河套地区食用向日葵干旱等级指标研究

建立系统性的向日葵干旱灾害指标,开展向日葵干旱灾害的监测、影响评估和节水灌溉服务,对河套地区防灾减灾和指导灌溉生产意义重大。本文在向日葵土壤水分控制田间试验研究成果的基础上,通过建立土壤相对湿度和作物生长参数之间的关系模型,得出了食用向日葵出苗～花序形成、花序形成～开花后一周、开花后一周～成熟3个生育阶段轻旱、中旱、重旱、特旱的等级指标。同时,利用农业气象常规观测站2005—2019年从向日葵播种到收获每月3次(8日、18日、28日)的土壤水分观测数据,分析每次灌溉前的土壤相对湿度对应干旱等级来判断实际旱情,通过是否进行实际灌溉来验证干旱评价结果的准确性。结果发现:根据土壤相对湿度确定的向日葵3个生育阶段发生轻旱的临界值分别为65%、70%和60%,发生中旱的临界值分别为55%、60%和50%,发生重旱的临界值分别为45%、50%和40%,发生特旱的临界值分别为35%、40%和30%。向日葵历史观测数据的验证结果也表明基于土壤相对湿度的干旱等级指标合理且能很好地应用实际灌溉指导。     

基于MODIS TVDI和模糊数学方法的藏北地区旱情等级遥感监测

为了实现对藏北区域范围内春夏旱情的动态连续监测,基于温度植被干旱指数（TVDI）和模糊数学方法建立了遥感干旱的划分标准,研究时段为1980—2017年。首先利用MODIS产品数据计算TVDI,然后根据气象干旱等级监测结果,采用模糊数学法建立基于MODIS TVDI的干旱等级划分标准,并对监测结果进行精度验证,最后分析了近年来藏北地区旱情的时空变化特征。得到的主要结论：①基于归一化植被指数（NDVI）和增强植被指数（EVI）计算得到的温度植被干旱指数TVDIN和TVDIE,均与20 cm实测土壤水分含量在0.05的水平达到显著相关,TVDIE的决定系数更高;②基于TVDIE将旱情划分为无旱、轻旱、中旱、重旱、特旱5个等级,其中,据此标准获得的藏北地区旱情等级与气象干旱等级监测结果大体一致;③近年来藏北地区旱情整体不太严重,且总体趋缓,其中,2009年最严重,发生中旱及以上旱情的区域面积达24%,年内旱情在6月最严重。就旱情的空间分布特征而言,研究区西南部和中部干旱比较严重,北部和东南部相对较轻。研究成果可为藏北地区干旱监测提供数据支撑,遥感干旱等级的划分方法可为其他地区的干旱研究提供参考。     

融合GPM降水数据的土壤干旱遥感监测

全球气候变暖导致干旱趋势加重,对西北干旱半干旱区农牧业生产造成严重威胁。考虑到陕西省神木市具有典型的黄土高原地貌特征,以及降水对复杂地貌背景区干旱的决定性作用,本研究应用高精度的GPM(Global Precipitation Measurement)降水数据,建立土壤干旱遥感监测模型,开展能够揭示土壤相对湿度的应用分析研究。结果表明:结合GPM降水数据建立的综合植被、温度和降水的土壤干旱遥感监测模型,能准确的揭示神木市土壤表层10 cm相对湿度,模型中温度和降水的权重较高,体现出温度和降水对区域干旱的主导作用;神木市作物生长季旱情整体处于轻旱强度,平均发生频率为64.44%,且中旱轻旱重旱特旱,干旱强度和发生频率均呈现出西北高东南低的空间分异特征;4—10月干旱强度整体由轻旱发展至重旱,最后干旱消失。季节上,神木市春旱现象严重,且以中旱发生频率最高。2001—2019年神木市旱情呈略微减轻趋势,但红碱淖湿地因年均气温和年蒸发量明显上升,干旱情况加剧。     

