基于BP神经网络的土壤养分综合评价模型

以土壤养分指标体系作为神经网络的输入,以土壤养分等级评分作为输出,基于BP神经网络,建立了具有5个隐含层节点、3层网络的土壤养分综合评价模型;以土壤养分指标的各级评价标准作为模型的训练样本和检验样本,利用Matlab软件对BP神经网络进行训练和检验,并对安塞县土壤养分进行综合评价.结果表明BP神经网络对检验样本的模拟输出和期望输出是一致的;对安塞县土壤养分综合评价结果与模糊模式识别、主成分分析结果也是完全一致的.     

基于MEA-BP神经网络的土壤养分评价模型

针对BP神经网络在解决复杂非线性问题时,存在初始权值和阈值随机赋值,网络学习速度慢,局部极小的问题,运用群体搜索能力强的思维进化算法(MEA),寻找出最优的初始权值和阈值,优化BP神经网络的网络结构,建立MEA-BP神经网络的土壤养分等级评价模型。以敦化市黑土的土壤养分数据作为测试集,评价指标选用土壤的有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾。对比MEA-BP网络预测模型、遗传算法(GA)优化BP网络预测模型和单一的BP网络预测模型,结果表明MEA-BP网络预测模型的均方误差(MSE)最小、决定系数(R^2)最接近1和误差波动最小,可以更准确地反映土壤养分分级特性。     

基于GA-BP神经网络的果园需水量预测

为解决果园需水量预测精度低、鲁棒性差等问题,提出了遗传算法(GA)优化BP神经网络的果园需水量预测模型.选取空气温度、土壤含水率、光照强度3个主要环境因子作为BP神经网络的输入量,利用遗传算法的全局搜索能力优化神经网络权值和阈值,建立GA-BP神经网络模型预测果园需水量.仿真结果表明:GA-BP预测模型的预测值比BP模型更加趋近期望需水量,模型评价指标平均绝对百分比误差(MAPE)、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE),均优于单一BP神经网络模型.与传统的BP神经网络算法相比,GA-BP神经网络模型能较好的表达果园需水量与主要环境因子的非线性关系,具有较高的预测精度和适应性.     

基于主成分分析的土壤凋萎系数BP预测模型

基于黄土高原区农田耕作层土壤凋萎含水率的测试资料,建立了主成分分析与BP神经网络相结合土壤凋萎系数预测模型。通过主成分分析法减少了输入层神经元个数,优化了网络结构,提高了工作效率。预测值和实测值的相对误差平均值控制在5%以内,在可接受的范围,表明利用土壤基本理化参数预报农田耕作土壤的凋萎含水率是可行的。研究结果在提高传统神经网络的预测精度和收敛速度的同时,可为黄土高原区耕作农田作物用水管理以及促进土壤生产潜力的发挥提供强有力的理论支撑。     

基于BP神经网络的新安江模型初始土壤蓄水量计算研究

【目的】克服传统经验折减系数法在计算新安江模型初始土壤蓄水量方面的缺点,并提高新安江模型在湿润半湿润地区的应用效果。【方法】结合流域初始土壤蓄水量的影响因素和神经网络模型特点,提出构建基于BP神经网络的新安江模型初始土壤蓄水量计算方法。【结果】在3种输入因子组合方式下,当BP神经网络隐含层节点大于11时,模拟训练期模型应用效果达到项目精度评价指标的甲等水平,预测检验期的9个样本,均有6个以上样本检验合格;当BP神经网络隐含层节点数从4个变化到21个时,模型评价指标纳什效率系数从0.51变到0.97、均方根误差从11.77降到2.74;与采用传统经验折减系数法计算新安江模型初始土壤蓄水量相比,采用BP神经网络模型应用效果明显占优,且能克服经验折减系数法计算土壤初始蓄水量需要选择流域一场暴雨或久旱未雨才能开始计算和计算过程数据不能中断的缺点。【结论】在湿润半湿润地区采用BP神经网络模型计算新安江模型初始土壤蓄水量具有可行性和适用性;当神经网络输入因子和隐含层节点数选择合理时,模型模拟和预测精度较高。     

