墒情分析

2024-10-13

墒情分析（共7篇）

墒情分析篇1

1 自然地理条件

吉林省位于松辽平原中部, 全省耕地面积397.5万公顷, 其中干旱耕地主要分布在中西部的白城、松原、四平、辽源、长春地区。此区域风大沙多, 降雨量少, 尤其是西部由原来的十年九春旱已发展成为十年十春旱, 大部分耕地为沙壤土, 保墒能力差, 特别是春季多风少雨。

1.1 气候特点

吉林省属温带大陆性季风气候, 四季气候变化明显, 其特点是春季干旱多大风, 夏季温热多雨, 秋季温暖晴朗, 冬季严寒而漫长。吉林省省内温差较大, 多年平均气温在2～6℃之间, 春季中西部平原区平均气温为6～8℃, 年内7月温度最高, 1月温度最低。全省多年平均日照时数为2259～3016小时, 夏季最多, 冬季最少, 西部较多, 东部较少。全省各地年降水量一般在400～1300mm, 自东部向西部有明显的湿润、半湿润和半干旱的差异。吉林省四季降水量以夏季最多, 4～5月降水量仅占全年降水量的13%, 6～9月份占全年降水量的70%～80%, 这种时空分布造成我省中西部地区干旱频繁发生。

1.2 水文地质状况

该区域属小兴安岭余脉, 具有西高东低的特点。含水层盐性多为砂砾石及细沙, 表层为沙土和极少的黑粘土, 疏水性较好, 该区域内多泡塘及部分湿地, 随着沙漠化、盐碱化的加重, 泡塘、湿地和草原正逐渐退化和减少。

2 土壤墒情分析

2.1 墒情监测站基本情况

为了适时适地种植一些作物, 将旱灾造成的损失减少到最低程度, 我省在中西部地区共建立26个土壤墒情观测站、52个取样点。其中, 白城地区观测点为务本、洮南、黑帝庙、镇赉、胡家店、瞻榆、大赉;松原地区观测点为乾安、查干花、前郭、蔡家沟;长春地区观测点为长春、双阳、农安、德惠、九台;四平地区观测点为四平、十屋、伊通、双辽;辽源地区观测点为辽源;吉林地区观测点为星星哨、舒兰;通化地区观测点为梅河口、辉南、柳河。观测点土质情况:农安、双阳、德惠、长春、伊通、辽源、舒兰、梅河口、辉南、柳河为粘土;九台为壤土;乾安、蔡家沟、前郭、查干花、洮南、务本、黑帝庙、镇赉、瞻榆、胡家店、大赉、四平、十屋、双辽、星星哨为沙土。

2.2 实测分析

2009年冬季, 吉林省降水次数多, 降水量较大。仅11月份全省平均降水45.4毫米, 比常年平均高出42%, 这对保证春季土壤墒情较为有利。西部地区除白城、松原地区冬季降水偏多, 多数县 (市) 农田中仍基本无积雪, 春季抗旱工作仍需十分重视。2010年, 我省进入3～4月份以来, 降水过程频繁, 降水量特多, 共出现5次较明显降水过程。各地气温较常年偏低, 且气温波动大, 大部地区出现强降温和大雪天气, 土壤解冻缓慢, 春播期较常年推迟7～15天, 对实施农业生产有一定不利影响。

根据2010年旱情情况, 4月10日对26个土壤墒情监测站进行了监测, 由监测数据点绘出土壤含水率等值线图 (见图1) 。

再根据大多数农作物适墒土壤含水量标准, 分析不同土壤类型适墒标准, 确定干旱等级。详见表1、表2。

从图1中可以直观地看出我省中西部地区干旱的空间分布、干旱的范围、干旱的中心位置, 准确地反映出中西部地区的2010年4月10日土壤墒情情况。

2.3 对比分析

以2009年、2010年同期26个土壤墒情监测站监测到的数据进行对比分析可得出, 2010年4月10日全省干旱 (含严重干旱) 耕地面积为210.6万公顷, 约占全省总耕地面积53%。其中, 严重干旱区域耕地面积为52.5万公顷, 主要分布在通榆县、长岭县、双辽市大部, 洮南市、大安市、乾安县、前郭县、公主岭市局部等, 与2009年同期相比, 严重干旱区域耕地面积减少34.1万公顷;干旱区域耕地面积为158.1万公顷, 主要分布在白城的洮北区、松原市宁江区, 镇赉县、大安市、洮南市、乾安县、前郭县、农安县、公主岭市大部等, 与上年同期相比干旱区域耕地面积减少12.2万公顷, 与2009年同期相比, 干旱区域耕地面积增加69.3万公顷, 详见表3。

3 抗旱对策

降水少, 蒸发量大, 水系又不发达, 是中西部地区的客观条件, 干旱问题一直制约着中西部地区的经济发展。旱区雨水分配一般包括土壤表面蒸发、地表径流、土壤储水和作物蒸腾用水, 雨水利用具有多层次性。通过总结经验、开展实验, 形成下述几种抗旱体系:

(1) 强化就地入渗。秋天翻地、翻前施肥, 充分接纳自然降水, 建立地下“水库”, 提高自然降水利用率。

(2) 覆盖抑制蒸发。在播种到出苗阶段水热不同步影响苗全、苗齐, 地膜覆盖有水热同步的效果, 保温保墒;秸杆、根茬粉碎还田覆盖土壤。

(3) 径流汇集叠加利用。西部地区属平原盆地、低洼泡塘很多, 采用自然或人工方法集蓄雨水或建储水窖, 改变降雨时空多变, 即将多个时段雨水叠加在一个时段, 增加旱田总供水量和生育期供水量, 关键期进行补充灌溉。

(4) 提高作物水分利用率。提高蒸腾效率就是提高作物水分利用效率, 其途径是采用节水高产抗旱品种。

(5) 机械化来解决春季抗旱保苗, 提高粮食产量。推广应用机械化一条龙坐水种播种机。

(6) 开发引水工程。引嫩江水、洮儿河水入西部盆地, 从根本上解决西部干旱问题。除种植业外, 应发展牧业、林业等完整的农业生态体系;保护生态环境, 发展旅游业, 如向海自然生态环境保护区;提高人们节水的忧患意识, 有效地保护水资源, 加强抗旱治涝的规划和科学决策, 立足长远, 综合治理, 使中西部地区农业经济稳步发展, 并为吉林省增长百亿斤粮食计划的实现提供保障。

