TRMM在海河流域南系的降水估算精度评价及其对SWAT模型的适用性

准确估算区域降水对水文过程评价和水资源管理意义重大。为评估TRMM 3B42V7降水产品在海河流域南系的估算精度及其在土壤和水评估模型(Soil and Water Assessment Tool,SWAT)中的适用性,利用28个气象站降水观测数据(2007-2016年)和101个雨量站观测数据(2010-2016年)开展研究。研究表明:站点尺度上,3B42V7降水产品对月降水估算的均方根误差小于15 mm,平均误差小于8.5 mm;在湿润季节的估算精度更好。流域尺度上,日降水估算精度较差,相关系数小于0.6。分区尺度上,3B42V7能够很好地捕捉到不同等级降水强度,但对微量降雨有所低估;山区和平原的年降水量均出现高估现象,平原区较为突出;此外,3B42V7能够较好地捕捉到研究区内极端降水的时间和空间分布。分2种情景进行水文模拟,利用月平均流量对模型进行校准和验证,在情景Ⅰ中,验证期模拟结果较好,决定系数在0.56~0.96之间,纳什效率系数在-11.09~0.94之间。TRMM 3B42V7可为海河流域及其类似区域的水资源管理提供参考。     

用SahysMod模型研究不同灌排管理情景土壤水盐动态

银北灌区是宁夏土地整治和高标准灌溉绿洲农田建设的重点区域。该区域耕荒地交错分布、土壤盐渍化严重。通过模型分区模拟,在土地整治过程中建立完整、配套的灌排系统是解决区域土壤盐渍化的有效措施。该研究以银北灌区典型区域-西大滩为例,综合考虑荒地与耕地土壤属性的空间变异性,以2015—2016年土壤盐分数据进行率定,2017年盐分数据作为验证,利用SahysMod探索在土地整治过程中不同灌排管理下未来10 a内土壤水盐动态变化。结果表明,现有灌排管理下(即灌水量为670 mm,灌溉水电导率为1.05 dS/m,排水沟深1.5 m),荒地土壤盐分在预测初期(2017—2022年)逐年升高,预测后期(2023—2027年)变化平缓;耕地土壤盐分在预测初期变化缓慢,预测后期逐年增加。加大灌水量是解决土壤盐渍化的一个重要途径,可以有效延迟耕地盐分累积到障碍水平的时间;在灌溉水电导率为0.6 dS/m情况下,未来10 a内耕地都不会受到盐害胁迫;现有灌排管理下,在2024年以后作物生长就会受到盐害胁迫,当灌溉水电导率继续增加时,作物生长受到胁迫的时间相应提前。通过土地整治,加深排水沟深度可以延迟土壤盐分达到障碍水平的时间。在整治过程中深为2.2 m的排水沟,可保证未来10 a内耕地盐分小于1.7 dS/m,区域内玉米可正常生长。研究可为在土地整治过程中的灌排管理及土壤盐渍化防治提供建议。     

基于PCA-SVR-ARMA的狮头鹅养殖禽舍气温组合预测模型

为提高狮头鹅养殖禽舍气温预测精度,提出了基于主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)、支持向量回归机(Support Vector Regression,SVR)融合自回归滑动平均(Autoregressive Moving Average,ARMA)模型的狮头鹅养殖禽舍气温组合预测模型。在建模过程中,运用主成分分析法筛选狮头鹅养殖禽舍气温的关键影响因子,消除变量之间冗余信息,约简预测模型结构;采用SVR-ARMA构建狮头鹅禽养殖舍气温组合预测模型,先通过SVR对气温进行预测,再由基于ARMA模型的残差预测值修正气温预测结果。利用该模型对广东省汕尾市2018年7月21日至2018年7月30日期间的狮头鹅养殖禽舍气温进行预测。结果表明,该组合预测模型取得了良好的预测性能,与标准BP神经网络、标准SVR、PCA-BPNN(反向传播神经网络,BackPropagationNeuralNetwork)、PCA-SVR和PCA-BPNN-ARMA等模型对比分析,其评价指标平均绝对误差、均方根误差和平均绝对百分比误差分别为0.183 2℃、0.454 0℃和0.005 9,均表明所提出的组合模型具有更高的预测效果,不仅能够满足狮头鹅养殖禽舍气温实际精准调控的需要,还为狮头鹅健康养殖和种苗繁育环境精细化管理提供决策。     