贝叶斯模型在土壤转换函数中的应用与适应性评价

为了研究大型灌区节水改造后的区域农田生态环境效应中分布式水文模型空间参数的确定问题,通过内蒙古河套灌区解放闸灌域22个土壤水盐监测点110个土壤样本的采样与分析,利用贝叶斯神经网络(BNN)模型建立了河套灌区区域分层土壤特征参数与土壤水分特征曲线模型参数、特征含水率之间的土壤转换函数模型,并与已有的BP神经网络模型进行适应性比较及模型验证。结果表明,BP模型土壤转换函数的训练模拟精度优于BNN,但是在模拟预测方面,BNN模型普遍好于BP模型,而且模型输入因子数量对BP模型的精度影响较大,而BNN模型对于不同输入因子表现出很好的稳健性,BNN模型比传统的人工神经网络模型具有更好的适应性和预测效果,体现了土壤特征参数的空间随机性和结构性特征,而且预测的土壤水分特征曲线与实测和VG拟合结果更为接近,是一种具有广阔应用前景的区域土壤转换函数推求方法。     

基于改进的BP神经网络集成的作物精准施肥模型

作物最优施肥量与土壤养分含量、产量之间存在复杂的非线性关系。为更加准确地模拟这种关系,提出一种改进的的BP神经网络集成方法。该方法采用K-均值聚类优选神经网络个体,采用拉格朗日乘子方法计算待集成的神经网络个体的权值。然后,基于农田肥料效应试验数据,以土壤养分含量和施肥量作为神经网络的输入,以产量作为神经网络的输出,建立了作物精准施肥模型。该模型通过求解一个非线性规划问题,能同时获得最大产量和最优施肥量。试验结果表明,在施肥模型的拟合精度方面,改进的神经网络集成方法（其均方根误差为64.54）明显优于单个神经网络方法（其均方根误差为169.74）。而且,作为一种定量模型,基于改进的神经网络集成的施肥模型优于传统施肥模型,能有效地指导精准施肥。     

基于BP神经网络的水轮机综合特性建模仿真

针对目前对水轮机特性曲线数据处理方法精度不高,不能真实地反映水力机组在过渡过程的流量特性和力矩特性的问题,利用BP神经网络与Matlab相结合,对水轮机综合特性曲线进行建模仿真。由已知综合特性曲线结合边界控制点经神经网络训练获得低效区的流量延拓、力矩延拓和导叶浆叶协联关系仿真曲面。BP神经网络模型大大提高了水轮机综合特性曲线数据处理效率与精度,是研究水轮机控制系统的一种新的非线性建模仿真模型。     

基于神经网络和证据理论的农田虫害预测算法

农田虫害预测是促进农业发展和增加农民收入的关键部分。针对目前农田虫害预测算法准确性差和适应性不佳的问题,提出一种基于神经网络和证据理论的农田虫害预测算法。该方法首先分别采用BP神经网络、RBF神经网络和Elman神经网络进行虫害预测,然后利用证据理论中的组合决策思想,结合神经网络预测结果,进行权值提取和权值融合,最后通过融合后的权值实现农田虫害预测。试验结果表明,权值融合后具有更高的预测精度,相比神经网络传统预测方案,该方法的预测精度相比BP神经网络、RBF神经网络和Elman神经网络分别提升了约5倍、3倍和2倍,预测性能优于任何一种单一神经网络模型。     

不同植被下土壤养分与有机质灰色关联分析

为确定何种主要养分因子能准确描述土壤有机质含量状况,运用灰色系统论中的灰色关联分析法,系统地研究了不同林草植被模式和不同农田作物种植模式下土壤主要养分因子微生物生物量碳、全氮、速效磷、速效钾及pH值与土壤有机质之间的灰色关联度。结果表明:不论是林草植被模式,还是农田作物种植模式,土壤有机质与全氮关联度最大,并且二者呈线性关系。     

基于稳定同位素的干旱半干旱地区杨树水分来源研究

作物水源是土壤-植物-大气连续体和农业节水的重要研究对象。为深入研究干旱半干旱地区杨树水分来源情况,利用稳定氢氧同位素技术对不同水源氢氧同位素组成的变化规律进行分析,并应用多元混合模型定量分析杨树的水分来源。结果表明:土壤水线与当地的大气降水线斜率与截距都小于全球大气降水线,表明研究区土壤水、降水受到强烈的蒸发影响发生不平衡的分馏;随着季节变化,生长初期杨树主要利用0～80 cm的浅层土壤水,快速生长期杨树主要利用80～120 cm的中层土壤水同时开始利用地下水,生长末期杨树主要利用160～220 cm的深层土壤水同时利用地下水,表明杨树能够根据水分条件逐渐的调整对各潜在水源的利用率。     

