基于多重分形理论的再生水灌溉下土壤粒度分析

再生水灌溉是缓解水资源矛盾的有效途径,为表征再生水灌溉后土壤粒度分布(Soil particle size distribution, PSD)特性,通过室内土柱模拟试验,设置生活污水(W1)、再生水1(W2)和再生水2(W3)共计3种灌溉水质,并以自来水(W4)作为对照,采用马尔文激光粒度仪测定灌溉1 a后各处理土壤颗粒百分比,运用分形理论分析了4种水质处理下土壤PSD的分形特征。结果表明：(1)4种水质处理下土壤PSD呈单峰分布;与W4处理相比,W1、W2、W3处理下土壤黏粒含量增加0.40%～6.38%,砂粒含量降低1.58%～13.80%,土壤非均匀性增强,但各处理间差异不显著。(2)再生水灌溉下土壤颗粒呈细粒化趋势,土壤PSD多重分形参数增大,土壤PSD趋于不均匀。在0～10 cm土层,W3处理下土壤PSD多重分形参数容量维数D(0)、信息维数D(1)、相关维数D(2)和多重分形奇异谱宽Δα(q)最大,分别为0.943、0.837、0.823和1.035;在10～20 cm土层,W2处理下D(0)、D(1)、D(2)和Δα(q)最大,分别为0.943、0.851、0.852和...     

再生水灌溉对土壤表层大孔隙的影响

再生水是农业灌溉重要的水资源,但作为灌溉用水,因其所富含的营养物质含量和有害物质浓度不同,其对土壤基本物理性质及土壤内部孔隙的影响也存在一定差异,为探明不同水质再生水灌溉下土壤的退化情况,该研究进行了为期1.5a的室外大田灌溉试验,对比4种不同水质（W1：预处理后的生活污水,W2：再生水1,W3：再生水2,W4：自来水）灌溉后土壤的多项基本理化性质的变化情况,包括：pH值、电导率（electrical conductivity,EC）、钠吸附比（sodium adsorption ratio, SAR）及土壤大孔隙和大孔隙结构等。结果表明：1）再生水灌溉1.5a后与淡水灌溉相比,土壤SAR和Na⁺含量等理化指标均有一定提高,但除SAR及pH值指标有显著提高外,其他指标变化差异并不显著（P<0.05）不同水质再生水短期灌溉均不会造成表层土壤盐碱化。2）再生水灌溉后土壤的总孔隙度变化并不显著,但不同水质再生水灌溉显著增加了表层土壤的大孔隙度和大孔隙连通性（P<0.05）,较W4处理,W1、W2和W3处理的大孔隙度（等效孔隙直径D>50 μm）分别增加了120.76%、131.23%和49.69%,连通孔隙占比和连通性指数也均有所增加,但再生水灌溉也显著堵塞土壤内微小孔隙,进而影响土壤水力性质。3）土壤孔隙网络模型结果表明,再生水灌溉后土壤连通性出现了明显改善,孔隙间的连接通道数量显著提高,孔隙网络发育更加复杂,土壤透气性有所增强。综上所述,短期再生水灌溉并不会导致土壤的严重退化,但从长远灌溉发展的角度看,W1水质处理对土壤是有害的,而适当的调低水质标准,对土壤的负面影响并不显著,甚至在一定程度上改善了土壤的通气性。     

Sentinel-2多光谱卫星遥感反演植被覆盖下的土壤盐分变化

为克服植被覆盖条件下土壤盐分含量与光谱反射率之间相关性较差所带来反演精度较低的问题,该研究以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区域,利用Sentinel-2卫星同步获取光谱数据,通过构建以归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）为分支标准的盐分深度决策树确定反演土壤盐分含量的最佳深度,然后构建以NDVI和表层土壤含水率为分支标准的类别决策树,将土壤样本划分为不同类别,以此分别构建土壤盐分反演模型,并评估反演效果。研究结果表明,决策树能增强光谱反射率对土壤盐分含量的敏感性,基于随机森林（Random Forest,RF）的盐分反演模型可取得理想的反演效果,决定系数为0.70,均方根误差为0.25%,相对分布误差为0.35,相对分析误差为1.67。土壤盐分含量反演模型能较好地反演表层（<20 cm）和深层（>40～60 cm）土壤盐分含量,在反演中层（20～40 cm）土壤盐分含量上存在一定局限。当地表有植被覆盖时,利用决策树可有效地提高土壤盐分含量的反演精度（与未考虑决策树相比,决定系数和相对分析误差分别提高0.32和0.80）。研究结果可为监测灌区内作物生育期间土壤盐分含量的动态变化提供方法参考。     