基于MODIS TVDI和模糊数学方法的藏北地区旱情等级遥感监测

为了实现对藏北区域范围内春夏旱情的动态连续监测,基于温度植被干旱指数(TVDI)和模糊数学方法建立了遥感干旱的划分标准,研究时段为1980-2017年。首先利用MODIS产品数据计算TVDI,然后根据气象干旱等级监测结果,采用模糊数学法建立基于MODIS TVDI的干旱等级划分标准,并对监测结果进行精度验证,最后分析了近年来藏北地区旱情的时空变化特征。得到的主要结论:①基于归一化植被指数(NDVI)和增强植被指数(EVI)计算得到的温度植被干旱指数TVDIN和TVDIE,均与20 cm实测土壤水分含量在0.05的水平达到显著相关,TVDIE的决定系数更高;②基于TVDIE将旱情划分为无旱、轻旱、中旱、重旱、特旱5个等级,其中,据此标准获得的藏北地区旱情等级与气象干旱等级监测结果大体一致;③近年来藏北地区旱情整体不太严重,且总体趋缓,其中,2009年最严重,发生中旱及以上旱情的区域面积达24%,年内旱情在6月最严重。就旱情的空间分布特征而言,研究区西南部和中部干旱比较严重,北部和东南部相对较轻。研究成果可为藏北地区干旱监测提供数据支撑,遥感干旱等级的划分方法可为其他地区的干旱研究提供参考。     

基于TVDI的攀西地区干旱时空变化特征研究

利用MODIS地表温度数据（LST）和归一化植被指数（NDVI）构建Ts-NDVI特征空间，通过计算温度植被干旱指数（TVDI）详细分析了攀西地区2001—2020年干旱时空变化规律。结果表明：（1）从时间角度来看，20年间攀西地区TVDI年均值介于0.5481~0.5820，以-0.0001·a^-1速率缓慢减小，且在2001年和2009年出现大范围中旱。季节性干旱特点表现为冬干春旱，各季TVDI均值分别为冬季0.5618、春季0.6058、夏季0.5590、秋季0.5365，表明冬、春两季较夏、秋两季更容易形成干旱。TVDI月均最大值出现在5月份，为0.6089；最小值出现在9月份，为0.5204；每年2—6月以中旱为主；7月起旱情减轻，转为轻旱；10月起旱情逐渐加重。（2）从空间角度来看，攀西地区旱情变化趋势南北差异明显，南部干旱发生的频率和范围大于北部地区，呈现出中部、南部及西南部高，北部、西北部及东北部低的空间分布特征。（3）从典型干旱年份来看，攀西地区2001年、2006年和2011年春旱耕地在空间分布上具有一定的相似性。其中，受中旱的耕地主要分布在攀西北部和中部；而受重旱的耕地主要集中分布在攀西西南部。研究结果表明，2001—2020年攀西地区旱情稍有缓解，不同季节间干旱差异性较大，干旱范围以攀西中部和南部为主。     

基于多源卫星数据的3种干旱遥感监测效果比较

基于MODIS/TERRA、FY-3B/MERSI和HJ/CCD监测数据,结合研究区同步土壤湿度实测资料,利用垂直干旱指数（PDI）,对比分析了各传感器在干旱时空动态中对旱情响应的敏感性和可靠性。结果显示：在黄土高原半干旱区各遥感卫星监测到的PDI指数与土壤相对湿度呈显著负相关,与0～20 cm相对湿度相关最为密切;MODIS的PDI监测信息与实际春旱发展前期状况最为接近,HJ的PDI监测信息对干旱后期效应性相对较差, HJ、MODIS和FY3B的PDI监测信息都能够比较真实的反映干旱缓解后的实际情况。     

基于FY-3D/MERSI数据的东北地区干旱监测方法研究

干旱是影响东北地区粮食安全的主要农业气象灾害之一,遥感技术是一种可便捷进行大范围干旱监测的手段。针对目前遥感干旱指数在作物生长发育过程中监测干旱的局限性和适用性等问题,以东北地区玉米和大豆等主要大田作物发育期为切入点,基于FY-3D/MERSI卫星遥感数据和地面土壤相对湿度实测数据,开展不同作物发育阶段干旱监测指数适用性分析,结合径向基神经网络方法,构建全时期和分时期土壤相对湿度反演模型,利用实测土壤相对湿度数据开展精度验证与对比分析。结果表明：风云三号MERSI传感器数据在干旱监测中具有可行性,表观热惯量(ATI)在低植被覆盖或裸土时效果较好,适用于作物冻土期、裸土期和播种～拔节期;水分指数(WI)适用于播种～拔节期、拔节～抽雄期和成熟期等植被生长时期;分时期土壤相对湿度反演模型精度高于全时期土壤相对湿度反演模型,前者监测精度在80.0%以上,比全时期模型精度提高了10%～25%,尤其在冻土期(3月),分时期模型反演精度达到了92.6%。基于作物生长时期和形态差异,选择最适宜遥感干旱指数建立分时期土壤相对湿度反演模型,提高了干旱监测的准确性和可靠性。     

