提高小麦单产的田间排水暗管规格模拟

改进内蒙古河套灌区田间排水系统的规格对灌区提升作物产量和保障粮食生产有重要现实意义,因此,在河套灌区对所构建的分布式SWAP-WOFOST模型进行了参数率定和验证,然后,对2000—2010年灌区春小麦种植条件下适宜的田间排水暗管规格进行探讨,并模拟评价了该条件下作物产量和水分生产力(WP)的时空分布特征。结果表明,所构建的分布式模型在河套灌区具有较高的适应性。春小麦种植条件下,灌区大部分耕地面积推荐采用田间排水暗管的规格为间距100.0m或75.0m,埋深为2.5m。相比现有排水系统,采用推荐的排水暗管规格,春小麦多年平均作物产量提高了18.5%,多年平均WP提高5.2%。研究结果为进一步改进灌区田间排水系统的效果提供了一定的参考。     

内蒙古河套灌区节水工程改造效果分析与评估

以内蒙古河套灌区1982—2012年长系列农业净引水量和年降水量资料为基础,运用均值分析、方差分析、相关分析、时间序列分析和生存分析等数理统计学方法,并结合内蒙古河套灌区农业种植发展进程,分析了河套灌区多年农业净引水量变化趋势与影响因素,得出年降水量(超过211.76 mm时,即丰水年)和节水工程改造分别独立地与农业净引水量呈明显负相关关系的结论。运用时间序列法预测了2013、2014和2015年河套灌区的农业净引水量分别为44.5、44.18和43.86亿m3;同时运用生存分析法预测了在灌区现有节水改造规模条件下,河套灌区农业净引水量区间为35~55亿m3,平均为45亿m3。     

SWAT模拟耕作方式与盐分对区域土壤氮运移及作物产量影响

耕作方式与土壤盐渍化是影响河套灌区氮素流失及作物产量的重要因素.明确不同耕作方式与盐渍化水平下硝态氮运移量及作物产量的变化,可为制定合理的灌区耕作措施及盐渍化治理方案提供理论依据,对于揭示灌区氮素流失控制及不同作物增产潜力具有重要意义.该研究基于验证后的SWAT(Soil and Water Assessment To...     

内蒙古河套灌区农田土壤中微塑料的赋存特征

为阐明内蒙古河套灌区农田土壤中微塑料的赋存特征及其与覆膜年限、灌溉类型等的响应关系,该文采用田间取样与室内试验相结合的方法进行了系统研究,分析了研究区地膜覆膜现状,并考虑覆膜年限(覆膜5、10、20 a)及灌水方式(滴灌和畦灌)2个因子,探索了河套灌区农田土壤中微塑料的丰度、类型、颜色、粒径等赋存特征,并通过扫描电镜、能谱仪等对微塑料表面特征及表面附着物进行观察与分析。结果表明:内蒙古河套灌区不同覆膜年限下(5、10、20 a)土壤中微塑料平均丰度分别为2526.00、4352.80、6070.00个/kg,单层土的微塑料含量最大值(2133.50 ind/kg)出现在覆膜20 a的0~10 cm土层,最小值(678.00个/kg)出现在覆膜5 a的>20~30 cm土层;不同覆膜年限和灌溉类型影响土壤微塑料丰度,滴灌农田微塑料丰度值略大于畦灌农田,在不同土层深度上微塑料丰度值随土层深度增加逐渐减小;微塑料类型主要有纤维类(23.34%)、碎片类(26.31%)、薄膜类(38.57%)和颗粒类(11.78%)等4种,且薄膜类在不同土层占比都较高,微塑料颜色包括黑色、透明、绿色、红色、蓝色等,比例分别为24.56%、23.83%、19.34%、16.52%和15.75%,其中0~10 cm土层中微塑料以黑色为主,占比30.25%,在>10~20、>20~30 cm土层中微塑料以透明为主,占比30.15%和29.23%,粒径则随覆膜年限增加而呈逐渐减少趋势,粒径小于1 mm的微塑料居多,随着覆膜年限的增加,微塑料粒径在0~10、>10~20、>20~30 cm土层间的差异逐渐减小,且粒径大小与灌溉类型无显著关系(P>0.05);微塑料样品表面特征粗糙,呈现不规则孔隙,纤维类、薄膜类和碎片类微塑料均具有较多规则微小孔隙,而颗粒类微塑料表面孔隙则不规则且呈凹凸状,土壤中微塑料的多孔特性造成微塑料比表面积增大,进而增加对土壤中其他污染物和微生物的吸附;微塑料的表面孔隙附着有机体和污染物,表面存在稳定的铁氧化物、稀土元素等,并容易形成有机-无机复合污染效应。研究对于明晰微塑料在河套灌区土壤中的分布现状及危害具有重要意义。     