基于小波特征和冬小麦生理参数的土壤水分高光谱模型优化

土壤水分是影响作物生长的关键因子,在精准灌溉中估算土壤含水率有重要意义,结合作物生理参数与叶片光谱特性,能够在一定程度上增强土壤含水率遥感监测模型的稳定性。为了提高土壤含水率遥感监测模型在冬小麦多种物候期的适用性以及迁移能力,该研究通过连续小波变换增强光谱对叶片不同生化生理指标的响应后,通过变量投影重要性分析方法对冬小麦叶片含水率、叶绿素、叶面积指数敏感的光谱特征进行特征筛选,结合偏最小二乘回归构建土壤含水率模型,并与土壤含水率所选特征建立的监测模型在独立年份数据与不同传感器之间进行比较。结果表明,土壤含水率变化显著改变了冬小麦叶绿素以及叶面积,进而影响了小麦冠层光谱,小尺度小波变换可以增强冬小麦冠层光谱和土壤含水率的相关性（相关系数由0.46提升至0.61）。综合基于地面非成像数据集和机载成像数据集进行的模型验证结果,基于叶绿素所选小波特征在2021年高光谱非成像数据集和2022年机载成像数据集构建的土壤含水率监测模型表现最优,其中基于1尺度叶绿素小波特征构建的模型效果最好,其在独立非成像数据集验证中决定系数为0.541,均方根误差为2.42%,在成像数据集验证中决定系数为0.687,均方根误差为1.92%。因此,通过冬小麦叶片叶绿素与连续小波变换选取的光谱特征进行土壤含水率监测的适用性更强,可以进一步提高土壤含水率监测模型的准确性及稳定性。     

斥水程度对脱水土壤水分特征曲线的影响

为研究斥水程度对土壤水分特征曲线的影响,该文基于滴水穿透时间法,人工配置7种斥水程度的黏壤土(L0~L6)和6种斥水程度的砂土(S0~S5),用高速离心机测定其土壤水分特征曲线,应用van Genuchten-Mualem(VG)模型进行拟合,得出VG模型水力参数。结果表明:在同一吸力条件下,斥水黏壤土的含水率比斥水砂土的高;随着斥水程度增加,在相同吸力情况下,土壤含水率随斥水程度增大而减小;斥水黏壤土的残余含水率随着斥水程度增加而减小,斥水砂土S0~S3的残余含水率没有差异,S4、S5的残余含水率显著减小;斥水黏壤土和砂土进气值的对数与斥水剂添加量呈负线性相关;随着斥水程度增加,田间持水率减小,凋萎系数没有明显差异,重力水增加,有效水和易有效水减小,易利用水比例随着斥水程度增加而减小;对于斥水黏壤土,微孔隙(0.3~5μm)和小孔隙(5~30μm)含量随着斥水程度的增加明显减小,土壤空隙(≥100μm)随着斥水程度的增加急剧增加;对于斥水砂土,中等孔隙(30~75μm)的含量随斥水程度的增加明显增加。该研究成果可为斥水土壤的入渗、蒸发和数值模拟提供理论支持。     

