浑善达克沙地土壤水分深层渗漏的动态特征

[目的]分析浑善达克沙地土壤水分深层渗漏的时空分布特征及饱和条件下的土壤水分入渗,为沙地水分循环、水量平衡、水资源评估提供理论依据.[方法]运用土壤深层渗漏水量记录仪对浑善达克流动沙地、小叶锦鸡儿(植被覆盖度20％～30％)半固定沙地和小叶锦鸡儿(植被覆盖度40％～50％)固定沙地200 cm以下深层渗漏情况进行连续监...     

利用环境氚估测黄土高原坡地深层渗漏量

应用环境示踪剂氚,通过氚峰值示踪法研究了黄土高原长武塬区王东沟流域典型坡地梯田上、中、下3个坡位的深层渗漏及地下水补给量。结果表明:黄土坡地仍然存在清晰的1963年氚峰,存在不同程度的弥散过程;上、中、下3个坡位的氚峰值深度分别为6.6,7.6,8.2m,平均入渗速率分别为9.2,11.2,12.4cm/a,深层渗漏量分别为20,22,27mm/a。上、中、下3个坡位的估测补给量均依次增大,主要是由于坡地梯田在不同坡位存在一定的径流所致;下坡位地势较低,一方面可以接受上方水分补给,另一方面较低的地势与中上坡相比实际蒸发蒸腾量较小。3个坡位的估测补给量为3%~5%,小于黄土高原已经报道的补给系数。     

干旱、半干旱地区紫外线辐射强度及其预报方法的研究

依据大气辐射学原理和内蒙古高原干旱，半干旱地区实测的太阳总辐射。太阳紫外辐射值，结合当地的气候特征确定了预报参数，研究了紫外辐射通量密度的预报方法，并就当地的紫外线辐射特点进行了阐述。     

矿山排泥库渗漏特性的地下水示踪试验研究

以广西省某排泥库为研究区,对该排泥库进行地下水示踪试验,绘制时间浓度曲线,并利用一维水动力弥散模型对试验曲线进行了研究,计算出接收点地下水的流速、弥散系数和弥散度,探讨了示踪试验中出现多峰、双峰现象的机理。试验结果表明,地下水示踪模型计算所得流速与视流速总体接近,对示踪剂投放点和接收点的渗漏途径、地下水的流向、水力联系等情况的分析与实际情况吻合,该方法可以为库外水源污染情况评价和施工提供技术参考。     

估计太湖地区水稻土水分特征曲线的物理-经验方法研究

为寻求适于太湖地区水稻土水分特征曲线估算的简便方法,本文以实测土壤基本性质和土壤水分特征曲线为基础,对13种物理-经验方法估计土壤水分特征曲线的效果进行综合评价。结果表明,基于形状相似性的物理-经验方法预测效果要优于多数分形方法,但均差于基于Kravchenko-Zhang分维方法和B rooks-Corey水分特征曲线方程的孔隙表面分形模型(简称KZBC模型)。物理-经验方法在不同压力水头段对含水量的预测精度有差异,在实际工作中不仅要考虑模型的适用性,还要考虑其适用的压力水头范围。KZBC模型估计土壤水分特征曲线精度最高,实用性也较强,是适用于本研究区水分特征曲线估计的最佳方法。     

基于数值模拟的土壤水渗漏对降雨条件的响应

为了揭示土壤水渗漏对不同降雨条件的响应规律,采用数值模拟方法模拟了不同降雨情景下土壤水渗漏量的变化,并与实际降雨条件下现场观测结果进行比较.结果表明,土壤水的渗漏率与降雨强度关系密切;在保持总降雨量不变的前提下,低频率但高强度的降雨条件下土壤水渗漏总量明显高于高频率但低强度的降雨条件下的土壤水渗漏总量.土壤水瞬时下渗率与前期降雨事件有关,短时间内多次出现的降雨事件显著增大土壤水的下渗率.本研究可为减少土壤营养物质流失以及制定合理的农田水肥管理措施提供理论依据和科学指导.     

渠道渗漏对黄土斜坡稳定性影响研究——以泾阳南塬庙店滑坡为例

以泾阳庙店滑坡为研究对象,在非饱和土特性试验基础上,结合野外地质调查结果建立典型斜坡的饱和-非饱和渗流模型,模拟渠道渗漏对于斜坡渗流场的影响,研究了渠道渗漏对于斜坡稳定性的影响。计算结果显示,渠道渗漏引起的水分入渗湿润锋面呈近似椭圆状增大,使得饱和区域面积逐渐增加;当入渗时间足够长时,地表水入渗开始补给地下水,原始补给排泄平衡遭到破坏、之后又逐渐形成新的平衡。在渠道水渗漏与地表水入渗优势通道共同作用下,斜坡稳定性系数随渗水时间的增长而逐渐减小。该地区滑坡发生的主要原因是长期农业灌溉过程中,渠道渗漏水体长时间入渗,改变了斜坡内部孔隙水压力与基质吸力,改变了斜坡的原有的渗流场,降低斜坡土体抗剪强度所致。     

