BP神经网络方法在土壤墒情预测中的应用

利用多年实测土壤水分资料和气象资料,建立了考虑多个因素如:外界气象因素及土壤特性、作物生长等对土壤墒情影响的BP人工神经网络模型。应用结果表明:所建立的模型具有较好的预测效果;用BP人工神经网络建立土壤墒情预测模型的方法是可行的。     

内蒙古地区玉米农田土壤墒情动态预测模式

根据多年实际观测资料,在土壤水分平衡参数模拟方法的基础上,利用初始土壤有效水分贮存量、降水量和实际蒸散量三要素,建立了０ｃｍ～５０ｃｍ土层的土壤水分动态预测模式,提出了玉米农田土壤墒情评估方法。通过１０个区域的试用,土壤水分预测准确率在８０％左右,墒情预测准确率可达９０％以上。     

西辽河平原土壤墒情的空间变异性与大面积区域预测预报研究

本文运用地质数学、土壤科学与水科学的交叉和综合理论，在充分考虑土壤水资源信息分布的随机性和结构性的基础上，将新兴的地质统计学理论与经典统计学理论结合用于水—土科学。利用土壤水资源信息的地质学结构特征，对大面积土壤墒情区域分布预测；在模糊聚类分析基础上，利用ＣＡＭＳ系统绘制土壤墒情区域最优分布图。完成了西辽河６５１００ｋｍ２范围内的大面积土壤墒情区域预测与利用土壤水动力学原理对不同时期（季节）的土壤墒情的区域预报。为灌区土壤水分监测预报与抗旱排涝决策和防灾抗灾提供宏观决策依据。     

基于季节特征的土壤退墒模型建立与率定

利用河南省南阳市2011—2015年12个墒情站的土壤水分监测资料,分析研究了无增墒情况下土壤含水量消退规律,构建出基于不同季节(夏季、春秋季与冬季)的土壤含水量与衰减系数的数学模型,运用规划求解法率定模型参数,并利用2016—2017年资料对模型进行检验。结果表明,不同季节土壤水分衰竭系数模型分别为α=1.023(1-ω~2/4353)~(1/2)(夏季)、α=1.013(1-ω~2/7005)~(1/2)(春秋季)与α=1.008(1-ω~2/9303)~(1/2)(冬季),所建立的数学模型适用于南阳市相应季节壤土与粘壤土小麦、水稻与休闲地土壤旱情预测,但不适用于夏季与春秋季砂土特别是休闲地砂土土壤墒情预测。     

甘肃黄土高原土壤水分预测及旱情预警模型研究

2006年天水农业气象试验站在自然状态下进行了土壤水分的消退试验,根据试验数据,揭示了土壤水分的消退规律.结果表明,从最适宜土壤湿度的上限开始,土壤含水量随时间的消退为对数曲线.从最适土壤水分含量的上限到下限需5 d时间,土壤失水速度为13.4 mm/d;从轻旱上限消退至严重干旱需20 d时间,土壤水分散失速度为3.9 mm/d.在此基础上建立了100 cm土层土壤含水量的预测模型及土壤干旱预警模型,经不同降水年型土壤水分实测值的检验表明,土壤含水量预测模型准确率较高,土壤干旱预警模型在预测不同程度的土壤干旱时准确率比较高,有一定实用性.     

农田土壤墒情预报研究现状及不同预报方法的对比分析

土壤墒情预报是实施农田土壤水分有效调控的基础和前提。回顾总结了国内外土壤墒情预报研究发展的历史和现状,并对几种预报模型进行了重点对比分析。在此基础上,对现有研究中存在的问题及发展趋势和今后研究的重点进行了展望。     

基于EM38电导率仪土壤水分探测研究

通过在内蒙古农牧交错带退耕地开展EM38电导率仪监测实验,结合土壤水分观测系统及土壤样品分析,探测土壤水分。结果表明：土壤水分与土壤表观电导率（[WTBX]ECa[WTBZ]）具有显著相关性（[WTBX]r=0.822**, P[WTBZ]<0.01）,两者的变化趋势一致;同时,验证了表观电导率的深度响应函数,指出土壤水分可近似替代土壤电导率对土壤表观电导率的贡献,即土壤水分是决定土壤表观电导率变化的主要因素。建立土壤水分与土壤表观电导率间的线性回归模型并进行模型验证,模型预测结果较可靠（[WTBX]R2=0.65[WTBZ]）。EM38电导率仪探测退耕地土壤水分具有可行性,探测结果可为揭示农牧交错带土壤水文过程及土壤-植被系统演化过程提供方法与数据支持,并为该地区土壤管理提供科学的决策依据。     

