基于平行竞争PSO算法的土壤水分测量研究

为了提高测量土壤水分Van Genuchten方程求解的精度,提出平行竞争PSO算法。首先在PSO算法基础上,当粒子群最大半径值小于某个阈值时,竞争才被触发,同时最差粒子被重置,粒子被重置的比例随着迭代次数增加而非线性减少;接着粒子群分成若干子群,子群的群平均适应度与原始粒子群平均适应度相差不能小于设定的阈值,引入不同的共享因子对子群与子群、粒子与子群之间进行信息共享动态调节;最后粒子适应度函数由Van Genuchten方程参数构成,给出了算法流程。实验仿真显示本文算法对测试函数求解具有收敛速度较快、解精度较高的特点,测量粉壤土脱湿数据的相对误差最大为5%,吸湿数据的相对误差最大为4%,相比其他算法都较小。     

土壤水分下限对滴灌春小麦生长和产量的影响研究

通过田间试验,设3个水分处理(分别以0～60cm土层灌前土壤田间持水量的55%、60%和65%作为各处理的灌溉下限含水量临界值,灌溉上限为田间持水量的90%),分析了不同土壤水分下限状况下土壤水分下限对滴灌小麦生长和产量的影响。试验结果表明,灌前土壤相对田间持水量为65%处理的小麦生长状况较好,产量和水分利用效率较高,可以实现高产高效的节水灌溉。     

不同地表条件下季节性冻融土壤入渗能力的预报模型研究

基于田闻入渗试验,以数理统计理论为基础,对5种不同地表条件下季节性冻融土壤入渗能力预报模型进行了探索研究.研究表明,不同地表条件下,不同影响因子对不同地表条件地块土壤入渗能力的影响显著性有所差异,0～10 cm土层土壤含水率对入渗能力的影响是最显著的;其次为5 cm土层深度处土壤温度,裸地土壤温度对入渗能力的影响不显著;冬小麦地和人工草地土壤入渗能力受气温的影响较显著,休闲裸地和玉米秸秆覆盖地次之,地膜覆盖地土壤入渗能力受气温的影响不显著.建立的0～10 cm土层土壤含水率、5 cm土层深度处土壤温度和气温三因子线性模型具有一定可行性,避免了考虑因素单一的缺点.     

基于BEPS模型的雨养冬小麦农田土壤水分动态模拟

北部生态系统生产力模拟(BEPS,Boreal Ecosystem Productivity Simulator)模型能够模拟不同生态系统碳水循环过程,并通过气孔导度将二者有机地结合,在土壤水分模拟上具有更大的优势。为了使BEPS模型适用于较小空间尺度的雨养冬小麦农田生态系统的土壤水分模拟,根据冬小麦的降水截留过程、冠层的辐射传输过程、根系分布规律和区域土壤水文参数的获取方法对BEPS模型的水平衡模块进行参数方案调整。在此基础上,基于实现BEPS模型与遥感反演的农田土壤水分数据同化的目的,利用经上述调整方案后的BEPS模型,对郑州农业气象试验站2011—2015年冬小麦生长季的农田土壤水分进行动态模拟,并用观测数据进行验证。结果表明,调整后的BEPS模型能够较好地模拟雨养冬小麦农田土壤水分及动态变化,决定系数R2可达0.70以上,平均相对误差MRE总体低于25.0%,但对底层模拟能力较差;在以旬为步长条件下,拔节前模拟效果优于拔节后;土壤水文参数是影响模型模拟土壤水分垂直交换和分布的主要因素,可通过优化进一步提高土壤水分模拟能力。     

冻融土壤Philip入渗模型参数的非线性传输函数模型研究

为满足季节性冻土地区越冬期间储水灌溉管理的需求,基于山西省汾河灌区季节性冻土的冬季大田土壤水分入渗试验,得到了120组Philip入渗模型参数实测样本,借助MATLAB软件,建立了以土壤温度、有机质质量分数、土壤含水率、土壤体积质量、物理性黏粒量为输入因子、以Philip入渗模型参数吸渗率和稳渗率为输出因子的多元非线性传输函数模型,并用实测资料对该模型进行了精度检验。结果表明,预测参数的相对误差均小于11%,预报精度在可接受范围之内。     

