Subjects: Other Disciplines >> Synthetic discipline submitted time 2023-03-28 Cooperative journals: 《中国科学院院刊》
Abstract： The Luancheng Agro-Ecosystem Experimental Station, the Chinese Academy of Sciences, is located in the piedmont plain area of North China Plain and the middle section of the Taihang Mountain alluvial plain. It is a typical representative of the high-yield agricultural eco-system in the groundwater irrigation area. Due to the large-scale and high-intensity agricultural production in recent decades, the regional groundwater has been seriously over exploited, and the risk of groundwater pollution has increased. However, the surface agro-ecosystem and aquifer are separated by thick vadose zones, hence the mechanism of the impact of surface agricultural activities on the quantity and quality of groundwater is still unclear. The in-situ monitoring throughout the entire vadose zone is the only method to reveal the mechanism of this process. Therefore, the establishment of a large-scale critical zone observatory is the most important requisite for conducting research on the relationship between agriculture and groundwater. With the support of the corner#2;stone research infrastructure project for the field station network of the Chinese Academy of Sciences, Luancheng Station began to construct the “Water and Solute Cycle Observation Platform in Groundwater-Soil-Crop System” in 2016, and the construction was completed in November 2020. An observatory caisson with a depth of 48 m and an inner diameter of 2.8 m has been built. The platform was officially named ‘Luancheng Critical Zone Observatory’ (LC-CZO). LC-CZO can measure the key variables such as soil water content, matric potential, soil temperature, and solute concentration in the root zone-deep vadose zone-saturated zone. The monitoring results enable the study on the patterns of the transport and transformation of water,solutes and pollutants in the thick vadose zone reveal the hydrological process of the saturated-unsaturated transition zone and its relationship with groundwater replenishment, explain the migration and transformation of nitrogen applied in farmland and its impact on groundwater quality, and provide experimental platform support for exploring the impact mechanism of land surface process on the groundwater quantity and quality.