沙区旱作农田作物垄沟种植下土壤水分动态观测——太仆寺旗油菜种植试验结果

在沙区旱作农田设计了4种种植油菜的垄沟种植试验,观测了其与传统平作下的土壤重量含水率。野外对比观测表明:在油菜生长季内,垄沟种植下土壤的水分含量高于传统平作,尤其在地表0~30cm的耕作层;土壤水分在生长季内呈“双峰双谷”型波动特征,可分为“墒情恢复期———缓慢耗墒期———墒情恢复期———迅速耗墒期———墒情恢复期”五个阶段,迅速耗墒期与油菜的旺盛生长期一致,而该时段垄沟种植下土壤重量含水率较高;在同一深度土层,垄沟种植下土壤水分的变异系数小于传统平作,土壤水分季节速变层和活跃层厚度小,稳定层靠近地表,土壤干湿波动较小。该试验研究可以为调整沙区旱地耕作方式,优化土地利用结构及风蚀防治提供参考。     

基于MODIS干旱指数与RBFNN方法的江苏冬小麦需水关键期土壤水分遥感监测应用

利用遥感指数反演土壤水分已成为监测干旱的重要手段之一，而单一的遥感干旱指数对于反演土壤水分存在一定局限，本研究从7种不同MODIS遥感干旱监测指数中选取适宜的5种并结合径向基函数神经网络（RBFNN）协同反演江苏省2018年冬小麦需水关键期的土壤相对湿度。结果表明：与单一的遥感干旱指数相比，协同RBFNN的遥感干旱指数反演的模型效果更好，与10 cm和20 cm深度的实测土壤相对湿度的相关系数分别达到0.5161和0.4307，能综合多种通道的遥感信息反映当地土壤水分的变化；同时研究利用RBFNN对2017年5月江苏冬小麦10 cm深度土壤相对湿度进行反演，得到的土壤相对湿度分布图与实测土壤墒情结果较为接近，说明利用RBFNN反演模型有效。研究结果提高了土壤湿度的反演精度，为当地农业干旱的实时监测提供了新思路。     

河北省冬小麦干旱预测技术研究

本研究以河北省冬小麦干旱综合监测模型为基础,对其包含的土壤相对湿度指数、作物水分亏缺距平指数、降水量距平指数进行未来10天的预测,建立冬小麦干旱预测模型;应用2001年、2008-2010年唐山、涿州、定州、黄骅、深县、栾城、南宫、肥乡8个站气象和土壤墒情资料,以农田土壤水分平衡方程为依据,对0 ～ 50 cm、0～20 cm土壤相对湿度预测结果和冬小麦干旱预测模型模拟结果进行检验.结果表明:0～50 cm土壤相对湿度相对误差在10％以下的站点占73％,在10％ ～ 15％的占12％,在15％以上的占15％;0～ 20 cm土壤相对湿度相对误差在10％以下的站点占68.4％,在10％ ～ 15％的占13.7％,在15％以上的占17.9％;干旱预测模型预测准确率为77.8％,如果以预测结果与监测结果相差一个干旱等级为正确,则干旱预测与监测结果完全一致,干旱预测模型可满足业务应用的需要,但干旱预测模型预测准确率依赖于降水预报的准确率.     

应用粒子滤波同化条件植被温度指数的土壤水分估测

为了准确地获取2013—2015年关中平原冬小麦主要生育期土壤含水量(0~20 cm)的时空信息,基于Landsat-8遥感数据反演条件植被温度指数(CVTI),并结合CVTI和实测土壤水分间的线性相关性构建土壤水分反演模型。应用粒子滤波(PF)算法同化基于CVTI反演的和CERES-Wheat模型模拟的土壤水分,得到以天为步长的土壤水分同化值,利用土壤水分实测值分别检验土壤水分模拟值、反演值和同化值的精度。结果表明,CVTI和实测土壤水分间的线性相关性显著,尤其在小麦拔节期和抽穗~灌浆期,其相关性达到极显著水平(P0.01);土壤水分同化值和实测值间的线性相关性(r=0.96,P0.001)大于土壤水分模拟值和实测值间的相关性(r=0.71,P0.01)以及土壤水分反演值和实测值间的相关性(r=0.89,P0.001);土壤水分同化值的均方根误差(RMSE)和平均相对误差(MRE)比土壤水分模拟值的RMSE和MRE分别降低了0.025 cm~3·cm~(-3)和2.70%,比土壤水分反演值的RMSE和MRE分别降低了0.016 cm~3·cm~(-3)和4.15%,同化过程提高了时间序列土壤含水量的估测精度。因此,基于CVTI和PF算法能够较为准确估测关中平原小麦主要生育期的土壤含水量。     