基于渗漏损失的渠系水利用系数分析

渠系水利用系数是衡量灌区渠系输水效率的一个重要指标,其准确推算,对于评估灌区渠系状况和管理水平具有积极意义。以内蒙古河套灌区义长灌域皂火干渠人民支渠控制范围为研究区,通过现场勘测渠系分布状况,采用以考斯加科夫渠道渗漏经验公式法为基础的渠系水利用系数测算软件对研究区的渠系水利用系数进行推算。根据可能存在的衬砌状况、渠道流量、地下水埋深设置了不同的情景,计算各情景的渠系水利用系数。结果表明:该区现状渠系水利用系数为0.728;若渠道不采取防渗措施,渠系水利用系数仅为0.567;若全部渠道均设有混凝土衬砌,渠系水利用系数可高达0.934。分析表明,如果对渠道进行部分衬砌,优先选择渠道上游位置衬砌,可提高渠系水利用系数;在衬砌条件相同的情况下,输水流量较大或地下水位较高时,渠系水利用系数也较高。上述结果对于选择衬砌方案和渠道的运行管理具有实际意义。     

基于Landsat8和Sentinel-1A数据的焦作广利灌区夏玉米土壤墒情监测方法研究

土壤水分是影响农业生产活动的重要因素,在旱情监测、农作物估产等方面有重要意义。研究采用水云模型来消除研究区域植被对后向散射的影响。建立植被含水量和归一化水指数的关系提取模型中所需的植被含水量参数。利用AIEM模型结合粗糙度参数Zs建立研究区土壤墒情反演模型,将模型应用于河南省焦作广利灌区,反演结果和实测值相关性达0.7。将水云模型与AIEM模型联合反演土壤墒情,取得了较为满意的结果,该方法具有较高的适用性。     

平作紫花苜蓿滴灌前后盐碱地土壤水盐运移研究

试验为研究滴灌对盐碱地土壤的改良作用,合理开发和利用盐碱地资源,以耐盐碱牧草紫花苜蓿为试验材料,按12 mm的灌水定额和一周一次的灌水频率,来研究滴灌过程中,一次滴灌前后盐碱地土壤水盐运移规律。结果表明:滴灌对盐碱地土壤有良好的淋洗作用,滴灌后24和72 h,滴头下表层土壤的电导率和p H分别较滴灌前降低了72.2%和8.2%、74.7%和5.0%。滴灌结束后,随时间增加,土壤水分蒸发量增多,返盐现象严重。     

滴灌下不同灌水处理对马铃薯水氮运移及产量的影响

通过大田膜下滴灌试验,研究了不同灌水处理下马铃薯根区水分和硝态氮的运移规律以及不同灌水处理对马铃薯产量的影响,为宁夏干旱地区防止土壤中硝态氮淋移渗漏、提高土壤水肥利用效率提供理论依据。该试验以灌溉定额900、1 260、1 620 m^3/hm^2为变量,采用随机区组试验方法,试验结果表明:土壤含水率随着灌溉定额的增大而增加且随着土层深度的增加不断减少;随着灌水后天数的推移,各个处理不同深度土壤含水率不断降低;表层土壤(0～20 cm)含水率随着灌溉定额的增加而增大,30～40 cm土壤含水率不断降低,50～100 cm土壤含水率不断降低的幅度随着灌溉定额的增加而降低; 30～50 cm土层硝态氮含量低于0～20 cm土层的,60～100 cm土层硝态氮的含量在0.2 mg/kg基础上以0～0.11 mg/kg上下浮动;在该试验中,灌溉定额在一定范围内可以促进马铃薯产量的增加,但是当灌水量超过1 620 m^3/hm^2时,产量与灌水量呈负相关关系。试验条件下,灌溉定额为1 260 m^3/hm^2时,马铃薯产量最高,高达25.88 t/hm^2,不同深度土层含水率和硝态氮含量均为马铃薯生长发育对水分的最优需求。     

不同施N浓度下滴头流量对土壤水分运移的影响研究

针对宁夏中部干旱区枸杞滴灌施肥条件下,土壤水分分布规律不明确、灌溉施肥制度不完善等问题,开展了同一施氮浓度不同滴头流量的点源滴灌入渗实验。采用室内土箱模拟,设置施氮浓度(200、300、400、500mg/L)和滴头流量(0.3、0.5、0.7、0.9L/h)两因素,研究滴头流量对湿润体水平方向和竖直方向土壤水分分布的影响。研究结果表明:滴头流量是影响土壤含水率的主要因素。同一施氮浓度下,竖向含水率较水平方向高,随滴头流量的增大含水率逐渐增大,且含水率与滴头距离呈二次多项式;湿润体上部含水率等值线大体呈“U”字形分布,中部大体呈“屋脊形”,下部大体呈水平带状分布;滴头下方存在高含水区,且随滴头流量的增加,高含水区范围不断扩大。认为滴头流量与土壤含水率呈正相关关系,含水率的大小随着滴头流量的增大而增大,研究结果可为宁夏干旱区枸杞种植滴灌制度提供数据支撑。     