4 结语

吉林省是全国产粮大省之一, 中西部平原区又是我省增长百亿斤粮食计划的重要产粮基地, 粮食产量严重受气候因素制约, 特别是由于气候、水文条件形成的干旱、洪涝灾害的制约。春播季节是一个关键时期, 决策者必须掌握各地土壤墒情情况, 在干旱之年, 更应适时准确掌握旱情情况, 便于采取适当措施抗旱保苗, 将旱灾损失减少到最低程度。

土壤墒情监测系统的设计与实现篇2

我国是农业大国, 在农业逐步迈入现代化生产的时期, 利用计算机相关技术, 对农业的生产进行预测与指导是十分必要的。近些年来旱情的发展严重地制约了我国的经济发展, 这对农业灌溉产生了巨大的影响, 我们需要长期考虑的课题就是如何提高灌溉水的利用效率。传统灌溉方式会大量的浪费水资源, 并且不能针对不同地块和农作物实行不同的灌溉方案, 不能使农作物达到最适宜的生长环境。这些问题可以通过发展土壤墒情监测技术, 建立墒情监测数据数据库和土壤墒情监测系统, 实现土壤的适时适量灌溉, 达到节约水资源, 提高作物产量和提高效益的目的。本文应用计算机技术, 信息技术, 人工智能, 网络技术与地理信息系统等技术, 建立土壤墒情监测系统, 从而解决水资源配置与高效利用等常见问题。

2、土壤墒情

土壤墒情是农田耕作层土壤含水率的俗称, 是影响农作物生长的重要因素。土壤墒情是不断变化的, 所以需要对其进行实时监控, 这样采集的信息才有利用价值。土壤水分的变化不仅与土壤特性有关, 还受降水、灌溉、蒸发、根系层下边界水分能量等因素影响, 而且其动态变化也是一个复杂的系统问题[1]。

3、GIS在土壤墒情中的应用

在全国第三次农业气候区划会议上, 土壤水分委员会提出了GIS技术应用于监测土壤水分的原因。地理信息系统在农业气候区划, 主要经济作物适宜种植区划, 天气和其他业务领域, 提供了土壤水分研究的新工具[2]。

在布置数据采集点的同时布置GPS装置, 利用全球卫星定位采集监测点的经度和纬度, 再结合GIS软件就可以实现大面积的土壤墒情实时监测。

4、系统总体设计

本系统共有四个模块组成, 分别是数据采集模块, 数据传输模块, 人机交互模块和数据库模块。

数据采集模块利用传感器采集土壤温度、湿度等土壤墒情数据, GPS装置采集监测点经度、纬度等数据, 通过zigbee网络实现单个监测区域内数据的相互传递。再利用GPRS技术, 实现zigbee网络之间与zigbee网络和智能终端之间数据的远距离传送。在智能终端, 采用浏览器的形式结合GIS技术, 将数据以不同形式展示给用户, 后台数据库则对数据进行加工、存储和数据的分析, 查询与统计。

4.1 土壤墒情数据采集模块:

土壤墒情数据采集模块是利用土壤温湿度传感器对土壤温度和湿度等数据进行采集。利用GPS装置对监测点经度、纬度等地理信息数据进行采集。

监测区土壤墒情监测点设置的主要依据包括:地理位置;土壤质地类型及土壤物理特性;所属行政区划、周边地形地貌;作物种植的种类及范围;水文地质条件:地下水埋深;灌溉条件。土壤含水量监测点布在地块中央平整的地方, 避开低洼易积水的地点[3]。监测土壤墒情效果的好坏, 取决于监测点的数量。监测点过多虽然会提高监测效果, 但会使系统的投资过大。所以合理的选取监测点数量是十分必要的。在布设土壤墒情监测点时, 每二十平方米放置一个节点, 采样点之间保持一定的距离, 采样点的位置一经确定, 应保持其相对的稳定。传感器可以埋入土中的不同深度, 结合GIS软件, 就可以全方位立体的对土壤墒情信息进行监测。图1是无线传感器节点采集数据的流程图。

4.2 数据传输模块:

本文的数据传输模块采用zigbee网络与GPRS网络结合的数据传输方法。克服了有线传输中布线的复杂性和对面积的限制。Zigbee技术是一种低成本、低功耗的近距离无线组网通信技术, 其自组网、自愈和、多组网方式、三级安全模式等优点, 为无线网络的建立带来方便[4]。zigbee的节点铺设简单, 只需要每隔一段距离放一个传感器, 则所有的传感器自动组网[5]。GPRS通信技术有覆盖域广, 按量计费, 接入迅速等优点, 在远程突发性数据传输中具有很好的优势[6]。可以实现zigbee网络之间和zigbee与智能终端之间数据的远距离传输, 适用于突发性数据传输。所以本文结合了适用于短距离组网的zigbee技术与适合远距离数据传输的GPRS技术, 使系统性能更加优越, 价格更加低廉, 在现实中更容易推广。图2为系统连接示意图。

4.3 智能终端:

该部分主要是根据前面的研究内容, 结合GIS技术, 综合土壤温湿度, 采集点的经纬度, 全方位展示土壤墒情信息给用户。系统是基于GIS, 以Win7系统运行环境为平台, 以SQL sever 2005数据库和模型库为管理核心, 以面向对象的C#语言为实现语言建立的。其中包括人机交互模块和数据库模块两部分。

4.3.1 人机交互模块:

人机交互模块以浏览器的形式, 将数据以不同形式展示给用户, 结合GIS技术使用户可以更直观的了解不同地区的土壤墒情指数, 从而更容易对数据进行分析, 对灌溉进行指导。本文所建立的系统不但人机交互界面友好, 而且系统具有智能性、可扩展性以及可视化等一系列特点。首先, 可以实现针对监测区内的土壤墒情监测点进行实时监测, 可以及时、快速、动态地获取监测区内的土壤墒情信息, 针对监测区内的土壤墒情信息对农田灌溉进行有效的监督和评价, 可以提高水资源的利用率。其次, 采用GIS技术、数字通信技术以及网络技术等先进技术, 实现了监测区内的信息共享与网络发布功能。最后, 本系统的实用性强, 操作简单快捷, 功能可扩展性强, 并且界面友好。

4.3.2 数据库模块:

数据库模块采用SQL Server 2005建立关系型数据库, 将接收到的土壤墒情数据进行整理并且保存, 以备后续查询, 分析和数据的统计。此系统还可以将数据转化为图表和地理信息图像的形式展示给用户, 以便用户更加直观的了解土壤墒情的变化范围和趋势, 帮助其做出灌溉决策。另外, GIS地理数据不同于其他数据, 它并不保存在SQL关系型数据库中, 而是直接保存在专门的地理信息系统数据库中, 数据内容包括矢量图、栅格图等[7]。所以GIS地理数据, 只能通过GIS二次开发组件进行读取、保存和修改。对已有的多条数据利用决策树方法进行数据分析后, 就可以根据土壤墒情级别给出灌溉方案。

