基于作物空间信息特征的灌区种植结构优化研究

针对目前北方许多大型灌区种植结构不合理、农业需水量偏大、水资源紧缺等问题,提出了一种基于作物空间信息特征的种植结构优化方法,通过调整种植结构和优化空间分布,减少农业需水量,提高农业效益。利用地统计学(GS)和地理信息系统(GIS)的空间处理能力,分区计算了灌区多年平均参考作物需水量(ET0)和作物需水量(ETc),并统计分区内作物单产和产值信息;构建了基于作物空间信息特征的多目标优化模型,设计了2种作物种植结构方案。结果表明,与传统多目标种植结构优化模型相比,基于作物空间信息特征的种植结构优化方法在节水效果和农业效益上都有一定的优势。     

泾惠渠灌区作物种植结构变化对灌溉需水量的影响

研究种植结构变化对灌区作物需水量和灌溉需水量的影响,能够为作物生育期的灌溉用水管理和农业水资源规划提供基础数据。依据泾惠渠灌区实测降水和蒸发蒸腾等气象数据,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式和作物系数法计算灌区主要作物需水量;通过频率计算和配线法确定灌区丰水年(25%)、平水年(50%)和枯水年(75%)的有效降水量;根据1988—2014年Landsat卫星遥感影像提取的泾惠渠灌区不同历史时期农业种植结构数据,计算典型水文年份灌区总灌溉需水量,并分析作物需水量和灌溉需水量在不同典型水文年的年际和月际变化。结果表明,随着泾惠渠灌区农业种植结构的变化,灌区总的作物需水量和灌溉需水量都呈现显著下降趋势。但泾惠渠灌区在1988—2005年间,单位面积平均作物需水量和平均灌溉需水量都基本保持不变,随后均呈小幅下降趋势。各月份作物总需水量和总灌溉需水量除6月份之外,其余各月份都呈现显著下降趋势;但在此期间,灌区单位面积平均作物需水量和平均灌溉需水量除在4、8、9月份呈下降趋势,而6月份呈显著增加趋势外,其余各月份基本保持不变。灌区总的作物需水量和灌溉需水量的下降主要是由农作物种植面积大量减少所致,种植结构的变化对其影响较小,但灌区种植结构调整后的作物需水量状况更符合区域有效降水特点。     

基于灰色神经网络的作物需水量预测模型研究

采用灰色系统理论与神经网络,通过多维度气象因子和参考作物需水量的相关分析,来确立灰色神经网络拓扑结构及网络流程,建立了预测作物需水量的灰色神经网络模型。以海南省儋州市1979~2014年的气候数据为输入,作物需水量为输出数据,运用Matlab工具,仿真表明预测曲线与参考作物需水量曲线拟合度较高,灰色神经网络模型预测结果绝对相对误差均值为5.28%,预测精度高,为节水灌溉提供了一种新的有效方法。     

郑州市作物需水量变化特征研究

作物需水量是灌溉决策和水资源规划的重要依据,研究其变化特征对农业用水的正确决策具有重要意义.基于郑州市1955-2009年逐日气象资料,采用Mann-Kendall趋势分析法和R/S(重标极差)分析法对主要作物需水量的变化特征进行了研究.结果表明:夏玉米和冬小麦作物需水量均呈明显降低趋势.夏玉米需水主要影响因子为日照时...     

单双作物系数法计算玉米需水量的对比研究

基于云南持续干旱对水资源高效利用的要求以及研究作物需水量规律的重要性,利用低纬度高原区的云南省曲靖市的陆良站1990～1992年的逐日气象资料及历史试验资料,采用FAO-56推荐的计算作物需水量的单作物系数法和双作物系数法,计算了陆良站玉米各阶段的需水量,并和实测值进行了对比。结果表明：用单作物系数法和双作物系数法计算的玉米需水量与实测值是十分接近的;在地面覆盖度比较大的情况下,两者差别不大;总体上,两种方法计算的作物需水量具有很好的相关性。     

膜上灌作物需水量和地膜覆盖效应试验研究

1998年和 1 999年在新疆自治区乌兰乌苏农业气象实验站内进行了膜上灌条件下的覆膜棉花和玉米的需水规律及地膜覆盖效应的试验研究。结果表明地膜覆盖具有明显的增温保墒效应 ,在苗期增温效应尤为显著 ,覆膜农田地表下 5 cm、1 0 cm、1 5 cm、2 0 cm和 2 5 cm在 8:0 0、1 4:0 0和 2 0 :0 0等 3个时刻 ,苗期平均地温比露地棉田分别高 5 .7℃、3 .3℃、3 .5℃、1 .5℃和 1 .2℃。同一灌水下限条件下 ,在整个生育期内覆膜棉花、玉米耗水较未覆膜棉花、玉米分别减少水分蒸发损失 73 .6mm和 60 .1 mm。在当地气候条件、土壤质地和作物栽培方式下覆膜棉花、玉米在全生育期内分别耗水 3 74.5 mm和 3 74.81 mm,平均耗水强度为 2 .2 6mm/d和 2 .97mm/d。     