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology submitted time 2019-03-07 Cooperative journals: 《干旱区地理》
Abstract：本文选择以西天山野果林为例，应用徕卡TS06无合作目标性全站仪（Reflectorless Total Station）获取野苹果林树台的形态参数数据，定量分析西天山野苹果林树台的三维形态特征和空间分布格局，构建野苹果林树台的DEM（数字高程模型 Digital Elevation Model ，DEM），对野苹果林树台微地貌景观状况进行研究。结果表明：（1）研究区的野苹果树台的形态比较规则，长宽比为0.657 9~1.431 0，差异比较小，呈扇形或半圆形。且能够明显看出野苹果树所在的位置（即样地中心）颜色较深，且突出，高程值较大。（2）坡度、底径与野苹果林树台的底面积、表面积、体积、长、宽、高、长宽比都呈现出显著相关性。其中，野苹果林树台的坡度与树台的高和长度之间呈现出明显的线性正相关性，R2分别为0.96、0.90；树台的底径与其底面积、表面积、长度呈现出较明显的线性相关，R2分别为0.61、0.46、0.47。其研究结果可为合理利用森林植被，水土保持，以及野苹果树根部营养储存量提供一定的理论支持。
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology submitted time 2018-06-28 Cooperative journals: 《干旱区研究》
Abstract： 采用2003-2015年美国宇航局（NASA）发布的AIRS/Aqua L2 Standard Physical Retrieval (AIRS+AMSU) V006 (AIRX2RET)云数据集，选取新疆地区，特别是其云水量较丰富的3大山区为研究区域，研究其云中液态水的时空分布特征。结果表明：从空间分布看，北疆的云水量高于南疆，山区比沙漠盆地丰富，山区迎风面更为丰富，高达50010-6 kgm-2，呈西多东少的趋势。受大气环流的影响，整个研究区域、天山和阿尔泰山的云水量在春季分布较丰富，均高于35010-6 kgm-2，昆仑山在夏季分布较丰富；整个研究区域秋季的云水量分布均较少，在2010-6 kgm-2以下。近13a研究区域云水量的年均值为42.4710-6 kgm-2-455.3210-6 kgm-2，整个研究区域云水量总体平稳，3大山区则呈下降趋势；在2009-2010年研究区域的云水量总体呈上升趋势，天山变化较明显。3大山区云水量的年变化呈单峰形，阿尔泰山、天山和昆仑山云水量最高时段分别出现在2-4月、3-5月和4-8月，峰值分别为822.3010-6 kgm-2、869.7510-6 kgm-2和742.8210-6 kgm-2。
Subjects: Other Disciplines >> Synthetic discipline submitted time 2018-06-24 Cooperative journals: 《中国科学院院刊》
Abstract：华北平原农业的高强度水肥投入造成严重地下水超采和氮素污染风险。中国科学院栾城农业生态系统试验站立足农田生态系统的长期生态学监测和研究，围绕农业资源高效利用和可持续发展，建立了农田土壤-作物-大气系统（SPAC）界面节水调控理论与技术，提出基于农田水平衡的休耕轮作和适水型种植制度调整思路，阐明了农田碳氮循环特征和温室气体排放及硝酸盐淋失通量，在厚包气带水盐运移和硝酸盐转化和削减机理方面取得突破性认识，研发了农田生产信息快速获取和精准管理的技术产品与平台，并与农业发展紧密结合，集成了系列农业生产技术模式，为区域农业的优质高效发展和水资源可持续利用提供了理论和技术支撑。
Subjects: Agriculture, Forestry,Livestock & Aquatic Products Science >> Basic Disciplines of Agriculture submitted time 2017-11-08 Cooperative journals: 《中国生态农业学报》
Abstract：精准施肥是减少农业面源污染的重要技术之一, 而土壤养分测试与作物营养诊断是其实施的技术保障, 特别是在农业规模化经营方式下, 急需发展快速、经济、无损的作物氮素营养诊断技术。本文在应用数字图像进行冬小麦、夏玉米氮素营养诊断研究的基础上, 将数码相机搭载到无人机上, 利用无人机航拍技术采集作物冠层数字图像, 研究不同航拍高度下冠层图像相关色彩参数反演冬小麦和夏玉米氮素营养状态的差异, 以确定适宜的航拍高度与敏感的色彩参数, 建立利用无人机航拍数字图像诊断冬小麦和夏玉米氮素营养状态的模型。研究结果表明: 在冬小麦拔节期适宜的航拍高度是16 m, 敏感的色彩参数是可见光大气阻抗植被指数(VARI), 诊断模型为: 冬小麦茎基部硝酸盐浓度=2.103 4e18.874VARI; 夏玉米大喇叭口期适宜的航拍高度是50 m, 敏感色彩参数是蓝光标准化值[B/(R+G+B)], 诊断模型为: 夏玉米第1完全展开叶叶脉硝酸盐浓度=1.5261032[B/(R+G+B)]50.445。依据建立的航拍方法与诊断模型, 分别对冬小麦、夏玉米进行了氮素状态监测的验证, 结果表明诊断结果与冬小麦、夏玉米实测数据的决定系数分别为0.80和0.85, 且均在P<0.01水平显著相关。最后将研究结果进行应用, 生成了冬小麦、夏玉米氮肥追肥作业图。利用无人机搭载数码相机对冬小麦、夏玉米进行氮素营养诊断简单、可行, 但仍有一些技术细节需要完善, 以提高该技术的实用性。
