广西山丘坡地土壤墒情时空变异特征及时间稳定性分析

广西较多耕地属于山丘坡地,土壤非均质性和地形起伏造成了耕地墒情具有较强的时空变异性,给田间尺度的墒情监测和管理带来了极大的困难。以广西崇左60个试验小区2017年定期采集的TRIM管土壤墒情数据为研究对象,统计了其时间和空间维度的变异性,分析了土壤墒情时空变异性与相关因素的关系,研究了土壤墒情的时间稳定性。结果表明,广西山丘坡地年平均土壤含水量在0.10～0.60之间变化,与地形、土壤质地等因素有较大的关系;坡地空间平均土壤含水量随时间在0.21～0.30之间波动,且与降雨和蒸发等气象条件密切相关,9-11月有较大概率出现土壤水分胁迫。时间稳定性分析表明3-2号试验小区观测的土壤含水量可以较好地代表整个坡地的平均土壤墒情。研究结果表明,广西山丘坡地土壤墒情有强烈的时空变异特征,变异统计、相关性分析、时间稳定性分析等工具可以用于广西山丘坡地土壤墒情的变异性评价和观测点优选。     

土壤含盐量对TDR含水率测试结果的影响及校正方法

利用多种TDR仪器测试不同盐分质量浓度条件下的含水率,与烘干法测得的结果进行比较,探讨了土壤盐分对各种TDR仪器的测量精度的影响。针对TDR100仪器,采用多种探头,分析不同长度、不同间距的探针对测试结果的影响。结果表明,所选5种仪器测试结果均受盐分影响,随盐分质量浓度的增加,测得的含水率值增大或是无法得出合理数值。TDR100所用探头,其探针越长、间距越宽受盐分影响越大。在含盐率较低的土体中,各仪器测试结果与烘干法测量结果变化趋势基本一致,可采用线性函数进行标定,R2均在0.94以上。试验结果可为野外试验的选点、测试和含水率校正提供参考。     

基于Ross模型的降雨灌溉入渗补给地下水规律分析

采用基于Ross方法的数值模型,模拟了华北平原中部典型区降雨灌溉对地下水入渗补给。分别计算了整个土层、根区土层、根区以下土层土壤在强、弱渗透性情况下的入渗通量与地下水潜在补给量,分析了土壤渗透性和地下水埋深对地下水潜在补给的影响。结果显示,大埋深条件下(地下水埋深为30m),在地表以下10m处水分通量过程基本不受上边界年内变化影响;在地表2m以下,年累积通量基本不变,可以将地表以下2m作为潜在补给量的计算深度。根区土层渗透性变化对水分通量与补给量有较大影响,根区以下土层影响较小。渗透性对入渗补给量的影响主要通过根区水量均衡和表层土壤性质控制。地下水埋深大于5m后,埋深的增加对潜在补给没有影响。Ross模型能很好地处理产生干湿交替含水量变化的大气边界,建议采用Ross模型代替传统迭代模型计算降雨灌溉条件下的地下水补给。     

内蒙古河套灌区冻融土壤水分迁移简化模型

根据内蒙古河套灌区义长灌域1990—1999年和2002—2007年14个冻融循环的实测资料,由水量平衡原理,估算了冻结过程中地下水向冻层的迁移量,以及消融过程中冻层水分对地下水的补给量和包气带含水率的变化。提出了通过冻结初期地下水埋深、最大地下水埋深和融通时地下水埋深3个实测实验数据,估算冻融循环中水分迁移量的方法,并提出了用经验公式拟合正冻期地下水降深、最大冻深和消融期地下水位上升高度的方法。     

亭子口库区农田防护工程保水保土性能试验研究

为探讨亭子口库区农田防护工程低地垫高方案的可行性,利用室内大型土柱,对该方案的保水保土问题进行了试验研究。试验采用了不同土壤质地、不同土壤厚度、不同压实度、不同垫层、不同灌水量等共计24组方案,结果表明,经过一定的压实,低地垫高方案土壤保水性能能够达到或好于天然状态;不会出现细颗粒流失问题,耕作层厚度0.7 m能够满足保水保土要求。     