河套盐碱地不同利用方式土壤盐碱化特征差异分析

为研究河套平原盐碱地在不同利用方式对土壤盐碱化特征分布的影响,通过野外调查取样和室内分析相结合的方法,对5种土地利用方式下(林地、农用地、牧草地、改良地、盐荒地)不同深度土壤剖面形态特征、可溶盐含量、盐分离子组成、总碱度、pH、碱化度等指标的变化规律进行了系统研究。结果表明:不同利用方式土壤剖面土体结构、颜色、根系分布、石灰性反应及碱化层分布均有明显差异;土壤剖面的可溶性盐、阴阳离子分布因土地利用方式不同而存在差异,牧草地和林地土壤剖面可溶性盐呈"橄榄"型、盐荒地和改良地呈"表聚"型、农用地呈"底聚"型;土壤pH、碱化度和总碱度在剖面中的分布特征基本一致,呈"S"型;经不同利用方式土壤的盐化程度和碱化程度均有所下降,与盐荒地相比,农用地盐碱化指标下降的最为显著(P0.05),其中0—20 cm土壤全盐量降至0.88 g/kg,pH降至7.83,总碱度、ESP降至0.17 cmol/kg和12.54%,表明苏打盐碱地经农用后更有利于土壤脱盐化过程和脱碱化过程;土壤全盐量、Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、总碱度、pH可作为控制区域盐碱化的主要因子。研究结果为阐明河套平原盐碱地的盐碱化过程及盐碱化土壤利用模式提供技术参考。     

水盐交互作用对河套灌区土壤光谱特征的影响

为探究土壤水盐交互作用对Sentinel-2卫星光谱特征的影响,该研究以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区域,分别在2018年和2019年的4-5月共采集280个裸土期表层土壤样本,测定其土壤含水率和含盐量,并获取同步的Sentinel-2卫星遥感数据,构建基于土壤水盐-反射率原理的土壤光谱特征理论模型,在此基础上结合土壤水盐交互作用构建水盐交互模型,并比较2种模型对土壤光谱的模拟效果,分析土壤水盐交互作用对土壤光谱估算的影响。结果表明：1）土壤水盐交互作用对光谱的影响因波段类型和水盐含量的不同而有所不同。在可见光范围上影响相对较弱,其作用范围为-0.11～0.29;在近红外和短波红外范围上影响相对较强,其作用范围为-0.35～0.61;当水分或盐分中某个含量较高时对光谱影响较弱,其主要集中在-0.1～0.23;,在水盐含量程度相似时影响较强,其作用范围为0.3～0.6。2）与土壤光谱特征理论模型相比,水盐交互模型能明显地改善土壤光谱的模拟效果,能将模拟相关系数由0.14～0.44提升到0.29～0.70,均方根误差由0.032～0.082降低到0.029～0.068。该研究结果揭示了盐分和水分对光谱特征的干扰过程,为土壤盐分的估算提供策略与方法,对实现区域尺度上土壤盐分的精准监测具有一定的意义。     

不同覆盖方式对中度盐渍土壤的改良增产效应研究

地膜与秸秆覆盖是干旱半干旱地区防治土壤次生盐渍化,提高土壤水分利用效率的重要措施。为探索不同地面覆盖方式在盐渍土壤的应用效应及机理,在内蒙古河套灌区中度含盐土壤进行田间试验,试验共设7个处理:玉米粉碎秸秆覆盖量9 000 kg·hm-2(F0.9)、玉米粉碎秸秆覆盖量6 000 kg·hm-2(F0.6)、玉米整秆覆盖(YZ)、葵花整秆覆盖(KZ)、新地膜覆盖(DM)、地膜二次使用免耕(MG)、未覆盖(CK),研究不同地面覆盖方式对中度盐渍化向日葵农田的土壤水盐运动、向日葵产量和种植经济效益等影响,分析不同覆盖措施的改良增产效应。结果表明:在0~5 cm土层,处理F0.9、YZ、DM的含盐量收获后较播前降低,土壤表层脱盐,而MG、F0.6、KZ、CK土壤表层积盐。0~20 cm土层,土壤含盐量收获后与播前相比,处理F0.9、DM土壤耕层脱盐,而F0.6、YZ、MG、KZ、CK在土壤耕层积盐。各覆盖处理主要影响0~20 cm的土壤含盐量,随着土壤深度的增加,覆盖层因素对土壤含盐量的影响趋于一致。耕层土壤含盐量相比较,F0.9的含盐量最低,抑盐效果最好,DM与F0.6抑盐效果相近,不同秸秆覆盖处理间,F0.9、F0.6强于YZ、KZ,地膜覆盖之间,DM强于MG。在0~5 cm土层及0~20 cm土层,DM的生育期平均土壤含水率高于秸秆覆盖处理,粉碎秸秆覆盖(F0.9、F0.6)的生育期平均土壤含水率高于整秆秸秆覆盖(YZ、KZ)。处理DM、F0.9较CK显著提高了向日葵生育期内0~100 cm土壤储水量均值,F0.9、DM处理显著降低了0~100 cm土壤储水量变异系数,在生育期内保持了较稳定的土壤墒情。各覆盖处理均较CK显著增产,各处理产量效应是:DMF0.9YZF0.6MGKZCK。覆盖措施通过改善农田小环境提高了作物水分利用效率,DM、F0.9、YZ处理的作物水分利用效率显著高于其他处理。处理DM、MG、YZ、F0.9、F0.6的产投比显著高于CK,增收效果明显,DM和MG的纯收入及产投比显著高于秸秆覆盖处理。对于中度盐渍化耕地,新地膜覆盖DM是最有效的覆盖方式,秸秆覆盖处理中,F0.9为最优覆盖方式,与其他覆盖处理相比较,KZ处理的保墒、抑盐、增产等效果较差,因此向日葵秸秆不适合用作地面覆盖材料。结果可为覆盖技术在内蒙古河套灌区农业生产中的应用提供理论与技术支持。     