5、结论:

本文通过传感器采集土壤温湿度数据, 通过GPS采集监测点地理数据, zigbee网络与GPRS网络结合的方式将传感器采集的数据传输给智能终端, 智能终端可以对数据进行多种形式的显示, 加工处理和存储。对土壤墒情进行实时监测不仅可以对土壤有一个合理的评价, 而且可以指导农户对不同区域的土壤制定有针对性的灌溉方案, 节约水资源, 在实际应用中是可行的。

参考文献

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[2]王晓蕾.基于RS与GIS的白沙灌区土壤墒情监测系统[D].[硕士学位论文].河南:郑州大学, 2011

[3]乔平林.区域水资源动态变化遥感定量测算方法研究[D].[硕士学位论文].济南:山东大学, 2004

[4]胡培金, 江挺, 赵燕东.基于zigbee无线网络的土壤墒情监控系统[J].农业工程学报, 2011, 27 (4) :230-234

[5]沈娣丽, 上官同英, 孟雅俊等.zigbee和百度地府API在农田信息采集系统中的应用[J].中国农机化, 2012, (4) :184-188

[6]张磊.基于GPRS技术的农田土壤水分检测校正系统[J].农机化研究, 2012, (9) :124-126

墒情分析篇3

都江堰灌区灌溉面积为6 840 km2,灌溉水源主要取自岷江,随着岷江来水的逐年递减,以及都江堰灌区社会经济快速发展,水资源供需矛盾越来越尖锐,因此对大区域水资源优化调度的需求越来越迫切,其中大区域快速土壤墒情监测是灌区优化配水系统的关键技术之一。传统的墒情监测方法主要依靠手工采集或现场自动采集设备完成监测,采集范围小、效率低且耗时过长而难以满足实际需要。随着空间技术的发展,遥感技术在大区域墒情提取中开始发挥作用,但数据来源、实时性和可靠性均存在较大问题。随着更先进的新一代传感器EOS/MODIS(EOS即美国地球观测系统计划Earth Observation System,MODIS是EOS卫星上搭载的中分辨率成像光谱仪)的出现,将MODIS数据用于大区域土壤墒情信息提取已经成为当前研究的热点。

1 原始数据处理

1.1 遥感数据

EOS/MODIS是新一代“图谱合一”的被动式成像分光辐射计,携带490个探测器,具有36个光谱通道,覆盖从可见光到红外波段。MODIS数据的以下主要特点使其适用于墒情遥感:

(1)适宜的空间分辨率。第1、2通道为250 m,3~7通道为500 m,其余29个通道是1 km。

(2)涉及波段范围广。MODIS数据共有36个波段(0.4~14.4μm),其中250 m的红光和近红外波段是进行植被指数反演的最重要的光谱区域。

(3)时间分辨率高。Terra和Aqua卫星都是太阳同步极轨卫星,Terra在地方时上午过境,Aqua在地方时下午过境。

(4)辐射分辨率达到1 2 b i t,温度分辨率可达0.03 K,量化等级为2 048。

(5)美国宇航局NASA对MODIS数据实行全球免费接收的政策,我国建设了国家EOS-MODIS共享平台免费发放数据。

本研究采用国家EOS-MODIS共享平台发布的Terra卫星数据对都江堰灌区表层(6 cm深度)土壤墒情进行反演。

1.2 实测数据

2006年3月8日在卫星过境时采用移动墒情采集终端系统在地面实测墒情数据。此系统分别利用SWR-2型土壤水分传感器和GPS接收机获取墒情和位置信息,并对数据进行存贮、显示。地面测定选取位于都江堰的东风渠管理处、人民渠二处、外江、通济堰、黑龙滩、龙泉山等灌区内的地块作为采样地块,采样地块土质均匀,与周围土地性状上差异不大,土壤水分状况具有代表性。地面测定的时间为10:00~15:00,尽量与卫星过境时间同步,实测当天天气晴朗,气溶胶粒子较少,风力小于3级,分别测量每个采样区6 cm深度的土壤墒情。由于MODIS影像上一个点代表250 m2的范围,而地面样点的值只能代表几十cm2的状况,因此为减小误差,分别对样区中均匀分布的5个点进行测量,求出均值并取3位小数作为样点实测值,部分测量结果见表1。

经过分析整理后获得54个合格样点,采样点分布均匀,覆盖灌区代表性区域,其中裸地/低植被覆盖29个样点,高植被覆盖25个样点。

2 都江堰灌区遥感墒情提取模型构建

2.1 技术路线

基于可见光热红外遥感法的墒情提取主要采用热惯量法和植被蒸散法。热惯量法简单易行,但是当植被覆盖度较大时,可见光和近红外波段遥感得到的信息是土壤和植被的混合信息或仅仅是植被信息,这就掩盖了土壤的热特性信息,因而只适用于裸地和低植被覆盖区。植被蒸散法则适用于植被覆盖度高的地区,包含作物缺水、距平植被、植被状态和绿度等指数法。作物缺水指数法物理意义明确、精度高、可靠性较强,但计算比较复杂,需要地面气象台站提供参数,实时性不能保证。距平植被和植被状态指数法采用多年遥感数据的统计值,忽略了植被月、旬、季节的变化。绿度指数法简单易行,但参数较少,精度不高。实际应用中,往往将多种方法相互配合使用。

都江堰灌区位于四川盆地西部,由平原区和丘陵区构成,包括7个市(地)37个县(市、区),灌区内土壤土质及植被覆盖情况随区域和时间的不同变化较大,难以用单一模型完整描述。

本文的遥感墒情提取模型采用混合模型,在模型计算前首先将应用区域自动分类为裸地/低植被和高植被等覆盖地区,然后根据覆盖地区类型确定模型,再采用地面实测数据率定模型参数并对所有区域进行墒情提取。具体技术路线如图1所示。

2.2 热惯量法

热惯量法的理论基础是土壤水分含量的变化会影响土壤的热性质,进而影响土壤温度的变化。因此,可以从土壤温度昼夜的变化幅度来推求土壤墒情。对于质地均匀的地物,热惯量定义为:

式中:P为热惯量;λ为热传导率;ρ为土壤密度;C为土壤热容量。

根据地表热量平衡方程和热传导方程,除了考虑太阳辐射、大气吸收和辐射、土壤热辐射和热传导等效应外,还考虑到蒸发和凝结、地气间对热流交换等效应,因而所需的参数较多,计算较为复杂。一般情况下,地表热惯量可以近似表示为地面温度的线性函数,所以地表热惯量可以通过对土壤反照率和日最大最小温度差的测量而获得。可以采用以下热模式:

式中:Td、Tn分别表示午后(13:30)和夜间(2:30)时的地表温度;C1=1/π[sinδcosφ(1-tan2δtan2φ)1/2+αrcos(-tanδtanφ)cosδcosφ];δ为太阳赤纬;φ为当地纬度;ω为地球自转频率;P为地表热惯量;A为土壤反照率;S为太阳常数(1.37×103J·m-2);τ为大气透过率(假设约为0.75);B为表征土壤发射率、空气比湿、土壤比湿等天气和地面状况的地表综合参数,可由地表测量得到。

根据式(2),可得到热惯量的近似方程:

式中:SτC1为入射达到地面的太阳辐射总量,可用Q表示。对于一般均匀的大气条件和平坦地表来说,τ和B均可认为常数。方程可进一步简化为:

式中:Q(1-A)表征地表对太阳辐射的净收入Rn。在实际应用中,地表参量B需要气象地面资料,不方便卫星的实时监测,所以采用表观热惯量PATI代替真实热惯量P进行含水量的反演,即不考虑当地的纬度、太阳高度角、日地距离等因素,只考虑反照率和温差,对热惯量方程进一步简化为:

由此可见,不同物体的(1-A)相同,即吸收太阳能量相同,则热惯量大的物体,昼夜温差小;反之亦然。可见,热惯量是决定地物日温差大小的物理量。

上述过程表明,地表热惯量的计算关键在于获得地表反照率和多时相温度差。即可以利用多时相、多波段遥感数据的特点来计算地表热惯量:通过多波段遥感的反射值反演地表反照率,通过多时相热红外波段的发射值反演地表温度,进而得到温度日较差。

可构建各样点土壤容积含水量与对应像元表观热惯量的典型数学模型,用于参数反演后的模型选优:

式中:θv为土壤容积含水量;b0、b1为待定系数。

2.3 植被蒸散法

植被蒸散法主要是用植被指数或植被指数与辐射亮温的相关关系建模来估算蒸发散量,进而推求土壤墒情。植被指数VI是一种利用气象卫星探测数据的线性或非线性组合而形成的能反映绿色植物生长状况和分布的特征指数。由于影响因素的不同,考虑发展了40多种植被指数模型,我们采用归一化植被指数NDVI和增强型植被指数EVI这两种植被指数作为植被参量来参与建模。

NDVI定义如下:

式中:ρNLR和ρRED分别为经过大气校正的近红外和红光波段的反射率。绿色植被的NDVI值趋向于1,岩石和裸土的NDVI值接近于0。NDVI的值主要受植被几何特征、太阳天顶角和观测角度的影响。另外,不同的土壤背景影响着植被反射波谱的特征,而且,植被越稀疏,土壤对植被光谱的影响就越大,因此为控制土壤背景的影响,发展了许多其他植被指数和光谱模型。

为了建立同时校正土壤和大气的影响反馈机制,发展了EVI:

EVI是利用土壤调节系数L及两个参数C1、C2对NDVI进行修正的。其中,C1、C2描述了用蓝色通道对红色通道进行大气气溶胶散射修正,分别取值为6.0和7.5;L的值取1.0。

构建各样点的土壤容积含水量与相应象元的温度和植被指数的典型数学模型,用于参数反演后的模型选优:

式中:T为地表温度;b0、b1、b2为待定系数;当植被指数采用归一化植被指数时VI=NDVI,采用增强型植被指数时VI=EVI。

2.4 参数反演

反照率、地表温度和植被指数是墒情信息提取的3大关键参数,均可从MODIS遥感数据反演出来。

2.4.1 反照率的计算

陆地表面反照率是描述地球辐射季节性变化特征及其对生物圈和气候过程产生影响的一个重要参数,其表示为:

式中:ρ(λ)是地物各个波段分光反射比;Qse(λ)是太阳的分光辐照度。

对于分波段的情况,则有:

式中:n为波段序号;Qse(λ)为各个波段上地表的太阳分光辐照度。若令加权系数,于是有:

此式表明反照率A是地物各个波段的分光反射比的加权平均,权重Wn代表入射到地表的第n波段的太阳能量与所有波段的太阳总能量之比。

近似采用宽波段的反照率来代替全波段的反照率,得出MODIS数据反照率的计算公式如下:

式中:ρ1、ρ2、ρ3分别为MODIS前3个波段校正后的反射率。

2.4.2 植被指数的计算

分别采用式(14)、(15)计算NDVI和EVI,然后用直观、灵活的决策树分类法进行分类,可得到研究区域250 m分辨率的两种植被指数分布图。其中,红光波段反射率采用波长为0.62~0.67μm的第1通道数据;近红外波段反射率采用波长为0.841~0.876μm的第2通道数据;蓝光波段反射率采用波长为0.459~0.479μm的第3通道数据。

2.4.3 地表温度的计算

遥感图像上直接得到的是辐射亮度温度Tb,需要将其反演成实际温度T,这涉及到比辐射率ε的计算。根据斯特藩-玻尔兹曼定律:

式中:M为总辐射出射度;σ为斯-玻常数(5.6697×10-8W·m-2·k-4);ε为物体的比辐射率。再根据辐射亮度温度的定义(即辐射出与观测物体相等的辐射能量的黑体的温度)得:

则有:

采用∆Tb近似替代∆T,在单个波段之中,10.2~11.2μm之间的波段能提供最可靠的地表反演温度。考虑到MODIS的第31波段的中心波长为10.78~11.28μm,且其比辐射率相对稳定,故可用经辐射定标后的31通道的亮温代替地表温度。普朗克光谱辐射方程是所有亮温反演理论的基础。公式如下:

式中:B为辐射率;λ为波长;普朗克常数h=6.626 2×10-34J·s;波尔兹曼常数k=1.384 6×10-23J/k;光速c=3×10-8m/s。变换一下,可得实际温度:

3 模型选优及计算结果

针对不同植被覆盖度区域分别采用表观热惯量和植被蒸散模型进行墒情计算。对植被覆盖度分别采用NDVI、EVI两种判决参数进行阈值判决,简单设定候选阈值为0.10、0.15、0.18和0.20,小于所选阈值的象元采用表观热惯量模型,大于所选阈值的象元采用植被蒸散模型,并利用SPSS(Statistical Package for the Social Science)软件进行各种模型的曲线拟合,然后通过比较其拟合精度来进行阈值、数学模型选择。

