基于Google Earth Engine平台的关中冬小麦面积时空变化监测

以关中地区为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)平台,根据冬小麦生育期内归一化植被指数(NDVI)时序曲线和物候特征,采用NDVI重构增幅算法和光谱突变斜率,构建了关中地区冬小麦提取模型并实现了冬小麦种植面积的提取。用农业统计面积验证提取结果表明:在市级和县级尺度上,决定系数R~2分别为0.82和0.62,一致性指标d分别为0.95和0.84,提取结果与实地调查数据的空间一致性精度为93.4%。结果显示:关中地区冬小麦主要分布在中部关中平原,冬小麦种植面积在2011—2017年呈下降趋势,减少了83.22×10~3 hm~2(8.47%)。综合考虑冬小麦NDVI时序曲线的"峰""谷"特征,具有一定的普适性,可为大面积连续年份冬小麦种植面积时空监测提供参考。     

垄作覆膜种植对夏玉米生长和土壤水分动态的影响

旨在探索垄作覆膜对夏玉米动态生长过程、作物产量和水分利用效率及土壤水分运移规律的影响。试验设置垄作覆膜(RM)和平作不覆膜(NM)处理,在试验数据分析的基础上,采用Logistic方程及其修正方程分别拟合株高和叶面积指数生长动态,结合数值模型HYDRUS-2D模拟典型降雨过程的土壤水分动态。结果表明:Logistic方程拟合下,垄作覆膜与平作未覆膜处理夏玉米株高最大增长速率及其出现时间分别为5.1,5.2cm/d和播种后39,41天(3年均值),同时垄作覆膜夏玉米叶面积指数最大增长率较平作未覆膜提高了14.6%,增长速率最大值出现时间提前了2天;垄作覆膜夏玉米穗长、穗粒数、百粒重、产量及水分利用效率较平作未覆膜分别增加了7.8%,15.4%,1.3%,6.0%和3.1%(3年均值)。HYDRUS-2D模型对典型降雨后土壤剖面水分变化的模拟结果表明,垄作覆膜能增加降雨入渗,增大0—20cm土层和0—200cm剖面平均含水量。垄作覆膜种植具有增产保墒效应,但其增产效应与生育期气象条件有关,生育季降雨过多或过少都会影响其增产效应。     

地膜覆盖对夏玉米籽粒灌浆过程及产量的影响

为揭示地膜覆盖对夏玉米籽粒灌浆过程及产量的影响,在陕西杨凌开展田间试验,以平作不覆膜(CK)为对照,研究了平作全膜覆盖(FM)和平作半膜覆盖(HM)对夏玉米土壤温度、生长指标、灌浆过程、产量与水分利用效率的影响.结果表明:与CK相比,FM和HM提高了表层地温,促进了夏玉米生长发育和干物质积累,优化了籽粒灌浆过程,最终提高了夏玉米的产量和水分利用效率.与CK相比,FM与HM的产量分别增加了15.19％和8.34％,水分利用效率分别增加了19.75％和11.80％.地膜覆盖主要通过提高夏玉米灌浆期各阶段的灌浆速率,延长灌浆快增期持续时间,实现灌浆结束后籽粒产量的提高.与CK相比,FM与HM下夏玉米灌浆结束时理论最大百粒重分别增加了18.19％和7.78％.     

覆膜条件下对AquaCrop模型冬小麦生长动态和土壤水分模拟效果的评价分析

【目的】通过评价AquaCrop模型对覆膜条件下冬小麦的生长发育、土壤水分、产量以及水分利用效率的模拟效果,为AquaCrop模型在覆膜条件下的校准和应用提供科学的方法和理论依据。【方法】试验设臵不覆盖(CK)和白色地膜覆盖(PM)两个处理,于2013年10月至2016年6月年在陕西杨凌进行田间试验,利用2014—2015年度试验数据对AquaCrop模型进行参数校准,利用2013—2014年度和2015—2016年度的冬小麦观测数据对AquaCrop模型进行验证。【结果】AquaCrop模型较好地模拟了冬小麦冠层覆盖度,冠层覆盖度模拟值和实测值之间的决定系数(R2)为0.86—0.99,均方根误差(RMSE)为2.1%—8.1%。AquaCrop模型也较好地模拟了冬小麦生物量和土壤贮水量,其中地上部生物量的模拟值和实测值之间的R2均大于0.95,RMSE为0.814—1.933 t·hm-2;CK土壤贮水量模拟值和实测值间的相关系数均大于0.85,PM土壤贮水量模拟值和实测值间的相关系数均大于0.75,CK和PM土壤贮水量模拟值和实测值的均方根误差表现为9.2 mmRMSE17.6 mm,标准均方根误差(NRMSE)小于5.5%。冬小麦产量实测值和模拟值相对误差(RE)为-4.4%—9.0%,PM产量实测值和模拟值的平均值较CK分别提高40.5%和40.3%,表现出较好的一致性,处理间成显著性差异。水分利用效率实测值和模拟值RE为-10.4%—-1.5%,PM水分利用效率实测值和模拟值的平均值较CK分别提高54.1%和47.5%,同样表现出较好的一致性,处理间成显著性差异。在冠层覆盖度、地上部生物量、产量和水分利用效率方面,模型模拟值和实测值的变化趋势基本一致,且PM模拟值和实测值间均较CK表现出显著性差异。【结论】AquaCrop模型能够较好地模拟覆膜条件下冬小麦生长发育过程,可以用于覆膜条件下作物生产力的模拟和预测,为AquaCrop模型的推广应用提供了可靠的数据支持。     