黄淮平原节水高效灌溉技术综合评价分析

以黄淮平原种植区为研究对象,综合种植区的自然地理、生态环境和农业发展状况等因素,借助层次分析和模糊数学方法,建立了黄淮平原灌水技术选择模型。利用单因素、多因素法提出了节水灌溉技术选择的方法,优选出最适宜灌溉技术。在喷灌、滴灌、微喷灌、低压管灌和畦灌5种方案中,运用所建立模型选择最优的灌水技术,综合因子大小为微喷灌>喷灌>低压管灌>滴灌>畦灌。黄淮平原种植区适宜灌溉技术为微喷带灌溉技术。     

盐碱地滴灌玉米体内Na+、K+、Ca2+、Mg2+的分布及运移特征

探求作物体内盐分离子的分布及运移特征对盐碱地作物产量提高具有重要意义。以玉米为试验材料,研究2种灌水处理下(IS:40mm;ID:80mm)Na^+、K^+、Ca^2+、Mg^2+含量在玉米不同生育期和不同器官的分布及运移特征。结果表明:全生育期内玉米体内Na^+、K^+含量均为IS>ID,Na^+、K^+含量随灌水量增大而减少;2种灌水处理下玉米体内阳离子含量均表现为K^+>Ca^2+>Mg^2+>Na^+;玉米不同器官的Na^+、K^+、Ca^2+、Mg^2+含量不同,2种灌水处理下Ca^2+、Mg^2+含量均为根>叶>茎,Na^+含量为根>茎>叶,K^+含量与Ca^2+、Mg^2+相反;在根向茎运输离子的过程中,玉米主要通过K^+抑制Na^+向上运输,体内保持较高的K^+含量/Na^+含量值,在茎向叶运输离子的过程中,玉米主要通过Ca^2+抑制Na^+;ID处理下玉米体内盐分阳离子含量较小,运输选择性系数较小。     

膜下滴灌技术综合效益评价方法初步研究

为了探明膜下滴灌技术的综合效益,设计了一套膜下滴灌技术的综合效益评价方法,该方法的评价指标体系共三层,分别为目标层、准则层、指标层,其中准则层共三项,分别为经济效益、环境效益、社会效益,指标层共六项,分别为公顷净效益、经济效益费用比、平均含水率、脱盐率、推广示范作用以及农民素质的提升。用层次分析法计算各指标权重,再用比重法对各指标进行标准化处理,最后通过线性数学模型对各效益以及综合效益进行计算。以北疆典型的滴灌方式(一膜二管)为研究对象,以种植的典型作物棉花为例,对其在膜下滴灌条件下两年的综合效益进行了评价及对比,最后结果为2012与2013年的综合效益分别为0.221 5、0.325 3,从而分析得出降水以及棉花价格的波动是影响综合效益变化的主要因素,为膜下滴灌技术未来效益的提升提供了改进的方向。研究结果说明该评价模型可以较全面客观的对膜下滴灌技术的综合效益进行评价,并为膜下滴灌未来更好地发展提供方向。     

豫北地区不同灌水处理对冬小麦生长发育与产量形成的影响

以河南省人民胜利渠灌区种植的冬小麦为研究对象,通过分析冬小麦在不同灌水条件下的生育进程、形态指标及产量构成因素差异,为确定冬小麦的节水高产灌溉制度及水资源高效利用提供理论基础。结果表明:土壤墒情状况对冬小麦生长发育具有决定性的影响,水分亏缺会对冬小麦群体植株形态指标产生不良影响;低水分处理(T-50)叶面积指数、植株高度、干物质积累等性状低于适宜水分处理,土壤水分不足时,会造成叶面积指数、植株高度和干物质累积量等低于正常值;穗部性状随着土壤水分的降低而减少,T-50的处理最低,无效小穗数受土壤水分的影响规律性不明显;穗粒重和产量最高出现在适宜水分处理(T-60)中。