苹果园中空气温湿度分布特征研究

无线传感器网络(WSN)应用于苹果园中能提高苹果生产的信息化水平,但WSN温湿度传感器部署的数量及位置是WSN节点部署中亟需解决的问题。基于此,在北京市丰台区一个普通苹果园进行了实地试验,采用温湿度仪测量了大量点的温湿度,研究空气温湿度的空间分布特征以决定传感器部署策略。结果表明,对于单个冠层,空气温湿度在每个平面具有相同的走势;距离果园边缘的果树冠层空气温湿度的极差大于果园中心位置的果树,相差约3倍;果树间隙的空气温湿度极差和果园中心处的冠层极差相近。基于此,提出了一种"先平面后整体,外密里疏"的苹果园中空气温湿度传感器的部署方法。     

土壤水分空间分布快速测试仪器的开发

针对土壤墒情监测和指导田间变量灌溉的要求,研制开发了能同时测量采样点经纬度位置和土壤含水率(体积分数)的土壤水分空间分布快速测试仪.该测试仪由80C552微控制器、GPS接收机、水分传感器等几部分组成.测量得到的数据经串口传到上位机经过处理和分析后,采用GIS软件对采样点试验数据进行分析,生成土壤水分空间分布图.对地表下10cm深度土壤含水率的采样试验结果表明,2组测量数据在小范围内空间变异系数＜10%,说明仪器性能稳定可靠.该测试仪能为变量灌溉和墒情监测提供科学依据.     

滴灌条件下沙地肉苁蓉土壤水分空间分布特性研究

[目的]研究同一点源滴灌条件下沙地肉苁蓉土壤水分时空变化特性,以有效地提高沙地土壤水分利用率和肉苁蓉产量。[方法]以栽植接种过肉苁蓉梭梭的沙地为研究对象,用同一滴头流量对其滴灌12 h,监测水平及垂直方向各土层水分含量动态;探讨同一滴头流量下不同灌溉区垂直方向上各层土壤含水率的差异和不同灌水条件下沙地土壤水分空间分布特征。[结果]表层土壤相对湿度受降水和灌溉影响较大,0～20 cm土壤相对湿度变化最为剧烈,20～80 cm土壤相对湿度相对稳定,无灌溉处理的耗水深度主要集中在60～80 cm土层。12 h灌水停止后,水分发生再分布,待水分分布稳定后测定,60 cm以上土层土壤相对湿度较灌水前提高27.1%～58.8%;在60 cm深处测得水平方向水分主要分布在0～30 cm土壤,水分分布和含量有利于梭梭根系对水分的合理高效利用以及促进肉苁蓉的生长。[结论]研究结果为滴灌条件下沙地肉苁蓉人工栽植水分补偿技术提供了一定的理论依据。     

基于WSNs和地统计学的土壤水分空间变异研究

在华南农业大学增城教学科研基地进行试,针对土壤水分的动态监测优化设计土壤采样点袁建立基于WSNs的土壤水分数据实时采集网络,,以GIS与地统计学方法相结合方式分析土壤水分空间变异。研究结果表明,土壤水分表现出低等变异特征,人为活动对土壤水分影响明显。     

黄土高原人工林根区土壤水分亏缺状况与空间分布

通过定位监测与对比分析,对黄土高原半湿润落叶阔叶林区、半干旱森林草原区和半干旱典型草原区,持续干旱期末人工林根区土壤干旱状况、雨季后土壤水分恢复情况进行了测定分析;同时,通过引入土壤贮水亏缺度这一新的指标,对人工林地土壤水分亏缺度的空间分布进行了研究.结果表明,黄土高原人工林地土壤水分亏缺严重.根区O～320 cm土层贮水亏缺量达384.06～466.68 mm,相当于该地多年平均降水量的63.95～77.70.其中以0～40 cm主要根系分布层亏缺量最大.人工林根区土壤贮水亏缺度,在水平方向上具有较为明     