咸水膜下滴灌频率对土壤表层水盐环境的影响

为了更好地指导干旱区农业生产,利用地下咸水进行了膜下滴灌频率试验,设3种滴灌频率,即1次/24 h(T1)、1次/48 h(T2)和1次/72 h(T3),探讨了相同灌水量下不同滴灌频率对土壤表层水盐环境的影响。结果表明,(1)T2处理浅层土壤含水率高于T1和T3处理0.5%~1.0%,且试验后期形成面积和深度均大于T1和T3处理的;(2)土壤电导率在整个试验过程中呈增加趋势,T2处理土壤电导率增长幅度相对较小,土壤返盐程度较小;(3)土壤p H值在试验中期增大,试验后期减小,表层土壤p H值达8.5左右;(4)土壤表层各盐分离子量在试验期间的增加程度远小于土壤结冻期;土壤表层重碳酸根离子量在试验后期超过120.0 mg/kg,土壤总碱度增大,土壤存在碱化趋势。因此,滴灌频率1次/48 h可为作物提供比较适宜的土壤表层水盐环境,可作为民勤绿洲咸水滴灌频率参考值;同时,使用咸水滴灌后,绿洲土壤存在明显碱化趋势,因此还需采取其他灌排措施减弱土壤次生盐渍化。     

耕作方式对豫东夏玉米产量和水分利用效率的影响

豫东地区夏玉米生长季恰逢雨季,季节性强降水经常导致农田积水,使玉米生长受到涝渍灾害威胁,为探索当地夏玉米的适宜栽培管理模式,试验设置播前翻耕、深松和旋耕3种耕作处理,并以当地种植习惯的免耕贴茬播种为对照,通过田间小区试验重点研究了不同耕作方式对农田土壤水分、夏玉米农艺性状、籽粒产量及水分利用效率的影响。结果表明,与免耕贴茬播种处理相比,翻耕和深松处理均能在强降雨后有效降低表层土壤含水率,增加夏玉米生长中后期的株高和叶面积;翻耕和深松处理籽粒产量分别提高了26.55%和19.67%;翻耕和深松处理水分利用效率分别提高了15.37%和9.69%,旋耕处理降低了3.45%。综合考虑夏玉米籽粒产量、水分利用效率等因素,翻耕和深松措施是适宜于豫东地区夏玉米高产的栽培模式。     

黑土区调亏灌溉条件下大豆耗水规律试验研究

针对黑土区存在的降雨量时空分布不均,水资源短缺,作物水分利用效率较低的实际问题。2013年在黑龙江省北安农垦分局红星农场进行了盆栽试验,研究了调亏灌溉条件下的大豆耗水规律。结果表明大豆各生育阶段耗水量按结荚-鼓粒、开花-结荚、鼓粒-成熟、分枝-开花、出苗-分枝、播种-出苗阶段依次递减;产量、水分利用效率与耗水量之间均呈二次抛物线关系。耗水量为62.5kg/盆时,水分利用效率先出现最大值,耗水量达84.76kg/盆时,产量(52.9g/盆)最高,最高值出现时间较水分利用效率偏后。在试验的基础上,建立了基于Jensen模型的黑土区大豆水分生产函数。研究结果可为黑土区大豆节水灌溉管理提供一定的理论依据。     

北疆膜下滴灌棉田生育期土壤水盐的变化特征

针对北疆地区土壤盐化制约农业发展的问题,通过野外实地分层采集土样,分析北疆地区长期膜下滴灌农田种植前后土壤水分和盐分分布特征。统计学分析表明,种植期土壤含水量变异属于中等偏弱变异强度,土壤盐分的变异属于中等偏强变异程度,土壤盐分分布成自上而下先增大再减少的波动趋势。在空间分布上,土壤水分和盐分种植前后存在明显的差异,种植后在浅层土壤水分和盐分的含量成西高东低的变化分布。     

泾惠渠灌区畦长对夏玉米耗水特性和产量影响

泾惠渠灌区中畦田规格参差不齐,灌区由于畦田过长而造成的灌溉水量浪费屡见不鲜,不仅没有形成高产而且极大的造成了水资源的浪费。通过大田与小区试验相结合,以当地农民习惯的灌溉方式为对照,设置3个灌溉畦长处理(80、120、240 m),每个处理设置3次重复,改水为80%。研究了灌溉畦长对夏玉米在生育期内的耗水特性和产量的影响,土壤水分分布与产量及其构成因素的关系等问题,选择出兼顾节水高产可行的最优畦长。研究结果表明:在生育期灌水后,80和120 m处理畦长内畦首、畦中和畦尾的土壤相对含水率较为均匀无显著差异,240 m处理畦长畦首、畦中和畦尾的土壤相对含水率产生显著性差异;80和120 m处理夏玉米在畦首、畦中和畦尾灌水均匀度较为平均且无显著差异,240 m畦长处理差异较为显著,且80 m畦长处理产量分布最为平均、平均水分利用效率最高产量为1.021 839万kg/hm2,水分利用效率为25.12 kg/(hm2·mm)。综合夏玉米产量及其分布、水分利用效率等因素,在泾惠渠灌区80 m的灌溉畦长是兼顾节水高产的最适宜畦长,该结论以期为泾惠渠灌区大田作物高产节水提供一定理论依据。