黑土区玉米穗质量与影响因素的联合多重分形研究

为揭示黑土区玉米穗质量与影响因素相互关系的尺度效应,在分析玉米穗质量与影响因素空间变异的基础上,利用联合多重分形方法研究玉米穗质量与影响因素的多尺度相关性。结果表明:研究区玉米穗质量的变异程度为中等,茎粗的变异程度随时间变化由中等变为弱变异,其他影响因素的变异程度为弱变异;玉米穗质量与影响因素的空间相关范围介于7.15~66.51 m;玉米穗质量、叶绿素含量、土壤容重、土壤粒径分布体积分形维数具有强烈空间相关性,茎粗、土壤含水率、土壤饱和含水率具有中等空间相关性;单一尺度上茎粗和叶绿素含量对玉米穗质量的空间变异性有显著影响,多尺度上叶绿素含量、土壤粒径分布体积分形维数、茎粗、土壤含水率对玉米穗质量的空间变异性有显著影响;玉米穗质量与土壤特性、不同时期作物生长指标的多尺度相关程度绝大部分都大于单一尺度上的相关程度;随取样时间变化,玉米穗质量与茎粗在单一尺度和多尺度上的相关程度均先增后降,但开始降低的时间不同。     

黑土区玉米地土壤温度的时空变异性研究

【目的】研究农田土壤温度的时空变异机理。【方法】以哈尔滨市向阳试验基地一块面积为96 m×96 m的农田为研究对象(共设置32个测点),利用传统统计学与地统计学方法,分析了黑土区玉米地不同生育时期土壤温度的空间变异性。【结果】随生育时期变化,不同深度的土壤温度平均值先增后减;不同深度土壤温度的空间变异性均为弱变异,不同深度土壤温度变异程度的变化趋势有所差异,5 cm深度变异程度的变化趋势不明显,10 cm和25 cm深度先增后降,15 cm和20 cm深度逐渐降低;土壤温度的空间相关范围在10、15、20 cm和25cm深度先增后减,土壤温度在玉米灌浆期5 cm深度与拔节期10 cm深度具有中等空间相关性,其他生育时期及不同深度具有强烈的空间相关性,5 cm和15 cm深度空间相关性变化趋势不明显,10 cm和20 cm深度先增后减,25 cm深度先减后增。【结论】土层深度和时间对研究区域土壤温度的空间变异性具有明显影响。     

不同土层土壤特性空间变异性关系的联合多重分形研究

应用联合多重分形理论研究了0～20 cm土层土壤含水率、土壤电导率、砂粒含量、粘粒含量、粗粉粒含量、土壤粒径分布体积分形维数、土壤容重、有机质含量的空间变异性与20～40 cm土层对应变量空间变异性在多尺度上的相互关系。结果表明:相对于0～20 cm土层上述变量的空间变异性,20～40 cm土层粗粉粒含量、有机质含量空间变异性的变化率最大,土壤电导率、粘粒含量、土壤粒径分布体积分形维数空间变异性的变化率最小,砂粒含量、土壤含水率、土壤容重空间变异性的变化率介于两者之间;多尺度上,0～20 cm土层土壤含水率、土壤容重、有机质含量、粘粒含量、砂粒含量、土壤电导率、土壤粒径分布体积分形维数、粗粉粒含量与20～40 cm土层对应变量空间变异性在多尺度上的相关性依次减弱。     

黑土区农田尺度田间持水率的空间变异性研究

[目的]探究黑土区农田田间持水率的空间变异性机制.[方法]利用传统统计学和多重分形方法量化了田间持水率的空间变异强度,分析了造成田间持水率空间变异性的局部信息;利用联合多重分形方法确定了田间持水率与土壤基本物理特性在多尺度上的相关性.[结果]研究区域田间持水率具有多重分形特征,随土层深度增加,田间持水率的空间变异程度先...     

松嫩平原黑土区玉米穗质量构成要素的空间变异性研究

基于在松嫩平原黑土区获取的玉米穗质量构成要素(穗粒质量、穗轴质量、穗粒数、穗行数、行粒数、穗长、穗粗),利用传统统计学、多重分形和联合多重分形方法分析了玉米穗质量构成要素的空间变异性。结果表明,玉米穗粒质量、穗轴质量、穗粒数、穗行数、行粒数、穗长、穗粗的空间变异强度依次减弱,且穗粒质量和穗轴质量的变异程度为中等变异,穗粒数、穗行数、行粒数、穗长、穗粗的变异程度为弱变异;玉米穗轴质量和穗粒质量的多重分形特征最明显,行粒数、穗粗和穗长的多重分形特征最不明显,穗行数和穗粒数多重分形特征的明显程度介于上述两者之间;穗行数的空间变异性主要是由高值信息造成,而行粒数、穗轴质量、穗粒质量、穗粒数、穗粗、穗长的空间变异性主要由低值信息引起;单一尺度和多尺度上,穗粗、穗轴质量、穗长、穗粒数、行粒数、穗行数对穗粒质量空间变异性的影响程度排序有所差异,穗粒质量与穗长、穗粗、穗粒数、穗行数、穗轴质量、行粒数在多尺度上的相关程度明显大于在单一尺度上的相关程度。     

