黑土区玉米地作物信息多重分形与多尺度相关特征研究

为揭示黑土区玉米地作物信息的时空变异机理,在东北农业大学香坊实验基地选取48 m×48 m区域,利用多重分形和联合多重分形理论,研究作物信息的多重分形特征、不同时间作物信息以及不同作物信息之间的多尺度相关特征。结果表明,黑土区玉米叶绿素含量的多重分形特征不明显,茎粗和株高的多重分形特征较明显。随时间变化,造成叶绿素含量、茎粗空间变异的局部信息有所差异,引起株高空间变异的局部信息一致,叶绿素含量、茎粗、株高的空间变异性分别先降后增、先降后增、逐渐减弱。单一尺度和多尺度上,不同时间叶绿素含量之间、茎粗之间、株高之间的相关程度均有明显差异;叶绿素含量之间、茎粗之间的相关程度排序均有所差异,株高之间的相关程度排序相同。随时间变化,单一尺度和多尺度上不同作物信息之间的相关程度均有明显差异,且相关程度均逐渐降低。与单一尺度相比,多尺度上,叶绿素含量之间、茎粗之间、不同作物信息之间的相关程度增大,株高之间的相关程度有增有降。     

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。     

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。     

土壤特性与Philip入渗公式标定因子的空间变异性关系

以在杨凌地区的土壤野外垂直入渗试验为基础,利用标定理论对Philip入渗方程进行标定,用多重分形法和联合多重分形法定量分析了标定因子和土壤物理特性多尺度下的空间变异性及空间相关性,并构建了标定因子的土壤转换函数.研究表明：算数标定因子的标定效果最优;研究区域内的标定因子和各土壤物理特性具有多重分形特征,在单一尺度上和多尺度上,标定因子和沙粒质量分数的空间变异性较强,不同尺度区间上的高值信息对其空间分布影响较大,而粗粉粒质量分数的空间变异性由不同尺度区间上的低值造成;单一尺度上,标定因子与有机质质量分数和黏粒质量分数的相关性具有统计学意义,在多尺度上,标定因子与土壤容重、黏粒质量分数和有机质质量分数的相关性具有统计学意义;基于联合多重分形建立的标定因子的土壤转换函数的预测效果比较理想,具有较强的理论基础和理论价值.     

秸秆还田下土壤水分时间稳定性与玉米穗质量的相关性

为揭示黑土区秸秆还田条件下农田土壤水分时间稳定性与玉米穗质量的相互关系,基于TDR法测得的土壤含水率(2017年6—9月)及称量法测得的玉米穗质量,在确定秸秆还田条件下农田土壤水分时间稳定性特征的基础上,量化分析其时间稳定性与玉米穗质量在单一尺度和多尺度上的相关特征。结果表明:随土层深度增加,土壤水分时间稳定性逐渐增强,且较深土层(40～60 cm、60～80 cm)土壤含水率较高的测点时间稳定性较强;随土层深度变化,土壤水分代表性测点有所不同,利用代表性测点土壤含水率可确定研究区域土壤最低含水率、最高含水率和平均含水率等信息,可为土壤水分估算与调控提供科学指导;时间稳定性与穗粒质量、穗轴质量相关程度随土层深度的变化趋势在单一尺度和多尺度上不同,大部分土层土壤水分时间稳定性与穗粒质量、穗轴质量的多尺度相关程度均大于单一尺度相关程度。多尺度相关分析能更深入地确定土壤水分时间稳定性与穗质量的相互关系,进而为深入揭示土壤水分对作物产量的影响机制提供理论依据。     

基于EMD方法的土壤入渗空间异质性及其影响因素研究

利用经典统计学方法和经验模态分解方法(EMD),分析了杨凌区、武功县和乾县临平镇一带0~40cm土层土壤物理性质(初始含水率、体积质量、有机质、颗粒组成)和入渗性能(90min累积入渗量、初始入渗率、稳定入渗率)的空间变异性,研究了EMD分量对变异的贡献率,并进一步对多尺度下土壤入渗性能与土壤物理性质进行了相关性分析。结果表明:1土壤物理特性空间序列中,除土壤体积质量变异系数为0.08、表现为弱变异外,含水率、颗粒组成及有机质均表现为中等变异,变异系数为0.11~0.35;2对于土壤入渗特性,稳定入渗率、90min累积入渗量和初始入渗率均表现为中等变异,且三者变异程度依次减弱;3EMD分解研究发现:小尺度分量对土壤入渗性能总变异的贡献率比大尺度分量高;不同的土壤物理性质对土壤入渗性能的影响随尺度变化。     

土壤中硝态氮的空间变异研究

对10 m×10 m面积内的100个土壤样点取样分析其硝态氮含量,用地质统计学中的区域化变量理论和半方差函数分析,研究结果表明2种含水率土壤中硝态氮含量在一定范围内均具有空间变异性,属于中等程度变异;硝态氮含量的半方差随着取样间距的增加而增加,最后趋于稳定,存在着空间变异结构,对其进行拟合,确定其变异程度及空间相关尺度。     