祁连山排露沟流域土壤水分时空分布

对国家重点野外科学观测试验站——祁连山森林生态站排露沟流域土壤水文时空分布特征进行了研究,结果表明:(1)排露沟流域土壤水分年动态具有明显的季节变化,一个水文年分为前蓄墒、失墒、后蓄墒和稳定4个阶段;降水影响生长季节土壤表层水分变化,森林植物影响根系层土壤水分变化,森林植物影响大于降水影响;(2)土壤水分垂直分布随深度而变化,土壤类型间有差异;(3)土壤水分空间分布高海拔多,阴坡次之,阳坡最少。     

不同耕作方法对耕层土壤水分时空分布的影响

本文报导了不同耕作方法对土壤耕层水分时空分布的影响。在实验研究中,采用TDR导线测定仪监测非搅动土壤中水分的变化,并引进土壤干燥系数和雨后水分收入的概念加以讨论。在玉米整个生育期内,通过对9000个数据的分析,发现传统耕法的土壤平均含水量<一年免耕的含水量<长期免耕的含水量,又以春季最为明显。在干燥过程中,根际土壤的含水量<远根区的含水量,在湿润过程中则相反。用传统方法耕作的土壤,干燥系数高于其他耕法,根际土壤的干燥系数高于其他空间位置。各处理耕层土壤的雨后水分收入状况不同,同一耕法不同空间位置的土壤水分收入也存在差异,耕层水分的空间和时间分布状况明显受耕作处理的影响,同时与地表覆盖和作物发育阶段有关。     

基于无线传感器网络的农田土壤水分监测系统

[目的]研究将无线传感器网络应用于农田土壤水分监测,探讨解决实际监测中采样率低、成本高、及实时性差等问题的方法。[方法]通过对无线传感器网络体系结构、网络节点硬件设计以及软件操作系统结构的原理和相应参数分析,说明基于无线传感器的农田土壤水分监测系统的特点,及利用该系统的优点。[结果]传感器节点可正确采集并传输土壤含水率,实现稳定的土壤水分数据传输,说明无线传感器网络适合农田土壤水分的实时监测。[结论]该研究表明无线传感器网络在农业发展中具有广阔的应用前景。     

黄家二岔小流域土壤水分空间分布特征

该文采用定位观测和谐波分析的方法对黄家二岔小流域土壤水分空间分布特征进行了研究．结果表明： 无论何种降雨年型, 流域内中游地段土壤含水量最高, 下游地段土壤含水量高于上游, 坡下部的高于坡上部, 阴坡高于阳坡．     

耕作方式和秸秆覆盖对渭北苹果园土壤保蓄水性能及酶活性的影响

研究了耕作和残茬覆盖对果园土壤保蓄水能力及土壤酶活性的影响,设置以耕作(深松、翻耕、免耕)为主处理,覆盖(秸秆覆盖、无覆盖)为副处理的裂区试验,翻耕无覆盖为对照,对比分析了土壤水分贮量、土壤酶活性、苹果产量及品质等性状的影响。结果显示:玉米秸秆覆盖与间隔深松相结合,可以增加苹果园土壤的蓄水和保水能力,降水7 d后测定1 m土层贮水量比免耕不覆盖多62.47 mm,苹果收获后1 m土层内土壤贮水量比免耕无覆盖多9.2%;土壤酶活性增加,特别是表层土壤,效果更加明显(P<0.01);苹果百果重有所增加,比免耕不覆盖百果重增加了16%。在渭北旱源苹果生产基地,采用秸秆覆盖加间隔深松技术能起到较好的保蓄水作用,土壤脲酶、过氧化氢酶及蔗糖酶活性明显提高。     

现代土壤管理措施对果园水分的影响

合理的土壤水分条件是果树优质丰产的基本保证,不同土壤管理方式能够改变果园的土壤水分含量与分布。免耕、生草和地表覆盖等目前果园主要研究及推广的现代土壤管理制度,是中国果树产业优化升级和可持续发展的重要举措。本文综述了免耕、生草和地表覆盖等果园土壤管理方式在减少水土流失、蓄水保墒、提高水分利用率等方面的研究进展,分析了不同土壤管理措施存在问题及适用条件,提出了今后研究的重点,以形成适合不同生态区域的果园土壤管理技术体系,促进果业健康、可持续发展。     

