中国北方太阳总辐射模型优化及适用性评价

太阳总辐射(R_s)模型是估算地表能源最简单的方法，对区域ET₀管理、水资源及太阳能利用具有重要意义。选取中国北方47个代表性气象站点(1994-2016年)逐日数据，采用鱼群算法优化温度模型(T1、T2和T3)、日照时数模型(N1、N2和N3)和混合模型(M1)，在日和月尺度评价太阳总辐射模拟精度。结果表明：在日尺度上，基于日照时数的模型(N1-N3)精度最高，其次为基于温度的模型(T1-T3)，混合模型相对较差(M1),R²分别为0.90～0.93、0.64～0.78和0.80～0.90,MAE分别为1.47～1.95、2.51～4.33和4.88～6.28 MJ/(m²·d)；在月尺度上，基于日照时数的模型(N1-N3)精度最高，其次为混合模型(M1)和基于温度的模型(T1-T3),R2分别为0.94～0.97、0.92～0.95和0.86～0.95,MAE分别为25.45～44.29、36.21～102.73和101.25～144.56 MJ/(m²·d)。因此，推荐基于...     

基于辐射改进Penman-Monteith模型估算粮食主产区参考作物蒸散量

为进一步提高Penman-Monteith模型估算参考作物蒸散量(Reference crop evapotranspiration,ET₀)的精度,以中国粮食主产区为研究对象,将其划分为温带湿润半湿润地区(THSZ)、温带干旱半干旱地区(TASZ)、暖温带半湿润地区(WTSZ)和亚热带湿润地区(SHZ),基于32个气象站点1994-2020年长序列实测逐日气象数据,将猎豹算法(CO)、沙猫算法(SCSO)、野狗算法(DOA)优化的时间卷积神经网络模型(TCN)和3种基于日照时数、3种基于温度的经验模型估算的辐射(R_s)值与PM模型进行融合,得到改进PM模型。以均方根误差(RMSE)、决定系数(R²)、平均绝对误差(MAE)和效率系数(E_NS)为精度评价体系,找出了粮食主产区不同分区的ET₀最优估算模型,结果表明：基于日照时数模型的计算精度要优于温度模型,其中CO-TCN模型在全区内均表现出了较高的精度,在不同分区的RMSE、MAE、R²和E_NS...     

基于日照时数的太阳辐射通用模型提升参考作物蒸散估算精度研究

准确的太阳辐射(R_s)信息是农业、气象和能源等领域和业务部门的重要基础资料，但R_s的可靠观测在全球极具挑战。利用中国96个辐射站1967-2016年观测数据，评估了32个(S1～S32)基于日照时数估算R_s的模型精度，确定了适用于无R_s观测区的最佳通用模型，并最终更新了FAO56推荐的Penman-Monteith方程参考作物蒸散量(ET₀)中R_s的计算方法。结果表明，S18～S32模型的表现较好且接近，其适用于单站点的模型回归系数、决定系数、均方根误差(RMSE)、相对均方根误差(RRMSE)和模型效率的均值分别为0.975～0.976、0.882～0.886、2.368～2.412 MJ/(m²·d)、0.171～0.175和0.881～0.885。进一步对S18～S32模型进行一般化后发现S18模型仅需3个参数，估算精度较高且稳定性好，推荐该模型为中国无辐射观测区估算日R_s的通用模型。基于通用S18模型估算...     

南方湿润地区太阳总辐射估算模型筛选

为筛选适于模拟中国南方湿润地区太阳总辐射的经验模型,将中国南方地区划分为华东、华中、华南和西南4个区域,选用36个辐射站点逐日数据(1994—2016年),采用最小二乘算法优化3种基于温度模型(T₁,T₂和T₃模型)、3种基于日照时数模型(N₁,N₂和N₃模型)和2种混合模型(M₁和M₂模型)的经验参数,并在日、月和年尺度上评价各模型在4个分区的精度.结果表明:在日、月和年尺度上,日照时数模型精度最高,其次为混合模型,温度模型精度最低,日尺度R²分别为0.847~0.898,0.654~0.904和0.435~0.687,月尺度R²分别为0.529~0.857,0.368~0.858和0.334~0.766,年尺度RE为-1.78%~21.86%,-32.88%~24.14%和-37.54%~72.36%;日照时数模型中,N₂和N₃模型精度最高;混合模型中,M₂模型精度最高.因此,N₂和N₃模型在南方湿润地区模拟效果最好,该研究可为气象资料有限条件下精确计算南方地区太阳总辐射提供理论依据.     

