河套灌区土壤水溶性盐基离子高光谱综合反演模型

为了提高野外高光谱反演土壤水溶性盐基离子的精度,以河套灌区永济灌域盐渍化土壤为研究对象,构建了基于光谱变换、特征波段、特征光谱指数筛选以及支持向量机(SVM)的机器学习相结合的高光谱综合反演模型。结果表明,经预处理的原始光谱反射率与土壤离子相关性总体较低,最大相关系数仅为0.18,原始光谱反射率与土壤离子的相关系数由大到小依次为Ca~(2+)、SO_4~(2-)、Mg~(2+)、全盐量、Na~++K~+、Cl~-。全盐量、Na~++K~+、Cl~-、SO_4~(2-)、Ca~(2+)、Mg~(2+)的光谱最优变换形式分别为(1/R)″、(1/R)″、(lnR)'、(lnR)″、R'、(lnR)″,敏感波段(P0.01)数分别为41、7、9、65、76、28个,利用逐步回归法在敏感波段中筛选出特征波段,基于特征波段建立的回归模型中各离子的决定系数R~2平均值为0.35,均方根误差RMSE平均值为0.87 g/kg,其中SO_4~(2-)拟合精度最高,R~2为0.52,Ca~(2+)拟合精度最低,R~2仅为0.20。将特征波段代入光谱指数中,结合逐步回归法确定了Mg~(2+)特征光谱指数为3个,全盐量特征光谱指数为2个,Na~++K~+、SO_4~(2-)、Ca~(2+)特征光谱指数分别为1个,与仅考虑特征波段的回归模型相比,特征波段+特征光谱指数结合后各离子回归模型的R~2平均提高了58.67%,RMSE降低了24.60%,其中SO_4~(2-)拟合精度最高,R~2为0.74,RMSE为0.47 g/kg。考虑了特征波段+特征光谱指数的SVM模型相比仅考虑特征波段的SVM模型,其预测能力有了明显提高,各离子相对分析误差(RPD)平均提高了110.27%,训练集R~2平均提高了37.54%,RMSE平均降低了40.12%,验证集R~2平均提高了56.04%,RMSE平均降低了39.39%。SO_4~(2-)的RPD达到3.000,模拟效果最优,具备很好的预测能力;全盐量模型具有很好的定量预测能力,Mg~(2+)模型可用于评估或相关性方面的预测,Na~++K~+、Ca~(2+)的模型具有区别高低值的能力。     

覆盖对盐渍土壤冻融特性与秋浇灌水质量的影响

在河套灌区进行不同覆盖措施秋浇田间冻融试验,研究其对盐渍土壤冻融特性及秋浇灌水质量的影响,试验设5个处理,分别为秸秆覆盖量0.9kg/m2(F0.9)、秸秆覆盖量0.6kg/m2(F0.6)、玉米整秆覆盖(YZ)、地膜覆盖(DM)、未覆盖(CK)。研究表明:覆盖秋浇后,不同地面覆盖的输热能力对地层的热响应有着不同的影响,不同覆盖影响了土壤冻结融化推进过程,改变了土壤冻结深度对气温负积温的响应关系,通过初步确定冻结期冻土深度与负积温变化的定量关系,可用气温负积温来判断和预测冻结期内土壤冻结深度的变化。从冻融期结束后春玉米播期的土壤水、盐、热3方面综合考虑不同地面覆盖对秋浇灌水质量的影响,各覆盖处理均较CK显著提高了春玉米播期0~10、0~40和0~120cm的土壤储水量,但覆盖使得土层0~20cm土壤含水率偏高,不利于春玉米播种及出苗。覆盖处理均较CK显著降低了表层0~10cm及耕层0~40cm土壤含盐量,整秆覆盖YZ的控盐效果最好。地膜覆盖下春玉米的适宜播期较CK提前了7d,而秸秆覆盖较CK延后了6~7d。覆盖措施显著提高了玉米的出苗率,处理YZ与F0.9出苗率显著高于F0.6和DM。     

