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國(guó)內(nèi)外研究土壤墑情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的不同情況
土壤墑情是指土壤中水分的含量及被作物利用的程度,可用土壤含水率,土壤相對(duì)濕度,土壤總水分貯存量及土壤有效水分等一系列指標(biāo)來(lái)描述。
土壤墑情監(jiān)測(cè)是水循環(huán)規(guī)律研究、農(nóng)牧業(yè)灌溉、水資源合理利用、及抗旱救災(zāi)基本信息收集的基礎(chǔ)工作。長(zhǎng)期以來(lái),土壤墑情信息最重要的要素土壤含水量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)少,導(dǎo)致土壤含水量信息緊缺,目前我市土壤含水量資料只有氣象部門獨(dú)家擁有, 而墑情和旱情及其發(fā)展趨勢(shì)是同氣象條件、土壤、土壤的水分狀態(tài),作物種類及其生長(zhǎng)發(fā)育狀況密切相關(guān)的,因此可以認(rèn)為氣象條件、土壤的物理特性、土壤水分狀態(tài),作物種類及生長(zhǎng)發(fā)育狀況是墑情和旱情監(jiān)測(cè)的四大要素。
國(guó)外研究情況
國(guó)外關(guān)于土壤墑情預(yù)報(bào)的研究比較早,20世紀(jì)70年代,有學(xué)者開始對(duì)土壤墑情預(yù)報(bào)進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)小麥的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出土壤含水量預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)?zāi)P汀?0世紀(jì)80年代末期土壤墑情預(yù)報(bào)的發(fā)展較為迅速。Jackson等基于植冠溫度的研究,提出了作物水分脅迫指數(shù)(CWSI)的概念,即由紅外測(cè)溫儀測(cè)得的冠層溫度,可根據(jù)能量平衡公式中干、濕氣溫及凈輻射的估算來(lái)計(jì)算CWSI。根據(jù)熱量平衡方程,提出作物水分虧缺指數(shù)的概念,證明了缺水指數(shù)與土壤含水率有較好的相關(guān)關(guān)系。還有人建立了不同深度處土壤墑情的預(yù)報(bào)模型。
20世紀(jì)90年代后,土壤墑情預(yù)報(bào)研究得到進(jìn)一步發(fā)展,并對(duì)土壤水分的測(cè)量及各種測(cè)量工具使用進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比研究。Mahmood和Hubbard根據(jù)水量平衡原理建立了土壤墑情預(yù)報(bào)模型,Mahmood應(yīng)用此模型對(duì)3 種不同用途土地的土壤墑情進(jìn)行了預(yù)報(bào),取得了較好的結(jié)果。Tamir Kamai等對(duì)熱脈沖探測(cè)儀測(cè)量土壤墑情做了新的改進(jìn),把一個(gè)半徑6mm的加熱圓環(huán)和一個(gè)熱敏電阻,套在一厚6mm,直徑16mm 塑料圓盤代替原來(lái)的探針,用設(shè)計(jì)出的這種按鈕式熱脈沖探測(cè)儀對(duì)土壤水分測(cè)量,并做了數(shù)據(jù)分析。改進(jìn)后的儀器對(duì)土壤水分的敏感度更強(qiáng)了。水分反射儀在不利氣候時(shí),例如閃電,測(cè)量結(jié)果會(huì)受到影響。John等針對(duì)這一現(xiàn)象,建立了一種概念性的模型對(duì)閃電影響下的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。Martinez等對(duì)集水區(qū)土壤表層(0~50mm)和根系層(0~ 300mm)墑情的時(shí)空分布進(jìn)行了四周的測(cè)量。有限觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)能夠?qū)Ρ韺雍透祵訅勄榈臅r(shí)空分布提供精確的估計(jì),對(duì)深層土壤的墑情值也有一定的揭示作用。