基于MARS模拟鄱阳湖地区参考作物蒸散量

为了寻找最适宜的鄱阳湖作物蒸散量替代计算方法,文中以FAO Penman-Monteith模型参考作物蒸散量计算结果(ET₀)为标准值,使用江西省南昌站1966—2015年逐日最高温度、最低温度、日照时数、风速和相对湿度数据(其中1966—1990年数据用于建立模型,1991—2015年数据用于验证模型),建立12种不同气象要素组合条件下的多元自适应回归样条(MARS)ET₀计算模型,并将计算结果与广义回归神经网络(GRNN)、支持向量机(SVM)和经验模型(Hargreaves法、Irmak-Allen法、Makkink 法、Pristley-Taylor法)的计算结果相比较.结果表明:3种人工智能算法的ET₀计算结果精度均优于相同输入数据下的经验模型.3种人工智能算法中MARS的精度最高,在全参数组合下RMSE为0.227 mm/d,R²为0.982,NRMSE为0.086,其次是支持向量机,其在全参数组合下RMSE为0.266 mm/d,R²为0.978,NRMSE为0.101,GRNN排第三,其在全参数组合下RMSE为0.323 mm/d,R²为0.962,NRMSE为0.123.缺少温度参数时,模型精度总体较差,3种人工智能算法下R²仅为0.8左右.MARS法不但精度更高,而且具有明确的数学表达式,是鄱阳湖地区适宜的ET₀计算方法.     

陇中地区典型玉米农田生态系统呼吸作用对温湿度的响应研究

农田生态系统碳通量变化主要由作物光合作用和农田的呼吸作用引起。在陆地生态系统中,准确评估玉米农田生态系统的呼吸作用产生的碳排放量对全球碳通量的研究意义重大。使用甘肃省会宁县大山川村(属陇中半干旱区)玉米农田生态系统在2020年11月至2021年10月的涡度和土壤水分及温度监测数据,分析了玉米农田生态系统呼吸速率(R_eco)的日平均变化和呼吸敏感性指数(Q₁₀)在生长季内的月平均变化,探讨R_eco对温度的响应,并用不同模型进行拟合评估。陇中半干旱区玉米农田生态系统呼吸速率在年内呈单峰变化,日均最大呼吸速率11.49μmol/(m²·s),相比呼吸速率对空气温度(T_a)与不同深度土壤温度(T_s)的响应,深度20 cm处的土壤温度(T_s20)对该地区R_eco全年拟合效果最佳。Q₁₀指数在生长季内表现出单峰型变化,最大值出现在8月(5.52μmol/(m²·s)。通过各个模型拟...     

不同灌溉方式对侧柏人工林土壤呼吸的影响

为探究不同灌溉方式对半干旱区人工林土壤呼吸的影响，以侧柏人工林为研究对象，采用LI-8100土壤碳通量测量系统测定3种灌溉方式下林地的土壤呼吸速率，分析土壤呼吸变化特征及其对温度和水分的响应机制。结果表明：3种灌溉方式下侧柏人工林的土壤呼吸速率日变化均呈现先升高后降低的单峰变化，不同月份的月均值表现为漫灌[2.07μmol/(m²·s)]>穴灌[1.65μmol/(m²·s)]>喷灌[1.36μmol/(m²·s)]。地表温度、5 cm土壤温度和10 cm土壤含水率与喷灌林地土壤呼吸速率均呈现极显著相关关系(p<0.01)。温度敏感性系数Q₁₀在1.54～2.34之间，喷灌林地土壤呼吸速率对温度的敏感性高于另外2种灌溉方式。研究结果可为半干旱区人工林调控土壤碳排放，选择适宜的灌溉方式提供参考依据。     

井式节水灌溉下苹果园土壤水分和养分空间分布特征研究

为探明土壤水分和养分在井式节水灌溉方式下的分布特征，以8 a生苹果为试验材料，采用井式节水灌溉方法进行大田试验，设置3个灌水梯度：低水[W₁,99 m³/(hm²·次)]、中水[W₂,148.5 m³/(hm²·次)]、高水[W₃,198 m³/(hm²·次)]和3个施肥梯度：高肥[F₃,225 kg/(hm²·次)]、中肥[F₂,150 kg (hm²·次)]、低肥[F₁,75 kg (hm²·次)]，设置灌溉量为W₃的不施肥对照处理(CK)，分析井式灌溉施肥条件下苹果园土壤水分和养分空间分布特征。结果表明：井式灌溉方式下，土壤水分主要分布在表层0～60 cm，以水平移动为主，移动距离随灌溉量的增加而不断扩大，W₁处...     