河套灌区畦田内不同位置土壤入渗特性及影响因素分析

为明确河套灌区畦田田块不同位置土壤的入渗特性,通过野外试验和室内检测对试验区田块不同位置土壤理化性质和入渗过程进行分析,并基于土壤入渗模型对试验区田块不同位置的土壤入渗过程进行拟合,同时探讨影响土壤入渗过程的影响因素.研究结果表明:试验区田块内不同位置土壤理化性质及入渗特性具有一定差异性且不同位置土壤入渗特性与土壤理化...     

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壤盐渍化的地下水临界埋深和矿化度。结果表明：地下水埋深属于中等变异性,土壤表层含盐量和地下水矿化度属于强变异性。春灌前较生育期土壤表层盐渍化高风险区扩大、浅埋地下水高概率区缩小、地下水矿化高风险区缩小。春灌前永济灌域土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.6、2.2 m,地下水矿化度临界值分别为2.0、2.5 g/L;生育期土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.2、1.8 m,地下水矿化度临界值分别为2.5、3.0 g/L,春灌前更易发生土壤盐渍化。春灌前较生育期土壤盐分受外界因素（气象因素和人为因素）影响小,且土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度变异性也相对较小,地下水环境对土壤盐渍化的影响更强烈。研究区北部、东南部和中部小部分区域为地下水埋深小于临界值且大于矿化度临界值的高概率区,是土壤返盐的高风险区,建议进一步完善该地区的排水系统。     

基于数据融合算法的灌区蒸散发空间降尺度研究

采用Landsat和MODIS数据,通过增强自适应融合算法(Enhanced spatial and temporal adaptive reflectance fusion model,ESTARFM)对蒸散发进行空间降尺度,构建田块尺度蒸散发数据集;利用2015年田间水量平衡方法计算的蒸散发数据对融合结果进行评价。在融合蒸散发基础上,结合解放闸灌域2000—2015年间种植结构信息,提取不同作物各自生育期和非生育期内年际蒸散发量,并分析了大型灌区节水改造以来,作物蒸散发占比的年际变化。研究结果表明:融合蒸散发与水量平衡蒸散发变化过程较吻合,小麦耗水峰值出现在6月中下旬—7月初,玉米和向日葵峰值出现在7月份。在相关性分析中,玉米、小麦和向日葵的决定系数R2分别达到了0.85、0.79和0.82;生育期内玉米(5—10月份)、小麦(4—7月份)和向日葵(6—10月份)的均方根误差均不高于0.70 mm/d;平均绝对误差均不高于0.75 mm/d;相对误差均不高于16%。在农田蒸散发总量验证中,融合蒸散发与水量平衡蒸散发相关性较好,两者决定系数达到了0.64。基于ESTARFM融合算法生成的高分辨率蒸散发(ET)结果可靠,具有较好的融合精度。融合结果与Landsat蒸散发的空间分布和差异性一致,7月23日、8月24日和9月1日相关系数分别达到0.85、0.81和0.77;差值均值分别为0.24 mm、0.19 mm和0.22 mm;标准偏差分别为0.81 mm、0.72 mm和0.61 mm。ESTARFM融合算法在农田蒸散发空间降尺度得到较好的应用,可有效区分不同作物蒸散发之间的差异。不同作物在生育期和非生育期内耗水量差别较大;生育期内套种(4—10月份)耗水量最大,达到637 mm,玉米(5—10月份)和向日葵(6—10月份)次之,分别为598 mm和502 mm,小麦(4—7月份)最低为412 mm;非生育期内,小麦(8—10月份)耗水量最大,年均达到214 mm,玉米(4月份)和向日葵(4—5月份)分别为42 mm和128 mm。不同作物多年平均耗水量(4—10月份)差异较小,其年际耗水总量主要随作物种植面积的变化而变化。