基于PSWE模型的土壤水盐运移与夏玉米生产效益模拟

为实现多因素影响下土壤水盐、作物生产效益间的双层递进因果关系模拟,基于深度学习理论及方法将分级长短期记忆网络（HLSTM）与批标准化多层感知机（BMLP）耦合,且将Dropout与Adam优化算法耦合作为面向收敛的改进算法,构建了递进水盐嵌入神经网络（Progressive salt-water embedding neural network,PSWE）模型。评估了PSWE模型的有效性,并开展了多因素协同秸秆深埋下不同灌水量的土壤水盐及夏玉米生产效益的模拟。结果表明,PSWE模型具有多因素整体协同性,有效地模拟了土壤水盐运移规律、夏玉米生产效益及各变量间的内在依存关系。模型平均均方根误差为0.031,平均绝对误差为0.569,平均决定系数为0.987。模拟结果表明,单次灌水60mm的耕作层（0~40cm）含水率随时间推移持续降低,单次灌水135mm的耕作层含水率变幅较大,成熟期二者在秸秆隔层积盐率分别为49.2%和11.2%;单次灌水90mm和120mm的耕作层含水率保持在16%~24%之间,成熟期二者在大于40cm土层含水率保持平稳,秸秆隔层有脱盐趋势,脱盐率为6.1%和5.9%;夏玉米单次理论灌水量为89.3~96.8mm,耕作层理论含盐量为1.38~1.55g/kg。综上,多因素协同秸秆深埋下适宜灌溉量可实现抑盐提效的目标,PSWE模型可有效模拟土壤水盐运移和作物生产效益,为深度学习理论及技术在土壤水盐运移模型上的应用提供参考。     

秸秆深埋下灌水量对土壤水盐分布与夏玉米产量的影响

为探究秸秆深埋下土壤水盐分布与夏玉米产量对灌水量的响应,于2017年和2018年在河套灌区进行了秸秆深埋下单次灌水定额60 mm(W1)、90mm(W2)、120mm(W3)3个处理及常规135 mm为对照(CK)处理的大田试验.结果表明:秸秆深埋下耕作层含水率随灌水量的增加先增后减,成熟期W1处理的两年平均含水率较C...     

双层氨化秸秆还田对盐碱地水盐运移及玉米生长的影响

为了探究不同氨化秸秆还田方式对盐碱地水盐运移及玉米生长规律的影响,在山西省太原市小店区进行了盐碱地大田玉米试验研究.试验共设置4种秸秆还田方式,分别为:将氨化秸秆在土壤表层按1.2 kg/m2覆盖(F1);将氨化秸秆在土壤表层按0.9 kg/m2覆盖,同时按0.3 kg/m2在土壤下30 cm处还田(F2);将氨化秸秆...     

夏玉米田水热耦合运移的数值模拟

本文从土壤水热耦合运移的基本方程出发，依据能量平衡原理和质量守恒定律，系统地描述了ＳＰＡＣ中的水分传输和能量转换，模拟了系统中水分和热量的动态变化过程。经夏玉米生育盛期模拟值与实测值的比较分析表明，用本文提出的模型模拟田间土壤水热动态和作物生理特性的变化过程具有较高的精度。     

基于HYDRUS-2D模拟暗管排水条件下淋洗制度对土壤水盐运移的影响

为研究暗管排水条件下淋洗制度对土壤水盐运移的影响,本文以沿海盐碱地区为研究区域,选定典型试验地进行现场试验,利用现场试验数据率定了HYDRUS-2D模型参数并验证了模拟暗管排水的准确性,运用验证后的模型模拟了不同淋洗制度情况下的土壤盐分分布.结果表明:HYDRUS-2D能够较好地模拟暗管排水条件下的土壤水盐运移;在相同...     

不同秸秆隔层材料对河套灌区土壤水盐运移及玉米产量的影响

通过在内蒙古河套灌区设置秸秆隔层试验,研究小麦、玉米2种秸秆隔层材料对土壤水盐运移及玉米产量的影响。结果表明,秸秆隔层处理在整个玉米生育期0～40cm土层土壤含水率变化波动较大,且土壤含水率总体低于不设隔层的对照处理,不同秸秆隔层处理在玉米生长前期土壤含水率差异不明显,但后期玉米秸秆隔层处理土壤含水率低于小麦秸秆隔层。40～80cm土层不同处理土壤含水率变化趋势与0～40cm正好相反,含水率大小依次为玉米秸秆隔层、小麦秸秆隔层、对照。秸秆隔层处理抑制了土壤盐分随水分的向上运移,同时延缓了水分的下渗过程,增强了盐分淋洗效果,玉米秸秆隔层的控抑盐效果好于小麦秸秆隔层。秸秆隔层处理没有明显增产优势,玉米秸秆隔层处理较小麦秸秆隔层处理的玉米产量要略高。     

不同氨化秸秆还田量对盐碱地土壤水盐因子及玉米生长发育的影响

为了探明不同的氨化秸秆还田量对中度盐碱地土壤水盐、玉米生长发育及产量的影响,于2018年在山西省小店区进行了田间试验,设计了4种不同氨化秸秆还田量(1.2、0.9、0.6、0.3 kg/m2),并以无秸秆还田为对照组(CK),在玉米生长发育期内对土壤含盐量、土壤含水率、玉米生长发育性状指标及产量进行了测定.结果表明:土...     