基于机器学习算法模拟不同土壤深度含水率

准确模拟土壤水分(SM)对农田精准灌溉、优化区域水资源配置和提高农业水资源利用效率具有重要意义。采用逐日气象和土壤含水量数据，探究随机森林(RF)和支持向量机(SVM)模拟不同深度(4 cm、10cm和20 cm)土壤含水量的适用性，采用太阳辐射(R_s)、空气温度(T)、降水量(P)、风速(U₂)、空气湿度(RH)和土壤温度(ST)数据的4种输入组合，探讨不同输入变量对SM模拟的影响。结果表明：RF模型在4种输入组合下模拟不同深度土壤含水量精度最高，SVM模型模拟精度较低，R²范围分别为0.871～0.914和0.710～0.814,RMSE范围分别为0.050～0.069 cm³/cm³和0.080～0.098 cm³/cm³,MAE范围分别为0.030～0.051 cm³/cm³和0.060～0.077cm³/cm³。考虑模型精度和数据易获取性...     

基于无人机多光谱遥感的大豆生长参数和产量估算

为适应现代农业发展对作物生长动态、连续、快速监测的要求，本文基于无人机多光谱遥感技术，以西北地区大豆作为研究对象，分别筛选出与大豆叶面积指数(Leaf area index, LAI)、地上部生物量和产量相关性较好的5个植被指数，采用支持向量机(Support vector machine, SVM)、随机森林(Random forest, RF)和反向神经网络(Back propagation neural network, BPNN)分别构建了大豆LAI、地上部生物量和产量的估计模型，并对模型进行了验证。结果表明，基于RF模型构建的大豆LAI和地上部生物量预测模型的精度显著高于SVM与BP模型，LAI估计模型验证集的R²为0.801,RMSE为0.675 m²/m²,MRE为18.684%;地上部生物量估算模型验证集的R²为0.745,RMSE为1 548.140 kg/hm²,MRE为18.770。而在产量的估算模型构建中，在大豆开花期(R4)基于RF模型构建的大豆产量预...     

引黄泥沙对黏质盐土的改良效果及其对冬小麦产量的影响

[目的]探究引黄泥沙对黏质盐土的改良效果及对冬小麦产量的影响,找出适宜的引黄泥沙用量.[方法]在黄河三角洲地区进行大田试验,研究不同引黄泥沙用量(0、5、10、15、20、25、30、35 kg/m2)对黏质盐土的体积质量、饱和导水率、含水率变化、含盐量以及冬小麦产量的影响.[结果]引黄泥沙降低了土壤体积质量,且土壤体...     

干旱胁迫对乌鲁木齐市常用绿化灌木光合生理特性的影响

以4年生乌鲁木齐市城市绿化常用5种灌木为试材,设置停灌5 d、10 d及复水3个处理,以正常灌溉为对照.测定其土壤含水量、气体交换参数和叶绿素含量等指标,研究干旱胁迫条件下5种灌木的光合特性,为耐旱园林植物的筛选提供理论依据.结果表明:随着停灌时间的延长,停灌5 d和停灌10 d处理的土壤含水量不断下降,且在第5 d至...     

改进Hargreaves－Samani模型预测广西盆地参考作物蒸散量

准确估算参考作物蒸散量(ET0 )对于区域水资源管理和灌溉决策有着重要意义. Hargreaves－Samani模型(HS)是目前公认结构最简单且精度较高的ET0估算模型.为了进一步提高HS模型预测精度,采用蜂群理论和广西盆地20个气象站(1961—2019年)数据对HS模型全局校准,使用1961—2000年数据对HS...     

垄作沟灌土壤水盐分布及作物产量试验研究

对垄作沟灌土壤水盐分布及作物产量进行了田间试验.结果表明,灌水定额为400 m³/hm²时,沟底土壤水分的垂直运动明显增大.当灌水定额增加100 m³/hm²时,土壤水分水平运动高于垂直运动.沟底土壤全盐量受灌水定额影响明显:在灌水阶段,沟底表层土壤发生脱盐现象.土壤蒸发阶段,土壤发生积盐现象.垄顶土壤含盐量相对稳定,基本不发生向下运移.重度水分亏缺(处理T1,灌溉定额为1 700 m³/hm²)垄、沟积盐量分别为1.49,1.35 kg/m²,中度水分亏缺(处理T2,灌溉定额为2 100 m³/hm²)垄沟积盐量分别为1.42,1.12 kg/m²,充分灌水(处理T3,灌溉定额为2 500 m³/hm²)垄、沟积盐量分别为1.32,0.83 kg/m²,畦灌措施使0~100 cm土壤发生脱盐现象,脱盐量为1.29 kg/m².垄作沟灌下,制种玉米产量为2 765.1~4 619.5 kg/hm²,WUE为0.755~0.969 kg/m³.穗长(L_s)、穗粗(d_s)、行粒数(N_R)与作物产量呈显著正相关关系.     