基于温度植被干旱指数的黑龙江省旱情动态研究

2015年黑龙江省发生大面积干旱,为了对此旱情进行动态监测,采用6—9月的MODIS数据,计算温度植被干旱指数(TVDI);以过去15年(2000—2014年)的全省40个旱作农业站点以旬为单位的TVDI为研究对象,根据土壤相对湿度的农业干旱等级划分标准,制定TVDI的干旱监测等级,利用2011年实地测取土壤相对湿度数据对该等级进行验证,结果表明,验证结果准确度达到83%。结果显示:TVDI被分为5个等级,TVDI0.46为无旱,TVDI在0.46~0.57之间为轻旱,TVDI在0.57~0.76之间为中旱,TVDI在0.76~0.86之间为重旱,TVDI0.86为特旱,用此标准对黑龙江省2015年的旱情进行分析,能够较好地反映出黑龙江省整体的实际旱情。在监测中2015年7月份全省旱情最为严重,持续到8月中旬,到8月下旬省内各地陆续降雨,重旱区域减少,整体旱情减轻。     

半干旱区不同施肥量对旱作冬小麦田土壤呼吸的影响

为了探究不同施肥量对半干旱区旱作冬小麦田土壤呼吸的影响,在宁夏回族自治区彭阳县旱地农业试验站设置了不施肥（F_N）、低肥（F_L）、中肥（F_M）和高肥（F_H）大田试验。通过监测不同施肥量下冬小麦田的土壤温度、土壤水分和土壤呼吸速率,分析不同施肥量下冬小麦田土壤呼吸速率的变化特征及其与土壤水热因子的相关性。结果表明：（1）施肥能提升0~5 cm和5~10 cm土层土壤温度,随着施肥量的增加,0~5 cm和5~10 cm土层温度平均增幅分别为1.7%~15.0%和2.0%~21.4%。（2）施肥降低了0~100 cm土层土壤含水量,随着施肥量的增加,F_H、F_M和F_L处理降幅分别为6.5%~7.0%、5.0%~5.8%和3.5%~4.0%。（3）施肥显著提升了冬小麦在拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期的土壤呼吸速率;2018—2019年和2019—2020年低肥、中肥和高肥处理平均土壤呼吸速率分别提升了40.0%、25.5%和14.5%。（4）施肥提升了冬小麦全生育期CO₂排放量,随着施肥量的增加,全生育期CO₂排放量呈下降趋势,表现为低肥＞中肥＞高肥＞无肥,且各生育阶段土壤CO₂累计排放量存在显著差异。（5）土壤呼吸速率与土壤水热因子相关性分析表明,土壤呼吸与0~5 cm和5~10 cm土层土壤温度相关系数均达到显著水平,且与5~10 cm土层土壤温度相关性显著高于0~5 cm土层;土壤呼吸速率与0~10 cm土层土壤含水率呈现显著相关关系。（6）土壤水热双因素与土壤呼吸分析表明,土壤水热双因素可以解释土壤呼吸变化的81%~89%,高于土壤温度（63%~74%）和土壤水分（46%~75%）单因素。综上可知,土壤呼吸受土壤温度和水分的调控。从改善农田生态,降低土壤呼吸的角度来看,适当提升施肥量可有效减少土壤呼吸的排放。     

三种不同干旱动态监测指数在陕西省的适用性研究

运用陕西省96个站1981—2012年近32年的逐日气温、降水、风速、相对湿度等资料,分别计算出各站逐日(向前滚动30天)的三种干旱动态监测指数：降水距平百分率(P_a)、相对湿润干旱指数(MI)、标准化降水指数(SPI),并将陕西省按地域由北至南分为陕北、关中、陕南,按季节分为春(3—5月)、夏(6—8月)、秋(9—11月)、冬(12—2月),分别统计出不同干旱动态监测指数对应的干旱发生的频率并与历史记载中实际干旱情况进行比对,对三种干旱动态监测指数在陕西省的适用性进行分析。结果表明：夏季MI指数得到的干旱频率最高,P_a指数最低,冬季MI指数得到的干旱频率最低,P_a指数最高; 在春、冬季节P_a指数的适用性较好,在夏、秋季节MI指数的适用性较好; 陕西省夏季容易发生局地强降水,而在秋、冬季容易出现长时间的无降水,导致SPI指数在夏、秋、冬季节的适用性不太好。     

