人工神经网络在冻土水盐空间变异与条件模拟中的应用比较

该文利用人工神经网络的BP模型建立了具有类似普通Kriging(OK)法和条件模拟(CS)运算目标的人工神经Kriging(NK)方法，在黄河河套平原进行了耕地和盐荒地初冻期、最大冻深期和融通期土壤水盐时空变异性的模拟和估值，通过NK法与OK法、CS法模拟、估值、检验结果及3种方法的理论变异函数、统计参数与实验变异函数的对比，结果表明NK法在消除滑动平均影响方面优于OK法，并以类似于CS法的空间变异性进行模拟，而且NK法有自身独特的优点，它不需要协方差函数的估计和变异函数的推求，对于含有一定特异值和一维到三维空间的扩展有更强的适应性，是对空间变异性应用研究方法的一种补充，同时拓宽了ANN的应用领域，具学科融合的优势。     

基于人工智能计算技术的区域性土壤水盐环境动态监测

根据区域水环境监测与评价的要求，采用人工智能计算技术的BP神经网络模型进行二维区域性土壤水盐环境动态监测，仿真计算了河套灌区内两个实验区的区域土壤水盐动态值，绘制出水盐等值线图与三维透视图，将两年的预测成果对比分析。结果表明：隆胜实验区2002、2004两年春季耕作层土壤水分平均值稳定为21.0%，电导率平均值分别为0.35 ms/cm、0.42 ms/cm，有少量积盐。沙壕渠实验区两年春季耕作层土壤水分平均值分别为25.8%、21.8%，水分减少4%，而电导率明显增加，从0.44 ms/cm增至0.66 ms/cm，土壤耕层积盐明显，值得引起重视。由于BP神经网络技术对原始数据无参数及分布要求，不涉及特异值处理问题，可消除普通克立格法的平滑效应，具有较强的非线性拟合智能，对采样系统布置无严格要求，计算程序简单实用，是对常用地质统计学Kriging传统预测方法的改进，有独特的优点，可应用于大面积土壤水盐动态监测工作。     

基于Sentinel-2影像的黄河南岸典型改良示范区土壤含盐量反演模型

土壤盐渍化严重制约农田土壤环境的循环发展,高效准确地监测土壤盐分动态变化对盐碱地改良利用具有重要意义。为及时、有效地监测盐渍化土壤含盐量,以内蒙古黄河南岸灌区的4个典型盐碱化耕地改良示范区为例,利用Sentinel-2多光谱遥感影像,同步采集示范区内表层土壤的含盐量数据,通过相关性分析筛选敏感光谱指标,基于偏最小二乘回归（PLSR）、逐步回归（SR）、岭回归（RR）3种简单机器学习模型和深度学习Transformer模型建模,最后进行精度评价并优选出最佳含盐量反演模型。结果表明：示范区土壤反射率的可见光、红边、近红外波段反射率均与土壤含盐量呈正相关,短波红外波段反射率与土壤含盐量呈负相关,引入光谱指数能够有效提升Sentinel-2遥感影像与示范区表层土壤含盐量的相关性（相关系数绝对值不小于0.32）;对比不同模型发现深度学习Transformer模型优于简单机器学习模型,验证集决定系数R2和均方根误差（RMSE）分别为0.546和 2.687g/kg;含盐量反演结果与实地结果相吻合,为更精准反演内蒙古黄河南岸灌区盐渍化程度提供了参考。     

河套灌区膜下滴灌高频施肥促进玉米生长及产量研究

2016年和2017年在河套灌区开展了玉米膜下滴灌的田间试验,研究全生育期不同施肥频率对玉米生长及产量的影响。试验采用张力计指导灌溉设置膜下滴灌不同施肥频次LF(施3次肥)、MF(施6次肥)、HF(每次灌水随水施肥2016年12次、2017年13次)和不施肥对照CK总计4个处理。结果表明:随施肥频次的增加,玉米株高、叶面积指数、干物质积累及产量显著增加。膜下滴灌少量多次的高频施肥方式通过延长玉米株高、LAI在抽雄期和灌浆期的生长活跃周期,促进茎秆向玉米籽粒的转运,提高百粒重从而获得高产。产量与叶面积、干物质、行粒数及百粒重呈极显著的正相关关系(p0.01)。本研究建议河套灌区玉米膜下滴灌的施肥方式为每次灌水随水施肥的少量多次高频施肥的管理措施,可促进玉米生长,提高肥料利用。     

过滤后黄河水对滴灌系统的影响

为探明黄河水经孔径为0.05 mm(300目)过滤器过滤后进行滴灌的可能性,模拟大田滴灌研究了黄河水滴灌条件下4种滴灌带(Nf0.72,Nf1.60,Nf2.20,Dy1.38)不同位置流量变化规律,滴灌系统平均相对流量Q_r与流量变异系数C_v、系统均匀度C_u变化规律及相关关系.结果表明:黄河水对滴头的堵塞早期呈快速发育状态,不同类型引黄滴灌系统平均相对流量随灌水次数的增加呈平缓下降—快速下降—平缓下降的规律,均在相对流量75%附近快速下降;滴头流量变异系数在系统运行初期线性增大,之后平缓变化,且与系统平均相对流量具有很好的线性关系(p<0.001);当系统平均相对流量Q_r大于75%时,滴灌系统克里斯琴森均匀度系数C_u与Ln Q_r呈线性关系(R²=0.790 9),因此,引黄滴灌系统可通过系统平均相对流量Q_r来判断系统均匀度C_u,以方便及时快速了解系统堵塞状况,以便对其运行管理进行决策.     