建筑回填土中再生水灌溉对草坪草生长及土壤理化性质的影响

为探明建筑回填土条件下草坪草种植的适宜性以及再生水灌溉对草坪草生长和土壤理化性质的影响情况,选用黑麦草为试验对象,通过室内盆栽试验的方式,设置清水灌溉、再生水灌溉、清水—再生水交替灌溉3个处理,研究了呼和浩特市建筑回填土灌溉再生水对草坪草生长及土壤理化性质的影响。试验发现:(1)与清水灌溉相比,清水—再生水交替灌溉、再生水灌溉下的草坪草生长速率分别增长了23%,34%。(2)各处理草坪草在质地、盖度、均一性方面的得分表现为:再生水灌溉清水-再生水交替灌溉清水灌溉,但差异性不显著(P0.05)。(3)到观测结束期时,再生水、清水—再生水交替灌溉下的土壤全盐量较对照组分别增加了8%,3%。(4)不同灌溉水质条件下黑麦草对土壤重金属的富集具有差异性,土壤中重金属含量有增有减。试验结果表明,再生水灌溉对草坪草的生长速率有很明显的促进作用,草坪草的颜色在再生水灌溉下要显著优于其他处理(P0.05)。同时,对试验土壤及草坪草的后期分析能够发现,短期内再生水灌溉下的土壤不会对草坪草产生盐害,土壤也均未受到污染,可见短期内建筑回填土下使用再生水灌溉草坪草是可行的。     

农田硝态氮淋溶规律对不同水氮运筹模式的响应

为探明不同水氮运筹对淋溶水中NO_3~--N时空分布特征以及施氮量和灌水定额对NO_3~--N淋失量的影响,进而制定安全有效的水氮运筹模式。试验采用裂区设计,主区为灌水定额,设置3个水平,分别为525(W1),750(W2),975(W3)m~3/hm~2。副区为施氮量,设置5个水平,分别为0(N0),80(N1),160(N2),240(N3),320(N4)kg/hm~2。每个灌水定额下有5种施氮量处理,共15个处理。并于2014—2015年连续2年进行田间试验。采用多孔PVC法和土钻法采集水样和土样,测定淋溶水中NO_3~--N浓度并计算NO_3~--N淋失量。结果表明,0—40cm埋深内,对比第1次灌水前后NO_3~--N浓度发现,随着施氮量的增加,W1水平下NO_3~--N浓度2年的平均增幅远低于W2和W3水平下NO_3~--N浓度2年的平均增幅。随着灌水定额的增加,N1、N2水平下的NO_3~--N浓度平均增幅远低于N3、N4水平下的NO_3~--N浓度平均增幅。NO_3~--N浓度平均增幅最大的为52.5%的W3N3。NO_3~--N浓度平均值最高的为8.29mg/L的W3N4。与0—40cm埋深内的各处理相比,40—80cm埋深的各处理NO_3~--N浓度整体下降,但整个生育期内淋溶水中NO_3~--N浓度的变化趋势与0—40cm埋深内相一致。80—120cm埋深内,施氮量、灌水定额以及两者的交互作用对NO_3~--N淋失量的影响呈极显著。当灌水定额一定时,2014年、2015年2年的NO_3~--N淋失量随着施氮量增加而递增,淋失率随着施氮量的增加而减少;当施氮量一定时,NO_3~--N淋失量及淋失率均随着灌水定额的增加而递增。鉴于根层内需要充足的NO_3~--N以被作物吸收,并保证NO_3~--N淋失量对地下水的污染在可控安全范围内,故推荐W2N3为适用于当地的水氮运筹模式。     

基于SHAW模型的内蒙古河套灌区秋浇节水灌溉制度

根据内蒙古河套灌区秋浇节水与土壤盐渍化防治的需要,利用SHAW模型模拟确定了不同盐渍化土壤合理的秋浇节水灌溉制度。结果表明：对于轻度盐渍化土壤,秋浇定额一般为142～183 mm,秋浇时间为9月28日－10月23日;对于中度盐渍化土壤,定额应该为180～200 mm,时间在10月14日－18日;对于重度盐渍化土壤,一般不种小麦,而种葵花等耐盐作物,定额为200～225 mm。因此,对于该灌区应该根据不同的土壤盐渍化程度,合理地安排秋浇。     

节水灌溉技术研究综述

节水灌溉理论研究越来越深入,节水灌溉技术也越来越成熟,但对于其广泛推广还存在一系列难题。节水灌溉研究由最初的灌水均匀度、灌溉效率、田间灌溉水储存率等方面的研究到现在的与作物生长机理、田间灌溉微环境研究相结合,本文归纳总结了众多学者对节水灌溉理论、灌水方法、节水技术的研究,特别对灌水方法的研究进展进行了较详细的综述,针对节水灌溉技术推广存在的问题,提出了自己的观点及解决该问题应采取的措施。     

