湖北省中稻灌溉定额修订研究

湖北省现行灌溉用水定额标准颁布于2003年,已难以适应当前及今后的水资源管理需求。【目的】为更全面真实地反映湖北省中稻现状灌溉用水水平。【方法】本文分析了湖北省各分区中稻作物系数、稻田渗漏量、泡田期水面蒸发量、饱和需水量、生育期、水层控制标准等灌溉定额计算参数。【结果】基于中稻灌溉定额影响因素分析,提出了人工、机械2种耕作方式与浅灌适蓄、间歇灌溉2种灌溉模式组合下不同分区不同频率的中稻灌溉定额。定额修订成果表明,先进的灌溉模式和耕作方式都能够有效降低中稻灌溉定额,促进农业节水。【结论】目前,湖北省一般适用机械耕作、浅灌适蓄条件下的中稻灌溉定额,对于水源和灌溉工程设施条件较好的地区建议采用机械耕作、间歇灌溉条件下的灌溉定额。     

我国农林生物质资源分布与利用潜力的研究

随着我国经济的快速发展,我国能源的需求量近30年问翻了两番,各种形式的能源资源被开发利用。生物质能是可再生能源的重要组成部分,是我国能源开发与利用的重要途径之一。虽然我国农林生物质资源丰富、分布广泛且产量巨大,为生物质能的开发利用提供了丰富的原料,但是我国农林生物质资源的分布和农林生物质资源总量、农林生物质资源的可利用量的统计与实际利用量有较大的差距。为此,通过现有的统计资料,分析探讨了我国农林生物质资源的分布特点和利用潜力,为我国生物质能的开发利用提供理论参考。     

粮食安全与玉米增产潜力的研究

在分析中国人口增长对粮食需求增长的基础上,综合考虑了灌溉农业、雨养农业以及粮食和经济作物的种植结构发展趋势变化。研究表明,在粮食自给率95%的情况下,保证全国年播种面积1亿hm2以上,生产粮食5亿t以上,加之国际市场调剂小于5%的交易量,即可保持粮食供需的平衡;另外,从单产提高的主要措施、技术特征和增产机理角度,分析了50多年来中国玉米生产技术的变化。从1949至2007年中国玉米单产每公顷提高了4 205.1kg,增幅为437.3%,年均增加85.84kg/hm2;总产由1 241.8万t提高到15 230.0万t,增加了12.3倍,其中单产增加的贡献占68.4%、种植面积扩大的贡献为31.6%,总产量的提高主要依赖于单产的增加。在此基础上,提出了玉米增产的技术对策。     

基于多源数据融合模型的水稻面积提取

中高空间分辨率影像数据缺失是高空间分辨率作物空间分布提取的主要限制因素,针对部分地区的中高空间分辨率遥感影像缺失使得作物提取的关键生育期无卫星覆盖的问题,提出了一种基于模糊C聚类算法的多源遥感植被指数数据融合方法,融合Landsat和MODIS数据生成高时空分辨率的植被指数数据,对融合生成的多时相植被指数数据进行聚类后获取各类的时序植被指数曲线。通过与水稻标准时序植被指数曲线进行光谱相似性分析来提取水稻的空间分布。经测试表明,该方法能够获得相对较高的精度,可应用于中高分辨率遥感数据缺失地区的高空间分辨率作物空间分布信息提取。     

基于多源数据融合模型的水稻面积提取

中高空间分辨率影像数据缺失是高空间分辨率作物空间分布提取的主要限制因素,针对部分地区的中高空间分辨率遥感影像缺失使得作物提取的关键生育期无卫星覆盖的问题,提出了一种基于模糊C聚类算法的多源遥感植被指数数据融合方法,融合Landsat和MODIS数据生成高时空分辨率的植被指数数据,对融合生成的多时相植被指数数据进行聚类后获取各类的时序植被指数曲线。通过与水稻标准时序植被指数曲线进行光谱相似性分析来提取水稻的空间分布。经测试表明,该方法能够获得相对较高的精度,可应用于中高分辨率遥感数据缺失地区的高空间分辨率作物空间分布信息提取。1     