采用表观热惯量8种,植被蒸散16种,共计24种数学模型进行计算,得出不同阈值下各种模型通过不同置信度的F检验情况,得到的模型数(6cm深度)见表2。从表2可以看出,当阈值取0.10时,植被蒸散模型都通过了置信度为0.001的F检验;当阈值取0.15时,两类模型的拟合精度都有所下降;当阈值取0.18时,两类模型的拟合精度均有所回升,表观热惯量模型均表现优秀,植被蒸散模型也有一半通过置信度为0.010的F检验;当阈值取0.20时,表观热惯量模型的拟合精度仍很理想,但植被蒸散模型的拟合精度几乎都达不到要求。综上分析,选用NDVI=0.18作为研究区域6 cm土深混合模型的像元判别阈值。

(6cm深度)

阈值取0.18时,表观热惯量模型中,以倒数模型的决定系数R2=0.365最大,故将其作为6 cm土深裸地/低植被覆盖区下的最优模型;植被蒸散法模型中,以T-NDVI线性模型的R2=0.412最大,故将其作为6 cm土深高植被覆盖区下的最优模型。即对NDVI<0.18的象元,采用θv=67.773-77 171.8/PATI模型;对NDVI>0.18的象元,采用θv=-4 000.143-1.657NDVI+14.005T模型,利用ENVI的波谱运算工具实现对表层土壤(6cm深度)墒情信息的提取。

4 结语

本文研究表明,对大区域墒情提取问题可建立热惯量法和植被蒸散法的混合模型;模型对表层(6cm深度)土壤墒情的反演,表现出较高的置信度,其中倒数数学模型的拟合效果最佳;利用NDVI作为植被指数参量的模型普遍比用EVI作为植被指数参量的模型拟合精度高。分析说明MODIS数据在大区域墒情监测上具备空间分辨率、观测精度、时间分辨率、数据格式及可获取性等多方面的优越性,以其为基础建立实时墒情监测系统是可行的。本文在研究中未对遥感数据进行去云处理,对多时相多状态的数据也未进行计算和验证,这都有待于今后进一步深入研究。

参考文献

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[4]Price J.C.On the Analysis of Thermal Infrared Imagery.The Limited Utility of Apparent Thermal Inertia[J].Remote Sensing of Environment.1985,18:59-73.

墒情分析篇4

1 朝阳市区域概况

1.1 地形地貌

朝阳市处于内蒙古高原向沿海平原过渡的阶梯分界地带, 总体上属于辽西低山丘陵地区, 山间河谷平原区的面积占全市总面积的18.3%, 而山地面积占81.7%。全市整个地势自西北向东南呈阶梯状递降, 北高南低, 构成两头高中间低的“U”字型地形。区域森林覆盖率为33.5%, 植被类型属半干旱性的温带落叶林带;土壤养分含量较低, 土质类型多样, 主要有草甸土、褐土、棕壤、风沙土等[2]。

1.2 气候气象

朝阳市主要气候特点为四季分明, 雨热同季, 日照充足, 昼夜温差较大, 积温高, 辐射强, 降水偏少, 常有不同程度的洪涝、干旱、冰雹、霜冻等灾害发生。年平均气温5.5～8.9℃, 1956—2000年多年平均降水量482.8 mm, 多年平均蒸发量为1600～2000 mm。全市降雨时空分布不均, 季节变化幅度较大, 夏季降水量约占年降水量的80%, 地区降水量差异很大, 总体上由东南向西北递减。同时朝阳市属于蒸发高值区, 作物蒸腾加速, 土壤含水量下降迅速, 导致不同时期的旱灾频繁, 其中春旱十分严重, 并时有伏旱、秋吊发生。

2 朝阳市土壤墒情监测工作现状

在全面推进现代化农业科技应用和生产管理水平的过程中, 土壤墒情监测和预报发挥了重要作用, 已经成为农田节水技术推广和信息服务的重要组成部分。大气降水和灌溉是农作物用水的主要来源, 而作物无法吸收利用降水和灌溉水, 除水生作物 (如水稻) 外, 直接水源均需转化为土壤水[3]。农田土壤供水和作物对水的利用效率受多个因素的影响, 如管理措施、农艺技术、各种田间工程等。为提高旱田作物的水分利用率, 提高判断作物需水规律的准确度, 必须掌握瞬时土壤含水量, 做到及时补水或排水。根据以上原则, 确定土壤墒情测报工作的重点区域, 并根据监测站点要具有一定的代表性, 面积不小于0.2 hm2的原则布设相应的监测站点。目前, 朝阳市共有各种监测站点36个, 其中人工观测站点13个, 遥测站点23个。遥测站点在2006年以后分2批建设, 朝阳市土壤墒情监测站点分布如图1所示。人工观测时土壤含水率在6月1日前为10、20 cm, 6月1日至9月21日分别为20、30 cm, 而遥测站监测的结果为10、20、30 cm。

3 朝阳市土壤墒情监测工作开展情况

人工监测点的监测数据, 多数从每年的3月21日土壤解冻开始至9月21日结束, 正常情况每月的1、11、21日进行采集和上报, 在出现干旱时适当加密测次, 时间间隔为2～3 d。一般采用常规烘干法进行土壤含水量测定, 用重量含水量表示。而遥测数据均为土壤解冻后至上冻为止, 每日8:00自动进行数据采集并将数据通过GPRS或GSM传递到数据接收中心。监测期间, 根据需要向不同的部门如抗旱防汛办、农委、市委等相关部门提供监测数据, 并进行分析, 同时在每年的年末, 对所收集的数据进行汇总[4]。

4 朝阳市土壤墒情监测工作存在的问题

4.1 监测点缺乏全面性

作为一项社会公益性、基础性工作, 土壤墒情监测涉及范围广、技术性强、实施周期长、业务量大, 需要各级政府财政提供人力、物力、资金、技术等方面的支持。目前, 朝阳市土壤墒情监测工作所需的资金严重不足, 市级监测网络尚未实现全部覆盖, 在提交土壤墒情监测报告时, 数据涉及的范围不够全面, 同时缺乏精准性和权威性, 减弱了对农业生产的指导作用。

4.2 测定结果不稳定

虽然土壤墒情定位监测系统能快捷、连续地预报土壤墒情与旱情, 但测定结果有时不够稳定, 测试值与烘干法测定的土壤水分含量不能保持完全一致, 导致测定结果不能直接被应用。而采用经典的土壤水分烘干法, 测试手段和设备比较落后, 工作量大, 时间长。