秸秆氨化还田对农田水分与夏玉米产量的影响

寻求秸秆资源的有效还田方式对干旱半干旱区农业的可持续发展具有重要意义。本文于2014年和2015年在夏玉米全生育期设置2个秸秆氨化水平（A0:未氨化冬小麦秸秆,A1:氨化冬小麦秸秆）和2个秸秆长度水平（L0:粉碎为短秸秆,L1:大于50mm冬小麦长秸秆）翻压还田,分析不同预处理秸秆还田条件下夏玉米全生育期株高、叶面积指数、地上部生物量、冠层覆盖度等生长指标以及土壤贮水量、耗水量、产量和水分利用效率的变化。结果表明,2年夏玉米氨化短秸秆翻压还田处理（A1L0）平均土壤体积含水率较未氨化长秸秆处理（A0L1）分别提高了10.7%和6.4%;氨化处理土壤体积含水率明显高于未氨化处理,但不同处理间耗水量差异较小;夏玉米灌浆期氨化短秸秆翻压还田处理（A1L0）的平均冠层覆盖度（CC）比其他处理高3.7%~10.7%;成熟期氨化短秸秆翻压还田处理（A1L0）的平均地上部干物质量比其他处理高 2.1%~9.5%,平均产量比其他处理增加2.8%~9.1%,平均水分利用效率比其他处理增加1.7%~7.4%;氨化短秸秆翻压还田处理（A1L0）能显著提高夏玉米地上部生物量与籽粒产量。因此,氨化短秸秆翻压还田能有效促进夏玉米生长,保持较好的土壤水分条件,有助于提高夏玉米产量和水分利用效率。     

农田水盐运移与作物生长对亏水滴灌的响应和模拟研究

为探究西北干旱地区农田水盐运移与作物生长对亏水滴灌的响应以及层状土壤中水分溶质运移和作物生长耦合模型(Layered soil water-solute transport and crop growth model,LAWSTAC)的适用性,设置3种水分处理W100、W70、W40,分别表示灌溉需水量的100%、70%和40%,于2018年在农业农村部作物高效用水武威科学观测实验站进行了大田试验。结果表明:在制种玉米生长苗期,单次灌水后,浅层(0~20 cm)土壤含盐量降低;经全生育期灌溉后,灌水量越大,浅层脱盐和深层积盐现象越明显。3种水分处理下灌水量越多的处理,制种玉米叶面积指数(LAI)和最终地上生物量越高,作物长势越好。LAWSTAC模型能较好地模拟农田水盐运移和制种玉米的生长过程;各处理LAI模拟值与实测值之间的决定系数R^2均为0.99,RMSE为0.20~0.87 cm^2/cm^2;各处理地上生物量的模拟值与实测值的R^2均为0.99,RMSE为1.62~3.57 t/hm^2,说明LAWSTAC模型可以较为准确地模拟制种玉米LAI、地上生物量的动态变化。0~80 cm土层贮水量的模拟结果表明,各处理R^2为0.41~0.61,RMSE为12~21 mm;0~80 cm土壤盐分质量浓度的模拟结果表明,各处理R^2为0.53~0.60,RMSE为1.37~2.56 g/L,效果较好。因此,LAWSTAC模型可为当地复杂土壤条件的农田进行生产力的初步预测与评估。     

基于PROSAIL模型的夏玉米叶绿素含量垂直分层模拟

为了给精准施肥灌溉及病虫害防治等提供基础数据支撑,开展以作物垂直分层叶绿素监测的模拟研究.于2019—2020年进行了不同施氮水平下夏玉米叶绿素含量与光谱反射率监测试验,并模拟了夏玉米叶绿素含量垂直分层规律.结果表明：夏玉米的叶绿素含量随着冠层深度的增加呈侧放的铃形;利用叶绿素最敏感波段699～722 nm的反射率构建夏玉米叶绿素模拟代价函数,实现了基于PROSAIL的夏玉米叶绿素含量垂直分层模拟;综合分析不同生育期各层叶绿素的估算精度,在平均叶绿素模拟相对误差RE控制在45%范围内的基础上,进一步厘清了夏玉米叶绿素垂直分层模拟效果,即第1层叶片在抽雄期与灌浆期、其他层在全生育期模拟的决定系数R²在0.026 0～0.799 3,均方根误差RMSE在2.23～12.13μg/cm²,相对误差在9.67%～98.22%.相关研究结果可为作物叶绿素垂直分层模拟应用提供理论与技术支持.     

