农业干旱动态模拟技术研究与应用

农田水分在"土壤-作物-大气"连续系统内,通过降水、灌溉、土壤蒸发、作物蒸腾、下渗、地下水补给等形式进行着复杂的交换。本文从农田水量平衡原理出发,以农田表层为原型,根据气候条件和作物种植情况,建立农业干旱两层动态模拟模型,模拟农作物生长期农田水分循环过程及土壤墒情信息,为旱情预警预报提供信息。     

土壤墒情监测方法综述

干旱监测的主要方法包括土壤含水量的中子仪测量法、TDR测量法、湿度计法、称重烘干发法以及几种卫星遥感监测方法等。对各类干旱监测方法存在的问题和发展趋势进行探讨,并提出加强我国干旱遥感监测技术研究的建议,为我国农业旱情监测提供一定的帮助。     

基于人工神经网络土壤墒情动态预测模型应用研究

快速、准确地测定土壤墒情对作物生长发育及节水灌溉具有重要的意义。在2011-2012年的实测墒情资料的基础上,系统分析了三义寨灌区土壤墒情的时空分布规律;基于人工神经网络(ANN)理论构建了灌区不同埋深条件下土壤墒情的数值预报数学模型,模型计算值与实测值吻合较好,能够准确预测三义寨灌区不同埋深条件下的土壤墒情分布情况,为大型引黄灌区精细化灌溉模式应用提供了技术支撑。     

土壤墒情监测预报技术研究进展

对已有墒情预报模型和土壤水分检测技术进行简单分析,总结了各自特点,发现现有土壤墒情检测技术在性价比层面还需提高,各墒情预报模型所受限制较多,仍没有较为通用、准确成熟模型,目前国外在这方面的热点研究集中于依靠"3S"技术,技术水平更为成熟,值得借鉴。对土壤墒情监测预报技术的前景进行了展望。     

基于云计算平台的农田土壤墒情信息系统设计

土壤墒情是精细农业发展的关键,传统的土壤墒情监测手段落后,仅仅依靠手持设备进行人工采集,需要耗费大量的人力物力,且墒情信息获取缺乏实时性和全面性,对农田灌溉工作和农作物的生长造成了较大的影响。为此,引入了云计算技术,构建了基于云计算平台的农田土壤墒情信息系统,通过对土壤墒情信息系统的功能需求分析,完成了信息系统总体架构的设计,并对土壤墒情信息处理流程进行了优化分析。研究结果表明:基于云计算平台的农田土壤墒情信息系统能够保证墒情信息获取的实时性、有效性,同时墒情信息采集全面,数据共享及时,对实现精细农业具有主要意义。     

人工神经网络在预报土壤墒情中的应用

依据从2005年1～12月所采集的365组试验数据,建立了一个能够反映土壤墒情变化与气候因素之间关系的人工神经网络模型.模型共分输入层、隐含层和输出层3层.输入层的输入变量包括数据采集当天的10 cm、20 cm和40 cm深度的土壤含水量以及当天的日照时数,空气湿度,平均气温和降雨量.输出层的输出变量包括1天后的10 cm、20 cm和40 cm深度的土壤含水量.模型的学习因子为0.1,动量因子为0.05.模型经过25 000次训练后收敛,收敛误差为8×10 -4 ,这说明该模型能够很好的反映出输出量与输入量的关系,并能够准确预报出土壤水分信息.     

汾河灌区农田土壤墒情变化规律分析

利用山西汾河灌区1993∽2002年各站点的土壤墒情实际观测资料,对该灌区主要作物生育期农田土壤墒情的时空变化规律进行分析;阐明了农田土壤墒情的季节变化大致可分为3个阶段,即：相对稳定阶段、严重失墒阶段和蓄墒阶段;农田土壤墒情的垂直变化明显表现出表层急变层、中间活跃层和底部相对稳定层3个层次。     

基于阻抗的土壤墒情检测传感器模型

介绍了一种基于阻抗模型设计的土壤墒情传感器,根据土壤的含水率会影响到其介电系数的基本原理,设计了传感器的模型。在理论推导的基础上,又通过仿真试验来验证其准确性,最终得到一种效果明显、数据准确、价格低廉的传感器。通过仿真试验检测,其误差可以控制在±1.4%以内。     

基于GPRS的土壤墒情远程监测系统

为了实时了解土壤墒情信息,为旱情预报预警及农业灌溉提供基础数据,设计了一套基于GPRS的土壤墒情远程监测系统。该系统利用太阳能供电,以STC12C5A60S2单片机作为主控单元核心控制器,通过GPRS网络进行土壤墒情数据无线传输。通过上位机软件的开发设计,可实现多个终端节点土壤墒情信息的动态实时监测。试验结果表明,系统运行稳定,满足设计要求,能够为农业灌溉提供可靠的依据。      

基于ZigBee技术的果蔬大棚土壤墒情管理系统

为进一步改善果蔬大棚的种植效率,以ZigBee通信传输技术为切入点,针对大棚土壤墒情管理系统展开研究。在果蔬大棚运行管理机理的基础上,以准确获取并有效辨识出果蔬大棚不同区块的土壤墒情状况为目标,建立ZigBee数据通信模型,进行数据采集处理与精准传输过程分析以及土壤墒情管理系统体系化设计,搭建平台进行土壤墒情管理系统作业状况监测。试验结果表明:基于ZigBee技术的土壤监测试验平台,土壤含水率监测值与实际仪器测得值之间的相对误差控制在5%以内,一致性较好;ZigBee技术应用后,系统的监测数据准确度可提高8.50%,土壤墒情的监测效率整体提高8.10%,满足土壤墒情监测要求,有利于农业大棚种植培养向精准化、智能化方向深度推进。     

