遥感在农业面源污染中的应用研究

遥感作为农业面源污染的重要研究方法,主要是因为遥感具有尺度大、效率高、可重复性强、经济性好等一系列特有的优点,遥感与传统的研究方法相结合具有实际的应用。介绍了遥感在农业面源污染监测、估算和评价以及预报预测中的研究应用。遥感在农业面源污染监测中的应用主要体现在利用遥感对农业面源污染进行调查、农田水体污染和农田土壤污染进行监测。利用遥感来获取农业面源污染中的水文、土地、地形、气象和农业生产活动5大类重要数据,对水环境进行监测和评价主要是通过水体及其污染物的光谱特性,遥感对农田的地表光谱进行观测,能够了解农田土壤污染的来源、性状和程度。而遥感与模型和GIS结合能够对农业面源污染进行定量估算,也能够对农业面源污染内部的复杂规律进行评价研究,"3S"技术在农业面源污染模型中的集成应用,使得模型和各种管理措施两者能够相结合,用于非点源污染的预测预报,为治理农业面源污染提供了有力的依据。     

遥感信息应用于水分胁迫条件下的华北冬小麦生长模拟研究

由于初始土壤水分、灌溉量等变量的空间分布不易获得,区域尺度水分胁迫条件下作物生长模拟存在一定难度。本文在WOFOST模型本地化和区域化的基础上,采用调控型方法,重点探讨了利用MODIS数据反演的地表蒸散在大范围内估算土壤水分平衡过程中的参数或变量初始值,以实现水分胁迫条件下作物模型区域模拟的可行性。2002年模拟结果显示,引入遥感信息优化获得初始土壤有效含水量、返青期生物量及抽穗期灌溉量后,土壤水分的模拟效果得到改善;32个农业气象试验站点模拟产量的相对均方根误差（RRMSE）由0.63降至0.20;华北冬小麦模拟产量的空间分布与实际产量分布更加接近,产量低估的情况得到较好改善;河北、河南、山东3省平均产量的模拟误差分别为－4.9%、4.3%和8.6%。初步结果表明,结合卫星遥感信息通过优化方法在大范围内估算作物模型的相关参变量,以实现水分胁迫条件下作物模型的区域应用是行之有效的。     

玉米渍水模拟模型研究及验证

作物模拟模型是研究作物生态生理过程的新工具,尽管还不完善,但是具有广泛的应用前景.本研究在试验的基础上,根据MACROS模型和文献资料组建了玉米水分模拟模型,加强了模型在渍水方面的功能.经验证,模型能较好地反应我国南方地区玉米的生长发育过程和土壤水分运动,可以用于渍害易发地区的玉米生产研究.并以杭州市为例,应用模型     

水稻生长模型研究进展

简单介绍了作物生长模型发展历史,重点介绍了水稻生长模拟模型的发展历史,阐述了当前水稻生长模型的应用情况。水稻生长模型基于水稻的生长机理,在未来气候情景模拟、区域化模拟、优化栽培及气象灾害影响评估中的应用已取得了较好成果。随着时代的进步,对模型模拟研究提出了新的需求。针对模拟模型当前的应用情况,提出了未来发展的几点建议对策,以期为作物生长模型在今后的农业生产实践中起到指导作用。     

SCS模型在紫色土坡地降雨径流量估算中的运用

为了合理利用紫色土流域的水土资源,对紫色土坡地的降雨产生的径流量进行模拟,为农田非点源污染物输出模拟提供科学依据。此次试验地位于四川盆地中部,独特的紫色土资源与亚热带气候的最佳组合成为四川农业的主体区域,运用SCS模型计算试验小区在2005年的三场降雨产生的径流量,通过校正Ia和CN参数,小区计算值和实测值的误差分别为6.46%,10.22%和8.40%,得到了可信度较高的结果,同时说明了SCS模型在估算紫色土流域径流量的可行性。     

玉米产量形成模拟模型研究

根据“物质—能量转化—能量平衡”理论及作物生理生态学和农业气象学的基本原理,以田间试验数据和搜集相关区试资料为基础,借助计算机模拟技术和数学物理方法等手段,首先建立了玉米群体光合生产动态模拟模型,模型考虑了光合作用、呼吸作用、同化物向各器官的分配及干物质积累等主要生理过程,然后以此为基础,建立了玉米产量形成模拟模型。利用江苏省大面积栽培品种掖单13和苏玉9号的田问试验数据和区试资料对产量模型进行验证,结果表明,模型具有较好的模拟精度。     