加工方式对非发酵面团小麦醇溶蛋白致敏性的影响

该研究探究了热加工(水煮、烘烤、微波、高温高压)、冷处理(液氮、速冻机速冻)和非热加工(超高静压、辐照、脉冲强光、臭氧和超声波)处理对非发酵面团小麦醇溶蛋白致敏性的影响。利用SDS-PAGE和双抗体夹心ELISA法研究各种加工处理后非发酵面团小麦醇溶蛋白的分子量和致敏性变化。结果表明:200和300 MPa的超高静压处理后,非发酵面团小麦醇溶蛋白的致敏性显著增加(P0.05),均增至125%左右;水煮、微波、高温高压、烘烤、液氮、速冻机处理、超高静压250MPa、辐照(7、13kGy)、臭氧熏蒸、脉冲强光和超声波处理均能显著降低非发酵面团小麦醇溶蛋白的致敏性(P0.05),其中以水煮、高温高压、液氮、臭氧和脉冲强光(PL-1)处理的脱敏效果最显著(P0.01),均降至60%左右。由此可知,加工方式能够显著影响非发酵面团小麦醇溶蛋白的致敏性,可作为食品中过敏原安全控制的有效手段,为脱敏食品的生产提供有效参考。进一步研究需要结合其他体内试验的评估,特别是小麦易敏人群的临床试验。     

宁南山区经济林降雨集流机理试验研究

[目的]探究宁夏回族自治区固原市原州区彭堡镇红梅杏经济林降雨集流渗灌系统的雨水收集能力,明确当地红梅杏经济林降雨分配特征,为降雨集流的定量研究和该地区集雨农业的发展提供科学依据。[方法]以当地红梅杏为研究对象,采用对比观测的方法,以天然降雨和人工模拟降雨相结合的方式,对红梅杏降雨集流过程进行观测与模拟。[结果] 2019年7—9月在彭堡红梅杏基地观测到的总计19场降雨数据,天然降雨中5 mm以下的降雨次数占到天然降雨总次数的83.3%,天然降雨与人工模拟降雨的相似系数为0.91,总体的集流率为61.29%,渗灌系统截留率为27.12%,林冠截留率为11.95%。[结论]试验地小降雨频率大,两种降雨方式具有较高相似性,降雨集流渗灌系统集流效率高,渗灌系统的集流量与降雨量成线性关系(R~2=0.995 5),集流率与降雨量成对数关系(R~2=0.693 9)。     

京津冀地区植被NDVI动态变化及其与气候因子的关系

[目的] 探究气候变化对植被覆盖变化的驱动机制,可为揭示区域乃至全球植被覆盖动态变化及其与气候变化之间的响应机制提供依据。[方法] 以MODIS NDVI,SRTM DEM,降水和气温为数据源,运用Theil-Sen Median趋势分析法、Mann-Kendall显著性检验法、R/S分析法和Pearson相关分析法等数学分析方法,结合ANUSPLIN气象插值模型,研究2001—2019年京津冀地区植被NDVI时空演变特征及预测未来变化趋势,并探究植被NDVI与降水和气温最大相关关系及时滞效应。[结果] ①2001—2019年京津冀地区植被NDVI整体呈波动上升趋势,上升速率为0.002 2/a,且未来植被NDVI呈改善趋势的面积略小于呈退化趋势的面积;②降水和气温对京津冀地区植被生长以正向促进作用为主,且降水对植被生长的作用强度高于气温;③植被NDVI对降水变化的滞后期略长于气温,京津冀地区植被生长受前3月的降水和前1月的气温影响最大。[结论] 在林业生态工程实施背景下,2001—2019年京津冀地区植被覆盖整体呈改善态势,尤以西北部为著;植被NDVI与降水和气温相关关系呈现出明显的地域差异,且植被生长相对降水和气温变化存在一定的滞后效应。     

基于GF-6卫星影像多特征优选的酿酒葡萄精准识别

多源遥感信息和特征优选是提高农作物识别精度的重要支撑,高分六号（GF-6）卫星作为首次引入红边波段的国产卫星,其丰富的光谱信息为作物识别提供了新的思路和解决途径。该研究基于宁夏回族自治区银川市永宁县2018年6月-2019年3月的GF-6数据,充分利用红边优势提取光谱特征、纹理特征和植被指数特征,构建多种特征组合方案,并根据随机森林算法对特征重要性进行度量,选取最优特征组合对酿酒葡萄进行精准识别。结果表明,与单一特征相比,多源遥感特征的增加显著改善了酿酒葡萄分类效果,其中,植被指数贡献程度最大,光谱特征次之;基于随机森林的优选特征组合分类效果最佳,其中,总体分类精度为94.15%,酿酒葡萄用户精度为94.23%,制图精度为92.59%;以实地调查的4个酒庄为验证区,将酿酒葡萄提取结果与统计数据进行对比,面积相对精度均在70%以上,其中优选特征结果相对精度在90%以上,研究结果将为国产卫星红边波段在植被分类和识别方面的应用提供数据参考。     