5 发展对策

5.1 完善全市墒情监测网络体系建设

近年来, 通过监测项目实施, 墒情站点采集数据、并汇总和上报, 监测分中心对所有监测数据进行整理和分析、编制墒情简报等, 对抗旱减灾工作进行针对性地指导, 在抗旱减灾方面发挥积极的作用[5]。但目前每667 hm2耕地的墒情监测站点还不到1个 (目前耕地面积约为5.13万hm2) 。因此, 要重视土壤墒情监测工作的重要性, 积极争取资金、技术等支持, 扩大监测范围, 提高墒情监测的时效性、准确度、全局性, 全面提升应对灾害的能力, 将这项公益性、基础性、长期性工作长久进行下去。

5.2 建立墒情监测工作的长效机制

墒情监测工作较复杂, 由于缺乏固定的经费投入, 各地都是通过整合其他项目筹措资金开展墒情监测, 难以保障工作的连续性[1,2]。因此, 需要尽快将其立项, 获得财政支持, 并建立一支稳定的、素质优良的监测队伍, 保持监测点监测技术人员的稳定性。做好墒情监测工作, 使其在农业生产中发挥更大的作用, 为各级领导及时准确了解旱情的演变趋势提供参考依据, 为防旱、抗旱工作做出正确决策提供技术指导[6]。

5.3 提高土壤墒情监测能力

在技术实施上, 各监测点要严格按照规范要求开展监测工作, 重点在监测点的建立、数据采集、数据汇总与报告编写、信息发布这5个环节上保持统一, 尤其在数据采集时间、采样深度、数据传输时间上确保一致, 同时要定期展开技术培训工作[4]。

摘要：介绍朝阳市土壤墒情监测工作的现状和存在的问题, 同时重点阐明墒情监测工作对农田灌溉和农业抗旱减灾的指导性作用, 并提出墒情监测工作在未来管理中的发展对策, 以为当地的农业生产提供参考。

关键词：土壤墒情,监测,现状,对策,辽宁朝阳

参考文献

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墒情分析篇5

农田土壤墒情信息数据的传输需要大量的数据采集和监测节点,相对于工业现场,具有传输数据量小、覆盖范围广、通信距离远、维护相对不便等特点。考虑到传输距离、成本、能耗、可靠性和现场环境等因素,传统采用的基于GSM/GPRS的数据传输系统效率较低、成本较高,不适宜大范围的农业数据采集和检测。如果采用ZigBee技术构建农田信息采集传输网络,能够在较大范围内有效地获取和发送数据,而且通信过程不产生通信费用,特别适合于土壤墒情信息采集系统的应用需求。目前,ZigBee技术已广泛应用于农业活动中的远程数据传输系统,取得了较多的研究成果[1,2,3,4,5]。

1 系统结构设计

根据农田现场情况,采用扩展星型网络拓扑结构,土壤墒情信息采集系统由一个ZigBee中心节点(协调器)和若干个具有多路输入输出信号的ZigBee路由节点组成一个无线网络。考虑到路由节点的通用化和扩展性,节点具有2路输入信号、2路继电器输出信号、2路模拟信号扩展,可外接土壤水分传感器、土壤盐分传感器等。系统工作时,从服务器端通过软件对相应的监测点发出“信息监测”命令,经过和服务器端相连的ZigBee协调器发出指令;网络路由节点收到命令后,切换到工作状态,启动相应的控制指令,从外接传感器的端口采集数据,由路由节点处理器将数据封装为ZigBee协议数据包,并从路由节点的ZigBee模块发出信息至服务器;服务器收到数据包后,进行数据包解析,提取需要的土壤墒情信息,记入数据库存储,并通过Internet进行发布。为了节约功耗,路由节点一旦和协调器节点建立通信网络之后,应进入休眠状态,直到接收到服务器指令后开始工作,工作结束再次转入休眠状态。考虑到系统的可靠性,采用应答机制,以确保可靠的数据传输。将放置于农田中不同位置的节点设置为路由节点的优点在于能够有效利用中继特性,最多可中继6次,传输较远的距离。整个系统示意图如图1所示。ZigBee网络具有很好的自组织性,新加入的节点能够很快和协调器通信,实现扩展。

2 终端节点系统设计

2.1 芯片/模块选型

无线终端节点采用模块化、集成化、标准化结构,便于容量扩充和引入新的硬件模块,容纳新业务,支持新技术。综合考虑低功耗、低成本、高可靠性、小型化等因素和设计要求,主控板MCU选择C8051F34X全速USB FLASH微控制器。该微控制器是完全集成的混合信号片上系统型MCU,低功耗,具有较强的处理能力,集成模拟外设、数字外设和USB控制器,能够适用于多种工业应用场合。ZigBee网络通信的射频模块选用低功耗、通讯能力很强的XBee Series2 OEM ZigBee Pro RF模块。该模块符合ZigBee标准协议,模块操作在2.4GHz频段,室外明视距离高达1.6km,数据速率为250kbps,具有重试和确认功能,支持点对点、点对多点和对等网络,可自动路由、自我诊断,能够满足本系统的设计要求。土壤水分传感器采用SGR-1型阻抗式土壤水分传感器,可以测定10kPa～15MPa 的土壤水势,适合于对干旱地区土壤水分的测定。土壤盐分传感器采用KTR-TYC-2型土壤盐分传感器,可直接监测土壤里的水盐动态变化。

2.2 路由节点硬件架构

根据PCB电磁兼容设计布局与布线的重要原则及ZigBee射频电路的PCB设计建议,防止电磁相互干扰,采用核心板加底板的设计思路[6]。

从设计通用化角度考虑,处理器模块负责控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理以及任务管理等;无线通信模块负责与其他节点进行无线通信,交换控制消息和收发采集数据;模拟信号接口从外接的传感器上获取相应的土壤墒情数据;开关量和外设接口用于手动或自动产生输入信息,并在LED上显示;能量供应模块(电源)设计为开关可控的系统供电电源,节点电源由两节1.5伏高容量碱性电池组成,可确保1～2个月的使用时间。以上设计中,要充分考虑系统工作的稳定性、可靠性和抗干扰性等。终端节点的电路原理图如图2所示。

3 关键技术及实现

3.1 ZigBee网络的构建

对ZigBee的操作有两种基本的模式,AT命令模式和API操作模式。本系统中采用API操作模式,具有更快的执行速度。API规定了通过串口数据帧如何发命令,命令响应,以及模块状态与信息传送与接收。

ZigBee 的组网是建立在 802.15.4 层组网协议的基础上的,ZigBce 的无线组网就是通过不断的对802.15.4 层组建的星型网络调用拓展而形成更加健壮灵活的网络[7]。其建网流程如图3所示。