羊草干物质积累及叶片气体交换对土壤水分的响应

采用盆栽方法模拟羊草干物质积累和叶片气体交换参数对 5个水分梯度的响应表明 :轻度、中度干旱与对照相比 ,羊草叶片的相对含水量 (RWC )有所升高 ;严重和极严重干旱使RWC显著降低。干旱降低植株生物量 ,后期的降低幅度远远大于前期 ,反映出羊草叶片水分状况对适度的土壤干旱具有良好的适应性 ,而过度干旱对羊草的生长造成威胁。鞘的分配随时间呈下降趋势 ,而根茎的趋势与鞘相反 ,表明鞘的暂储物质有可能向根茎转移。干旱促进早期根的分配和根冠比增加 ,后期降低 ,表明羊草在受到持续干旱后 ,通过增加根部的比重来提高抗旱性的能力逐渐降低。干旱降低了光合速率 ,增加了胞间CO2 浓度 ,但对水分利用率 (WUE )的影响随日进程而波动 ,在上午 10时干旱促进了WUE升高 ,其他时间无显著影响 ,表明光合参数对干旱的响应受日进程影响。     

基于MODIS干旱指数与RBFNN方法的江苏冬小麦需水关键期土壤水分遥感监测应用

利用遥感指数反演土壤水分已成为监测干旱的重要手段之一，而单一的遥感干旱指数对于反演土壤水分存在一定局限，本研究从7种不同MODIS遥感干旱监测指数中选取适宜的5种并结合径向基函数神经网络（RBFNN）协同反演江苏省2018年冬小麦需水关键期的土壤相对湿度。结果表明：与单一的遥感干旱指数相比，协同RBFNN的遥感干旱指数反演的模型效果更好，与10 cm和20 cm深度的实测土壤相对湿度的相关系数分别达到0.5161和0.4307，能综合多种通道的遥感信息反映当地土壤水分的变化；同时研究利用RBFNN对2017年5月江苏冬小麦10 cm深度土壤相对湿度进行反演，得到的土壤相对湿度分布图与实测土壤墒情结果较为接近，说明利用RBFNN反演模型有效。研究结果提高了土壤湿度的反演精度，为当地农业干旱的实时监测提供了新思路。     

Factors affecting glyphosate activity in Imperata cylindrica (L) Beau, and Cyperus votundus L. I. Effect of soil moisture

Established Greenhouse grown plants of cogongrass Imperata cylindrica (L) Beauv.) and purple nutsedge (Cyperus rotundusL.) were given three different soil moisture regimes; field capacity, moderate stress and extreme stress, followed 6 weeks later by glyphosate [(N-phosphonomeihyl) glydne] applications to the shoots at 0.2,0.4 and 0.8 kg/ha for Imperata and 0.3,0.6 and 1.12 kg/ha for Cyperus. Field capacity watering stimulated most vegetative growth in hoth species. Glyphosate given at field capacity decreased shoot dry weight in both species, and rhizome length, rhizome dry weight and total carbohydrate in Imperata and total number of tuber-bulbs in Cyperus. In contrast. at extreme soil moisture stress, glyphosate showed reduced activity which appeared to be related to the physiological and morphological behaviour of the plants arising from the drought trealment. Application of waier to the roots of the plants grown at soil moisture stress. I week before and I week afler glypbosate spraying, enhanced glyphosate activity, probably because of the recovery of processes disturbed by ibe soil moisture deficit.     

土壤干旱对小麦叶片光合和氮素水平及其转运效率的影响

研究了两个冬小麦品种(济南17和鲁麦21)的叶片氮素含量动态变化及其转运效率对4个土壤水分水平分别占土壤最大持水量的75%～80%、55%～60%、40%～45%及30%～35%)的响应。结果表明:中度和严重土壤干旱显著降低了叶片相对含水量、叶绿素含量、光合速率、气孔导度、氮素含量和生物产量,但中度干旱提高了叶片氮素转运效率和籽粒蛋白质含量。尽管高蛋白小麦品种济南17叶片的氮素含量较低,但氮素转运效率较高,适度土壤干旱对其籽粒蛋白质的激发作用亦较强。表明适度土壤水分亏缺可促进叶片氮素向籽粒运转,有利于改善小麦品质。     