基于生物量的土壤水分动力学模型研究进展

土壤水分是农作物生长发育的基本条件和农作物产量预报的基本参数,土壤含水量的多少和空间分布,能有效反映作物当前的生长状况,以及研究区域的干旱情况.利用遥感技术监测土壤水分,具有实时、动态、大面积的优势.随着土壤水分动力学的发展,如何将两者结合起来,建立较少依赖于非遥感数据的模型,实现土壤水分的大面积监测,是监测土壤水分的...     

黄土高原坡面刺槐林土壤水分生态位特征分析

通过定位观测并引入土壤水分生态位适宜度,以刺槐林根系分布作为土壤水分生态位权重,对黄土高原刺槐林不同地理位置、不同坡向和不同时期土壤水分生态位进行了分析.结果表明:由南向北,土壤水分生态位递减,淳化刺槐林土壤水分生态位为97.5%,可满足刺槐生长,米脂刺槐林土壤水分生态位为53.2%,林木生长较大受水分的限制;在不同坡向间刺槐林土壤水分生态位表现为阴坡最高,阳坡最低,在生长季节,刺槐的生长受土壤水分的制约,半阴坡和半阳坡介于二者之间;在年内,春旱及春末旱,导致土壤储水量减少,7月初土壤水分生态位降到最低.随着林龄和林木密度的增加,土壤水分生态位降低,保持适当的林分密度,可实现林木的正常生长.     

多尺度标准化降水指数的ARIMA模型干旱预测研究

采用关中地区39 a的月平均降水量数据,计算了该地区不同时间尺度的标准化降水指数(SPI)值,运用ARIMA模型对SPI序列进行分析建模,并进行12步预测。结果表明,ARIMA模型对所有时间尺度的SPI 3、6、9序列可进行精度在10%以下的1步预测,对SPI 12、24序列可进行平均精度在10%以下的9步预测,说明ARI-MA模型较适合SPI 3、6、9序列的短期预测,适合SPI 12、24序列的长期预测。     

One-dimensional horizontal infiltration experiment for determining permeability coefficient of loamy sand

A knowledge of soil permeability is essential to evaluate hydrologic characteristics of soil, such as water storage and water movement, and soil permeability coefficient is an important parameter that reflects soil permeability. In order to confirm the acceptability of the one-dimensional horizontal infiltration method(one-D method) for simultaneously determining both the saturated and unsaturated permeability coefficients of loamy sand, we first measured the cumulative infiltration and the wetting front distance under various infiltration heads through a series of one-dimensional horizontal infiltration experiments, and then analyzed the relationships of the cumulative horizontal infiltration with the wetting front distance and the square root of infiltration time. We finally compared the permeability results from Gardner model based on the one-D method with the results from other two commonly-used methods(i.e., constant head method and van Genuchten model) to evaluate the acceptability and applicability of the one-D method. The results showed that there was a robust linear relationship between the cumulative horizontal infiltration and the wetting front distance, suggesting that it is more appropriate to take the soil moisture content after infiltration in the entire wetted zone as the average soil moisture content than as the saturated soil moisture content. The results also showed that there was a robust linear relationship between the cumulative horizontal infiltration and the square root of infiltration time, suggesting that the Philip infiltration formula can better reflect the characteristics of cumulative horizontal infiltration under different infiltration heads. The following two facts indicate that it is feasible to use the one-D method for simultaneously determining the saturated and unsaturated permeability coefficients of loamy sand. First, the saturated permeability coefficient(prescribed in the Gardner model) of loamy sand obtained from the one-D method well agreed with the value obtained from the constant head method. Second, the relationship of unsaturated permeability coefficient with soil water suction for loamy sand calculated using Gardner model based on the one-D method was nearly identical with the same relationship calculated using van Genuchten model.     