利用RZWQM-CERES模拟华北平原农田土壤水分动态及其对作物产量的影响

农业系统模型是农业生产多元目标优化管理的重要工具,但由于系统模型过程复杂,参数众多,校正和验证工作一直是模型研究的重点和难点.本文利用RZWQM(Root Zone Water Quality Model)与CERES(Crop Envi-ronment Resource Synthesis)的结合模型RZWQM-CERES模拟土壤水分及作物产量进行了参数优化和验证,结果表明,RZWQM-CERES在禹城站和栾城站模拟不同灌溉处理土壤贮水量与测定值呈相似的变化趋势,均方根差(RMSE)分别为2.38～2.70 cm及3.49～3.73 cm;作物产量模拟结果与实测值对土壤水分的响应趋势一致(R2=0.83***,n=22),其中在禹城站模拟小麦和玉米产量的RMSE分别为550 kg hm-2和580 kg hm-2,栾城站模拟小麦产量的RMSE为670 kghm-2.以上结果表明RZWQM-CERES可作为华北平原模拟和分析土壤水分对作物产量影响的有效工具.本文初步建立了一套适合华北平原作物生产的模型参数,为利用RZWQM-CERES建立农田水分优化调控策略奠定了基础,并探讨了模型评价过程中应注意的问题.     

基于生态系统过程耦合的农业管理信息系统的分析与设计

对农业管理信息系统与生态过程模拟模型耦合进行了有益的探索,提出构建与生态过程耦合、基于空间信息的农业管理信息系统的设想,为农业管理和生态过程模拟模型在空间区域上的应用提出了一种有效、直观的解决方案。通过系统分析、系统设计及其功能实现技术的研究,采用SuperMap作为开发平台,利用二次开发语言开发了与生态过程耦合的农业管理信息系统(TES_AGRDSS)。该系统充分利用了地理信息系统（GIS）的强大功能,将各种信息进行综合、抽取,实现了单个模型内部的属性数据和空间数据的双向连接,以及不同模拟模型之间数据的双向连接与耦合,使得生态模拟模型在区域上的应用、生态过程模型与农业管理模型的耦合成为可能,为土地利用的管理与决策提供了强有力的帮助。     

利用RZWQM-ERES模拟华北平原农田土壤水分动态及其对作物产量的影响

农业系统模型是农业生产多元目标优化管理的重要工具,但由于系统模型过程复杂,参数众多,校正和验证工作一直是模型研究的重点和难点。本文对RZWQM (Root Zone Water Quality Model)与CERES (Crop Environment Resource Synthesis)的结合模型RZWQM-CERES模拟土壤水分及作物产量进行了参数优化和验证,结果表明,RZWQM-CERES在禹城站和栾城站模拟不同灌溉处理土壤贮水量与测定值呈相似的变化趋势,均方根差(RMSE)分别为2.38~2.70 cm及3.49~3.73 cm;作物产量模拟结果与实测值对土壤水分的响应趋势一致(R² = 0.83^***,n = 22),其中在禹城站模拟小麦和玉米产量的RMSE分别为550 kg hm^-2和580 kg hm^-2,栾城站模拟小麦产量的RMSE为670 kg hm^-2。以上结果表明RZWQM-CERES可作为华北平原模拟和分析土壤水分对作物产量影响的有效工具。本文初步建立了一套适合华北平原作物生产的模型参数,为利用RZWQM-CERES建立农田水分优化调控策略奠定了基础,并探讨了模型评价过程中应注意的问题。     

面源污染估算模型研究进展

为厘清面源污染估算模型演变历史,探讨模型的发展趋势,在系统调研大量面源污染研究文献基础上,详细梳理国内外面源污染模型研究至今的过程,归纳出面源污染模型研究过程中产生的模型类型,对国内外各种模型利用的研究成果进行了简单分析,同时评述了各种模型的特点和适用范围。通过对模型的比较与应用需求,认为面源污染模型中SWAT与输出系数模型的应用较为广泛,根据研究区的实际状况选择并改进面源污染模型是研究面源污染的趋势。     

Establishment of a crop evapotranspiration calculation model and its validation

In order to contribute knowledge on the method used to calculate the actual crop evapotranspiration, soil, crop, atmosphere, and water spatial structure were integrated into a complete system. Based on the energy balance equation and aerodynamic equation, the meteorological data was reduced and the crop physiological parameter was increased, then the crop evapotranspiration calculation model under natural conditions was derived. The crop evapotranspiration calculation model was verified by the water balance formula using data generated from corn, potato, and flue-cured tobacco grown under field conditions for three consecutive years from 2017 to 2019. The results showed that: from 2017 to 2019, the average root mean square error for measured and calculated evapotranspiration of corn, potato, and flue-cured tobacco at different growth times were 0.5948, 0.4753, and 0.3326, respectively, the mean deviation, mean absolute error, and mean relative error were small, and the coefficient of determination and consistency index were both greater than 0.9100. The measured and calculated crop evapotranspiration of the selected crops increased at first and then decreased gradually as the crops matured, and finally decreased to harvest evapotranspiration, showing a parabolic trend. The crop evapotranspiration calculation model not only reflects the actual evapotranspiration of crops at different growth time but also reflects the change law of actual crop evapotranspiration. The model does not need the correction of soil moisture content, irrigation method, and crop coefficient and can directly calculate the actual crop evapotranspiration. It has the characteristics of consistency between the calculated value and the measured value, strong applicability, simple calculation process, and high accuracy and has the best effect on monitoring soil moisture and crop water shortage sensitivity. The model is significance in that it guides for monitoring soil moisture, determining actual crop evapotranspiration, crop water shortage index, and high yield and efficiency under water-saving conditions.     