Subjects: Agriculture, Forestry,Livestock & Aquatic Products Science >> Basic Disciplines of Agriculture submitted time 2017-10-20 Cooperative journals: 《中国生态农业学报》
Abstract：了解农田养分输入、输出和平衡状况, 以及土壤肥力现状与变化特征, 对实现养分资源优化管理、地力的持续提升、肥料利用率提高和农业可持续发展具有重要意义。基于1985 年、2000 年和2014 年河北省南皮县国民经济统计资料, 分析了从1985 年到2014 年县域农田生态系统养分循环与平衡状况; 利用1981 年第2 次土壤普查和2015 年实测南皮县域土壤耕层养分含量数据, 探讨了耕层土壤养分变化及空间分布格局特征。结果表明, 1985—2014 年南皮县农田养分输入输出均呈持续上升趋势, NPK 养分输入由10 701 t 增加至23 386 t, 年递增率2.33%; NPK 养分来源结构略有不同, NP 来源以化肥为主, 其次是人畜粪尿和作物秸秆有机肥源; 而K素来源主要是有机肥源。农田养分输出以作物吸收为主, 占养分总输出的80%以上, NPK 总输出由1985 年的9 093 t 增加到2014 年的18 846 t, 年均增速2.17%。从养分表观平衡的角度看, 从1985 年到2014 年NP 始终有大量盈余, P 素盈余大于N 素, N 和P 表观平衡率分别16.8%~34.2%和26.9%~65.5%; 若考虑有机氮的有效性问题, 1985—2000—2014 年3 个时段有效氮盈亏率依次为18.1%、6.5%和7.8%, 有效氮平衡由盈余转向亏缺; 而K 素经历了由赤字逐渐向盈余的转变过程, 由1985 年的33.5%赤字发展至2014 年的33.6%盈余。受农田养分平衡状况的影响, 南皮县土壤有机质、全氮、有效磷发生了显著变化, 1981—2015 年有机质由8.62 g·kg1 增至14.0 g·kg1, 增幅62.4%; 全氮由0.542 g·kg1 增至0.908 g·kg1, 增幅67.5%; 有效磷由2.0 mg·kg1 增加到20.8 mg·kg1, 增加了9.4 倍。而碱解氮和有效钾变化不明显, 分别由70.5 mg·kg1 和141 mg·kg1 增加到71.8 mg·kg1和147 mg·kg1, 相对增幅仅为1.8%和4.2%。建议今后南皮县在农业生产中大力推广科学施肥技术, 重视有机肥和化肥配施, 推广秸秆还田, 通过改进施肥方法提高肥料利用效率; 养分管理中应提倡“稳氮、控磷、补钾”的施肥对策, 避免过多的盈余养分进入环境。
Subjects: Agriculture, Forestry,Livestock & Aquatic Products Science >> Basic Disciplines of Agriculture submitted time 2017-10-20 Cooperative journals: 《中国生态农业学报》
Abstract：叶面积指数(LAI)是评价作物长势的重要农学参数之一, 利用遥感技术准确估测作物叶面积指数(LAI)对精准农业意义重大。目前, 数码相机与无人机系统组成的高性价比遥感监测系统在农业研究中已取得一些 成果, 但利用无人机数码影像开展作物LAI 估测研究还少有尝试。为论证利用无人机数码影像估测冬小麦LAI的可行性, 本文以获取到的3 个关键生育期(孕穗期、开花期和灌浆期)冬小麦无人机数码影像为数据源, 利用数字图像转换原理构建出10 种数字图像特征参数, 并系统地分析了3 个生育期内两个冬小麦品种在4 种氮水平下的LAI 与数字图像特征参数之间的关联性。结果表明, 在LAI 随生育期发生变化的同时, 10 种数字图像特征参数中R/(R+G+B)和本文提出的基于无人机数码影像红、绿、蓝通道DN 值以及可见光大气阻抗植被指数(VARI)计算原理构建的数字图像特征参数UAV-based VARIRGB 也有规律性变化, 说明冬小麦的施氮差异不仅对LAI 有影响, 也对某些数字图像特征参数有一定影响; 在不同条件(品种、氮营养水平以及生育期)下的数字图像特征参数与LAI 的相关性分析中, R/(R+G+B)和UAV-based VARIRGB 与LAI 显著相关。进而, 研究评价了R/(R+G+B)和UAV-based VARIRGB 构建的LAI 估测模型, 最终确定UAV-based VARIRGB 为估测冬小麦LAI的最佳参数指标。结果表明UAV-based VARIRGB 指数模型估测的LAI 与实测LAI 拟合性较好(R2=0.71,RMSE=0.8, P<0.01)。本研究证明将无人机数码影像应用于冬小麦LAI 探测是可行的, 这也为高性价比无人机遥感系统的精准农业应用增添了新成果和经验。
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