协调器的主要任务是组建 ZigBee 网络、允许终端节点加入网络、绑定终端节点,将土壤水分、盐分等数据传送给服务器。

协调器设备都已经具有了一个唯一的固定的 64 位 IEEE MAC 地址(扩展地址),但是作为组网的标识还必须分配给自己一个 16 位的网络地址(短地址)。使用短地址进行通信可以使网络通信更轻量级、更加高效。这一短地址是预先定义的,PAN Coordinator的短地址通常被定义为 0x0000。协调器加电后,首先搜索信道,选定信道后将完成初始化和建立网络的任务,包括 PAN ID 的设定、协调器地址的设定和其他一些网络参数的设定。当有节点加入网络时,如果其发送的信息都正确,协调器将允许其加入网络,并分配给节点一个 16 位的短地址和相关的网络参数,作为设备在网络中的标识。如果协调器收到了节点的绑定请求,协调器要响应节点的绑定请求。对于接收到的数据,在接收数据的同时,协调器还要将数据通过 RS232 串口发送到服务器,来监测测量的结果是否符合设计要求。ZigBee 无线网络是动态生成,即自组织、自管理,这就需要一个灵活的地址分配机制,有效地址分配机制为路由建立了良好的基础[8]。

3.2 节点编号及命名

为了能判别哪个采集信息是哪个终端节点所发送的,需要给终端节点命名来进行识别。根据判别采集信息发送端的短地址来对终端节点进行编号,终端节点短地址从0x715开始递增,节点编号从1开始递增,并且一一对应。在每个节点加入网络前,需要通过下载接口给每个节点的ZigBee模块命名;在加入网络后,终端节点的处理器将通过相关函数读取ZigBee节点的NodeID信息,并和信息数据一起封装传送给协调器节点,最终在服务器端获取其节点名称,便于进行处理。

3.3 路由表的建立

在ZigBee通信协议中,可以进行点对点式通信,也可以进行广播方式通信[9]。考虑到广播方式通信延时大、效率低、不适宜采用应答机制等问题,本设计采用点对点式通信。首先,需要对ZigBee路由器节点进行Node ID设置,这将通过RS232口进行;设置后,路由器节点将这些地址存储到相应的Flash地址中;接着,ZigBee路由器节点将编号地址发给ZigBee协调器节点。鉴于ZigBee路由器节点的Node ID可能发生修改,间隔一定时间,将各个ZigBee路由器节点Node ID依次发给网络中的协调器节点。最后,协调器节点建立一个路由表,这个路由表有两列,第1列是路由节点的Node ID,第2列是监控器设备所连接的ZigBee路由器节点的短地址即ZigBee网络所分配的地址。

通过服务器端软件建立Node ID和某区域的对应关系,以方便用户使用。当服务器要向终端节点发起数据请求时,通过串口发送Node ID和请求,协调器收到Node ID后,查找路由表,找到其对应的ZigBee路由器节点的短地址,将信息发给此ZigBee路由器节点。相应的,路由节点通过传感器采集到数据后,将封装后的数据通过ZigBee发送给协调器,协调器解析数据包,获取其路由节点短地址,查找路由表,找到Node ID,连同数据信息通过串口发送给服务器,服务器收到信息之后,将会在界面上显示对应区域的土壤墒情。

3.4 网络数据传输设计

数据传输系统将ZigBee网络协调器收集到的各路由节点信息通过USB接口(虚拟为串口)传送给服务器。数据传输编码格式为:节点ID、土壤水分、土壤盐分值等。路由终端节点发送数据流程如图4所示。

ZigBee协议定义了3种寻址方式:直接寻址、间接寻址和广播寻址[10],本文采用直接寻址方式。设备要直接寻址必须知道接受方的短地址。当应用对象需要发送数据时,通过APS数据实体APSDE_DATA.request原语调用APS层的一个数据请求。数据将会被封装上每个下层协议的头部。

当路由节点接受到一个单播的消息,其APS层就会激活APSDE_DATA.indication原语处理消息。如果接受到的是一个确认帧,则APS层应该发送APSDE_DA TA .confirm确认。信息采集的主要过程共分3步。由协调器通过原语APSDE_DATA.request发送查询命令,终端通过APSDE_DATA.indication原语来接受命令,然后将节点ID、水分、盐分值等经过封装后的信息再通过APSDE_DATA.request原语发送回协调器,协调器同样通过APSDE_DATA.indication原语来接受信息。充分考虑到系统数据传输的可靠性,在设计时采用应答机制保障通信双方可靠的通信连接。在C8051F 340上移植了uCOS-II操作系统后,系统具有较强的实时性,并可实现多任务处理,简化了应用系统软件的设计,提高了系统的稳定性和可靠性,满足系统的实际需求。

4 测试方法与性能分析

从两个方面对搭建的平台进行测试:首先是对所组的网络进行测试,其次对节点的通信质量进行了测试。要进行组网测试,首先将协调器程序烧入一个节点作为协调器,对30个路由节点模块定义、命名,依次给终端节点加电,终端节点随后就会寻找网络,并通过发送MAC帧和同步帧将自己加入这个网络中去。服务器每隔一定时间要对加入网络的点进行巡查,若通讯异常,便提醒工作人员及时处理。

测试在无障碍空地进行测试,在300,800,1 600m处测试,然后通过中继,合理布设路由节点,在3 000,6 000,9 000m处测试。结果表明:通信效果良好,最远可达约10km的通信距离,系统达到设计目标,具有很好的传输特性;同时发现在雨雪天、大雾等气候条件下,通讯距离受到明显影响。考虑到农田信息传输需要更远的距离,提出一种改进思路,可以将ZigBee的协调器模块和GSM/GPRS模块相结合,开发WSN网关节点,这样利用现有移动通信网络可实现更远距离的数据传输。

5 结论

本文将ZigBee技术应用于土壤墒情信息采集系统,设计了满足系统需求的无线监测节点,目前在某地进行进一步测试和评估。测试表明该系统具有通信能力强、可靠性高、通用性好和成本低廉等特点。

摘要：针对农田土壤墒情信息采集系统存在的问题,在分析农田信息数据传输特点的基础上,利用ZigBee技术设计并实现了用于土壤墒情信息采集的无线信息传输网络节点,完成了系统的软硬件设计,对一些关键技术进行了深入分析,并针对系统提出了改进思路。测试结果表明,该系统传输距离远、可靠性高,能够满足农田信息采集的需要。

关键词：ZigBee,土壤墒情,采集系统,终端节点,系统设计

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墒情分析篇6

建宁县连年干旱, 降雨稀少, 为确保粮食产量, 抗旱节水技术和措施被广泛应用并取得良好成果, 其中地膜覆盖是最有效的手段之一。为进一步探讨地膜覆盖的抗旱节水作用, 决定在建平县玉米作物上开展不同地膜覆盖模式试验, 目的在于通过本试验研究出最适合建平县的地膜覆盖模式, 进一步完善旱作节水技术, 推动旱作农业的长足发展。

