膜孔灌溉条件下土壤水分空间分布特性研究及应用

土壤水分的空间分布规律是灌溉决策中必须要考虑的重要因素 ,而如何确定测定土壤含水量观测点的位置和间距是影响灌溉决策精度的关键。本文通过对膜孔灌溉棉田土壤水分空间分布特性的研究 ,利用统计学分析方法 ,绘出了土壤水分的半方差图和等值线图。半方差图和等值线图对在灌溉决策系统中如何确定土壤水分观测点的位置和间距具有一定的指导意义。     

基于GSM和GIS的土壤水分信息远程采集与决策系统

定点观测是野外信息获取的一种重要方式,以田间土壤水分固定观测点信息的远程采集为例,介绍了一种通过GSM公共网实现消息传递控制田间土壤水分传感器,实现远程的田间土壤水分信息采集,并通过以GIS为平台的信息服务中心实现信息采集与灌溉决策无缝集成的系统;最后探讨了利用GIS进行土壤特性分区,并以分区为基础实现土壤水分固定信息采集点布局设计的方法。     

田间土壤水分特征曲线的标定和Kriging估值研究

对田间同深度土壤水分特征曲线进行了标定，探讨了其标定系数的半方差特征,并对其标定系数进行了Kriging估值。研究表明，田间同深度不同点的土壤水分特征曲线存在显著的空间变异性, 通过确定不同点的标定系数可以将田间不同点的土壤水分特征曲线用一个统一的曲线来表达,同时田间同深度不同点的标定系数存在显著空间相关性,利用 Kriging估值方法可对其标定系数进行最优估值,用较少点的实测土壤水分特征曲线确定整个田块的土壤水分特征曲线的空间分布。     

利用土壤水分运移数值计算进行冬小麦灌溉预报

本文根据土壤水分运动原理，通过对冬小麦田间试验及有关资料的分析，建立数学模型，利用计算机对冬小麦田间土壤水分运移进行计算，并利用其预报土壤墒情，以便为决策部门进行适时适量的灌溉，合理调配水资源提供依据。     

利用土壤水分驼移数值计算进行冬小麦灌溉预报

本文根据土壤水分运动原理，通过对冬小麦田间试验及有关资料的分析，建立数学模型，利用计算机对冬小麦田间土壤水分运移进行计算，并利用其预报土壤墒情，以便为决策部门进行适时适量的灌溉，合理调配水资源提供依据。     

夏玉米控制性交替灌溉条件下土壤水分动态模拟

在控制性交替灌溉土壤水分动态和根系分布试验观测的基础上,建立了夏玉米控制性交替灌溉条件下土壤水分动态模拟模型,并根据实测资料确定了参数,对模型进行验证。通过与田间实测值进行比较结果表明,模型的均方差在0.029～0.038 cm3/cm3范围内,模拟值与实测值的平均相对误差在5.26%～7.85%范围。因此,认为模型能很好地模拟夏玉米控制性交替灌溉条件下的土壤水分动态。     

新疆砾石地葡萄滴灌带合理设计及布设参数的数值分析

为了摸清新疆含砾石复杂土壤条件下土壤水分运动规律,优化葡萄滴灌系统设计中的各项设计参数及合理布设,该文通过田间交汇试验确定合适的滴头间距为30 cm,并借助Hydrus-2D数值模型确定了土壤水力参数,同时运用该数值模型模拟了不同滴头流量和滴灌带水平间距布设形式下地表滴灌土壤水分分布特征。根据土壤湿润体特征结合葡萄根系分布规律,确定新疆砾石地葡萄滴灌系统合理的滴头流量为2.5～3.0 L/h,滴灌带水平间距为60 cm。该结果可为新疆砾石地复杂土壤葡萄滴灌系统的科学设计和田间合理布设提供参考。     

基于冠层温度和土壤墒情的实时监测与灌溉决策系统

设计了一个可以在线连续监测田间作物冠层温度、环境信息和土壤墒情的实时灌溉决策系统,并将其安装于农田进行了1 a实际运行和观测。系统采用太阳能供电和微处理器进行数据采集和管理,为野外的实际应用提供了保障。系统配置了红外温度、空气温/湿度、土壤水分/水势等传感器,能够及时采集田间全面的同步数据,排除了异地观测所形成的数据误差。采用悬臂式多点采集下垫面红外温度检测方法,可以快速采集更多和更高精度的数据,避免单点测量的人为误差。系统配备的快速锁紧装置,能够根据下垫面作物的生长情况进行传感器位置高度调节,使检测数据更符合田间实际情况。通过运行管理和监测数据分析可见,所监测数据能够很精细的刻画田间作物实际生长状况,可以用于灌区综合灌溉决策,实现田间精量灌溉管理和控制,为灌溉管理的精量化和智能化提供数据支持。     