基于SEBAL模型的北京市日蒸散发区域分布规律

为了对北京市地表水转换过程中的分量-蒸散发进行定量研究,基于Landsat7 ETM+遥感影像信息并结合气象数据,通过ERDAS构建了SEBAL模型,并通过模型计算得到北京市2014 年7 月26 日的平均蒸散发为2.49 mm,同时利用彭曼公式和MOD16 产品数据对SEBAL 反演结果的可靠性进行验证。结果表明,通过SEBAL 模型计算得到的蒸散发与彭曼公式法和MOD16 数据产品的误差分别为3.2%和3.3%,其结果具有一定的可靠性,且通过Landsat7 数据反演具有数据获取便捷、空间分辨率高的优点。通过对比各区域蒸散发分布,得出北京市蒸散发整体呈现西北山区高、东南平原低的趋势,西北山区林草植被覆盖率较高是导致这一趋势的主要原因。通过统计分析,水域的蒸散发最高,硬化面积及建筑物的蒸散发接近于0,在除去水体及硬化面积后,蒸散发的大小与NDVI呈现极显著的正相关关系,两者的决定系数达到0.9233,故下垫面类型是影响某一时刻区域蒸散发大小的主要因素之一。     

农田蒸散量模型构建及蒸散状况分析

笔者以辽宁省为例,利用1981~2002年间18个代表站点常规气象资料与土壤湿度观测资料,建立了不同供水条件下农田蒸散量的模拟模型,计算了自然条件下的农田蒸散量的变化。结果表明,辽宁省农田蒸散量年内呈单峰形变化,峰值出现在玉米抽雄开花期。农田蒸散量区域分布中间高四周低,趋势与自然降水分布不一致。农田蒸散量年际间呈波动性变化,多水年农田蒸散量明显高于正常年,90年代辽宁中部、辽东、辽南、辽北地区农田蒸散量呈逐年上升趋势,辽西地区农田蒸散量呈逐年下降趋势。     

旱作春玉米农田Priestley-Taylor模式参数的变化

Priestley-Taylor(PT)参考作物蒸散(ET₀)估算模式系数(α)的本地化研究,对于确定水资源高效利用的半旱地农业生产措施及精准灌溉具有非常重要的意义。本文以FAO(1998)推荐的Penman-Monteith (PM)参考作物蒸散估算方法为标准,采用涡度相关技术并根据气象数据信息,监测半干旱气候条件下旱作春玉米农田尺度水、热交换传输过程,以分析Priestley-Taylor模式参数α的变化特征并确定其本地化估算参数值。结果表明,年时间尺度变化过程中高海拔半干旱气候条件下根据PT模式推荐系数α=1.26确定的参考作物蒸散量(ET_{0-PT 1.26})估算值,在11月至来年4月份非作物生长季期间平均偏低21.2%,在5月至9月份旱作春玉米生育期内平均高于PM模式的参考作物蒸散量(ET_0-PM)估算值5.5%,研究站点旱作春玉米生长季本地化适宜的PT模式系数α值为1.15±0.06。在季节变化过程中,旱作春玉米农田近正午时刻实际PT模式系数平均值呈单峰型变化趋势,春玉米抽雄抽穗开花期达到高峰,平均值为0.67±0.08,苗期最低,仅为0.26±0.13,全生育期平均值为0.50±0.21。若要在半干旱气候地区根据PT模式准确估算参考作物蒸散量,需进行PT模式参数的本地化研究。     

甘肃省麦积山景区生态需水特征研究

为了探讨研究麦积山景区水分变化特征,为景区水资源的开发利用提供依据。运用麦积山景区内多年土壤湿度资料及气象资料,对景区内生态需水特征进行分析。结果表明,麦积山景区内年实际需水量为678×10⁶m³,土壤含水占21%,蒸散量占79%;最小生态需水定额为480×10⁶m³,土壤含水占16%,蒸散量占84%;最小适宜生态需水定额为624×10⁶m³,土壤含水占18%,蒸散量占82%。降水量为614×10⁶m³,可消耗水中水分盈余78×10⁶m³。降水量大于蒸散量的年份占76%。自21世纪80年代以来,蒸散量呈线性增加趋势。一年之中,6—10月降水量大于蒸散量,11—12月、1—5月降水量小于蒸散量,蒸散需水靠土壤水调节。春季降水量与蒸散量相差较大,对瀑布、溪流等有一定影响。     