苹果树更新修剪对土壤水分及树体生长的影响

在渭北高原以苹果树长放修剪为对照,监测盛果末期苹果树更新修剪对果园0～500cm土层土壤水分及树体生长状况的影响。结果表明:更新修剪的果园0～240cm土层土壤水分极显著高于长放修剪,240cm土层以下土壤水分与长放修剪无显著差异;更新修剪的果园土壤水分蒸散高峰较高且延迟30d左右,但生长期的平均蒸散强度与长放修剪无显著差异;更新修剪的苹果树翌年新梢总数显著减少,短枝、叶丛枝比例显著降低,中枝、长枝比例显著增加,单果质量、果实产量、经济产值和水分产出率显著提高,但耗水量与长放修剪无显著差异。综上可见,更新修剪改良了果园的土壤水分状况,促进了树体生长,是渭北高原盛果末期苹果树的适宜修剪方法。     

渭北旱塬果园土壤干燥化生态修复方式效应研究

【目的】探讨不同生态修复方式对渭北旱塬果园土壤水分和果树光合特性的影响。【方法】2012-05-12,以地处渭北旱塬的陕西陇县梁甫村10年生红富士苹果园为研究对象,设置秸秆覆盖、起垄覆膜、微孔梯度深层集水、秸秆覆盖+起垄覆膜、秸秆覆盖+微孔梯度深层集水、起垄覆膜+微孔梯度深层集水、起垄覆膜+微孔梯度深层集水+秸秆覆盖7个处理,以裸地为对照(CK),于7-11月每月30号采集果园0~2m土层土样测定土壤含水量,8-9月每月30号测定果树叶片光合特性。【结果】各处理0~2m土层土壤平均含水量均高于对照,其中以起垄覆膜+微孔梯度深层集水+秸秆覆盖处理的效果最好,其0~1m土层土壤含水量比对照提高9.83%,1~2m土层土壤含水量比对照提高7.91%,其次是秸秆覆盖+微孔梯度深层集水处理,其0~1和1~2m土层土壤含水量分别比对照增加8.55%和7.40%;不同生态修复方式均能明显提高苹果树的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs),且均以起垄覆膜+微孔梯度深层集水+秸秆覆盖处理最高,其Pn、Tr、Gs分别比对照提高了18.46%,0.90%和52.94%。各生态修复处理的Pn均与对照差异达极显著水平(P0.01),而在Tr和Gs中,除起垄覆膜+微孔梯度深层集水+秸秆覆盖和秸秆覆盖+微孔梯度深层集水处理与对照差异达显著水平(P0.05)外,其他处理均与对照差异不显著。Pn、Tr、Gs与土壤含水量呈正相关线性关系。【结论】微孔梯度深层集水方式与地表覆盖方式相结合能够大幅度提高土壤水分含量,影响果树光合特性,其中以起垄覆膜+微孔梯度深层集水+秸秆覆盖方式效果最好,可作为改善果园土壤干燥化的方法加以利用。     

基于改进K-medoids算法的土壤墒情传感器布局优化

针对茶园土壤墒情传感器布局中传感器数量过多、数据冗余度过大的问题,采用改进的K-medoids方法,优化茶园土壤墒情传感器使用数量及部署位置。在保证茶园传感网络全覆盖的基础上,实时采集各传感节点数据;构造各传感器在不同天气条件下的时间序列数据,并运用三次样条插值法拟合成连续函数;应用谱排直法定义新的时间序列数据的距离函数替换K-medoids中的欧氏距离,将聚类中心作为最终的传感器布点;随机选取位置并采集土壤相对含水率以验证聚类中心作为传感器布点的代表性。采用改进前和改进后的K-medoids方法对2018-07—2018-08（试验Ⅰ）和2020-12（试验Ⅱ）采集的土壤墒情数据进行聚类。结果表明：1）改进的K-medoids将32个传感器减少到4个,改进前后簇中心墒情值与簇均值的相对偏差,试验Ⅰ由2.85%降到1.91%,试验Ⅱ由2.01%降到1.43%;2）改进K-medoids所得聚类中心相对含水率与试验区域平均值相近,相对偏差小于2%;3）以改进的K-medoids算法所得聚类中心作为起点的布点路径长度为82.4m,使用8个传感器,优于改进前的106.5m和10个传感器。基于...     