基于作物ET_p的智能灌溉控制系统实现方式

常用的时序灌溉控制器,可以通过灌水调节比例的设定,将其变成智能的灌溉控制器系统。灌水调节比例可根据现场作物的实际需水量计算后得到。根据联合国粮农组织(FAO)推荐的参考作物蒸腾量ET0、作物生长阶段的作物需水综合系数Kc,通过计算公式(2)得到作物的实时的需水量ETp。通过这个实时的需水量对应要求的灌水时间T′r与控制器上原来设定作物需水量的灌水时间Tr对比计算出调整的比例p,来实现智能化灌溉,完成灌溉控制系统的改造。这是一种智能化灌溉控制系统的实现方式。     

曲靖市水果产业比较优势与发展策略研究

本文立足曲靖市资源禀赋、区域水果产业特色及主要制约因素,重点分析3类特色水果比较优势,并围绕主导特色水果提出相应发展策略,为曲靖市水果产业可持续发展提供参考。     

沈阳地区作物需水量的预测研究

采用水量平衡法实测和模型模拟对两种作物的需水状况进行了对比研究，并对预测作物需水量的模型在本地区的有效性进行检验；目前，沈阳地区作物需水量的研究尚少，本研究对沈阳地区作物需水情况的进一步研究提供基础资料。结果表明，作物需水量的预测和实测值非常接近，相对误差和绝对误差很小，另外，对多气象因素和土壤蒸发的关系进行了拟合。得到拟用模型对沈阳地区大豆和玉米作物的需水量预测精度很高，在缺失土壤蒸发资料时，可用气象数据对其预测。     

作物需水量自适应神经网络模糊系统的设计研究

通过自适应神经网络对大量实验数据(太阳辐射、空气湿度)的学习，得到学习后的作物需水量模糊系统的隶属度函数和模糊规则，所建立的Sugeno型模糊推理系统通过与自适应技术的结合，使建立的模糊模型很好地匹配了输入数据。该模糊模型能很好地解决需水量多影响因素之间的不确定性和非线性，模型的预测精度较高，对精确灌溉和节水农业不仅有一定的理论意义，更具有巨大的实用价值。     

基于多源遥感数据和随机森林的综合旱情指标构建

利用随机森林方法(Random forest,RF)集成多源遥感数据,构建一种多因子集成的旱情状态指数(Integrated drought condition index,IDCI-RF),利用该指数对我国北部区域旱情状态进行评估。首先基于相关性分析方法选取旱情因子,然后利用RF回归方法构建IDCI-RF指数,并通过与Cubist和Bagging方法对比检验RF算法的拟合效果,最后对IDCI-RF指数的空间旱情监测精度进行验证。试验结果表明,所提出的IDCI-RF与实测SPEI-3的平均决定系数R2为0. 54～0. 68,优于Cubist和Bagging方法; IDCI-RF指数在研究区各省份均能较好地拟合实测指数,R2均在0. 7以上;大部分站点的IDCI-RF变化规律与实测SPEI-3保持一致;由IDCI-RF监测图反映的研究区旱情状态与实测SPEI-3分布特征吻合度较高,表明IDCI-RF指数在实际大范围旱情监测中具有较大的应用潜力。     

基子水分敏感指数的作物水分生态适应性评价

作物与水分的关系受到越来越多的关注.对作物水分生态适应性的科学评价有利于为制定合理的节水灌溉制度、确定适宜的灌水定额、作物布局以及种植结构调整提供依据.评价作物水分生态适应性应体现水分与作物产量的关系,基于这样的考虑.引入作物水分敏感指数(λi)的概念,并将其与作物各生育时期需水量、有效降水量合理地联系起来,计算出作物水分生态适应性度(WEAJ),以此为依据评价了北京地区冬小麦、夏玉米的水分生态适应性.结果表明:冬小麦、夏玉米的水分生态适应度分别为0.374和0.594,夏玉米的水分生态适应性强于冬小麦.评价体系综合反应了作物需水耗水特征、作物生育期内降需水平衡特征及水分与作物产量的关系,方法科学合理,适用于其他地区和作物.     

