基于高光谱和BP神经网络的玉米叶片SPAD值遥感估算

为了进一步提高玉米叶绿素含量的高光谱估算精度,该文测定了西北地区玉米乳熟期叶片的光谱反射率及其对应的叶绿素相对含量（soil and plant analyzer development,SPAD）值,分析了一阶微分光谱、高光谱特征参数与 SPAD的相关关系,构建了基于一阶微分光谱、高光谱特征参数和 BP 神经网络的 SPAD 估算模型,并对模型进行验证;再结合主成分回归（principal component regression,PCR）、偏最小二乘回归（partial least squares regression,PLSR）以及传统回归模型与 BP 神经网络模型进行比较。结果表明：SPAD 值与一阶微分光谱在763nm 处具有最大相关系数（R=0.901）;以763 nm 处的一阶微分值、蓝边内最大一阶微分为自变量建立的传统回归模型可用于玉米叶片 SPAD 估算;将构建传统回归模型时筛选到的光谱参数作为输入,实测 SPAD 值作为输出,构建 BP 神经网络模型,其建模与验模 R2分别为0.887和0.896,RMSE 为2.782,RE 为4.59%,与其他回归模型相比,BP 神经网络模型预测精度最高,研究表明 BP 神经网络对叶绿素具有较好的预测能力,是估算玉米叶片 SPAD 值的一种实时高效的方法。     

安徽省参考作物蒸散模型参数化

模型参数优化是准确估算参考作物蒸散(reference crop evapotranspiration,ET0)的关键问题之一。该研究基于安徽省81个地面气象站点1961—2011年逐日气象数据和合肥、武汉、南京、杭州和南昌5个辐射站1993—2011年的逐日辐射数据,评估日尺度的净长波辐射、气压和水汽压模型在安徽地区的适用性;并结合已有研究获得的最优逐日太阳辐射参数化估算模型,建立安徽省本地化逐日ET0模型的最优参数化方案,探讨模型参数优化对ET0估算的影响。结果表明:7种净长波辐射估算参数化方案中,邓根云法的精度最高,在安徽地区的适用性优于其他方案,建议作为安徽本地化方案使用;FAO56 Penman-Monteith公式中推荐的气压估算模型和基于实测平均气温和相对湿度估算水汽压的模型在安徽省基本适用,但该研究认为在资料能够获取的情况下直接使用实测值为最优。与基于实测资料计算的ET0相比,该研究建立的本地化最优模型估算的ET0在日、月和年尺度上的相对误差分别为15.5%、9.05%和6.12%,能较好地适用于安徽地区。FAO56 Penman-Monteith公式推荐的参数化方案由于高估了安徽地区的太阳辐射,低估了净长波辐射,导致其与基于实测资料计算的ET0值相比,在日、月和年尺度上高估ET0达40.0%以上,不推荐安徽地区直接使用。研究可为安徽省准确估算作物需水量、农业旱涝评估和合理调度水资源等提供依据。     

重采样方法对DEM数据质量的影响

[目的]针对在数字地形分析的实际应用问题,利用重采样方法得到的DEM数据精度,旨在分析不同的重采样方法对所获得的DEM数据质量的影响。[方法]从数据误差的角度,以陕西省绥德县窑家湾沟流域的以全数字摄影测量得到的DEM数据为基准,计算并比较利用重采样方法得到的DEM的数据误差。[结果]无论采用何种重采样方法,得到DEM数据质量均未得到提高,其高程误差的空间分布与重采样方法相关,地形变化剧烈的地方,误差较大;中误差的大小则取决于重采样方法与原始格网尺寸。[结论]最近邻法得到的重采样DEM数据的中误差最高,三次立方卷积法的最小,双线性内插法则略高于三次立方卷积法。     

华北平原不同降水年型和作物种植模式下的产量和耗水模拟

华北平原是中国重要的粮食生产基地,在国家粮食产业中地位较高,但长期灌溉造成了华北平原地下水资源的严重亏损,地下水位持续下降。该研究利用APSIM模型对华北平原1986－2015年不同种植模式下的产量和耗水情况进行模拟研究,为华北平原调整作物种植模式、农业水资源管理以及农业发展政策的制定提供科学依据。研究结果表明：APSIM模型能够较好地模拟冬小麦和夏玉米的生育期、产量及水分利用特征,其中生育期模拟结果的误差在5 d之内,产量、ET和下渗量模拟结果的R2均在0.84以上,表明该模型在华北平原具有较好的适用性;在华北平原地区,冬小麦-夏玉米一年两熟种植模式（M2Y1）年均产量（13 445 kg/hm2）最高,但耗水量（724 mm）也是最大,水分亏损（233 mm）最为严重;一年一熟种植模式（M1Y1）年均耗水量（534 mm）较小,水分亏损量（43 mm）最少,但产量（9 215 kg/hm2）较低;两年三熟种植模式（M3Y2）兼顾产量和耗水,在保证一定产量的前提下减少了耗水量,产量耗水综合效果最好,适合在华北平原推广实行。此外,该研究对栾城站丰水年、平水年和枯水年等不同降水年型下的3种种植模式产量耗水特征进行了对比分析,研究表明在华北平原降水资源对于作物生长有重要意义,年降水量越大,作物产量越高,水分亏损量越少。     