Determination of the permissible amount of liquid animal waste applied to soil filters

Protection against water pollution by agricultural wastes makes decomposition of organic effluents necessary. The problem of oxidation of liquid animal wastes in soil filters is described. The theory of oxygen diffusion in soil in which the oxygen consumption rates vary with time, was applied to determine the aerobic and anaerobic zones in the irrigated soil profile. The results of calculations for different biochemical oxygen demands (BOD) of pig slurry and for different soil air-filled porosity (n_g) allow the determination of maximum BOD loads for the given air porosity of soils. The permissible amount of organic pollutants as BOD₅ in wastewater is 0.2 kg m⁻³ for n_g = 0.10 m³ m⁻³, BOD₅ = 0.9 kg m⁻³ for n_g = 0.20 m³ m⁻³, and BOD₅ = 2.75 kg m⁻³ for n_g = 0.30 m³ m⁻³. These limits were obtained under several assumptions, such as uniform distribution of air-filled porosity in the upper part of soil, oxygen respiration of soil similar to that of pig slurry, aerobic zone present in the upper 50 cm of the soil profile, and irrigation every 5 days.     

基于Weibull函数的平贝母热风干燥特性

为探索平贝母在干燥过程中的内部水分变化规律,实现对其含水率的实时监测,为平贝母的干燥工艺和过程设计提供理论依据,利用干燥箱分别在45、55、65℃条件下获得平贝母的热风干燥特性曲线,并以R2、χ2和RMSE为评价指标,采用常用的4种经典干燥模型建立平贝母干燥动力学模型.试验结果表明:Weibull模型与其他干燥模型相比...     

西北地区冬小麦腾发量估算模型适用性评价

为实现对西北地区冬小麦腾发量(ET)的准确估算,在对不同生育期ET的影响因子进行分析后分别采用双作物系数模型、单作物系数模型和Priestley-Taylor(PT)模型模拟ET,并以大型蒸渗仪实测ET为标准值对比其精度.结果表明:气象因子是播种-返青(Ⅰ期)和抽穗-乳熟(Ⅲ期)ET的主导因子,作物因子是乳熟-收获(Ⅳ期)ET的主导因子,2种因子对返青-抽穗(Ⅱ期)和全生育期ET的驱动作用相近;Ⅰ期双作物系数模型、单作物系数模型和PT模型的R²分别为0.511 8,0.239 3,0.374 2,RMSE变化范围为0.284 6~0.366 3 mm/d,总体评价指标GPI排名分别为1,3,2;Ⅱ期3个模型的R²均在0.700 0 以上,RMSE为0.540 9~0.844 0 mm/d,双作物系数模型模拟效果最好;Ⅲ期各模型的R²均高于0.600 0,RMSE为0.828 8~1.258 7 mm/d,双作物系数模型GPI排名第1;Ⅳ期3个模型的R²分别为0.799 1,0.671 6,0.270 8,RMSE为0.968 1~1.946 2 mm/d,作物系数模型模拟精度明显高于PT模型;全生育期各模型RMSE为0.551 5~0.893 6 mm/d,双作物系数模型的R²达到0.902 2.     

短程硝化液提升市政污泥中温厌氧消化产沼能力的工程试验分析

文章通过控制桂平市污泥处理厂中沼液多级好氧生化系统的曝气量,获得含游离亚硝酸(FNA)的短程硝化液并回流至有效容积为100 m3的中温厌氧反应器,与市政剩余污泥进行联合厌氧消化产沼气.试验结果表明:短程硝化液的加入可显著提高市政污泥中温厌氧消化产酸产气效率.当反应器中HNO2-N浓度为178 mg·L-1时,SCOD的...     

通辽玉米滴灌灌溉制度

为更加合理制定玉米滴灌灌溉制度,以我国“节水增粮行动”为背景, 于2016年在内蒙古通辽开展玉米滴灌灌溉制度试验研究.根据试验区34 a的降雨资料进行降雨频率分析,选取不同水文年型的代表年,结合玉米滴灌试验得到实际耗水规律,对比6种灌溉处理在各生育阶段的变化情况,测定了株高、叶面积指数、玉米产量等指标.结果表明:中水处理作物性状及产量较高,且水分利用效率最高,为最佳灌水处理;以中水处理作为滴灌灌溉制度的参考依据,通过气象数据计算参考蒸发蒸腾量ET₀.利用实际耗水量获取各生育阶段作物系数,结合代表年型的ET₀计算需水量.根据降雨量,得到不同水文年型滴灌灌溉制度:枯水年覆膜滴灌灌溉定额1 575 m³/hm²,无膜滴灌灌溉定额1 785 m³/hm²;平水年覆膜滴灌灌溉定额1 125 m³/hm²,无膜滴灌灌溉定额1 425 m³/hm²;丰水年覆膜滴灌灌溉定额600 m³/hm²,无膜滴灌灌溉定额900 m³/hm².