二、方法原理

试验地点落在奎德素镇和农业中心试验地, 每个试验点设5个小区, 分别为:裸地、秋覆全膜、秋覆半膜、春覆全膜、春覆半膜。在同一时间对5个小区耕层土壤进行墒情测定, 以含水量的数值来判断哪种模式抗旱节水效果最好。

三、数值分析

由于秋覆膜时土壤墒情较好, 春覆膜时土壤墒情较差, 且冬季至测定时降水很少, 所以5月3日土壤含水量秋覆膜高出春覆膜很多, 全膜和半膜差异不大。

由于拔节期需水量很大, 而降水较少, 因此土壤含水量下降较大, 从6月25日土壤含水量测定数值看, 秋覆膜大于春覆膜, 半膜大于全膜。因为秋覆膜基础数值很高, 半覆膜在保水的同时, 还可以吸收自然降水。7月23日的含水量数值规律与上次测定基本相同。

四、结论

1. 从土壤含水量数值上分析得出:秋覆膜好于春覆膜, 半覆膜好于全覆膜。

2. 五种模式中表现最好的是秋覆半膜, 既保持住了秋季较好的墒情, 又随时可以接受降水。在同等干旱条件下, 该模式含水量最高, 玉米产量自然也最高。

墒情分析篇7

关键词：冬小麦,墒情,影响,水分管理,措施,河南省,2012年

河南省是农业大省和粮食生产大省, 常用耕地面积720万hm2, 其中粮食生产占据全国重要位置, 冬小麦种植面积、年总产量和提供商品麦数量长期位居全国第一。而且良好的光、温、水、土条件为冬小麦生育提供了良好的生态环境, 气候兼有南北之长, 属大陆性季风气候。常年平均气温12.4~16.1℃;日照时数1 328~2 350 h;降水总量432~1 632mm[1], 降水分布由南至北依次递减。河南省冬小麦播种期一般在10月上中旬, 翌年5月底至6月初收获, 全生育期淮河以北为210~240 d, 以南为200~220 d。2000年以来, 河南省冬小麦种植面积占全省粮食面积的比例都在54%以上, 总产占全省粮食的56%~58%[2]。据资料表明, 近年来河南省冬小麦播种面积稳中有升, 2011年播种面积为532.33万hm2, 占全省粮食面积的54%[3]。水分是保证冬小麦正常生长的重要因素, 准确分析农田土壤墒情状况, 正确预测未来变化趋势, 对于做好冬小麦生育期水肥管理、指导科学灌溉、提高水资源利用率具有重要意义。

1 冬小麦生育期墒情状况

由图1可知, 2012年河南省冬小麦生育期内墒情总体适宜, 土壤相对含水量在65%~85%, 拔节期、灌浆后期部分区域墒情不足, 出现一定程度旱情。

1.1 播种至苗期

2012年冬小麦播种期间, 土壤墒情适宜, 0~20 cm土壤相对含水量平均值为79.33%;20~40 cm土壤相对含水量平均值为80.91%, 全省实现了适期播种和一播全苗。苗期气候条件温和, 土壤墒情适宜, 麦苗长势良好。

1.2 越冬期

越冬期降水偏少, 部分地区土壤含水量有所下降, 但仍在适宜范围。由于全省气温持续偏低, 减少了水分蒸发, 利于土壤保墒。同时, 部分有灌溉条件的地区及时进行了适量冬灌, 改善了土壤缺墒的不利局面, 对满足麦苗需水要求、促进冬前分蘖起到了积极的作用, 使全省小麦实现了安全越冬。

1.3 返青至孕穗期

立春过后, 气温偏低, 降水分布不均, 全省大部分灌区实施了春灌, 土壤含水量进一步回升, 土壤墒情适宜。3月中旬进入拔节期后, 气温回升较快, 增温幅度大, 全省大部分地区降水持续偏少, 全省平均降雨量较常年同期偏少60%以上, 较2012年偏少70%, 土壤失墒较快, 豫西、豫中、豫东部分地区墒情不足, 出现不同程度旱情。4月中旬小麦孕穗期间, 全省出现大范围降水, 有效补充了土壤水分, 土壤墒情基本适宜。

1.4 灌浆期

5月上旬大部分地区气温偏高, 利于小麦灌浆, 5月5—7日全省出现了大范围降水, 大部分地区降水量在10 mm以上, 前期发生旱情的区域表墒得到一定程度改善。墒情监测结果显示, 大部分地区墒情适宜0~20 cm土壤相对含水量平均值为69.55%;20~40 cm土壤相对含水量平均值为69.19%, 基本满足小麦灌浆期对水分的需求。

1.5 成熟期

5月中旬小麦进入乳熟期, 全省气温偏高, 降水偏少, 大部分地区墒情基本适宜, 0~20 cm土壤相对含水量平均值为62.79%;20~40 cm土壤相对含水量平均值为65.88%, 部分地块旱象显现。5月26—27日全省出现大范围降水, 大部分地区降水量在100 mm以上。监测结果显示, 全省各地墒情适宜。0~20 cm土壤相对含水量平均值为88.59%;20~40 cm土壤相对含水量平均值为87.07%, 为夏玉米播种提供了充足底墒。

2 不利墒情条件对冬小麦的影响

2012年冬小麦生育期内共有2个阶段因为缺墒对作物生长发育造成了不利影响。第1次是在拔节期至孕穗期, 部分旱地墒情不足, 前期表现为植株矮小、叶色黄绿, 幼穗分化受到影响;后期表现为节间较短、穗短粒少。第2次是在成熟期, 部分麦田由于墒情不足, 导致灌浆速率、灌浆强度下降, 从而影响粒重。

3 水分管理措施

3.1 水分利用特征

河南省冬小麦全生育期需水量在400~500 mm, 需水量最大时期是拔节至成熟期, 占总需水量的75%。需水临界期在孕穗至灌浆期, 占总需水量的40%。全生育期依据土壤墒情可灌3~4次水, 即底墒水、越冬水、返青—拔节水和灌浆水。

3.2 灌溉制度

根据河南省冬小麦需水规律, 结合近几年全省气象状况和墒情状况, 在确保足墒播种的前提下, 后期麦田水分管理可依据降水量情况采取不同灌溉措施 (表1) 。

4 结语

适宜的墒情是保证冬小麦正常生长的必要条件, 准确把握关键生育期墒情状况, 制定科学的灌溉制度, 加强麦田水肥管理, 是提高水肥利用率、实现小麦高产的重要措施[4,5,6]。

参考文献

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