灌溉定额条件下玉米的产量形成及灌溉增产潜力研究

为了探明玉米产量形成特性、经济效益及灌溉增产潜力对灌溉的响应,为吉林省西部半干旱区灌溉增产提供理论依据。研究4个灌溉定额下玉米产量、农艺性状和经济效益的变化,并利用Hybrid-Maize模型模拟了这一地区玉米的灌溉增产潜力。结果表明:120 mm(Q1)、170 mm(Q2)和250 mm(Q3)处理的玉米产量均显著高于50 mm(Q0)处理;Q2与Q3处理的叶面积指数(LAI)和株高均显著高于Q0处理;玉米的气候生产潜力值与Q2和Q3处理的实测产量差异较小,与Q0处理的实测产量差异较大,所有处理的实测产量均与光温生产潜力值差异较大。170 mm可作为吉林省西部半干旱地区玉米生产的灌溉参考值,Hybrid-Maize模型可作为预测吉林省西部半干旱区玉米产量变化趋势的模型。     

基于RS和GIS的灌区增产净效益最大配水模型

在有限供水条件下,为了使全灌区增产净效益达到最大。研究依据非充分灌溉中的调亏灌溉原理和作物的水分生产函数,推导出作物产量与土壤含水率之间的函数关系,并建立了全灌区某次供水增产净效益最大的优化配水模型。根据RS技术能够快速获取信息的特点,以陕西关中冯家山水库北干十一支灌区为例,用RS技术获取灌区土壤含水率情况,再用GIS计算出不同作物灌溉需水量数据,并根据来水量用Matlab计算软件对模型进行求解,可快速获得各斗渠优化配水量。模型在求解时不受灌区类型的限制,因此,模型具有较强的通用性、可操作性和推广性。     

基于多源光学雷达数据融合的黄淮海平原冬小麦识别

遥感技术能够快速准确地获取农作物空间分布信息,为探究2021年黄淮海平原冬小麦空间分布信息,基于Google Earth Engine（GEE）云平台,以Sentinel-1 SAR雷达影像和Sentienl-2光学遥感影像为数据源,通过计算极化特征、光谱特征和纹理特征,运用随机森林等4种机器学习方法和深度循环神经网络模型,对研究区冬小麦空间分布信息进行提取,并对比各分类器和网络架构的分类精度。结果表明,黄淮海平原冬小麦总面积约为16226667hm2,占研究区总面积的49.17%,其中冬小麦种植面积最大的是河南省,约为4647334hm2,研究区冬小麦种植分布呈现由东向西、由南向北递减的趋势;随机森林是4种机器学习方法中识别精度最高的分类器,总体分类精度为94.30%;在随机森林算法中仅使用Sentinel-1雷达数据总体精度为87.38%,仅使用Sentinel-2光学数据总体精度为93.95%,而融合时序Sentinel主被动遥感数据总体精度为94.30%;在大范围的冬小麦分类上,深度学习模型的泛化性高于机器学习方法。     

融合多源时空数据的冬小麦产量预测模型研究

为提高大尺度冬小麦产量预测精度,以2005—2019年河南省遥感数据、气象数据、土壤含水率等多源时空数据为特征变量,分析其与小麦单产的相关性,并基于随机森林算法对特征变量进行了重要性分析,构建了融合多源时空数据的冬小麦产量预测模型。结果表明:增强型植被指数（Enhanced vegetation index, EVI）、日光诱导叶绿素荧光（Solar-induced chlorophyll fluorescence, SIF）与高程为小麦产量预测的重要因子,与小麦产量呈高度正相关,对小麦产量预测的重要性指标均超过0.45,远大于土壤含水率、降水量、最高温度、最低温度等因子;基于随机森林算法构建的小麦不同生长阶段产量预测模型中,以10月—次年5月和10月—次年4月为特征变量的产量预测模型精度较高,R²分别为0.85和0.84,RMSE分别为821.55、832.01 kg/hm²,在空间尺度上,豫西和豫南丘陵山地模型预测相对误差高于平原地区。该研究结果可为大尺度作物产量预测提供参考。     