短期增温下青藏高原多年冻土区植物生长季土壤水分的动态变化

以青藏高原腹地典型高寒草甸植被类型为研究对象,采用红外灯加热的方法模拟全球增温,并利用水分探头,于2012年植物生长季（5—9月）获取0~100 cm不同土层深度土壤水分含量数据,并分析其对增温的响应。结果表明：① 短期增温对高寒草甸土壤水分含量有提高作用,但增幅并不显著（P>0.05）,平均提高2.85%。② 土壤水分含量随土层深度的增加呈现先减少后增加的趋势,在10~20 cm土层深度处降为最低值13.8%,在60~100 cm土层深度附近达到了20.57%的最高值;对照组5个月10~20 cm土层深度的土壤水分含量显著低于其他土层,而增温组0~20 cm土层深度的土壤含水量显著低于其他土层深度,表明增温对表层（0~10 cm）的土壤含水量影响较大,对深层土壤含水量的影响则较小,而且短期增温不会对土壤水分的垂直分布趋势产生影响。③ 土壤水分含量随时间的变化,在5—8月呈上升趋势,表明在青藏高原北麓河地区植物生长季,8月是其土壤水分含量最充足的月份,到了9月土壤中含水量开始降低,但5个土层深度降幅均不明显;增温组土壤水分含量随时间的变化趋势与对照组基本一致。     

杨凌区浅层土壤水分与深层土壤水分的关系研究

通过测定陕西杨凌区不同灌水条件下冬小麦的土壤水分变化,研究了浅层土壤水分与深层土壤水分的关系。结果表明:土壤含水量随土层深度的加深,呈先上升,后下降,又上升的变化趋势。在自然降水或灌溉条件下,土壤水分的变化程度随土层深度的增加,呈剧烈—缓和—剧烈—缓和的趋势。表层20、30、40、50 cm各土层含水量分别与0~150 cm各土层含水量的相关性较好,并且土层相邻越近,其相关性越好,说明由表层土壤含水量来推算深层土壤含水量是可行的。基于Biswas土壤水分估算模式,由表层30~40 cm的含水量来推算0~100 cm各土层含水量的精度较高,由表层20 cm的含水量来推算100~150 cm各土层含水量的精度较高。总灌水量及灌水次数对含水量的影响,直接影响到估算模式参数的取值及估算精度。     

有机质对黄土善土持水性与水肥效应的影响

黄土高原南部台塬地区有机质对土壤含水量的影响试验研究表明土壤水势相等时,随着土壤有机质含量提高,土壤水分含量增加。土壤水分能量(土壤水势)水平不同,有机质对土壤水分含量的效应值不同,在土壤水势为-40～-50kPa时,有机质对土壤水分含量的效应值最大,土壤水势大于-40kPa小于-50kPa,有机质对土壤水分含量的效应值逐渐变小;在不同土壤含水量条件下,土壤肥力(土壤有机质含量)与水势呈显著负相关,其直线斜率值能更好反映土壤水肥效应状况,并随着土壤含水量的降低,土壤水肥效应值增大,在低肥力土壤中,增施有机肥土壤水肥效应值增加最为显著。     

南疆棉田实际蒸散量的计算模式

在田间试验基础上，采用常规气象与土壤湿度资料，运用数理统计方法建立了南疆棉田实际蒸散量的计算模式。结果表明：土壤湿度系数Kw与相对有效土壤含水率Aw具有直线相关性；计算值与实测值相比较，计算效果较好。     

黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤水分分析

采用定位监测法,对地处黄土丘陵区的延安燕沟不同植被类型下土壤水分状况进行了对比分析。结果表明:农林草地土壤水分剖面(0~4 m)存在显著差异,平均土壤含水量由高到低依次为:旱农坡地>草地>柠条灌丛>果园>黄刺玫灌丛>刺槐,与旱农坡地对照分别相差2.04%、2.27%、4.75%、4.8%和5.68%;刺槐、柠条和黄刺玫的土壤水分垂直分布呈现较一致的趋势,表现为上层水分高于下层且差异显著,水分较明显的分界点在100cm左右,其100 cm以上平均土壤湿度分别为10.12%、13.58%和11.89%,100 cm以下分别为8.79%、12.16%和9.07%;同时,不同植被类型下土壤剖面低湿层不同,乔灌地低湿层深度较农地和草地深;土壤水分剖面形态与分层特征受植被利用影响作用显著。