缓释肥侧位深施及用量对油菜产量和肥料利用率的影响

为明确红壤稻田直播油菜缓释肥（N-P2O5-K2O:25-7-8）侧位深施效果及适宜用量,该研究连续2 a在两熟制和三熟制2种种植模式下开展缓释肥侧位深施效果对比试验（设置不施肥、土表撒施和侧位深施3个施肥方式）和施用量试验（设置0、300、450、600、750和900 kg/hm2 共6个施肥水平）,研究缓释肥侧位深施及不同用量对油菜产量形成和肥料利用率的影响。结果表明,施肥方式对红壤稻田油菜产量形成和肥料利用率均有显著影响,且对两熟制油菜影响更为显著。相比传统土表撒施,侧位深施显著促进了油菜产量和肥料利用率的提高。缓释肥侧位深施明显提高了各时期油菜干物质量,尤其是显著增加了初花期至成熟期的干物质积累量,促进了花后根部与地上部干物质同步增长;促进了根系对N、P、K的吸收,提高了油菜产量和肥料利用率。菜籽产量与缓释肥用量呈线性加平台关系,适宜施肥量可保证较大的收获密度,并协同产生较多的每株角果数和每角粒数,从而提高籽粒产量、肥料利用率和经济效益。两熟制和三熟制油菜缓释肥侧位深施的适宜用量分别为715和585 kg/hm2,产量潜力可分别达2 450和1 700 kg/hm2。研究表明,侧位深施适量缓释肥可显著提高红壤稻田直播油菜生产力,建议结合机械化种植因地制宜推广应用。     

软基水闸底板脱空动力学反演模型构建与试验验证

软基水闸极易因地基不均匀沉降、渗透变形等发生底板脱空现象,传统的无损检测方法难以在水下探测底板脱空,且不具实时性,其应用还存在一定局限性。该研究基于软基水闸室内物理模型,提出了一种软基水闸底板脱空动力学反演方法。首先,基于多参数变量的底板脱空范围数学模型,改进了反映软基水闸底板脱空参数与水闸动力学参数（模态参数）之间非线性映射关系的数学代理模型;其次,以水闸多测点多阶频率和振型变化率组合作为动力学敏感特征量,建立了软基水闸底板脱空参数反演的目标函数,并基于遗传算法对目标函数进行求解。最后,建立了软基水闸室内物理模型,并在模型中设置3种不同的底板脱空工况,采用软基水闸底板脱空动力学反演方法对软基水闸底板的脱空进行反演识别与模型验证。结果表明：基于动力学参数反演识别的水闸底板脱空区域趋势和脱空面积与模型实际脱空情况吻合较好,3种工况下水闸底板脱空面积反演结果与模型实际脱空面积的相对误差分别为7.47%、6.78%、6.90%,验证了该方法的可靠性,可望为软基水闸实际工程底板脱空隐患检测提供一种新的思路。     

培肥措施对复垦土壤微生物碳氮代谢功能多样性的影响

土壤复垦是矿区生态环境恢复和耕地总量平衡及质量提升的根本要求。本研究依托山西襄垣采煤塌陷区复垦定位试验基地,采用Biolog-ECO方法和荧光定量PCR技术,研究了不施肥（CK）、单施化肥（CF）、单施有机肥（M）和有机无机培肥（MCF）4种培肥措施下复垦4年和8年土壤微生物碳代谢功能多样性及氮代谢功能基因丰度的变化特征。结果表明,随复垦年限增加,单施有机肥较其他处理可显著提高复垦土壤微生物的总碳源利用能力;不同处理复垦土壤微生物碳源相对利用率总体表现为氨基酸类>糖类>聚合物类>羧酸类>双亲化合物类>胺类,其中单施有机肥更大程度上提高了羧酸类、氨基酸类和胺类碳源的利用率;复垦年限和培肥措施没有改变复垦土壤微生物优势度指数,但有机无机配施较其他处理可显著提高香浓指数（H′）和Pielou均匀度指数;不同处理复垦土壤氮转化功能基因丰度总体表现为amoA（AOA）> amoA（AOB）>nisS、nirK> nifH,5种功能基因丰度均为以有机无机培肥处理最高,且随复垦时间增加而增加;复垦土壤有机质含量与nirS、nirK、nifH基因丰度以及AWCD值存在显著相关性,相关系数在0.707～0.807,同时5种氮转化功能基因丰度均与玉米产量存在显著或极显著的相关性,相关系数在0.824～0.949。综上所述,单施有机肥可提高土壤有机质含量,进而增强了复垦土壤碳代谢强度,有机无机培肥则更有利于复垦土壤碳氮代谢功能多样性的提升,并促进作物产量形成。