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基于EFAST的CERES-Wheat模型土壤参数敏感性分析

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农业机械学报 2020年第12期51卷 276-283页

作者：崔金涛丁继辉 YESILEKIN Nebi 邓升邵光成河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 河海大学水文水资源学院南京210098 河海大学农业科学与工程学院南京210098 佛罗里达大学农业生物工程学院盖恩斯维尔32608 江西省水利科学研究院农村水利研究所南昌330029

为了定量讨论DSSATCERESWheat模型中土壤参数对模拟结果的影响,运用扩展傅里叶幅度检验(EFAST)法,对影响冬小麦生产及生态系统中氮素分布的2类模型参数进行了敏感性研究,重点探讨了模型中土壤参数变化对模型模拟的冬小麦产量、冬小麦氮... 详细信息

为了定量讨论DSSATCERESWheat模型中土壤参数对模拟结果的影响,运用扩展傅里叶幅度检验(EFAST)法,对影响冬小麦生产及生态系统中氮素分布的2类模型参数进行了敏感性研究,重点探讨了模型中土壤参数变化对模型模拟的冬小麦产量、冬小麦氮素分布、土壤氮素分布及土壤氮素转化的影响。结果表明:对冬小麦产量、地上生物量及收获指数影响最敏感的土壤参数为田间持水率,其次是土壤酸碱度;对冬小麦地上生物量中氮素含量影响最敏感的土壤参数为土壤酸碱度,对冬小麦籽粒中氮素含量影响最敏感的参数为田间持水率,对冬小麦根和叶中氮素含量影响最敏感的土壤参数则为土壤总氮含量;对作物吸收土壤中氮素影响最敏感的参数是径流曲线数,对土壤氮淋失量影响最敏感的参数为排水比率,对土壤中硝态氮、铵态氮含量影响最敏感的参数为土壤总氮含量;对土壤中氮素矿化和硝化影响最敏感的土壤参数为土壤总氮含量,对土壤氮素反硝化影响最敏感的参数为排水比率,对氨挥发量影响最敏感的参数为土壤总氮含量,氨挥发量对排水比率和土壤酸碱度的变化也较敏感。当侧重于模拟冬小麦产量及作物氮素研究时,原需测量的15个土壤参数可简化为4个,而当侧重于土壤氮素转化及分布研究时,可简化为重点测量的9个参数。本研究可降低CERESWheat模型土壤参数获取难度,方便模型本地化、区域化应用。

关键词：冬小麦土壤参数 EFAST DSSAT模型氮素敏感性分析

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土壤参数与马铃薯收获机牵引阻力的研究

农机化研究 2013年第10期35卷 125-128页

作者：李雷霞贾晶霞李建东杨德秋赫志飞中机美诺科技股份有限公司北京100083

针对我国马铃薯收获机在收获作业过程中牵引阻力大、功率消耗大和挖掘铲易损坏等问题,采用计算机模拟试验方法,建立牵引阻力数学模型,编制计算机优化设计程序,把牵引阻力模型输入计算机,从而得到土壤的理想作业环境参数。把模拟结果与... 详细信息

针对我国马铃薯收获机在收获作业过程中牵引阻力大、功率消耗大和挖掘铲易损坏等问题,采用计算机模拟试验方法,建立牵引阻力数学模型,编制计算机优化设计程序,把牵引阻力模型输入计算机,从而得到土壤的理想作业环境参数。把模拟结果与试验结果相比较,分析得出误差在允许的范围内,验证了所建立模型的实用性,模型能够在一定程度上反映马铃薯收获机田间作业时的状况。

关键词：马铃薯收获机土壤参数牵引阻力模型

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基于近红外光谱的土壤参数快速分析系统

光谱学与光谱分析 2009年第10期29卷 2633-2636页

作者：郑立华李民赞孙红中国农业大学 "现代精细农业系统集成研究"教育部重点实验室北京100083

应用面向对象的软件开发理念开发了基于近红外光谱的土壤参数快速分析系统。系统设计了SOIL类,SOIL类的实例化对象即为具有某种特定类型、特定物理性质以及光谱特性的土壤样本。系统主要包括文件操作、光谱预处理、样品分析、建模和验... 详细信息

应用面向对象的软件开发理念开发了基于近红外光谱的土壤参数快速分析系统。系统设计了SOIL类,SOIL类的实例化对象即为具有某种特定类型、特定物理性质以及光谱特性的土壤样本。系统主要包括文件操作、光谱预处理、样品分析、建模和验证以及样品测定等子功能。系统首先接收土壤标定样本集的目标参数及光谱数据文件,并对其进行各种预处理,将处理结果显示在终端,并将建立的模型保存在模型数据库。系统通过预测土壤参数界面读取模型数据库中保存的各种模型及其参数,并将读入的待测样本光谱信息代入选定的模型,从而实现土壤参数分析功能。系统采取Visual C++6.0和Matlab7.0协同完成功能开发,并采用AccessXP来建立和管理模型数据库。