2000—2014年中国粮食主产区植被水分利用效率时空演变特征研究

【目的】实现在气候变化背景下对粮食产区农业水资源的优化配置和水分的高效利用。【方法】利用Python、ArcGIS软件和MODIS遥感估算的MOD17和MOD16数据产品,研究了中国粮食主产区(东北、内蒙古、华北、南部)2000—2014年植被生态系统水分利用效率(water use efficiency,WUE)的时空分布规律。【结果】①年WUE(以碳计,下同)整体呈上升趋势,增速为0.013 g/(mm·m2·a)(P<0.01),2个转折点分别出现在2003、2010年;②年内WUE的变化主要呈M型的双峰模式,峰值出现在4—5月、9—10月,而季节尺度上WUE的变化具有显著差异;③不同时间尺度的WUE空间分布上具有明显的异质性;④2000—2014年来全区年WUE整体呈上升趋势,其中呈上升趋势的面积占84.01%,但上升幅度以轻度、中度为主;⑤各季WUE整体呈上升趋势,但是不同季节WUE发生上升的区域位置、面积和显著性的大小都不同。【结论】在气候变化背景下,2000—2014年中国粮食主产区植被生态系统WUE呈上升趋势,且年内呈M型的双峰结构,季节和空间尺度上的分布具有显著差异。     

基于地理信息系统的水资源短缺风险评价

水资源短缺风险的直观显示是水资源风险分析和管理的重要研究内容,在分析水资源短缺风险各性能指标的基础上,提出了基于地理信息系统的水资源短缺风险评价的综合指标模型,并结合京津地区的具体情况,采用权重组合法将水资源短缺风险的模糊综合评价值、经济损失期望值、经济损失率进行叠加得出京津地区的水资源短缺风险综合评价分布图。     

基于优先级指数的土壤采样设计方法研究

建立了一种可赋权、信息传递完整、包容性强(可涵盖定性、定量两类协同因子)的基于优先级指数的土壤采样设计方法。结果表明,优先级指数采样法得到的点集所携带的信息相较于分层采样点集和随机采样点集更接近于总样本点集;协同因子的权重是优先级指数采样法的重要参数,空间分布趋势和插值误差对结果有一定的影响。研究的采样设计方法能够满足区域采样需求,提高采样效率和质量,可为其他土壤采样方案的设计提供参考。     

浅地下水对作物生长规律的影响研究

通过开展不同地下水埋深条件下冬小麦和玉米全生育期潜水蒸发试验,探讨浅埋深地下水对作物生长规律的影响,为地下水浅埋区制定灌溉制度提供参考。试验结果分析表明,不同埋深的地下水对作物的生长发育过程有着很大影响,根系生长在分蘖期和拔节期受地下水位影响较大;而冠的生长则是在孕穗期到灌浆期影响较明显;作物的腾发量也不同。     

作物对水分胁迫的响应及水分利用效率的研究进展

作物对水分胁迫的响应及水分利用效率的研究是节水农业的重要方面,为此,对水分胁迫下作物形态、生理生化响应,作物水分利用效率的内涵、测定计算方法及提高作物水分利用效率途径等国内外的相关研究进行了回顾,并在此基础上,提出了我国目前在该领域研究和应用中存在的问题.     

基于多因素影响的区域旱作物有效降水量估算

【目的】确定区域尺度旱作物有效降水量估算方法。【方法】通过分析降水、土壤和作物因素对作物有效降水量的综合影响,提出了包括冠层截留量、土壤可容水量、地表径流量、降水量和深层渗漏量等4个计算模块的作物有效降水量估算模型,采用田间尺度水量平衡方程计算值对估算模型模拟值进行验证,并分析了河北平原5个县域作物有效降水量的时空分布特性。【结果】①作物有效降水量估算模型模拟结果与农田尺度水量平衡法计算值的决定系数R2和纳什系数NSE均大于0.85,模拟精度较高;②研究区域冬小麦-夏玉米连作条件下作物有效降水量为400.03 mm,降水入渗系数为0.84;丰水年、平水年、枯水年作物有效降水量分别为419、454和355 mm,降水入渗系数分别为0.76、0.86和0.83,栾城和元氏的作物有效降水量较赵县偏高。【结论】提出的估算模型可以用来估算区域尺度作物有效降水量。     

黄土高原丘陵沟壑区多种参考作物需水量模型对比分析

利用米脂地区2000—2005年逐日气象资料,以FAO56-PM方程计算结果为标准,通过线性回归、均方根误差（RMSE）和平均偏差,在日、月及年时间尺度上分析、评价10种ET0计算模型。结果表明,除Hargreaves和Turc模型外,其他8种模型计算的日ET0值与FAO56-PM的R2均大于0.9。不同模型与FAO5...     

西辽河平原主要作物耗水量及耗水规律研究

根据联合国粮农组织推荐的Penman-Monteith公式及单作物系数法,研究了西辽河平原不同典型年的春玉米、春小麦、谷子、大豆、甜菜5种作物的耗水量及耗水规律,并分析作物生育期有效降雨量与作物耗水量的关系。计算结果表明:以一般年为例,春玉米、春小麦、谷子、大豆和甜菜的耗水量分别为501.01、427.68、464.76、443.10、500.22mm;干旱年份作物的耗水量较大,一般年次之,湿润年作物耗水量最小;作物在发育期和生育中期耗水量较大,为需水的关键时期;作物整个生育阶段有效降雨量总体上不能满足作物的耗水量,在干旱年、一般年、湿润年平均有效降雨量分别占作物生育期耗水量的40%、50%、70%左右,对作物必须进行合理的灌溉。