不同程度盐渍化农田下玉米产量对水氮调控的响应

为探究玉米产量对不同程度盐渍化农田水氮调控的响应规律,通过田间试验,在3种盐渍化农田(S1,0. 247 d S/m; S2,0. 839 d S/m; S3,1. 286 d S/m)上设置3个灌溉量(W1,150 mm; W2,225 mm; W3,300 mm(常规灌溉量))和3个施氮量(N1,172. 5 kg/hm~2; N2,258. 8 kg/hm~2; N3,345 kg/hm~2(常规施氮量)),结合模型模拟研究了不同盐渍土条件下玉米产量对水氮调控的响应。结果表明:灌水显著影响S1、S2和S3玉米产量,产量随着灌水量的增加呈先增后降的变化趋势。施氮显著影响S1、S2和S3玉米产量,S1和S2上的产量随施氮量的增加先增后降,而S3上的产量总体呈现逐渐减少趋势。随着土壤盐渍程度的加重,水氮交互效应对产量影响增大。水氮交互对S1玉米产量影响不显著(P 0. 05),W2N2较W3N3、W3N2减产4. 41%、6. 56%(P 0. 05),非盐渍土在水分较好和氮素适宜时才可得到较大产量,但适度节水控氮不会显著减产。水氮交互显著影响S2玉米产量(P 0. 05),W2N2产量显著高于其余水氮处理(P 0. 05),中度盐渍土需供应适宜水氮。水氮交互极显著影响S3玉米产量(P 0. 01),W2N1产量显著高于其余水氮处理(P 0. 05),重度盐渍土在适宜水分和较少供氮时才可得到较高产量。经模型寻优得到河套灌区玉米节水节氮高产的水氮用量为:非盐渍土,灌水量253. 74～286. 26 mm,施氮量267. 65～318. 85 kg/hm~2;中度盐渍土,灌水量233. 25～268. 17 mm,施氮量225. 22～272. 56 kg/hm~2;重度盐渍土,灌水量196. 94～243. 06 mm,施氮量179. 15～223. 35 kg/hm~2。     

河套灌区不同盐分含量土壤对向日葵生长的影响

通过对河套灌区不同盐渍化土壤进行的田间试验,分析了在不同生育阶段盐分水平对向日葵生长和产量的影响.可知向日葵各个生育阶段对盐分的反应并不相同.苗期对盐分较敏感,作物各生育指标对盐分的响应很大.现蕾期土壤中适量含盐,作物对苗期受盐分影响有补偿性生长.全生育期土壤盐分含量高于5mg·g-1时,严重抑制作物生长,最高减产率可达45.52%.     

盐渍化灌区水盐田间尺度时空分布及关联分析

【目的】分析干旱盐渍化灌区非饱和-饱和带水盐的时空分布特征及其内部关联度,为内蒙古河套灌区盐渍化防治提供理论依据。【方法】运用经典统计学和地质统计学方法,分析了内蒙古河套灌区隆胜试验示范区作物播种前、生育期、收割后土壤水盐的时空变异特征,并利用灰色关联分析对不同地下水埋深条件下的土壤含水量、土壤含盐量、地下水埋深和地下水矿化度进行了交叉综合排序。【结果】内蒙古河套灌区隆胜试验示范区在播种前、生育期、收割后的土壤含水量和地下水埋深均呈中度偏弱变异性,而表层(0~40cm)土壤含盐量和地下水矿化度均呈中度偏强变异性。表层土壤含水量、含盐量均表现出北高南低的空间分布趋势,地下水埋深呈北浅南深趋势,地下水矿化度分布为西北高东南低。对不同地下水埋深条件下的水盐因子进行关联度分析发现,当地下水埋深年均值为1.5m时,对地下水埋深关联度最大的因子为土壤含水量(关联度为0.726 1),土壤含水量、土壤含盐量和地下水矿化度均以地下水埋深为最大关联因子(关联度依次为0.724 0,0.683 2,0.643 2);在地下水埋深年均值为2.0m条件下,各因素间灰色关联度达到相对平衡状态;当地下水埋深年均值为2.5m时,土壤含盐量与土壤含水量、地下水埋深与地下水矿化度互为关联度最大的因子。【结论】建议采取合理措施降低研究区北部地下水埋深,防止区域土壤盐渍化加剧。