干旱处理对土壤水分变化及大豆产量的影响

采用框栽方式,研究不同阶段干旱处理对土壤水分、大豆植株干物质积累及产量的影响。结果表明,土壤含水率随干旱历时的增加而递减,长时间干旱后稳定在20%～24%;对于短期干旱处理,灌溉量较大时,土壤含水率会迅速恢复到稳定值32%～34%,但是对于18d以上的干旱历时,较少的灌溉量并不能保证土壤含水率在1～2次灌溉后得到恢复,表明较少的灌溉量对土壤含水率的提升能力有限。各干旱处理结束时期,大豆植株干物质积累均随干旱历时增加呈下降趋势,长期干旱会使全株干物质积累下降13%～30%;苗期和花荚期的短期干旱处理产生激发补偿效应,不会使大豆减产,结荚鼓粒期对水分供应较为敏感,干旱导致大豆减产。     

用土壤剖面水分动态模拟法建立灌区作物灌溉制度

介绍了用土壤剖面水分动态模拟法建立灌区作物灌溉制度的数学模型，土壤水分运动参数的确定和计算程序的主要流程，此法既实用于工程设计中确定作物灌溉制度，在管理中也可利用其预报土壤含水量，并据此对灌区进行配水，对灌区现代化管理具有重要意义。     

灌区农业干旱模拟与灌溉效益评估

根据农田水量平衡原理，建立了灌溉条件下的干旱模拟模型。以湖北省某灌区旱作物棉花为例．模拟该灌区17年来棉花发生干旱的情况，根据模拟结果．通过对比分析了该灌区自然条件下和灌溉条件下的棉花、晚稻产量与干旱所造成的损失。对该灌区的灌溉效益进行了评估。     

不同保墒措施对黄土丘陵区坡地枣园土壤温、湿度的影响

针对陕北地区水资源日趋紧张,雨水、灌溉水利用效率低下的现状,通过定位试验,研究了干旱条件下不同保墒措施对山地枣林土壤温、湿度及产量影响。结果表明：几种保墒措施的保水效果均较明显,在土壤含水量随时间变化的过程中,以B120（保水剂量为120 g/棵）、J2（秸秆覆盖量为2 kg/m2）及D（地膜覆盖）的效果最佳,平均土壤水分较对照CK高出25.4%、23.7%、18.1%。保水剂及秸秆施用量偏低或偏高都会影响其保水效果。地膜覆盖有升温的作用,而秸秆在高温时有降温效应。     

基于概念模型的棉田土壤水分变化模拟研究

农田土壤水分模拟是农业用水管理的重要依据。以根系层土体水量平衡方程为依据,考虑根系层下界面水分通量,构建了农田土壤水分变化模拟模型,该模型由作物蒸发蒸腾量模型、根区下界面水分通量模型以及水量平衡方程等组成。依据山西水利职业技术学院试验基地2006-2008年3年棉花试验资料,确定了模型参数。结果表明,土壤储水量模拟计算值与实测值有较好的一致性,其相关系数达到0.928 7,F检验结果(F=96.44F0.001=3.27)达到高度显著水平,所建立的土壤水分变化模拟模型可用于棉花田间土壤水分的模拟计算,计算精度平均达到5.3%~15.8%;模型较好地反映了农田土壤水分转化过程以及降水、蒸发和深层土壤水分对作物蒸发蒸腾及产量的影响。     

灌区农业干旱评估指标分析及应用

主要对三种农业干旱指标，即降水量指标、供需水关系指标和Palmer干旱指标进行评述，并对三种指标进行实例应用。应用结果表明，Palmer干旱指标可以更准确地评估灌区的干旱情况。根据分析结果建立了以Palmer指标为基础的灌区干旱评估模型。     

基于信息熵大型灌区农业旱情的TOPSIS综合评价

在分析国内外农业干旱评价研究现状的基础上,提出了农业旱情综合评价的TOPSIS评价方法.选择降雨、径流、水库蓄水和地下水等影响干旱的主要因素作为评价分析的特征指标,引入信息熵来计算各评价指标的权重,建立了基于熵权的TOPSIS综合评价模型,根据理想解的欧氏距离判别旱情等级.将该模型对关中地区旱情状况进行综合评价,评价结...     

云南省干旱分区及农业旱灾风险区划研究

探讨了干旱分区及农业旱灾风险区划的方法,并在云南省开展了应用研究。选取流域地貌特征指数、多年平均干旱指数和75%保证率年降雨量负距平百分率指标,采用主成分分析法对云南省进行干旱自然分区进行了研究;将干旱分区成果作为旱灾风险区划指标之一,综合考虑旱灾风险危险性、脆弱性及易损性因素建立了旱灾风险区划指标体系,并根据多层次模糊综合评估结果进行了云南农业旱灾风险区划研究。结果表明,滇东北是干旱易发区,滇西南是干旱轻发区或少发区;滇东北属于旱灾高风险区,滇西北属于旱灾低风险区。分区成果与云南省的历史干旱情况基本符合,表明基于主成分的干旱自然分区和基于构成要素的旱灾风险区划方法是可行的。