泾惠渠灌区秸秆还田条件下夏玉米节水灌溉制度试验

泾惠渠灌区主要粮食作物已经实现了秸秆还田,但秸秆还田条件下作物的节水灌溉制度却还是空白。在泾惠渠试验站通过2年的大田和小区试验相结合,通过分析不同灌水处理下对夏玉米植株生理指标、水分利用效率和产量的影响,确定了不同降雨年型秸秆还田条件下夏玉米适宜的灌溉制度。研究结果表明:在一定灌溉定额内,灌水期不同对夏玉米农艺性状和产量影响显著,压茬灌和拔节灌有利于生长发育,拔节灌和抽雄灌是影响产量的重要灌水时期。秸秆还田方式可以显著提高产量和水分利用效率,并促进作物农艺性状生长。2013年降雨年型条件下最优的灌溉制度是压茬灌+拔节灌+抽雄灌3水组合,灌溉定额3 000m3/hm2;2014年的降雨年型条件下,适宜的灌溉制度是拔节灌+抽雄灌2水组合,灌溉定额1 800m3/hm2。研究成果为泾惠渠灌区合理配置水量和推广秸秆还田条件下夏玉米节水灌溉制度具有一定的指导意义。     

东北半湿润地区深埋秸秆周围土壤水分的动态变化

为了探讨深埋秸秆周围土壤水分动态变化规律,通过田间小区对比试验,设置4个处理:秸秆无膜(S)、秸秆+覆膜(S+M)、无秸秆+覆膜(M)和无秸秆无膜(CK),分析了不同处理条件下土壤水分的动态。结果表明,深埋秸秆可有效提高春播前0~30 cm土层土壤含水率,比无秸秆的处理高0.03 cm3/cm3;深埋秸秆处理提高了土壤对雨水的拦蓄存储能力,降雨后随时间延长这种作用更加明显。强降雨132 h后,S处理与S+M处理各层土壤含水率差异不显著,S处理0~30、30~40、40~60 cm土层土壤平均体积含水率比M处理提高了0.01、0.03、0.04 cm3/cm3,比CK提高了0.02、0.05、0.05 cm3/cm3;在长期干旱情况下,深埋秸秆处理具有更好的持续保墒效果,S处理与S+M处理保墒效果差异不显著,S处理0~30、30~40、40~60 cm土层土壤平均体积含水率比M处理提高了0.01、0.02、0.06cm3/cm3,比CK提高了0.02、0.05、0.09 cm3/cm3。深埋秸秆提高了土壤的含水率,起到了蓄水、抗旱、保墒的作用。     

秸秆覆盖和播前灌水量对夏玉米抗倒伏特性的影响

【目的】研究秸秆覆盖和播前灌水量对成熟期夏玉米茎秆抗倒伏特性的影响。【方法】设置2种覆盖处理(秸秆覆盖处理和不覆盖处理,秸秆覆盖处理为小麦秸秆覆盖0.6 kg/m~2)和3种播前灌水量(低灌溉量30 mm、中灌溉量70 mm和高灌溉量110 mm),测定了成熟期夏玉米茎秆主要物理性状参数、倒数第3节间茎秆机械强度、抗倒伏指数和产量等指标。【结果】与不覆盖相比,秸秆覆盖增加了夏玉米穗位高、重心高度和茎秆抗折力,提高了玉米抗倒伏能力和籽粒产量(2017年增产7.6%)。播前灌水量显著影响夏玉米成熟期穗位高系数和倒数第3节间茎长、长粗比和茎秆机械强度,播前灌水量越高籽粒产量越高。秸秆覆盖下播前灌水70 mm玉米抗倒伏能力最优,不覆盖处理播前灌水70 mm玉米抗倒伏能力最差。茎秆长粗比和茎秆抗折力与玉米抗倒伏指数相关系数(r)2016年分别为:-0.458 7、0.434 6,2017年分别为:-0.315 7、0.375,穗位高系数不能作为评价玉米抗倒伏特性的指标。【结论】秸秆覆盖+播前灌水70 mm是实现抗倒高产的最优组合方案。     

秸秆覆盖对沟灌夏玉米根系分布及产量影响

[目的]探究夏玉米根系分布、水分利用效率及产量对沟灌种植下不同秸秆覆盖方式的动态响应.[方法]在河套灌区开展不同耕作模式的小区试验,试验设常规垄覆膜沟灌(FM)、垄覆秸秆沟灌(FLJ)、沟覆秸秆沟灌(FGJ)、垄沟覆秸秆沟灌(FLGJ)4个处理.研究了夏玉米各土层的根长密度、作物耗水量、产量及其相关指标,[结果]沟灌种...     