基于Meta-Analysis的气象与环境因素对玉米氮素利用的研究

运用Meta-Analysis法研究玉米氮肥利用与气象和环境因素的关系。结果表明,在砂质粘壤土和粉砂壤土中玉米氮素利用的响应比最大;地理纬度为39°—42°N时,玉米氮素利用的响应比最大;气象因素对玉米氮素利用的影响为:在玉米生长前2个月,降雨均匀度对玉米氮素利用的影响较气温和降雨量大,在玉米生长中期,降雨量对玉米氮素利用的影响最大;在玉米生长后期,降雨均匀度、气温和降雨量都对玉米氮素利用的响应比有重要影响。     

大型灌区节水改造后地下水动态的

以黄河河套灌区的节水灌溉工程改造为目标，通过一个试验区（沙壕渠灌域）的实际分析，在地下水动力学数值模拟基础上，用Galerkin法对节水工程实施后的地下水动态进行预测，通过更大范围（解放闸灌域）用人工神经网络BP模型的快速算法进行了检验比较认为：成果基本可靠，有一定代表性，可供河套灌区水环境评估与宏观水管理预测和决策参考。     

内蒙古河套灌区节水工程改造效果分析与评估

以内蒙古河套灌区1982—2012年长系列农业净引水量和年降水量资料为基础,运用均值分析、方差分析、相关分析、时间序列分析和生存分析等数理统计学方法,并结合内蒙古河套灌区农业种植发展进程,分析了河套灌区多年农业净引水量变化趋势与影响因素,得出年降水量(超过211.76 mm时,即丰水年)和节水工程改造分别独立地与农业净引水量呈明显负相关关系的结论。运用时间序列法预测了2013、2014和2015年河套灌区的农业净引水量分别为44.5、44.18和43.86亿m3;同时运用生存分析法预测了在灌区现有节水改造规模条件下,河套灌区农业净引水量区间为35~55亿m3,平均为45亿m3。     

微咸水滴灌条件下沙穴种植的土壤水盐二维空间分布规律

河套灌区重度盐碱土具有结构性差、导水率低的特点,且该地区淡水资源短缺,为提高土壤水入渗性能,合理开发利用微咸水资源,可在滴头下方设置沙穴并利用微咸水灌溉。为探明不同矿化度微咸水滴灌的沙穴种植条件下二维土壤水盐分布规律,采用室内50 cm×50 cm二维土槽模拟试验,设置蒸馏水(0 g/L),2.0,3.0,4.0 g/L 4种不同矿化度处理,试验历时100 h。结果表明:在深度5 cm距滴头两侧15~20 cm及滴头下方25 cm的盐碱土处,土壤含水量较高,沙土土壤含水率随着矿化度的增加而增加,盐碱土土壤含水率随着矿化度的增加呈现先增加后降低的趋势,采用3.0 g/L灌溉水滴灌时,盐碱土含水率最大(变异系数为7.64%),说明利用3.0 g/L微咸水灌溉可有效提高沙穴种植条件下土壤含水率;入渗100 h后盐分主要聚集在滴头下方25~30 cm处,沙穴结构试验中,灌溉水矿化度为4.0 g/L的情况下土壤平均电导率最大(变异系数为50.59%),水平方向盐分淋洗效果优于垂直方向,且灌溉水矿化度越低,淋洗效果越显著,蒸馏水处理脱盐率为13.99%,灌溉水矿化度为2.0,3.0,4.0 g/L时积盐率分别为7.93%,14.57%,30.05%,脱盐半径随矿化度的增大而减小,3.0 g/L与2.0 g/L积盐量差异不显著(P=0.460>0.05),与4.0 g/L处理下积盐量差异显著(P=0.024<0.05)。结合土壤水盐空间分布规律,利用3.0 g/L微咸水可提高盐碱土土壤含水率,控制沙穴种植结构土壤积盐量,提高根系层土壤保水性。     

生物炭对砂壤土氮素淋失的影响试验研究

通过室内土柱模拟试验,研究了生物炭对砂壤土的p H值、电导率及氮素淋失的影响。试验设5个生物炭添加比例,分别为0(CK)、1%(T1)、2%(T2)、4%(T3)、6%(T4)。结果表明,p H值和电导率均随生物炭添加比例的增加呈逐渐升高的趋势,其中,各处理砂壤土的电导率较CK分别提高了2.79%、10.88%、11.30%、12.50%。土壤淋溶液中氮素随生物炭添加比例的增加,呈逐渐减小趋势,氮素累积淋溶量也逐渐减小。各处理淋溶液中氮素的淋失总量较CK分别降低了2.89%、7.41%、9.50%和12.25%。研究表明,生物炭能够有效改变砂壤土的理化性质,降低氮素的淋失量,降低地下水面源污染的风险。