干旱半干旱地区日光温室黄瓜水分生产函数的研究

在日光温室春茬盆栽嫁接黄瓜条件下,以不同生育时期的土壤水分水平为试验因素,采用正交设计研究了在开花前期、初瓜期、盛瓜期和结瓜后期不同土壤水分条件对黄瓜蒸腾量和产量的影响,得出黄瓜的耗水规律、产量与水分之间的函数关系。研究结果表明：黄瓜对水分的消耗基本呈现为开花前期与初瓜期小、盛瓜期大、结瓜后期小的规律,耗水高峰出现在盛瓜期,并对各生育期耗水量进行了量化;黄瓜总产量与总耗水量之间呈二次抛物线关系,最佳灌水量为393 mm;水分生产函数的敏感指数按盛瓜期→结瓜后期→初瓜期→开花前期的顺序依次降低,与黄瓜耗水规律基本一致。     

太湖地区直播稻田氮素渗漏损失试验研究

在太湖流域丹阳地区,通过田间试验研究了旱直播稻田氮素的渗漏损失特征。结果表明,在当地正常的水肥管理模式下,旱直播稻田氮素的渗漏主要发生在水稻生长前期,施入的基肥不易迅速水解,部分仍滞留在表层土壤,灌溉或强降水时增大了氮素渗漏流失的风险。稻田40 cm深度土壤硝态氮和铵态氮浓度平均值分别为5.79和0.49 mg/L,硝态氮浓度最大值出现在苗肥施入后的第7 d,达到21.8 mg/L。以土壤深度40 cm为界面计算的氮素渗漏通量表明,铵态氮和硝态氮在整个稻季的平均渗漏量为N 3.8和28.4 kg/hm2,氮素渗漏的形式主要为硝态氮。直播水稻萌芽至幼苗期对氮素的吸收量少,应适当减少前期基肥或苗肥的施用量,充分利用基肥与苗肥的叠加效应,减少前期氮素渗漏流失。     

太湖水网地区不同种植类型农田磷素渗漏流失研究

采用田间原位小型土壤渗漏计法研究了太湖流域水网地区不同种植类型农田土壤中的速效磷累积量与渗漏水中磷素含量之间的关系。结果表明:研究区菜地、果园高的年均磷肥施用量分别为946.8 kg/hm2和832.6 kg/hm2,显著高于水田的年均磷肥施用量（83.6 kg/hm2）,约为水田的10～12倍。施入农田中的磷肥主要累积在土壤表层,0—5 cm土层中的Olsen-P含量最高,菜地、果园和水田的平均含量分别高达161.75 mg/kg、143.88 mg/kg和23.77 mg/kg,菜地和果园显著高于水田,约为水田的6～8倍。随着土层深度的增加,土壤中Olsen-P的含量显著降低。农田浅层渗漏水中的可溶态磷在总磷中所占的比例远高于颗粒态磷所占的比例。本研究结果显示,农田浅层渗漏水中溶解性正磷酸盐（DRP）含量与土壤中速效磷（Olsen-P）含量之间具有极显著的指数相关关系,表明伴随着农田施肥量的增加和土壤中速效磷含量的增加,浅层渗漏水中的溶解性正磷酸盐含量会显著增加,大大提高了农田磷素的渗漏淋失风险,造成对农业面源污染的巨大潜在压力。     

基于根系层水分状态的旱区净灌溉需水量模型构建和应用

为更准确计算灌区净灌溉需水量,促进灌区水资源高效利用,针对降水过剩可能产生深层渗漏和地表径流,以及采用经验公式计算不同作物有效降水量可能错误估算净灌溉需水量的问题,该研究建立了基于根系层水分状态的净灌溉需水量模型。以景电灌区为例,计算了2000－2020年平均净灌溉需水量和有效降水量,并分析了各驱动因子对净灌溉需水量的影响,结果表明：不同作物年净灌溉需水量在319.4～732.3 mm之间,降水利用效率在39.2%～56.1%之间,夏秋作物的降水利用效率高于春夏作物。夏秋作物的年净灌溉需水量与年降水量相关性更强,春夏作物的年净灌溉需水量与作物需水量的相关性更强,所有作物的月净灌溉需水量仅与月作物需水量呈显著正相关。敏感性分析表明,净灌溉需水量与作物需水量呈正相关关系,与降水量和根系深度呈负相关关系。夏秋作物比春夏作物对降水量和作物需水量的敏感性更强。对净灌溉需水量贡献程度由大到小分别为作物需水量、降水量和根系深度,其中作物需水量贡献率占86.0%发挥主导作用,特定年份根系深度贡献率为12.0%,根系深度对净灌溉需水量的影响不容忽视。与传统净灌溉需水量模型相比,该研究所计算的净灌溉需水量充分考虑了不同作物降水利用效率的差异,计算结果可为灌区水资源管理提供参考。     