基于联合多重分形的土壤水分特征曲线土壤传递函数

利用联合多重分形方法识别在不同尺度上对土壤水分特征曲线空间变异性都具有显著影响的因素,基于得出的结论建立考虑尺度效应的小尺度和大尺度van Genuchten模型参数的土壤传递函数,探讨了将小尺度上得出的联合多重分形结论进行尺度扩展,应用到大尺度上的可行性。结果表明:小尺度和大尺度上基于0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数土壤传递函数预测的土壤含水率均方根误差分别为0.038 6、0.047 3和0.027 0、0.030 4,可将小尺度上进行联合多重分形分析得出的结论进行尺度扩展,应用到大尺度上,且建立的土壤传递函数具有较强的理论基础和较高的预测精度。     

黑土区田块尺度下地形影响作物长势机理分析

为揭示作物长势及水肥运移的空间分异规律,探究田块尺度内作物长势与地形变化的关系,以东北典型黑土区东兴农机合作社为研究区,沿南北垄向提取高精度数字高程模型(Digital elevation model,DEM)与归一化植被指数(Normalized differential vegetation index,NDVI)信息,构建地形指标,分析NDVI的空间变异性。结果表明,坡型凸凹程度越明显,NDVI的空间变异性越大;同类坡型中阴坡NDVI的空间变异性与坡型凸凹程度呈负相关;坡度在±0.03范围内,作物长势好,空间变异性低;以坡度绝对值高于0.04的坡度均值与其对应直线距离所占整条直线的比值作为自变量,构建多元逐步回归模型,进行回归分析,可以解释大豆NDVI决定系数为0.965 2、高粱NDVI决定系数为0.888 3的空间变异性。不同地理空间的地形与成土母质差异显著,通过分析研究区内地形对作物长势的影响规律,可为田块尺度地形的分析提供借鉴,有助于指导农户合理地进行水肥分配。     

土壤水盐空间异质性及尺度效应的多重分形

为了揭示研究区域林地内土壤含水率和电导率的空间分布特征及尺度效应,利用多重分形方法,对杨凌一林地内不同采样时间和不同采样面积下土壤含水率和电导率的空间异质性进行了研究。结果表明：3种采样面积下土壤含水率和电导率的空间异质性都分别随平均含水率和电导率的增大而减弱。随采样面积的增大,平均含水率和电导率较高时,土壤含水率的空间异质性趋于增强,土壤电导率的尺度效应不明显;平均含水率和电导率较低时,土壤含水率和电导率的空间分布都存在明显的斑块结构。不同采样时间和不同采样面积下土壤含水率和电导率的多重分形谱的形态有所差异,表明引起他们空间异质性的信息有所不同。多重分形分析能揭示出较多的采样林地内土壤含水率和电导率分布的局部信息。     

参考作物腾发量时间分形特征研究

受作物本身生理机制以及近地层气象因子非线性、非平稳化随机变化的影响,参考作物腾发量在时间尺度上具有自相似性特点。基于此,以分形原理为理论框架,研究了参考作物腾发量时间尺度自相似结构,寻求了参考作物腾发量时间无标度区间。将此理论运用于韶山灌区,取得了满意结果,对解析参考作物腾发量时间规律具有重要理论和实际意义。     

作物生长信息获取多光谱传感器设计与试验

为了实时、快捷、无损获取农作物生长信息,根据作物生长指标的光谱监测机理,研制了一种四波长作物生长信息获取多光谱传感器.采用光学滤波技术提高了光辐射信息输入信噪比,依据作物冠层特征及田间作业环境实际要求,设计了适宜的探测镜头结构参数,确保了多光谱传感器灵敏度与分辨效果,应用T型电阻积分网络搭建了微弱光谱信息放大电路.通过标定,获得了多光谱传感器与FieldSpec Pro FR2500型光谱仪的关系模型,决定系数分别为0.8028、0.8068、0.8185、0.8900.对小麦的试验结果表明,该传感器的平均测量误差分别为5.6％、4.6％、1.4％、4.5％.该传感器能够较好地实现作物冠层反射光谱的实时在线检测,为作物生长监测设备的研发提供了有力支持.     