基于多源数据融合的盐分遥感反演与季节差异性研究

为提高多光谱盐分遥感反演的精度,利用实测高光谱与多光谱进行数据融合,并分析了不同季节盐分遥感的差异性。以河套灌区永济灌域为研究区域,以实测光谱仪测定的土壤高光谱数据和Landsat-8 OLI多光谱数据为基础,通过光谱变换和多元逐步回归方法筛选特征波段和特征光谱指数,构建了春、秋两季土壤盐分多光谱、高光谱反演模型,并利用特征光谱指数的线性回归构建了高-多光谱数据融合反演模型。结果表明:高光谱的反射率总体比多光谱高36.83%,春季反射率比秋季平均高23.78%。利用模型中最优变量特征光谱指数对多光谱模型与高光谱模型进行融合,高多光谱融合反演模型训练集和验证集R2平均值分别为0.651和0.635,RMSE平均值分别为2.44 g/kg和2.49 g/kg,精度明显高于对应的多光谱反演模型,其中训练集、验证集的R2平均值分别提高了36.19%和35.64%,RMSE平均值分别降低了34.28%和41.72%。春季多光谱、高光谱和融合反演模型的精度均高于秋季,其中训练集R2平均值比秋季模型分别提高了6.03%、6.05%和4.40%,验证集R2平均值分别提高了19.07%、12.21%和1.75%。构建的高多光谱融合模型反演灌域春秋两季平均盐分含量分别为6.05、5.97 g/kg,平均相对误差分别为9.65%和10.68%,总体上该区域春季土壤主要为重盐化土,秋季土壤主要为中盐化土。     

湖北省晚稻灌溉定额计算参数与修订方法研究

针对湖北省现行灌溉定额标准存在问题,采用灌溉试验成果和典型县实地调研资料,计算分析了不同分区晚稻灌溉定额计算参数及其变化规律。考虑耕作方式与灌溉模式对晚稻灌溉定额影响,计算了湖北省不同分区不同频率4种组合模式(人工耕作+浅灌适蓄、机械耕作+浅灌适蓄、人工耕作+间歇灌溉、机械耕作+间歇灌溉)晚稻灌溉定额,并进行了合理性分析。经分析,该计算成果能够更全面真实反映湖北省晚稻灌溉用水水平,并提出了不同类型灌溉定额适用条件。该研究成果对湖北省水资源管理与其他区域晚稻灌溉定额修订具有重要指导意义。     

鄂北地区水稻不同灌溉模式节水潜力分析

针对湖北省鄂北地区干旱现状,采用长渠灌溉试验站水稻灌溉试验成果,构建了鄂北地区水稻生长作物模型。通过假定不同灌溉下限和灌水定额设置了不同灌溉模式,利用构建的模型对不同灌溉模式进行了优化分析,提出了鄂北地区适宜的灌溉模式。在此基础上,计算分析了鄂北地区水稻不同灌溉模式的节水潜力。     

仪陇县水稻生产现状与空间潜能探讨

文章分析了仪陇县水稻生产现状及存在的主要问题,包括生产基础条件差、水稻品种多杂乱、留守劳动力文化素质低等问题。针对上述问题,文章提出加强基础设施建设、强化政策扶持、开展技术培训等针对性的发展建议,进一步释放当地的水稻生产潜能。     

基于土壤水势的灌溉对水稻生长和产量的影响

以杂交水稻两优培九为试验材料,依据土壤15 cm深处的土壤水势,设定灌水下限依次为-10-、30、-50-、70 kPa 4种灌水处理,并以常规淹灌为对照,研究在不同灌水处理对水稻生长特性、产量及品质的影响。结果表明,与常规淹灌相比,4种灌水处理对水稻的生长特性和产量性状都得到了不同程度的促进。综合2年的数据,可以得出土壤水势值为-3 0 kPa时各项指标均表现良好,生长和产量情况较为稳定,是一种较为理想的灌溉模式。     