干旱半干旱区落叶期农田防护林防风效果的风洞试验研究

探究落叶期不同结构乔灌木农田防护林带的空气动力学特征,合理配置林带结构对于减轻风季(10月-翌年5月)干旱、半干旱区农田土壤风蚀灾害具有重要意义.该研究利用风洞模拟技术,以"2行1带"式乔灌木林带为研究对象,按照1:100的缩尺比例,设计了不同疏透度、不同行距的林带模型,分析不同结构林带的风速廓线、防风效能和有效防护比...     

阴山北麓干旱半干旱区地表土壤风蚀测试与分析

为定量评价阴山北麓干旱半干旱区不同地表土壤的抗风蚀效果，采用野外风洞原位测试方法进行试验研究。结果表明：风速一定时，退化草地、传统耕作农田的风蚀模数明显高于相应的无退化草地和保护性耕作农田；无退化草地和保护性耕作农田的风蚀模数曲线随风速变化平缓且不存在转变临界点。风速为18m／s时，无退化草地、保护性耕作农田的抗风蚀效率分别可达85．1％和90．8％，对8级大风具有较好的抗风蚀效果。     

地中海地区节水高效设施农业及其对我国干旱半干旱地区农业发展的借鉴

近几十年来，地中海地区由于气候、市场、能源、交通等自然、社会、经济因素的共同作用，形成了规模较大、分布较为集中、生产技术水平较高的节水高效设施农业，已经和正在为这一地区的社会、经济发展产生巨大的推动作用。我国广大干旱半干旱地区在自然、气候等方面与地中海地区有若干相似之处，如淡水短缺、光照充足、能源丰富等。借鉴地中海地区的成功经验，引进、消化、吸收该地区的先进、实用技术(如设施温度和光照控制技术、设施气体调控技术、节水灌溉及定量施肥技术、低毒、高效及无公害植保技术等)，将对我国西部干旱半干旱地区农业的快速、持续发展有一定的促进作用。     

基于深度强化学习的农田节点数据无人机采集方法

利用无人机采集农田传感器节点数据,可避免网络节点间多次转发数据造成节点电量耗尽,近网关节点过早死亡及网络生命周期缩短等问题。由于相邻传感器数据可能存在冗余、无人机可同时覆盖多个节点进行采集等特点,该研究针对冗余覆盖下部分节点数据采集和全节点数据采集,对无人机数据采集的路线及方案进行优化,以减轻无人机能耗,缩短任务完成时间。在冗余覆盖下部分节点数据采集场景中,通过竞争双重深度Q网络算法（Dueling Double Deep Q Network,DDDQN）优化无人机节点选择及采集顺序,使采集的数据满足覆盖率要求的同时无人机能效最优。仿真结果表明,该算法在满足相同感知覆盖率要求下,较深度Q网络（Deep Q Network,DQN）算法的飞行距离缩短了1.21 km,能耗减少27.9%。在全节点数据采集场景中,采用两级深度强化学习联合（Double Deep Reinforcement Learning,DDRL）方法对无人机的悬停位置和顺序进行优化,使无人机完成数据采集任务时的总能耗最小。仿真结果表明,单节点数据量在160 kB以下时,在不同节点个数及无人机飞行速度下,该方法比经典基于粒子群优化的旅行商问题（Particle Swarm Optimization-Traveling Salesman Problem,PSO-TSP）算法和最小化能量飞行控制（Minimized Energy Flight Control,MEFC）算法的总能耗最少节约6.3%。田间试验结果表明,相比PSO-TSP算法,基于DDRL的数据采集方法的无人机总能耗降低11.5%。研究结构可为无人机大田无线传感器节点数据采集提供参考。     

反刍动物瘤胃内源氮代谢研究进展

蛋白质需要量研究是反刍动物蛋白质营养的核心, 而准确测定进入瘤胃并被微生物利用的内源氮是测定饲料蛋白质真消化率和反刍动物蛋白质需要量的关键步骤.为此, 文章综述了近30年内关于反刍动物内源氮来源、内源氮代谢的研究方法、进入瘤胃的内源尿素氮、内源总氮以及各部分氮对合成微生物氮的贡献的研究进展.     