侵蚀黑土逐层沉积结构异质性及其对温室气体排放的影响

为探究沉积区不同沉积层次结构及理化性质差异对温室气体排放的影响,该研究取典型侵蚀黑土进行粒级沉降分选,将颗粒由粗到细分成6个粒级（L1～L6),并按不同泥沙迁移情景,将粗细颗粒依次逐层沉积,形成6种不同深度和层次结构的沉积土柱（S1～S6）：S1仅由最粗粒级L1组成,S6则由L1～L6从粗到细、自下而上依次逐层沉积而成。将不同土层结构土柱进行恒温恒湿培养,并监测CO₂、N₂O和CH₄的排放速率。结果表明：1）不同沉积土层孔隙度由L2层的23.79%减少至L6的1.00%,而含水率则由L2层的11.16%增加到L6层的41.02%。2）碳氮含量集中分布在L2～L4层。3）7 d培养期间,温室气体平均释放速率总体随沉积层数增加而显著降低（P<0.05）,也表现为气体通量并未随着沉积土层增厚而增加。逐层沉积过程使得粗细颗粒分离,粗疏颗粒在下层优先沉积,而细密颗粒在上层堆叠,致使孔隙度和气体相对扩散系数随颗粒自下而上随逐层沉积而逐渐降低,仅1.5 cm厚的细密沉积层便可有效抑制温室气体向土表排放。该研究通过颗粒沉降分选和逐层沉积,从细观过程刻画沉积分层和掩埋效应对温室气体排放的影响,对深化沉积环境温室气体排放机理具有重要意义。     

覆膜对无人机多光谱遥感反演土壤含盐量精度的影响

快速、准确地获取农田土壤盐分含量对指导合理灌溉及盐渍土的治理有重要意义。该文以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域内的覆膜耕地为研究对象,利用无人机多光谱相机获取研究区内5月和6月的多光谱遥感数据,并同步采集区域内表层土壤含盐量数据,研究覆膜对无人机多光谱遥感图像反演农田土壤盐分含量精度的影响。利用支持向量机(support vector machine,SVM)、反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)和极限学习机(extreme learning machine,ELM)3种机器学习方法,分别构建去膜前后基于原始光谱反射率和优选光谱指数的土壤含盐量估算模型。结果表明,去膜前后的各模型均可有效估测土壤盐分含量,但基于去膜处理后的数据构建的盐分含量估算模型精度较不去膜处理的有所提升,同时,基于光谱指数构建的盐分含量估算模型精度比基于光谱反射率构建的模型精度高;利用ELM构建的盐分含量估算模型在6月份预测效果最佳,其中基于光谱反射率和光谱指数的建模R2和RMSE分别为0.695、0.663和0.182、0.191,验证R2和RMSE分别为0.717、0.716和0.171、0.169。研究结果可为无人机多光谱遥感估算覆膜状态下的农田土壤盐分含量提供参考。     

基于3S技术和蚁群算法的灌区渠系优化配水

【目的】建立基于3S技术和蚁群算法的灌区渠系优化配水模型,解决目前灌区配水管理中的被动配水和信息采集方法落后等问题。【方法】以冯家山水库北干十一支灌区为研究对象,采用RS/GPS技术获得灌区作物的种植结构、面积及灌区土壤含水率等信息,将这些信息输入GIS系统中,再根据灌区不同位置的土壤墒情,以斗渠为计算单元,通过GIS系统计算各斗渠的实际需水量,最后按各出水口"定流量、变历时"的轮灌运行方式建立优化模型,通过蚁群算法对模型进行求解。【结果】获得了各出水口在灌区实际需水量条件下的最优配水组合方案,算法简单、收敛性好。【结论】基于3S技术和蚁群算法的灌区优化配水,使现有的一些配水数学模型可以发挥更大的作用,使计算结果更接近实际。     

草莓高架扦插穴盘育苗技术

针对呼和浩特市草莓本地化种苗亏缺以及存在质量问题的现状,引进了新型种苗繁育技术,即高架扦插穴盘苗繁育技术,并从苗圃的选择建立、高架育苗母株栽培管理、子苗穴盘扦插与管理、壮苗标准、病虫害防治等方面进行了总结。新型育苗技术减少了用工量,降低了管理难度,解决了草莓苗病害严重、成活率低、繁殖系数低、出苗不整齐等问题。     

棉花无土育苗技术存在的问题及解决办法

棉花无土育苗是一项新型棉花栽培技术,应用前景广阔,本文结合实际,系统地分析了该项技术存在移栽成活率不稳定,缓苗期长,高产稳产性差,未简化除草等问题,并有针对性地提出了解决这些问题的有效方法.