小麦中后期田间微喷灌土壤水分运移模拟分析

针对小麦中后期微喷灌湿润区域分布特点,探讨了小麦专用微喷带在不同灌溉影响因素下小麦中后期根区土壤水分运移与分布规律。通过试验测量了微喷带在不同灌溉压力下灌水强度,将有效湿润区域划分为4个子区域,得出不同灌水强度作为灌溉边界条件。考虑小麦根系吸水情况下,建立微喷灌土壤水分运动方程及求解条件。利用HYDRUS-2D模型进行微喷灌数值模拟,通过对比分析模拟结果和试验数据,证明数值模拟能够有效反应土壤含水率分布情况。对微喷带在不同灌溉压力、不同灌水下限和不同铺设间距影响因素下进行模拟分析,结果表明:在灌溉压力0.15 MPa时,有效湿润区域大且水分分布满足小麦根系需求;以田间持水量的60%作为小麦灌水下限,有利于降低微喷带铺设成本、节约灌溉水量和提高灌水利用率;在铺设间距440 cm时,根部土壤水分分布呈一条均匀带状且均匀度都在90%左右。本研究可为小麦专用微喷带铺设与运行提供合理作业参数,同时为小麦节水灌溉提供理论参考。      

节水灌溉土壤水分扩散规律与布管方式研究

以饱和-非饱和带水分运移理论为基础,对赛西灌区不同灌溉模式下土壤水分的运动过程、浸润范围、水量需求进行数值模拟计算,分析了不同灌溉条件下的水分运移状态,并对节水灌溉效果和经济性进行评价。结果表明,在达到相同灌溉效果情况下,节水灌溉的用水量明显少于大水漫灌。根据小麦生长周期的需水量,提出了节水灌溉通量值0.375 cm~3/h以及在该通量值下布管间距100 cm的地下布管深度范围:50～60 cm,且节水灌溉具有较好的经济性。对土壤水分扩散模拟的结果能够为灌区的节水灌溉提供理论依据。     

西北旱区葡萄园土壤水分空间分布研究

研究于我国西北旱区武威市一葡萄园内进行,根据葡萄行走向按照30m×30m设置网格,共设计60个采样点。测定表层(10～20cm)、葡萄根区(20～80cm)、深层(80～100cm)3个层次土壤水分。采用传统统计与地统计相结合的方法对土壤水分空间分布状况进行分析,结果表明,各层次土壤水分均服从正态分布,具有中等变异强度,并随着深度的增加呈现出先增加后减小的趋势;各层次土壤水分具有较强的空间相关性,其理论变异函数的有效变程分别为117.04、167.92、174.81m;采用克立格插值方法绘制的各层次土壤水分分布图可以为灌溉制度的制定提供参考。并给出了不同置信水平及精度要求下的合理取样数目。     

坡耕地主要土壤参数的空间变异特征

以松嫩平原北部黑土区坡耕地进行的田间采样为基础,将经典统计学与地统计学相结合,在大豆生长过程中,对土壤含水量、土壤饱和含水量、土壤干容重、土壤有机质、以及表征土壤机械组成的土壤砂砾含量、粉粒含量、粘粒含量几项主要参数进行了空间统计分析。得出了各主要参数的最佳半方差理论模型以及空间分布图,并据此对试验区主要参数的空间变异特征进行了分析,为该地精准农业的研究提供了一定的参考。     

微咸水灌溉条件下土壤和地下水含盐量空间变异分析

对射阳县农田土壤含盐量、地下水含盐量进行取样检测 ,应用地质统计学方法对所取得的数据进行理论分析。结果表明 ,该地区在微咸水灌溉条件下 ,土壤含盐量服从正态分布 ,其空间结构符合 5次球状函数 ;地下水含盐量服从对数正态分布 ,其空间结构符合 3次球状函数。利用 GSLIB软件 ,绘制了该县土壤含盐量和地下水含盐量等值线图 ,为该地区水土管理 ,防止土壤盐渍化提供了决策依据     

人工增雨对缓解阜新市农业干旱的作用

利用阜新市阜新国家基本气象观测站1991—2021年降水量、土壤墒情气象观测数据、农业气象干旱灾情及人工增雨相关资料,采用数理统计方法对阜新市干旱特征及其对农业生产的危害、降水量分布及其与干旱相关性、云水资源开发潜力、人工增雨作业能力及其对缓解农业干旱的作用等进行分析、总结,提出科学开展人工增雨有效措施,旨在为阜新市科学合理开发空中云水资源、增加地面水资源总量、有效缓解农业干旱和减轻农业干旱灾害损失提供参考。     

Developing a reliable strategy to infer the effective soil hydraulic properties from field evaporation experiments for agro-hydrological models

The Richards equation has been widely used for simulating soil water movement. However, the take-up of agro-hydrological models using the basic theory of soil water flow for optimizing irrigation, fertilizer and pesticide practices is still low. This is partly due to the difficulties in obtaining accurate values for soil hydraulic properties at a field scale. Here, we use an inverse technique to deduce the effective soil hydraulic properties, based on measuring the changes in the distribution of soil water with depth in a fallow field over a long period, subject to natural rainfall and evaporation using a robust micro Genetic Algorithm. A new optimized function was constructed from the soil water contents at different depths, and the soil water at field capacity. The deduced soil water retention curve was approximately parallel but higher than that derived from published pedo-tranfer functions for a given soil pressure head. The water contents calculated from the deduced soil hydraulic properties were in good agreement with the measured values. The reliability of the deduced soil hydraulic properties was tested in reproducing data measured from an independent experiment on the same soil cropped with leek. The calculation of root water uptake took account for both soil water potential and root density distribution. Results show that the predictions of soil water contents at various depths agree fairly well with the measurements, indicating that the inverse analysis is an effective and reliable approach to estimate soil hydraulic properties, and thus permits the simulation of soil water dynamics in both cropped and fallow soils in the field accurately.     