基于DNDC的夏玉米农田控氨稳产氮肥和秸秆措施优化

为明确未来气候条件下关中地区夏玉米农田适宜的施肥-秸秆措施以控氨稳产及应对气候变化,基于2019—2020年大田试验,进行不同氮肥种类和不同秸秆还田模式对农田土壤氨挥发和作物产量的影响研究。根据田间实测数据对DNDC模型进行校正与验证,利用验证后模型模拟未来气候条件下不同施肥-秸秆措施对夏玉米产量及土壤氨挥发累积量的影响,综合考虑产量和生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量,最终提出未来气候条件下关中地区夏玉米农田的优化控氨稳产施肥-秸秆措施。结果表明：校正后的DNDC模型可以很好地模拟不同施肥-秸秆措施条件下夏玉米生长和农田土壤氨挥发累积量。在未来气候条件下,秸秆还田会显著提高夏玉米产量并降低生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量。在RCP4.5排放情景下,未来2030—2090年,秸秆全量还田配施180kg/hm2稳定性氮肥生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量较低且产量较高;在RCP8.5排放情景下,未来2030—2050年和2070—2090年,秸秆全量还田配施180kg/hm2稳定性氮肥和秸秆全量还田配施162kg/hm2稳定性氮肥生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量较低且产量较高。因此,在RCP4.5排放情景下,秸秆全量还田配施180kg/hm2稳定性氮肥为关中地区2030—2090年较为优化的控氨稳产施肥-秸秆措施;在RCP8.5排放情景下,秸秆全量还田配施180kg/hm2稳定性氮肥和秸秆全量还田配施162kg/hm2稳定性氮肥分别为关中地区2030—2050年和2070—2090年较为优化的控氨稳产施肥-秸秆措施。本研究可为关中地区实现农业可持续发展及稳产减排提供参考。     

秸秆深还开沟合垄施肥机设计与试验

机械化秸秆深埋还田集秸秆深埋、化肥深施技术于一体,对构建土壤水库、肥库、碳库和提高玉米产量具有重要作用,为彻底解决玉米秸秆焚烧造成的环境污染提供了重要的技术支撑。为此,对深耕合垄施肥机进行了设计和试验。该机可实现深开沟、化肥深施及起垄整垄联合作业,配合玉米联合收获机作业可实现秸秆深埋还田。田间试验结果表明:该机开沟参数和起垄参数符合秸秆深埋还田农艺要求;当开沟深度在30~40cm时,该机作业阻力在25~30k N变化,还应进一步优化工作部件结构以减小作业阻力。种植试验结果表明:机械化秸秆深埋还田种植玉米每公顷增产率为10.59%,增产效果显著。     

秸秆深埋还田仿生开沟装置优化与试验

为解决秸秆深埋还田工作中开沟深度不够、深埋率低、开沟阻力大等问题,对自行研制的气力式秸秆深埋还田机的开沟装置进行了优化设计。提出一种仿螳螂前端足曲线的秸秆开沟刀参数优化设计,利用阿基米德等进螺线设计的侧切刃具有滑切能力,可切割土壤完成开沟作业。利用Matlab对螳螂前端足进行二值化、膨胀、边缘坐标处理得到仿生开沟刀,使用离散元软件EDEM对设计出的仿生开沟刀和普通开沟刀进行仿真对比,并对仿真结果进行土槽试验验证。试验分析结果表明,相比于普通开沟刀,仿真开沟刀在开沟过程中可减少9.48%的阻力。利用Design-Expert 8.0软件的二次正交旋转组合试验设计结合响应面法,分别建立秸秆深埋率和工作效率与机具前进速度、秸秆深埋深度和秸秆覆盖量的回归数学模型。通过分析表明,各因素对秸秆深埋率的影响由大到小依次为：秸秆覆盖量、秸秆深埋深度、机具前进速度;各因素对工作效率的影响由大到小依次为：机具前进速度、秸秆深埋深度、秸秆覆盖量;交互作用中,秸秆深埋深度和秸秆覆盖量、机具前进速度与秸秆覆盖量对工作效率影响显著。经过优化求解,在深埋率权重为0.7、工作效率权重为0.3的情况下得到开沟装置最佳工作参数,在机具前进速度为1.63m/s、秸秆深埋深度为27.97cm、秸秆覆盖量为340.54kg/hm2时,秸秆深埋率为90.491%,工作效率为5.4hm2/h。