起垄覆膜条件下夏玉米农田耗水过程分析

起垄覆膜是西北地区常用的一种种植方式,具有显著的增产效应,但是其增产是否导致了过度消耗土壤水分仍然存在争议。为了探究起垄覆膜增产是否具有可持续性,在陕西杨凌开展了连续3年(2014—2016)的夏玉米种植试验,设置起垄覆膜(RM)和平作不覆盖(NM)两个处理,在试验数据基础上,结合HYDRUS-2D模型分析起垄覆膜对夏玉米蒸腾、土壤蒸发及深层渗漏等田间耗水过程的影响。结果表明:HYDRUS-2D模型率定和验证的R~2在0.65~0.85之间,RMSE在0.014 7~0.021 3 cm~3/cm~3之间,说明该模型可以较好地模拟土壤水分变化过程。RM处理下夏玉米3年平均蒸腾速率比NM处理大18.2%,蒸腾量高15.6%;蒸发速率比NM处理小33.3%,土壤蒸发量低29.6%;蒸腾量的增加和蒸发量的减少使RM处理蒸发量占总蒸发蒸腾量的比值比NM处理小25.5%。RM处理的深层渗漏3年分别为82.5、46.0、9.0 mm,平均是NM处理的1.3倍。RM处理3年平均增产5.3%,水分利用效率提高15.2%,并且田间耗水量减少了2.8%。本研究结果表明起垄覆膜能增大作物蒸腾量,减小土壤蒸发量,促使无效水转化为生产性用水,因此减小了田间水分消耗,具有节水增产效应,适合在当地推广。     

RZWQM2模型模拟地膜覆盖时间对棉田氮素迁移特征和氮肥利用效率的影响

[目的]地膜覆盖时间影响着棉田养分的迁移及氮素利用效率,我们尝试利用根区水质模型(root?zone water?quality?model-version?2,?RZWQM2)评估新疆绿洲棉田不同地膜覆盖时间下土壤氮素迁移特征和作物吸收利用率,为优化地膜覆盖方法提供理论依据.[方法]于2017—2018年在新疆进行了...     

RZWQM2模型模拟地膜覆盖时间对南疆棉田水分利用效率及产量的影响

为准确预知地膜覆盖与作物的匹配情况,该研究针对南疆棉田,在大田试验基础上应用根区水质模型(Root Zone Water Quality Model-version 2,RZWQM2),对2016-2017年籽棉产量及水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)等数据进行模型参数率定与验证,利用验证后的模型模拟地膜覆盖时间55～105 d下以3 d为间隔的地上部生物量、籽棉产量和水分利用效率,并对2018年和2019年不同地膜覆盖时间下棉花生长状况进行预测。结果表明,各层土壤含水率模拟值和实测值之间的均方根误差和均方误差分别在0.02～0.04cm3/cm3、5.90%～28.66%之间,地上部生物量和籽棉产量的一致性指数分别为0.70～0.93和0.80～0.94。2 a间地上部生物量随地膜覆盖时间的延长而增加,籽棉产量和水分利用效率呈先上升后下降的趋势,其峰值分别出现在91～93 d和97～99 d。因此,在南疆地区选用适宜的地膜覆盖时间为91～99 d,有利于降低残膜污染风险,保持较高的籽棉产量和水分利用效率。     

