盖。秸秆覆盖可有效平抑冻融期0~60 cm土层土壤液态含水率的变化幅度,且随着土壤深度的增加其平抑效果具有减弱趋势;积雪融水和秸秆覆盖的双重作用能够有效增加土壤墒情,但其增墒能力随着土壤深度的增加而降低,不同秸秆覆盖处理对0~60 cm土层的平均增墒能力由大到小排序依次为:15、10、5 cm。     

塑料薄膜覆盖时土壤内水热传输模拟

建立了一个包括土壤层、塑膜覆盖物、植物冠层和大气边界层的系统,系统中的各层进行了能量平衡计算。并根据Ｐｈｉｌｉｐ和ＤｅＶｒｉｅｓ提出的土壤水热运移耦合方程,开发了预测塑膜覆盖下土壤水热运移的一维模型。采用该模型进行了十天的模拟计算,模拟结果与实测的土壤温度及负压剖面吻合较好     

耕作方式转变对土壤蓄水保墒影响的RZWQM模型模拟

基于2011—2012年和2013—2014年河南禹州冬小麦长期定位试验,利用传统耕作、免耕和深松处理下土壤水分、地上部生物量和产量对RZWQM(Root zone water quality model)模型进行率定和验证,然后利用率定后的模型模拟传统耕作转变为保护性耕作方式后0~100 cm土层贮水量、耗水量、土壤剖面水分平衡及水分利用效率的动态变化。在模型率定和验证中,土壤分层含水率模拟值和实测值之间的均方根误差(RMSE)分别在0.009~0.025 cm3/cm3和0.005~0.054 cm3/cm3范围内变化。模型模拟结果表明RZWQM模型能够较好地模拟耕作方式转变后土壤分层水分的动态变化,4种不同耕作转变模式(传统耕作分别转变为免耕、免耕+秸秆覆盖、深松、深松+秸秆覆盖)下,传统耕作转变为免耕后产量最高,水分利用效率最大,达19.3 kg/(hm2·mm)。因此,该模拟条件下传统耕作转变为免耕的蓄水保墒效果最好。     

基于PSWE模型的土壤水盐运移与夏玉米生产效益模拟

为实现多因素影响下土壤水盐、作物生产效益间的双层递进因果关系模拟,基于深度学习理论及方法将分级长短期记忆网络(HLSTM)与批标准化多层感知机(BMLP)耦合,且将Dropout与Adam优化算法耦合作为面向收敛的改进算法,构建了递进水盐嵌入神经网络(Progressive salt-water embedding neural network, PSWE)模型。评估了PSWE模型的有效性,并开展了多因素协同秸秆深埋下不同灌水量的土壤水盐及夏玉米生产效益的模拟。结果表明,PSWE模型具有多因素整体协同性,有效地模拟了土壤水盐运移规律、夏玉米生产效益及各变量间的内在依存关系。模型平均均方根误差为0.031,平均绝对误差为0.569,平均决定系数为0.987。模拟结果表明,单次灌水60 mm的耕作层(0～40 cm)含水率随时间推移持续降低,单次灌水135 mm的耕作层含水率变幅较大,成熟期二者在秸秆隔层积盐率分别为49.2%和11.2%;单次灌水90 mm和120 mm的耕作层含水率保持在16%～24%之间,成熟期二者在大于40 cm土层含水率保持平稳,秸秆隔层有脱盐趋势,脱盐率为6.1...     

塑料薄膜覆盖时土壤内水热传输模拟

建立了一个包括土壤层,塑膜覆盖物,植物冠层和大气边界怪的系统,系统中的各层进行了能量平衡计算,并根据Ｐｈｉｌｉｐ和Ｄｅ Ｖｒｉｅｓ提出的土壤水热运移耦合方程,开发了预测塑膜覆盖下土壤水热运移的一维模型。采用该模型进行了十天的模拟计算,模拟结果与实测的土壤温度及负压剖面吻合较好。