基于HYDRUS模型全膜双垄沟模式下土壤水盐运移模拟

为探索不同种植模式对晋北盐碱土水盐运移规律的影响,采用田间试验方法,设置空白对照、平作不覆膜、平作覆膜、起垄覆膜和全膜双垄沟5个处理,利用HYDRUS-1D/2D模型对不同种植模式下土壤水分和盐分运动规律进行数值模拟,分析了不同种植模式下水盐运动状态,并对比分析模拟结果与田间实测数据。结果表明,全膜双垄沟模式可有效提高土壤含水率,降低土壤电导率,缓解土壤盐分胁迫,为作物生长提供良好的水盐环境。HYDRUS-1D/2D模型对晋北盐碱土水盐运移规律的模拟结果可靠,能够为晋北地区盐碱土壤水盐管理提供科学依据。     

基于多源数据回归分析的糖料蔗产量估计

糖料蔗生产已成为广西经济的主要来源,其种植面积达到全国60%以上。然而,广西糖料蔗区大多分布于山丘坡地,下垫面非均质性和管理非均匀性造成了甘蔗产量具有较强的空间变异性。利用模型估计产量需要大量的观测数据,且运行成本较高。利用无人机等可以较为方便地得到甘蔗不同时期叶面积指数和株高等信息,地面的传感器也可以采集不同深度的土壤含水率。分析了广西崇左60个试验小区2016年采集的叶面积指数、株高、土壤水数据和糖料蔗产量的相关性,发现相比于地面的叶面积指数观测和土壤水分观测,利用无人机平台所提取的株高观测更有利于糖料蔗的产量估计;叶面积指数观测在伸长中期阶段,数据价值最大,而株高观测则在伸长末期与产量的相关性最高;播种后1-2个月根系区土壤水分对甘蔗最终产量的形成起到了至关重要的作用。采用多源数据回归分析的方法对甘蔗产量进行估计,相关性R~2=0.87,是一种较为便捷的甘蔗产量估计方法。     

基于田块尺度含水率观测的土壤水力参数多模型反演

该文利用反演工具UCODE与4种Richards方程数值模型(Ross模型、Picard-θ模型、Picard-mix模型和Picard-h模型)进行耦合,构建了4种不同的反演模型。基于田块尺度含水率观测数据,分别用4种反演模型优化了研究田块的土壤参数。研究结果表明,4种模型的反演精度依次为:Ross模型、Picard-θ模型、Picard-mix模型和Picard-h模型,但差异并不显著,反演效率以Ross模型最优。随着网格的加密,各种模型所反演参数的模拟精度改善不明显。本文还讨论了土壤水运动中"异参同效性"现象,并提出"参数曲线带"的概念——即由反求的同效参数土壤水分曲线和水力传导度曲线形成的包络图。随着模拟精度要求越高,同效参数越少,"参数曲线带"越窄,并认为反求的同效参数曲线在含水率观测信息较多的地方交汇。     

利用无人机影像构建作物表面模型估测甘蔗LAI

为探讨从作物表面模型(crop surface models,CSMs)中提取株高来估算糖料蔗叶面积指数(leaf area index,LAI)的可行性,该文采用无人机-RGB高清数码相机构成的低空遥感平台,以广西糖料蔗为研究对象,采集了糖料蔗全生育期的高清数码影像,分别在有无地面控制点条件下建立各生育期CSMs并提取株高。此外,该文利用高清数码影像计算了6种可见光植被指数并建立LAI估算模型,用以对比从CSMs提取的株高对LAI的估算效果。结果表明:全生育期CSMs提取的株高与实测株高显著相关(P0.01),株高预测值与实测值高度拟合(R2=0.961 2,RMSE=0.215 2)。选取的6种可见光植被指数中,绿红植被指数对糖料蔗伸长末期以前的LAI的估测效果最好(R2=0.779 0,RMSE=0.556 1,MRE=0.168 0)。相同条件下,株高对LAI有更高的估测精度,其中CSMs提取的株高估测效果优于地面实测株高,预测模型R2=0.904 4,RMSE=0.366 2,MRE=0.124 3。研究表明,使用无人机拍摄RGB影像来提取株高并运用于糖料蔗重要生育期LAI的估算是可行的,CSMs提取的株高拥有较高的精度。该研究可为大区域进行精准快速的农情监测提供参考。