半干旱地区海水灌溉下滨海盐土水分特征的研究

在山东莱州进行海水与淡水混合灌溉田间小区试验，发现高海水比例灌溉在干旱，半干旱地区具有明显的保水作用，海水灌溉下土壤水分变化特征如下：（1）在半干旱地区，0-50cm土体土壤含水量主要受灌溉，降雨及蒸发等因素的影响，但从表层到下层，变化越来越小；随着灌溉水中海水比例的增加。0-50cm土体土壤水吸力逐渐降低，土壤含水量逐渐提高，土壤保水能力提高了40%-60%。（2）不同比例海淡水混灌（A.0:1;B.1:9;C.1:3;D.1:1)，使不同剖面的土壤水吸力产生明显的变化；除30cm土层土壤水吸力以处理B最大外，5，15和50cm土层土壤水吸力大小均依次为处理A、B、C、D。（3）各灌溉处理6-8h后土壤水吸力均下降到最低点；70-80h，在5-15cm土层A、B两处理土壤水吸力增幅变大；灌溉后48h处理A、B与C、D与5cm土层土壤水吸力开始产生显差异。随着时间的推移。差异加大，而15cm土层，这种差异始于灌溉后60h,30cm土层各处理间土壤水吸力在灌溉后7-8d内基本一致。     

基于物联网和LSTM的柑橘园土壤含水量和电导率预测模型

目的 构建柑橘果园环境信息物联网实时采集系统,建立基于物联网和长短期记忆(LSTM)的柑橘园土壤含量和电导率预测模型,为果园灌溉施肥管理、效果预测评估提供参考依据。方法 利用土壤温度、含水量、电导率三合一传感器,在柑橘果园中设置5个节点和1个气象站,通过ZigBee短距离无线通信和GPRS远距离无线传输,将果园气象数据和土壤墒情数据传输至远程服务器。利用LSTM模型建立气象数据与土壤含水量和电导率的预测模型,计算均方根误差(RMSE)和决定系数(R²)以进行性能评估。结果 物联网系统能够实现远程传输柑橘果园环境数据,建立了基于LSTM和广义回归神经网络(GRNN)的土壤含水量和电导率预测模型,模型在5个节点的数据集的训练结果分别为：LSTM模型训练的土壤含水量和电导率的RMSE范围分别为6.74~8.65和6.68~8.50,GRNN模型训练的土壤含水量和电导率的RMSE范围分别为7.01~14.70和7.60~13.70。利用生成的LSTM模型和气象数据进行拟合,将土壤含水量和电导率的预测值与实测值进行回归分析,LSTM模型拟合的土壤含水量和电导率的R²范围分别为0.760~0.906和0.648~0.850,GRNN模型拟合的土壤含水量和电导率的R²范围分别为0.126~0.369和0.132~0.268,说明LSTM模型的性能表现较好。结论 建立了柑橘果园环境的物联网信息传输系统,构建的基于LSTM的果园土壤含水量和电导率预测模型具有较高的精度,可用于指导柑橘果园的灌溉施肥管理。     

早春苹果园土壤含水量状况调查分析

通过对早春不同类型苹果园的土壤水分含量检测和管理水平调查发现,早春苹果园的土壤水分状况,除了与前一年的降水情况有关外,还明显受到前一年土壤管理水平的影响。调查和检测结果表明,所调查的苹果园土壤,都处在缺水或临界缺水的状态之下;划锄可以有效减少土壤水分的地面蒸发,提高土壤水分含量;土壤质地影响土壤水分含量,中壤土园片的土壤含水量,明显高于砂壤土的;增施有机肥可以明显地提高土壤的保水能力;成龄园的土壤含水量,有高于幼树园的趋势。