黑龙江省西部半干旱区土壤水分特性空间变异规律研究及精准灌溉的实施

论文摘要

面对日益缺乏的水资源,黑龙江省西部半干旱区的水问题也日益突出。作为重要的商品粮基地,面对严重的季节性干旱,有效的解决途径就是采取高效节水的灌溉措施,提高水分的利用效率,并且根据不同的土壤墒情采取不同的灌溉方案。因此,了解土壤水分的空间分布规律及实施精准灌溉方案,是使该地区达到节水、高产的最有效途径。本论文选取位于黑龙江省西部半干旱区的查哈阳农场作为试验基地,利用地统计学和ArcGIS软件绘制出研究区的土壤水分特性空间分布图。从空间分布图中,可以直观地了解土壤水分特性的空间分布情况,为精准灌溉的实施提供最基本的土壤特性资料。为了更加合理的设计精准灌溉方案,本文提出采用数值方法和直观方法进行灌溉管理分区的划分。其中数值方法是利用主成分分析和MZA软件完成管理分区的划分,直观方法是以土壤水分特性的空间分布图为基础,结合一定的专业知识直接进行管理分区的划分。通过计算得出,数值方法将试验区划分成两个灌溉管理区,直观方法将试验区划分成四个灌溉管理区。采用统计分析和单因素不等重复方差检验来进行分区结果的比较,结果表明,两种分区方法的分区结果均比较合理。在精准灌溉实施前,本文利用分层采样法确定土壤水分特性在各分区的合理采样数,并根据一定的原则设计合理的采样方案。土壤墒情的田间监测系统可以根据自然含水量的采样方案进行田间布设。在精准灌溉的实施过程中,利用自然含水量与该区的灌溉指标进行比较,以确定不同的灌溉方案。为了更加合理的确定灌溉上下限,应与当地主要作物的节水灌溉试验相结合来确定灌溉用水量。本论文设计了精准灌溉实施的全过程,其中包括土壤水分特性的空间变异规律分析,灌溉管理分区的划分,合理采样方案的设计和灌溉方案的设计。本论文的研究结果将为黑龙江省西部半干旱区实施精准灌溉提供指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 立题依据
• 1.2 研究目的及内容
• 1.3 土壤特性空间变异规律研究现状
• 1.3.1 土壤物理特性空间变异规律的研究
• 1.3.2 土壤化学特性空间变异规律的研究
• 1.3.3 土壤微量元素空间变异规律的研究
• 1.4 精准农业研究进展
• 1.4.1 国外精准农业研究进展
• 1.4.2 国内精准农业研究进展
• 1.4.3 我国精准农业存在的问题
• 2 空间变异理论研究方法简介
• 2.1 地统计学简介
• 2.2 人工神经网络（ANN）在空间变异理论中应用
• 2.3 分形在空间变异理论中的应用
• 2.4 ArcGIS的空间分析功能在空间变异理论中的应用
• 2.5 空间变异理论存在的问题及研究展望
• 3 试验方案设计
• 3.1 试验区的基本概况
• 3.2 田间试验的布置
• 3.3 测定项目及方法
• 3.4 研究技术路线
• 4 土壤水分特性空间变异规律分析
• 4.1 土壤水分特性的结构分析
• 4.1.1 区域化变量的选择和数据的审议
• 4.1.2 数据的统计分析
• 4.1.3 半方差函数的计算及理论模型的拟合
• 4.1.4 半方差函数的分析
• 4.1.5 土壤水分特性变异程度分析
• 4.2 土壤水分特性的空间局部估计
• 4.3 小结
• 5 灌溉管理分区的划分
• 5.1 管理分区简介
• 5.2 灌溉管理分区研究方法
• 5.2.1 数值方法
• 5.2.2 直观方法
• 5.3 灌溉管理分区数据源的处理
• 5.3.1 数据源的经典统计分析
• 5.3.2 数据源的空间分布规律分析
• 5.4 灌溉管理分区的划分
• 5.4.1 基于主成分分析和MZA的灌溉管理分区
• 5.4.2 基于数据源空间分布图判读的灌溉管理分区
• 5.5 小结
• 6 采样方案的设计及精准灌溉的实施
• 6.1 采样方案的设计
• 6.1.1 合理采样数确定
• 6.1.2 直观方法的采样方案设计
• 6.1.3 数值方法的采样方案设计
• 6.2 精准灌溉的实施
• 6.3 小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文