年际尺度上土地覆盖类型时空分异及其对气候和地形的响应

为了更加深刻地理解气候和地形条件对土地覆盖的作用机理,该研究以2001年-2009年逐年的MODIS Land Cover(MCD12Q1)为主要数据源,参考中国土地覆盖分类体系整合国际上通用的5种(IGBP、UMD、LAI-fPAR、NPP和PFT)土地覆盖分类体系,分析年际尺度上中国西北干旱半干旱地区的土地覆盖时空分异及其对气候和地形的响应。研究结果表明:IGBP较其他4种更适合年际尺度上干旱半干旱地区土地覆盖的时空分异研究。2001年-2009年,5种分类体系中农田和草地增加,水体湿地和荒漠减少,聚落保持不变,森林有增有减,并且土地覆盖类型间相互发生转换,其在空间上的转移与干旱半干旱地区的自然条件变化和人类活动相适应。6种土地覆盖类型对自然条件的响应与光、热、水在时空格局上的分配以及人类活动作用的强弱相一致。研究结果可为区域或全球土地利用和土地覆盖研究提供参考。     

基于HJ-CCD数据和决策树法的干旱半干旱灌区土地利用分类

为了实现干旱半干旱灌区地表信息低成本、高效率的动态监测,利用HJ-CCD数据的多时相和多光谱信息,探讨了平罗县土地利用遥感分类方法。首先建立研究区内典型地物的NDVI时间序列曲线,提取反映该区物候模式的时序特征参数;然后对土壤信息丰富的3月份多光谱影像进行主成分变换,选取第1主成分(PC1)作为光谱特征参数,最后基于分类回归树(classification and regression tree,CART)算法进行决策树监督分类。总体分类精度达到92.26%,Kappa系数为0.91,比最大似然法分类结果精度提高了2.58%。研究表明:构建的NDVI时间序列曲线对研究区内的地类具有较强的代表性,提取的时间维和光谱维的分类参数对各地类均有很好地区分性,CART决策树算法分类结果清晰准确且精度较高。该方法为HJ小卫星在干旱半干旱区等区域的深入应用提供科学依据和实证基础。     

盐化草甸土和黑土型水田土壤连续深耕改土效果

为明确深耕在不同类型水田土壤上的改土效果及对水稻产量的影响,该研究应用自主研发水田深耕犁,在黑土和盐化草甸土上开展深翻、浅翻与旋耕对比试验研究。结果表明,深耕在不同类型土壤上对水稻产量及土壤理化性质影响存在差异:1)黑土深翻区增产7.28%~8.37%,浅翻区增产6.02%~7.72%,盐化草甸土深翻区和浅翻区与旋耕相比第1年水稻产量差异不大;第2年减产9.96%~11.03%;2)翻耕促进黑土土壤养分均一化,耕作层土壤养分降低不明显,土层间养分含量差异变小,盐化草甸土深耕后造成表层养分浓度降低,0~20 cm土层浅翻区和深翻区土壤有机质与对照相比分别下降4.57和6.68 g/kg,全氮分别下降0.24和0.29 g/kg,碱解氮0~10 cm土层分别比对照降低2.31和11.52 mg/kg,pH值明显增加,0~30cm土层交换性Na+浓度增加;3)与对照相比,浅翻和深翻降低了黑土下层土固相比率、容重,提高土壤通气、透水性,10~20 cm土层土壤固相比率比对照分别降低4.23%和3.23%,土壤容重下降0.09 g/cm3和0.08 g/cm3,通气系数分别提高3.04倍和3.42倍,透水系数提高1.71倍和1.14倍;20~30 cm土层深翻区土壤固相比率降低1.86%,通气系数和饱和透水系数比对照提高0.86倍和1.87倍;盐化草甸土浅翻区和深翻区均有增加下层土固相率和容重,降低通气、透水性的趋势。盐化草甸土水田不适合深耕,黑土型水田土壤深耕可改善土壤理化性质,提高水稻产量。     

半干旱地区草地生态系统的潜水依赖性模拟

针对半干旱地区复杂的水分条件,从水循环整体的角度出发,通过水循环模拟与植物生长模拟,探索地表植被与潜水的关系。以通辽市平原区的主要植被类型草地为研究对象,选取草地干物质产量作为反映草地植被生长状况的指标,通过分析该指标对降水和地下水变化的响应,阐明地表生态系统对地下水的依赖性。结果表明,枯水年草地生态系统稳定的适宜地下水埋深应在2.0～2.2 m之间;平水年草地干物质产量比枯水年增加13.0%～47.8%,说明降水是影响半干旱地区生态系统稳定的重要因素;无潜水支持条件下,枯水年的草地干物质产量比多年平均值减产11.0%～14.7%,而平水年仅减产3.8%～5.9%,可见降水的丰枯变化影响着草地的潜水依赖程度。