一种基于ASAR数据的干旱监测方法

快速而准确的获取干旱信息对于抗旱救灾具有非常重要的指导意义。基于ENVISAT-ASAR数据对甘肃省黑河流域低植被覆盖区域干旱情况进行监测,利用基于改进型积分方程模型(AIEM)所得出的半经验模型准确的获取土壤的含水量信息。实验结果表明VV/VH极化数据与土壤含水量之间存在着较好的相关性,监测结果与成熟的光学监测方法垂直干旱指数(PDI)监测结果基本吻合,轻度干旱地区的监测结果相似度达到了92.8%,对于中度干旱和正常地区的监测分别达到了58.8%和66.4%,总体达到了90.7%,表明SAR数据在旱情监测中具有较大潜力。     

土壤湿度对小麦矮腥黑穗病菌(TCK)冬孢子萌发的影响

通过土壤湿度对小麦矮腥黑穗病菌(Tilletiacontronversa Kühn,TCK)萌发率的影响试验研究表明,其冬孢子在土壤质量含水量为1%～28%(相对含水量3.57%～100%)范围内均可萌发,其适宜萌发的土壤质量含水量范围为10%～25%(相对含水量17.85%～89.3%),最佳土壤相对含水量范围在65%～75%之间;不同分离物在相同土壤湿度培养下,多数分离物冬孢子的萌发率之间差异不显著。根据分离菌T_t1和T_t2在不同土壤湿度下培养50d和60d的冬孢子萌发率,建立了TCK冬孢子萌发率与土壤相对含水量的关系模型,此结果为TCK的风险评估提供了基础数据。     

基于核熵成分分析的综合干旱指数的构建与应用

针对传统单变量干旱指数难以全面表征干旱及部分综合干旱指数难以反映多变量之间的非线性关系等问题，采用标准化降水蒸散发指数（SPEI）、标准化径流指数（SRI）及标准化土壤湿度指数（SSMI）3个单变量指数分别表征气象干旱、水文干旱和农业干旱，利用核熵成分分析法（KECA）构造综合干旱指数（SMDI），采用M-K趋势检验、小波分析及典型历史旱情验证等方法分析干旱的时空变化特征以及干旱指数的适用性。以黑河流域中上游为例，结果表明：研究区全年77.6%的区域表现为干旱不显著加重的趋势；在流域尺度上，干旱存在43 a的长周期，15~23 a的中周期，3~8 a的短周期；20世纪90年代夏、秋两季及21世纪以来春、冬两季干旱发生频率较高，且整体夏旱发生频率最高；1969年春、1997年秋和2009年冬的典型历史旱情验证表明SMDI优于其他3种单变量干旱指数。说明基于KECA构建的SMDI是一种有效的干旱监测指数，在黑河流域中上游干旱监测中有好的适用性。     

基于Suomi NPP/VIIRS数据的青海省东部农业区夏季土壤水分监测模型的应用研究

土壤水分是量度干旱程度最重要的指标，如何对其有效监测与预警一直是各界致力解决的重大科学问题。基于Suomi NPP/VIIRS数据的温度植被干旱指数TVDI、归一化植被水分指数NDWI、植被状况指数VCI,分别构建了青海省东部农业区3种土壤水分监测模型，利用连续的野外定点观测数据及生态站点观测数据进行模型检验，并在2017年夏旱过程进行了应用检验。结果表明：2012—2016年模型回代检验中，TVDI指数模型表现最优(RMSE为4.4%),其次为VCI指数模型(RMSE为4.7%),NDWI指数模型表现最差(RMSE为5.2%);2018—2020年夏季互助遥感检验场定点观测检验中，TVDI指数模型表现最好(RMSE为3.8%),VCI指数模型次之(RMSE为5.0%),NDWI指数模型表现最差(RMSE为8.8%);2017年夏季干旱过程中，TVDI指数模型反演的旱情发展过程及分布范围与实际旱情情况相符，而NDWI指数模型反演的旱情分布范围明显偏小，VCI指数模型甚至不能反映旱情缓解、解除期的变化。     

基于多元逐步回归分析的葡萄园干旱监测模型

为明确葡萄园区干旱评价标准，制定了一种具有区域适用性的干旱指数，通过在渭南市临渭区葡萄研究所葡萄试验田进行干旱胁迫对比试验，得出一种结合植物生长图像与环境要素的干旱监测模型；使用逐步回归分析法，计算出土壤湿度与众多影响因素间的关系，得到干旱监测模型。试验结果表明：回归方程的确定系数（R-square）可达0.91，模型精确，拟合效果较好。搭建了一个干旱监测与预警平台，可以实时监控作物的生长状况，为精准灌溉提供决策。