基于深度置信网络的农用地基准地价评估模型

该文针对现有基准地价评估模型主观性较强及精度不够等问题,提出了一种基于深度学习思想的农用地基准地价评估方法,构建了样本特征集合与地价标签集合的深层网络结构映射关系,并以广东省普宁市农用地基准地价评估为实例,验证了模型的可行性和有效性。结果如下：1）与神经网络、支持向量机这类浅层学习模型相比,深度置信网络模型其对地价的拟合精度要高出3.61%,3.12%;2）在训练样本只有300时,深度置信网络模型对地价的拟合误差为16.43%,比神经网络、支持向量机模型的拟合精度最少要高出6.76个百分点;3）深度置信网络模型对单个样本的运算时间及内存占用比神经网络、支持向量机模型都要高,但在评估精度都达到95%左右的情况下,深度置信网络模型所需训练样本较少,支持向量机训练时间为193 s,而深度置信网络模型耗时187 s,两者耗时基本持平;4）基于DBN模型对耕地评估单元的地价测算结果,将将普宁市耕地评估单元划分为5级,然后利用面积加权法求取对应的级别基准地价范围为21.34～26.23元/m2。上述试验结果表明该方法在对样本点地价的评估精度上要优于传统的浅层方法,并且该模型计算所得普宁市耕地基准地价与耕地质量在空间分布规律上保持一致。     

改进颗粒组构力学模型模拟筒仓卸粮成拱细观机理

现有研究表明筒仓卸粮成拱和粮食的内外摩擦密切相关,但现行相关离散元模拟采用单一圆形颗粒,模拟粮食的真实接触面积要小很多,不能客观反映卸粮过程粮食的摩擦情况,也较难还原卸粮成拱现象的细观动态过程。该文针对离散元模拟中圆形颗粒的内摩擦力小于真实粮食内摩擦力的缺陷,在已有PFC离散元程序基础上,添加了黏度系数较大的微型颗粒模拟粉尘,建立了一种改进颗粒组构力学模型,采用几何方法判断圆形颗粒间的接触情况,推导出基本单元间力-位移关系。基于典型事故案例和室内试验成果,采用建立的颗粒组构力学模型模拟了卸粮成拱动态过程中圆形大颗粒间以及圆形小颗粒与仓壁之间的力-位移关系。研究表明在卸粮过程中,切应力在剪切位移达到0.3 mm的过程中,迅速提高,达到最大值切应力的60%,所得的切应力位移图与其应力特征曲线与试验成果基本吻合。以试验结果曲线各点值为标准值,改进后模拟结果曲线值的标准差相比改进前减小37%,说明曲线相似度更高,利用该模型可更加客观反映筒仓卸粮成拱的动态细观机理。该文提出的改进颗粒组构力学模型,不仅可用于模拟卸粮成拱机理模拟,而且对于模拟散颗粒流动特性、散体-仓壁相互作用机理都具有一定借鉴意义。     

不同土壤层次供应水分和养分对玉米幼苗生长和吸收养分的影响

本试验模拟滴灌方法 ,在不同土壤层次进行灌水和施用氮磷养分的盆栽玉米试验 ,旨在探讨在不同土壤层次供应水分和养分对夏玉米幼苗生长、根系空间构型及玉米对养分吸收的影响。试验表明 :在土壤深层进行滴灌可以有效降低土面蒸发 ,提高水分和养分的利用效率 ,从而显著提高玉米幼苗的生长量 ;在不同层次施肥灌水 ,对玉米根系在土壤中的空间构型影响很大 ,进行深层滴灌可以极大促进根系在较深土壤中的发育 ;在不同土层施肥灌水对玉米幼苗吸收N、P、K三种养分的能力也有影响 ,深层施肥灌水提高了玉米对 3种养分的吸收量     

重金属在小麦作物体中残留特征的田间试验研究

研究表明经污水灌溉后重金属铅、砷和镉在小麦植物体中的残留量因部位不同而有差异,但清水和污水灌溉对其总体残留特征无明显影响。其总的分布趋势是小麦根部的重金属累积量最大，其次是小麦的茎叶部，再其次是小麦的穗部，即小麦植株体内重金属积累量由大到小依次为根＞茎叶＞穗。因此认为根可作为一种屏障使重金属铅、砷和镉难于向上部迁移，使地上部分免受其害。     

梯形渠道渠底土层水分溶质运移模拟研究

建立了梯形渠道浸水过程中水盐运动数学模型及其定解条件,用混合拉普拉斯变换有限元数值解法,初步分析了其渠道浸水预溶过程渠底土层中水盐运动规律。结果表明:混合拉普拉斯变换有限元法求解梯形渠底土层水分运动和溶质运移过程,计算时间短,精度较高结果稳定,可用于梯形渠底水分运动和溶质运移的模拟。     

农业土壤氧化亚氮排放模型研究进展

农业土壤产生的氧化亚氮气体（N2O）是重要人为N2O源。农业土壤N2O排放模型众多,根据模型建立方法的不同,可分为过程机理模型和经验模型。为探讨产生N2O的具体过程（硝化过程和反硝化过程）和关键因子,着重介绍了DNDC、DAYCENT、Ecosys、WNMM等机理过程模型,指出尽管各个模型的N循环过程类似,但不同侧重因子造成N2O排放量不同,并列出不同模型的特点和应用现状。对目前应用得比较广泛的经验统计模型,如经验归纳模型、回归模型以及其他统计模型等,归纳了其特点并介绍了国内外研究进展。通过对比过程机理模型和经验统计模型的优缺点,指出前者参数较多、过程复杂,用于点位模拟准确度高,后者所需参数少,适用区域范围模拟,点位模拟结果不确定性差。在此基础上指出区域N2O模拟排放量和排放特性将是以后发展的重点方向,并提出区域模拟关键问题的解决方向。