越冬期麦田根区水热耦合模型参数原位估算与检验

越冬期根区充足的蓄水量有利于春季冬小麦的生长并有助于增产,而冬季作物根区水分运移规律通常借助土壤冻融过程水热耦合模型来描述,但该模型的预测精度受参数确定方法与边界条件等多种因素的影响。为了提高模型预测精度,提出了一种改进型的土壤冻融过程水热耦合模型参数估算方法,即运用土壤冻融特征曲线(冻土未冻水含量和土壤温度的关系)来原位估算土壤水热耦合模型参数,并检验该方法的适用性。在此基础上,评价地表蒸发量对模型预测精度的影响。大田试验在北京市昌平区小汤山精准农业示范基地开展,历经两个越冬期(2011—2012年和2012—2013年),利用管式介电传感器、温度传感器和蒸渗仪分别采集了土壤剖面未冻水含量、土壤温度和地表蒸发量数据。利用第1个越冬期(2011—2012年)的数据拟合土壤冻融特征曲线,对土壤水热参数进行最优估算,利用第2个越冬期(2012—2013年)的数据评价估算参数和地表蒸发量对模型预测精度的影响。结果表明:利用估算参数的模型预测值整体上与实测值相符。考虑到地表蒸发量对模型水热上边界的影响,第2个越冬期10 cm处未冻水含量与温度预测值和实测值的RMSE分别为0.046 m3/m3和1.883℃,20 cm深度RMSE分别为0.071 m3/m3和2.347℃。相比之下,在未考虑地表蒸发量影响下,第2个越冬期10 cm处未冻水含量与温度的模拟值和实测值的RMSE为0.059 m3/m3和2.149℃,20 cm深度RMSE为0.081 m3/m3和2.666℃。提出的改进型模型参数估算方法能够保证模型的预测精度,且考虑地表蒸发量的影响能够进一步提高模型的预测精度,随着深度的增加,蒸发量对水分与温度的影响逐渐减小。     

GIS在农业水土领域的应用与研究进展

介绍了近年来国内外GIS在农业灌溉管理、精确农业和农业区划、土壤利用和土壤侵蚀方面的研究和应用情况，并对GIS在该领域的研究进行归纳和总结，此外探讨了GIS在当前农业领域应用的主要发展方向。     

国内外灌溉预报研究现状与动态分析

对国内外30年来灌溉预报研究现状与动态作了较系统的评述和分析,提出和探讨了现有方法和模型存在的区域尺度及空间变异性、实时预报及实时预报修正等问题,有助于灌溉预报方法的进一步研究和应用。     

黄河下游灌区农田排水再利用效应模拟评价

在田间试验观测基础上,采用SWAP模型分析黄河下游簸箕李引黄灌区农田排水再利用下的土壤盐分季节性变化以及地下水位对土壤盐分剖面分布的影响,模拟农田排水补灌对作物产量的效应。研究结果表明,咸排水补灌引起的土壤盐分积聚主要在冬小麦生长期,夏玉米生长期内并不明显,有效地控制地下水位有助于减少土壤盐分累积量,维系作物根区的盐分平衡。利用含盐量为4mg/cm3以下的农田排水在冬小麦生长后期水分亏缺阶段进行补灌,可在基本不影响随后夏玉米产量的基础上,不同程度地改善冬小麦产量。对缺水严重的黄河下游引黄灌区,农田排水再利用是缓解水资源供需矛盾、改善作物产量的一种有效水管理措施。     

深松耕作对土壤水分物理特性及作物生长的影响

通过对两种土壤深松耕作及传统耕作的对比试验研究，表明深松耕作可有效打破犁底层，使土壤容重降低0．1t／m3，孔隙度增大3．6％～4．0％，110cm上体内可多蓄纳雨水15．2～17．5mm。对粘壤上深松耕作可提高土壤的入渗能力，而对粉砂壤土则没有提高。同传统耕作相比，深松耕作可明显提高夏玉米的根长、根深及根量，为有效利用土壤水分及养分创造了条件．可使夏玉米产量提高5．7％～11．3％。     