不同覆盖方式对土壤水热与夏玉米生长的影响

为探求西北半湿润地区不同覆盖方式对农田土壤水热和作物生长的定量影响,试验对比研究了平作不覆盖(CK)、秸秆覆盖平作种植(SM)、地膜覆盖平作种植(PM)和垄覆地膜沟覆秸秆(SPM)4种覆盖方式对夏玉米土壤水分、温度、作物生长、产量和水分利用效率的影响。结果表明:覆盖处理在各生育期内0~260 cm土壤贮水量都显著高于对照(P0.05),夏玉米生育期0~30 cm土层内平均温度表现为:PMSPMCKSM(其中15 cm时土壤温度CKSPM),垄覆地膜沟覆秸秆能够有效地聚集降雨。夏玉米地上部生物量随生育进程的动态变化符合Logistic生长模型,SPM处理地上部生物量理论值最大,快速累积期提前,最快累积速率较大,持续时间较长。SM、PM和SPM处理2年夏玉米产量平均值分别较CK处理提高15.4%、23.3%和28.4%(P0.05)。水分利用效率分别较CK处理提高10.2%、31.2%和28.0%(P0.05),各覆盖处理间差异不显著。综合分析,垄覆地膜沟覆秸秆可明显改善农田土壤水热状况,增加干物质积累量,提高夏玉米产量和水分利用效率,是该研究中最适合本地的覆盖栽培方式。     

不同秸秆还田方式对土壤质量改良效应的综合评价

2011—2016年采取田间定位试验方法,对比研究了秸秆不还田对照(CK),长秸秆(50 mm)覆盖还田(LM),长秸秆(50 mm)翻压还田(LP),粉末秸秆(1 mm)翻压还田(SP),长秸秆(50 mm)氨化翻压还田(ALP)和粉末秸秆(1 mm)氨化翻压还田(ASP)6种不同秸秆还田方式对土壤质量和冬小麦产量的影响。选择土壤体积质量(X_1)、饱和导水率(X_2)、饱和含水量(X_3)、0.25 mm水稳性团聚体含量(X_4)、水稳性团聚体平均重量直径(X_5)、水稳性团聚体几何平均直径(X_6)、水稳性团聚体分形维数(X_7)、总有机碳(X_8)、全氮(X_9)、可溶性有机碳(X_(10))、可溶性有机氮(X_(11))、微生物量碳(X_(12))、微生物量氮(X_(13))、土壤呼吸速率(X_(14))、蔗糖酶(X_(15))、脲酶(X_(16))、过氧化氢酶(X_(17))、碱性磷酸酶(X_(18))等18个反映土壤质量的物理、化学及生物学指标作为评价指标,采用因子分析方法对不同秸秆还田方式下的土壤质量进行综合评价,并对其进行聚类分析,最后利用冬小麦产量结果进行验证。结果表明:应用因子分析法可将18个土壤指标归纳为2个主因子对土壤质量进行表征,可解释的累计方差为88.583%,各处理土壤质量排列顺序为ASPALPSPLPLMCK,即氨化秸秆还田在土壤质量改良方面优于其它处理。聚类分析结果表明,系统聚类图将6个秸秆还田处理分为4类,分析结果与因子综合得分评价结果较为一致。从不同秸秆还田处理冬小麦产量变化来看,秸秆还田较不还田对照能显著提高冬小麦产量,氨化秸秆还田增产效果优于传统秸秆还田,其中ASP处理5个冬小麦生长季平均产量(7 668 kg·hm~(-2))最高,这也与土壤质量综合得分的变化趋势比较吻合。在本研究试验条件下,粉末秸秆氨化翻压还田(ASP)改良土壤质量效果最好,为最佳秸秆还田方式。     

基于Blaney-Criddle方法估算潜在蒸散量的评价与校准

为提高Blaney-Criddle(BC)方法在陕西关中地区的估算精度,以Penman方法(PE)为标准,利用1960—1999年陕西关中地区6个站点逐日资料对BC方法进行适用性评价和参数修正,并使用2000—2015年资料对修正的BC方法进行验证,得到基于温度的潜在蒸散量估算方法(CBC方法)。结果表明:BC方法计算的月均ETp(潜在蒸散量)在温度较低时低估,在温度较高时高估。通过改进后,CBC与PE方法计算的月均ETp回归曲线的斜率更接近于1(改进前0.685,改进后0.999 7)。与PE方法的计算结果相比,改进后BC(CBC)计算月均ETp相对误差由-18.022%~16.269%变为1.290%~3.630%,均方根误差由0.529~0.921 mm/d降为0.214~0.283 mm/d;平均偏差由-0.063~0.601 mm/d变为-0.001 121~0.000 737 mm/d。修正前后BC方法计算月均ETp值与PE方法计算值拟合的决定系数由0.942提高到0.966。通过年累计ETp和年内月累计ETp的验证,CBC与PE计算的ETp变化趋势和数值更为接近。综合分析表明,CBC方法能够显著提高潜在蒸散量的计算精度(ETp),可以应用于陕西关中地区ETp的计算。