高寒荒漠区混播草地土壤水热分布特征

探究土壤水热变化规律及特征有助于人工草地高效利用水热资源。利用数理统计和多重分形理论，对比分析了青海省乌兰县藜麦毛苕子混播和燕麦箭筈豌豆混播草地土壤水热变化对降雨的响应及其分布特征。结果表明，降雨对草地土壤含水率的影响具有明显的延迟效应；土壤含水率变化属于中等强度变异，呈“薄尾”分布，土壤含水率的变异主要由高值分布造成，并且主要为短距离变异；与燕麦箭筈豌豆混播相比，藜麦毛苕子混播土壤含水率较高，并且对降雨的表蓄作用较强。降雨对深层土壤温度的影响具有一定的延迟性；土壤温度属于中等强度变异，呈“厚尾”分布，其中0～10 cm土层变异强度最大，深层土壤温度主要为短距离变异，土壤温度变异主要由高值分布造成。与燕麦箭筈豌豆混播相比，藜麦毛苕子混播土壤温度较高，并且受降雨影响较小。综上，混播模式对草地土壤水热的影响存在差异，藜麦毛苕子混播较燕麦箭筈豌豆混播在土壤水热利用方面具有一定优势。该研究结果可为高寒荒漠区人工草地充分利用土壤水热资源提供理论依据。      

漳河灌区水稻种植前后土壤养分变化研究

利用湖北漳河灌区典型试验区取样点上的土壤养分数据,运用经典统计学的有关理论分析了水稻种植前土壤养分的背景值。结果表明,试验区土壤氮元素供应较充分,土壤总氮和碱解氮的平均含量分别达到了1.140g/kg和107.980 mg/kg,但是试验区土壤磷元素相对缺乏,总磷和速效磷的含量分别仅有0.642 g/kg和16.619mg/kg,并且磷元素含量在区域内的变异性也很大。同时,对在区域内选取的3块典型田块的土壤养分在水稻种植前后的变化进行了对比分析,分析结果显示,土壤总氮和总磷在水稻种植后的含量平均降幅分别为26.28%和40.9%,统计学显著性检验证明氮元素减少不明显,而磷元素减少显著。结合地统计学的有关理论应用克里格空间插值,对取样点外区域土壤养分背景值进行了估计,并做出养分分布等值线图,为指导农户科学合理施肥,提高肥料利用效率和减轻农田面源污染提供参考。     

Estimating field-measured, plant extractable water from soil properties: beyond statistical models

For effective irrigation management we need to know the water storage capacity of the soil reservoir. Though plant extractable water is best measured in the field, sometimes it is useful to estimate it. Laboratory-derived retention curves do not necessarily reflect field conditions. Statistical models to estimate plant extractable water from other soil properties are restricted by assumptions that are difficult to check, and they can look very complicated. We propose to test a physical-based model that exploits the similarity between the particle size distribution curve and the soil water retention curve. A large data set of soil properties from the USA was used. Detailed particle size fraction data enabled the construction of simulated soil water retention curves for 388 samples. The physical-based model was compared against a statistical model that was derived from a subset of the data base. The statistical model fit the data better than the physical-based model. On the other hand, the statistical model overpredicted the soil water limits of those soils that were not used in the derivation of the statistical model. The strength of the physical model is that it represents a cause and effect relationship between particle size distribution and soil water retention. Also, it is conceptually simple and requires few inputs. The physical model may be improved by considering soil structure and type of clay.     

地表滴灌条件下水热耦合迁移数值模拟与验证

土壤水热分布状况是作物优质高产的关键环境条件之一，基于土壤水、热运动基本方程，结合地表滴灌水分运动特点，建立了地表滴灌水、热运移数学模型，利用HYDRUS-2D软件对构建的数学模型进行了数值求解，并对数值模拟得到的土壤水热值与田间实测数值进行了对比验证。结果表明， 所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动和土壤温度变化及分布的动态变化具有较好的模拟效果；当土壤、气象以及灌水资料等可知时，利用该数学模型可以较准确地预测地表滴灌条件下水热耦合迁移与分布规律，模型可用来适时监测和调控地表滴灌条件下作物生长所需的土壤水、热环境条件。此外，数值模拟值和实测结果都显示，地表滴灌条件下上层土壤的水分和温度值较下层土壤易受到土壤蒸发和大气温度剧烈波动的影响。