小麦拔节期农学参数和土壤含水量空间统

选取山东省陵县的小麦试验示范基地作为样区,采用GPS定位调查,获取田间21个样点的土壤和小麦植株样品,运用TDR300测定样点土壤含水量,利用SPAD502叶绿素仪测定采样点拔节期小麦植株叶片的叶绿素含量,获取小麦干物质产量信息.基于地统计学原理,结合空间分析技术,探讨了小麦叶绿素含量、干物质产量等农学参数信息和土壤含水量的空间变异特征.研究结果表明,土壤水分和小麦叶绿素含量的空间变异呈强的空间相关性,结构性因素引起的空间变异分别占到总变异97.3%和81.3%.小麦干物质产量具有中等程度的空间变异性,由结构性因素引起的变异占到总变异的50%.土壤含水量、小麦叶绿素含量Kriging插值空间分布呈现明显的片状和斑块状特点,小麦干物质产量Kriging空间分布具有明显的带状分布特点.     

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...     

猕猴桃果园不同采样密度下土壤含水率空间变异性研究

为揭示小区尺度乃至微尺度土壤含水率的空间变异性,在杨凌地区猕猴桃果园选取40 m×40 m区域,并在此基础上再以8、2 m为间距进行网格划分,基于经典统计学和地统计学理论,对不同采样密度条件下0~60 cm土层土壤含水率的空间分布特征及其空间变异性进行了研究。结果表明,对于40 m×40 m(L)、8 m×8 m(M)和2 m×2 m(S)3种尺度,0~60 cm深度各土层土壤含水率在水平方向上的变异强度表现为弱变异至中等(偏弱)变异,且随尺度减小和土层深度增加而减小,且所有取样点处0~60 cm深度内土壤含水率在垂直方向上的变异强度表现为弱变异至中等(偏弱)变异。在3种尺度中,土壤含水率存在强烈的空间相关性,表征土壤含水率空间分布形态的半方差函数因尺度不同存在较大差异,L尺度可采用球状和指数模型,M尺度可采用线性模型,S尺度可采用高斯、指数、线性模型。L尺度合理取样数较实际少,而M和S尺度合理取样数较实际多,对于3种尺度,基本表现出0~30 cm土层合理取样数较实际多、30~60 cm土层合理取样数较实际少,表明取样点的合理性分布有待进一步优化。由于地形原因导致当地果园内南北侧土壤含水率空间分布存在较大差异。     

不同土层土壤水分特征曲线的空间变异及其影响因素

利用多重分形和联合多重分形方法,对陕西杨凌地区0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数的空间变异性及其影响因素进行了研究.结果表明:0～20 cm和20～40 cm土层参数α都具有明显的多重分形特征,空间变异性较强,且分别是由低值和高值分布引起的;参数n和θs的多重分形特征不明显,空间变异性较弱.0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数与土壤物理特性的相关特征并不完全相同,在观测尺度上,0～20 cm土层参数α与Sand、Silt显著相关,参数n与Sand、SOM显著相关,θs与Sand显著相关;20～40 cm土层参数α与SOM显著相关,参数n和θs都与Sand、Silt、SOM显著相关;在多尺度上,0～20 cm土层参数α与Sand、Silt的相关程度最高,20～40 cm土层参数α与BD、SOM的相关程度最高.     

鲜食玉米机械化脱粒效果影响因素

采摘收获期的鲜食玉米果穗,测量其物理性状。设定影响因素,通过包切式鲜食玉米脱粒机进行脱粒试验,验证果穗物理性状特征与脱粒效果的相关性。试验数据证明,果穗大小端直径差是影响机械脱粒效率、芯轴残留率和子粒含杂率的主要因素,子粒含水率主要影响子粒机械破伤情况。      

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。     

基于温度植被干旱指数的土壤水分空间变异性分析

【目的】深入探讨区域土壤水分空间变异及其尺度效应,优化灌区尺度土壤水分采样精度,并提供合理采样方案。【方法】以人民胜利渠灌区为研究区,利用Landsat 8遥感影像,构建了温度植被干旱指数,根据其与土壤水分的相关关系获得研究区土壤水分分布。利用经典统计学和地统计学分析方法对2种尺度下土壤水分分布进行了空间变异性分析。【结果】不同尺度土壤水分服从正态分布,随着研究尺度和分辨率的增大,土壤水分的空间变异系数逐步增大;地统计学分析表明小尺度的块金基台比(C0/(C0+C))小于0.25,具有较强的空间相关性,而灌区尺度的块金基台比大于0.25小于0.75,具有中等强度的空间相关性。灌区尺度所选不同分辨率下土壤水分的变异系数、变程以及块金基台比变化很小。【结论】人民胜利渠灌区尺度土壤水分的获取不适宜用插值法,比较适宜用遥感法。