黑土区坡耕地施加生物炭对水土流失的影响

为了探索生物炭对黑土区坡耕地的水土保持作用效果,于2015年在东北黑土区典型黑土带上的黑龙江省北安市红星农场3°坡耕地上的径流小区内,开展了不同生物炭施用量(0、25、50、75、100 t/hm~2)对土壤结构、持水性能、径流泥沙控制等影响的试验研究。结果表明:生物炭可有效改善黑土区土壤结构,随着生物炭添加量的增加,土壤容重随之减小,而土壤孔隙度则会明显提高;土壤饱和含水率、田间持水量和土壤储水能力均随生物炭施用量的增加而增加;适当施加生物炭对黑土区坡耕地降雨径流及水土流失具有较好的控制作用,75 t/hm~2处理具有最好的径流泥沙控制效果,其中径流控制效果好于泥沙控制;施加生物炭还可以不同程度地减少黑土区坡耕地土壤养分流失,并可以改善养分的空间分布,4种生物炭用量处理的养分含量不仅在数量上高于对照处理,而且在均匀程度上有较大的改善,减缓了坡度对土壤养分造成的坡上与坡下的差异。研究结果为东北黑土区秸秆资源的高效、绿色、循环利用提供了一条新的途径,可为黑土区坡耕地水土流失防治提供理论依据和技术支撑,对该区农业可持续发展具有重要意义。     

黑土区玉米膜下坐水施肥耦合对产量的影响

东北黑土区是我国玉米的主产区,但该地区"十年九春旱",春季干旱已成为限制该地区农业发展的主要因素.在坐水施肥条件下,采用"311-B"D饱和最优设计,通过对玉米产量结果进行二次回归拟合,建立水肥回归数学模型,因素效应分析结果表明,影响玉米产量的因素为坐水效应>施氮效应>施磷效应;在玉米覆膜及基施肥硫酸钾150 kg/hm2时,N(追肥)用量为80.0～103.9 kg/hm2,P2O5(底肥)用量为66.1～90.8 kg/hm2,坐水量为63.4～76.5kg/hm2时,黑土区玉米可获得13 500 kg/hm2以上的产量.     

基于高光谱的黑土区土壤重金属含量估测

以黑龙江省讷河市采集的80份黑土样品和高光谱实测数据为数据源,对黑土中铜(Cu)、锌(Zn)、锰(Mn)重金属元素的光谱反射率及其特征变化进行研究,分析了光谱反射率、光谱反射率一阶微分变换、光谱反射率连续统去除变换、光谱反射率连续统去除一阶微分变换与元素铜、锌、锰含量的相关性,并利用相关系数法提取敏感波段.利用核主成分...     

区域表层土壤EC_s和pH时空变异性分布及其相关性

应用地质统计学原理与方法,在山东簸箕李灌区开展区域表层土壤盐性和碱性分布状况的研究,描述表层土壤EC_s和pH的空间与时间变化分布趋势和特征,分析二者间的相关性。研究结果表明,表层土壤EC_s和pH在周年内表现出相近的区域时间变异分布趋势和相反的区域空间分布状况。EC_s和pH在灌区上游的西南方向和下游的分布状况相对稳定,而在中游的变化却呈现出各自的时间季节性差异,表层土壤盐性的区域空间分布状况似乎影响到其碱性的空间分布趋势。EC_s和pH间存在的负相关性不仅表观上与表层土壤盐化程度有关,还受到其它诸多因子的影响。受当地季风气候影响,EC_s在夏玉米收获期内明显低于冬小麦收获期,而pH在湿润的初秋时节则高于干旱的初夏季节,表层土壤质地类型差异对土壤盐性和碱性的影响较为明显。研究成果为灌区制定合理的区域农田水土管理策略和作物种植模式提供了科学的依据。     