辽宁省 1981—2010年潜在蒸散量的变化及生态需水分析

为了能够实时了解辽宁各地区的土壤水分盈亏量,建立辽宁生态需水分析系统,从而科学指导人工增雨作业,利用辽宁省55个站1981-2010年逐日的降水量、风速、气温、气压、相对湿度、日照时数、最低气温、最高气温等气象资料,采用Penman-Monteith模型计算了潜在蒸散量,分析了辽宁地区潜在蒸散量的时空变化趋势和特征。结果表明：近30年来,辽宁省各站点潜在蒸散量的年际变化整体呈下降趋势;四季变化中,夏季潜在蒸散量最大,春季和夏季相差不大或略大于夏季,秋冬季较小;空间分布特征表现为自西向东递减。     

昌吉地区作物生长季潜在蒸散量变化特征及影响因子

本文探究昌吉地区1963—2020年作物生长季蒸散量变化特征,为该地区水资源优化管理、作物合理布局、农业灌溉规划以及水资源开发利用提供依据。根据昌吉地区8个气象站点1963—2020年的气象数据,采用Thornthwaite法、气候倾向法、M-K检验法、小波分析法分析潜在蒸散量的时空变化特征,结合相关分析探讨气候因子对其影响。结果表明：（1）在时间尺度上,昌吉地区作物生长季潜在蒸散量增加趋势显著,变化率为2.3 mm/10 a,多年平均值为876 mm;8个气象站点潜在蒸散量都呈现增加趋势;（2）在空间尺度上,昌吉地区作物生长季内潜在蒸散量由西向东呈递减趋势。整体呈先减少后增加的变化趋势;（3）西部在2009年、中部在1994年、东部在2013年发生突变,昌吉地区突变发生在1997年,中部和昌吉地区突变早于西部和东部;周期变化显示,昌吉地区作物生长季潜在蒸散量有3.7~4.2年变化周期;（4）影响昌吉地区作物生长季潜在蒸散量主要因素是气温,其中最低气温逐年升高导致潜在蒸散量逐年增加的贡献最大,其他气候因子的变化对潜在蒸散量起着削弱作用。     

土壤水分对长柄扁桃生长特性及蒸散发的影响

以1年生长柄扁桃幼苗为材料,通过盆栽控水试验的方法,设置土壤含水量分别为田间持水量的50%~75%（轻度干旱胁迫）、75%~100%（对照）和100%~125%（水涝胁迫）,研究不同土壤水分胁迫对长柄扁桃幼苗生长特性及蒸散耗水规律的影响。结果表明,水分胁迫对长柄扁桃幼苗生长及蒸散耗水具有明显影响,长柄扁桃蒸散耗水量随水分胁迫程度的加剧呈下降趋势。轻度水分胁迫有利于长柄扁桃株高、基径、叶面积及新枝数的生长,但叶片衰老较快。水涝胁迫在一定程度上有利于长柄扁桃叶面积及基径的生长并能减缓叶片衰老,但不利于株高及新枝数的增加。综合分析认为,轻度水分胁迫是长柄扁桃幼苗生长的适宜土壤水分含量。     

1961—2018年呼伦贝尔市潜在蒸散时空变化特征及其气象因子的响应

本文旨在研究呼伦贝尔市1961—2018年潜在蒸散的时空变化,以期为当地气象生态研究提供基础的理论依据。基于呼伦贝尔1961—2018年16个气象站观测数据,采用趋势分析、M-K突变检验及偏相关系数等方法,从年、季节和年代际尺度分析了呼伦贝尔58年潜在蒸散量的时空变化特征及其原因。结果表明：（1）1961—2018年,呼伦贝尔年平均潜在蒸散量变化在320~771 mm,整体上呈现条带状自东北向西南、东南两个方向递增;夏季潜在蒸散量平均值最高,其次为春季和秋季,冬季最低;（2）年均潜在蒸散以2.3 mm/a的速率增加,并在1998年发生突变,之后增加趋势更加明显;（3）西南部呼伦贝尔草原区和岭东农业区增加趋势明显高于中部大兴安岭林区;（4）呼伦贝尔潜在蒸散的变化主要与风速、水汽压和相对湿度呈现负相关,和平均气温、气压呈现正相关;影响年潜在蒸散的主要因子为相对湿度和平均气温。结合潜在蒸散变化趋势,有针对性的合理规划水资源,对该地区生态环境评估及环境变化有重要的意义。