國(guó)內(nèi)研究情況
早期由于對(duì)土壤墑情理解的局限性,對(duì)土壤墑情信息的監(jiān)測(cè)往往只監(jiān)測(cè)土壤含水率,忽略了作物信息和其他重要信息的收集,致使眾多的土壤墑情測(cè)報(bào)點(diǎn)和灌溉試驗(yàn)站都基本停留在僅向有關(guān)部門提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)降水量、土壤含水率等原始數(shù)據(jù)上。
在初期監(jiān)測(cè)研究中,大部分的焦點(diǎn)都集中在土壤水分的監(jiān)測(cè)。基于土壤水分變化率與貯水量成正比這一假定,得出了土壤水分的指數(shù)消退關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,建立了冬小麥生育期土壤墑情預(yù)報(bào)的經(jīng)驗(yàn)遞推模型,并在北京市水利科學(xué)研究所永樂(lè)店試驗(yàn)站對(duì)模型進(jìn)行了檢驗(yàn),表明模型預(yù)報(bào)效果較好。
該模型的特點(diǎn)是模型簡(jiǎn)單且參數(shù)較少,其主要局性是模型中土壤水分消退系數(shù)地域、時(shí)域性較強(qiáng)。同時(shí)他們?cè)谕坏貐^(qū),利用試驗(yàn)站冬小麥返青后的土壤水分試驗(yàn)資料,建立了土壤墑情預(yù)報(bào)的BP 、網(wǎng)絡(luò)模型,模型中同時(shí)考慮了多個(gè)因素對(duì)土壤貯水量的影響。利用部分實(shí)測(cè)資料對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,然后對(duì)2a不同灌水處理下的土壤貯水量進(jìn)行預(yù)測(cè),取得了較好的效果。蔣洪庚等運(yùn)用平原水文模型,參考不同作物不同生長(zhǎng)期蒸散發(fā)特點(diǎn),以及土層結(jié)構(gòu)和土層蓄水量與土壤墑情之間的關(guān)系,構(gòu)建了區(qū)域土壤墑情模型。
利用山西省洪洞縣實(shí)測(cè)土壤墑情資料對(duì)該模型進(jìn)行了檢驗(yàn),檢驗(yàn)結(jié)果表明,模型物理概念明確,可連續(xù)模擬或預(yù)報(bào)區(qū)域土壤墑情,且預(yù)報(bào)精度高。李芳花等采用/ 3S0技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的集成,以墑情監(jiān)測(cè)的遙感模型與土壤水分消退三成蒸散模型為核心,綜合利用極軌氣象衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)源與多點(diǎn)地面監(jiān)測(cè)墑情、氣象觀測(cè)數(shù)據(jù),研發(fā)了黑龍江省墑情信息管理系統(tǒng)。
目前土壤墑情的測(cè)量主要從3方面著手。一是地面實(shí)際測(cè)量;二是通過(guò)遠(yuǎn)程遙感估算;三是仿真模型估計(jì)。影響土壤水分變化的因素很復(fù)雜,現(xiàn)有的技術(shù)手段都存在一定程度上的缺陷。已知模型存在適用范圍窄,實(shí)踐性差,操作復(fù)雜等不足;同時(shí)高精度的測(cè)量?jī)x器昂貴,低價(jià)儀器測(cè)量數(shù)據(jù)不夠精確,耗時(shí)長(zhǎng),操作復(fù)雜。因此,無(wú)論是墑情預(yù)報(bào)模型還是低成本、準(zhǔn)確、快速測(cè)定土壤濕度的儀器都有廣泛的研究空間;通過(guò)土壤墑情模型與儀器測(cè)量濕度值結(jié)合而得到節(jié)水灌溉指令,是具有廣泛應(yīng)用前景的課題。而土壤墑情測(cè)量?jī)x的研發(fā),解決了上述困難,價(jià)格合理,功能齊全,儀器不僅僅記錄土壤水分,還可以對(duì)雨量變化進(jìn)行記錄,并可以看出隨著雨量的增加或減少,土壤水分的曲線同時(shí)變化,受到了專業(yè)人士的一致好評(píng)。
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