黑土区坡耕地水土保持耕作措施对土壤理化性状的影响

为探寻黑土区坡耕地不同水土保持耕作措施对土壤理化性状的影响机理,开展了田间小区试验。设置横坡耕作（TP）、垄向区田（RF）、深松（SF）、横坡耕作+垄向区田（TP-R）、横坡耕作+深松（TP-S）、垄向区田+深松（RF-S）3种水土保持耕作措施及3种组合耕作措施,并以常规顺坡耕作（CK）为对照,分析了土壤孔隙度、土壤机械组成、水稳性土壤团聚体稳定性、土壤养分含量等指标,并采用TOPSIS模型对不同水土保持耕作措施进行了综合评价,筛选了土壤稳定性强且蓄水保肥效果良好的水土保持耕作措施。结果表明：在玉米的全生育期内,深松、垄向区田、横坡耕作均能提高土壤体积含水率。TP-S处理体积含水率最大,0~40cm土层平均体积含水率较CK处理增加29.47%;RF-S处理平均孔隙度最大,TP-S处理次之,平均孔隙度较CK处理分别增大10.68%、9.25%;TP-S处理能够显著提高土壤稳定性,其中平均质量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和大团聚体含量（R0.25）较CK处理分别增加12.30%、19.57%、13.97%;TP-S处理能够改善土壤机械组成,TP-S处理粗砂粒、粉粒、黏粒含量较CK处理增加15.40%、26.89%、1.90%,细砂粒含量较CK处理降低31.56%;TP-S处理IN（无机态氮）、AP（有效磷）、AK（速效钾）含量最高,较CK处理IN、AP、AK含量分别增加42.81%~55.32%、39.69%~40.68%、20.41%~25.45%。由TOPSIS模型综合评价结果可知,TP-S处理贴合度最高,土壤结构更稳定,且蓄水保肥效果更好,为适宜该地区的水土保持耕作措施。     

寒地黑土区水稻耗水特性及其对水分利用效率的影响

为了探究寒地黑土区水稻耗水特性及其对水分利用效率的影响,于2017年在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U_7(7~6)均匀试验设计,分析了各生育期水稻生育阶段、昼夜间及逐时耗水量的变化特征,明确了各生育阶段耗水量对产量及生物量水分利用效率的影响。结果表明:拔节孕穗期各处理耗水量及耗水模系数均值最高,分别为77. 25 mm、23. 09%;水稻各处理昼间、夜间耗水量总体呈现低-高-低的变化趋势,抽穗开花期昼、夜间耗水量均值达到最大,为6. 32、0. 76 mm/d;分蘖前期、分蘖中期水稻昼间耗水特征呈倒V形曲线,耗水量高峰出现在12:00—13:00;分蘖后期至乳熟期呈M形曲线,耗水量高峰分别出现在11:00—12:00、13:00—14:00,乳熟期首个耗水量峰值相对提前,为10:00—11:00;阶段耗水量对水分利用效率(WUE)的直接作用和对R~2总贡献排列一致,由大到小依次为抽穗开花期耗水量(ET_5)、分蘖中期耗水量(ET_2)、拔节孕穗期耗水量(ET_4)、分蘖后期耗水量(ET_3)、乳熟期耗水量(ET_6)、分蘖前期耗水量(ET_1);分蘖后期、乳熟期耗水量对WUE存在直接负作用,阶段耗水量对WUE影响决定系数较大的变量由大到小依次为ET_5、ET_4×ET_5、ET_2×ET_5、ET_2、ET_4;抽穗开花期生物量水分利用效率(SWUE5)与水稻产量及WUE均呈显著正相关,分蘖前期至抽穗开花期耗水量对SWUE5的影响由大到小依次为ET_5、ET_4、ET_3、ET_1、ET_2。该研究结果可为深入研究黑土区水稻耗水特性、水分利用规律及水稻节水高效生产提供依据。     

黑土区水稻光合物质生产特性对耗水过程的响应

为了探究黑土区水稻光合物质生产特性对耗水过程的响应规律,于2017年在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U_7(7~6)均匀试验设计,解析了各生育时期耗水量(ET_1～ET_6,分别表示分蘖前期、分蘖中期、分蘖后期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期耗水量)对水稻光合物质生产特性的影响。结果表明:ET_1、ET_6对水稻成穗率影响不显著,ET_2～ET_5对水稻成穗率有显著影响,其影响由大到小依次为ET_4、ET_5、ET_3、ET_2;ET_3与叶面积指数呈显著正相关;叶片光合势对ET_4的响应最为敏感;ET_3与有效叶面积率呈显著正相关,ET_4与有效叶面积率、高效叶面积率的正相关关系达显著水平(P0.05);ET_5与阶段最大干物质积累量及群体生长速率呈显著正相关;ET_1、ET_3和ET_6对茎鞘物质输出率影响不显著,ET_2、ET_4和ET_5对其影响达显著水平(P0.05),其影响由大到小依次为ET_5、ET_2、ET_4;对于茎鞘物质转化率,ET_1、ET_4对其影响不显著,其他时期耗水量对其影响达显著水平(P0.05),其影响由大到小依次为ET_5、ET_6、ET_3、ET_2,ET_3对茎鞘物质转化率的影响为负效应;叶片气孔导度、蒸腾速率、叶绿素含量与净光合速率均存在线性关系,胞间CO_2浓度与净光合速率呈二次函数曲线关系;叶片叶绿素含量、净光合速率对ET_4、ET_5的响应关系均达极显著水平(P0.01),ET_3对净光合速率存在显著负效应。