基于优化人工势场法的插秧机绕障策略研究

针对水田中存在的壕沟、田埂、石块、电线杆等障碍物使得插秧机无法保证作业连续性和插秧直线性等问题,设计了基于优化人工势场法的插秧机绕障路径规划策略。通过增加插秧机实时位置与目标作业点的相对距离作为判断条件来动态改变势场大小,同时设立了虚拟局部目标点来弥补传统人工势场法目标点不可达和局部最小点的算法缺陷;将插秧机简化为二轮车模型,建立插秧机转向系统数学模型,得出插秧机速度、行驶航向角和前轮转角表达式,以横向偏差与航向偏差作为评判路径优化效果的因素。转向控制器以复合模糊PID算法控制插秧机的转角,不断减小理想前轮转角与实际转角的偏差,实现转角最优化;采用超声波传感器实时检测道路障碍物并结合RTK-GPS实时更新位置坐标,设计出插秧机绕障转向控制策略。通过Matlab对优化的人工势场法的避障路径控制策略进行仿真,仿真结果表明,当障碍物不在影响范围内,插秧机直线追踪的最大横向位置偏差为5cm,平均偏差约为2cm,最大避障横向偏差小于0.5m,优化后的算法具有较好的控制精度,可避免目标点不可达的问题。基于洋马VP6E插秧机作为实验平台进行了实车实验,实验结果表明,当插秧机以速度0.5、1.0、1.5m/s行驶时,左侧绕障的最大横向偏差均不大于1.2218m,航向偏差最大值为30.1491°,绕障前后直线追踪的平均横向偏差为0.025m,平均航向偏差为3.12°;右侧绕障的最大横向偏差均不大于1.2459m,航向偏差最大值为25.2294°,绕障前后直线追踪的平均横向偏差为0.023m,平均航向偏差为3.36°,所设计的避障方法可满足插秧机在农艺作业过程中的避障要求,具有很好的可行性与鲁棒性。     

浙江低山丘陵区单季稻节水增产减污水肥综合调控模式

根据2006-2010年在浙江永康灌溉试验站开展的不同水肥处理田间对比试验,从节水、增产、提高水肥利用率及减少稻田氮磷和COD排放等4个方面的具体指标,分析了不同水肥处理的效果,提出了适合浙江省低山丘陵区单季稻的最优水肥综合调控模式,即间歇灌溉配合3次施氮肥方式,施氮肥量根据当地土壤肥力确定。与农民习惯模式相比,采用该最优水肥综合调控模式下的水稻灌水量减少26.5%,稻田总氮、总磷、COD排放分别减少50.1%、36.6%、45.2%,增产率9.4%,灌溉水分生产率提高47.8%,氮肥利用率提高36.7%。     

基于GIS的我国渍害田治理分区及排水控制深度研究

在对全国渍害田现状调查的基础上,整合GIS组件ARCmap的空间分析功能和EXCEL的计算功能,设计了我国各地渍害田治理分区数据库,结合作物种植分区和不同作物的排水深度,提出了不同分区的排水控制深度,可作为我国渍害田治理的参考依据。     

基于GIS的数字西江水质预警预报系统设计和应用

数字西江水质预警预报系统是一个以地理信息系统（GIS）和数据库管理系统（DBMS）为开发平台，面向管理和决策层的可视化动态信息系统，采用集成GIS组件和水量水质数值模型的耦合方式。本系统一方面建立基于GIS的水环境评价、水环境容量计算和污染物总量控制。另一方面在发生水污染突发事故后，能够快速预报污染物向下游的扩散时间、扩散面积、确定污染范围、污染程度及对下游取水口等所造成的影响，为决策部门提供决策支持。