咸淡轮灌和生物炭对滨海盐渍土水盐运移特征的影响

为利用滨海地区微咸水改良盐渍土,进行了不同咸淡水轮灌(淡淡、淡咸、咸淡、咸咸)和施用生物炭(0、15、30 t/hm2)的室内入渗试验,探讨了咸淡轮灌和生物炭施用下滨海盐渍土水盐运移过程.结果表明:滨海盐渍土水分运动主要受初始入渗水质的影响,先咸后淡的轮灌方式更有利于土壤水分入渗,入渗速率增加了8.2％～46.9％,并...     

基于指示Kriging的土壤盐渍化风险与地下水环境分析

土壤盐渍化是制约干旱区农业发展的主要障碍,而浅埋地下水区域的地下水环境是影响土壤盐渍化的直接因素.为调控合理的地下水埋深和矿化度,以防控区域盐渍化,以河套灌区永济灌域为研究区,运用指示Kriging法比较了春灌前和生育期不同阈值条件下土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度的概率分布,从概率空间分布的角度研究了不同时期防治土...     

黑土区农田尺度田间持水率的空间变异性研究

[目的]探究黑土区农田田间持水率的空间变异性机制.[方法]利用传统统计学和多重分形方法量化了田间持水率的空间变异强度,分析了造成田间持水率空间变异性的局部信息;利用联合多重分形方法确定了田间持水率与土壤基本物理特性在多尺度上的相关性.[结果]研究区域田间持水率具有多重分形特征,随土层深度增加,田间持水率的空间变异程度先...     

基于电磁感应数据的电导率反演模型研究

【目的】土壤盐渍化是限制新疆南部棉花高产的主要因子,准确获取区域尺度土壤剖面盐分信息。【方法】以南疆阿拉尔垦区为研究区,以田间尺度采集的30个不同盐渍化程度棉田的540个样点的0~0.375、0~0.750、0~1.000 m的土壤剖面电导率数据和对应的电磁感应数据为数据源,采用线性模型和非线性模型分别构建了田间尺度和区域尺度的土壤剖面电导率的电磁感应反演模型,并采用缩减建模样本量方法进一步检验了区域尺度模型的可靠性和稳定性。【结果】多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)和主成分回归(PCR)建模方法的田间尺度模型R²在0.88~0.95,而对应的区域尺度模型R²在0.34~0.53。基于随机森林(RF)、神经网络(NN)和支持向量机(SVM)非线性建模方法构建的土壤剖面电导率的区域尺度电磁感应反演模型R²在0.60~0.85,其中RF模型的精度最高。0~0.375、0~0.750、0~1.000 m土壤剖面电导率的RF反演模型R²分别为0.80、0.85和0.84,相较于线性建模方法的区域尺度模型精度有明显的提高。RF区域尺度模型的样本数量由540个缩减到240个,模型精度没有明显变化,表明采用区域尺度模型,可大幅度降低土壤剖面样本采集数量,从而可显著提高采样效率和降低采样成本。【结论】区域尺度下构建土壤剖面电导率反演模型时,随机森林建模方法效果较优,模型预测能力具有较高的可靠性。     

土壤固有频率与孔隙度、含水率的关系研究

为确定土壤含水率、土壤孔隙度与土壤固有频率的关系,采用自制的土壤压实机械进行土壤试样制作,运用试验模态分析法,进行不同含水率和孔隙度下土壤固有频率的测定。获得了不同孔隙度下土壤固有频率和土壤含水率的关系曲线以及不同含水率下土壤固有频率和土壤孔隙度的关系曲线。分析结果表明:土壤试样含水率为3%~15%时,当土壤孔隙度一定,土壤试样固有频率除含水率为3%时呈线性增长,其余含水率均为先增大至含水率为9%左右后开始降低;土壤试样孔隙度为40%~48%时,当土壤含水率一定,土壤的固有频率随着土壤孔隙度的升高而增大。试验结果可为研究不同农机具作业后土壤—车辆振动系统的传递提供依据。