关键词：光谱分析土壤参数土壤类预测模型分析系统

不同养分供应下根系性状和土壤参数对土壤微生物的影响

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不同养分供应下根系性状和土壤参数对土壤微生物的影响

作者：韩飞山西农业大学

学位级别：硕士

根系和微生物群落在土壤碳和养分循环中起关键作用。然而,异质养分供应下的根系性状与土壤微生物群落之间的关系仍不清楚。本研究选取了6种不同根直径的外生菌根(Ectomycorrhiza,ECM)树种,分别为松科的油松(Pinus tabuliformis)和落叶松... 详细信息

根系和微生物群落在土壤碳和养分循环中起关键作用。然而,异质养分供应下的根系性状与土壤微生物群落之间的关系仍不清楚。本研究选取了6种不同根直径的外生菌根(Ectomycorrhiza,ECM)树种,分别为松科的油松(Pinus tabuliformis)和落叶松(Larix gmelinii),壳斗科的辽东栎(Quercus liaotungensis)和栓皮栎(Quercus variabilis),以及桦木科的千金榆(Carpinus cordata)和白桦(Betula platyphylla),采用内生长袋法并设置了对照无养分添加、无机(奥绿肥)和有机(鸡粪)养分添加处理,测定了根系生长、形态和化学性状、土壤参数以及土壤微生物(细菌和真菌)群落组成和多样性。主要研究结果如下:(1)不同养分添加下土壤细菌的优势菌门主要为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)拟杆菌门(Bacteroidetes)和疣微菌门(Verrucomicrobia);真菌群落的优势菌门主要为子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和毛霉亚门(Mucoromycota)。无机和有机养分添加显著降低了寡营养类群(如:酸杆菌门Acidobacteria)的相对丰度,但增加了富营养类群(如:放线菌门Actinobacteria)的相对丰度。不同树种之间细菌和真菌的优势菌门组成相似,只是相对丰度存在一定差异。(2)与对照相比,无机和有机养分添加显著降低了细菌群落Alpha(α-)多样性,而真菌群落α-多样性仅在无机养分添加下显著降低,在有机养分添加下无显著影响。细菌群落α-多样性受树种影响显著,但真菌群落不显著。此外,树种和养分添加处理二者交互作用对细菌和真菌群落α-多样性均存在显著影响。(3)树种、养分添加处理以及二者的交互作用对细菌和真菌的群落结构都存在显著影响,并且有机养分(细菌:R=0.230,P土壤参数、根系性状以及二者的交互作用都能有效的预测土壤细菌和真菌群落组成,并且在所有处理下均能解释群落总变异的90%以上。其中,土壤参数比根系性状独立解释微生物群落的更大变化,表明土壤参数对土壤微生物群落影响占据着主导地位。土壤参数和根系性状的交互作用可以解释细菌(12.2-33.1%)比真菌群落(-0.10-10.5%)更多的变异。此外,与对照相比,根系性状可以独立解释有机和无机养分环境下微生物群落更大的变异比例,而土壤参数与根系性状交互作用在对照中对细菌和真菌的解释率均高于有机和无机养分添加下。结构方程模型表明,速效钾和铵态氮分别对细菌和真菌群落α-多样性有直接影响。而土壤p H对细菌α-多样性没有直接影响,但通过影响根系总酚含量对细菌α-多样性有间接影响。(5)根系形态性状(根直径和比根长)能够有效预测真菌群落组成,而根系化学性状(总可溶性糖和总酚含量)能够影响对照和无机处理中细菌和真菌群落的组成和α-多样性,根系生长性状(根长和生物量)可以影响所有处理中细菌和真菌群落的组成和α-多样性。综上所述,本研究探究了不同养分添加对北方温带森林土壤微生物群落的影响,证明了根系性状可以有效预测土壤微生物群落组成和α-多样性,尤其是影响细菌群落,但这些关系受营养斑块类型的调节。此外,强调了土壤参数、根系性状以及二者交互作用在确定森林生态系统中微生物群落的组成和多样性方面的重要性,并且认为综合考虑这些因素,可以进一步提高对植物-土壤-微生物相互作用机制的认识,从而实现森林生态系统的可持续管理。

关键词：外生菌根树种细菌真菌养分添加根直径土壤参数

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气垫式越野机器人土壤参数分步识别

机械工程学报 2013年第9期49卷 1-11页

作者：许烁孙成恺屠大维上海大学机电工程与自动化学院上海200072 上海大学上海市机械自动化及机器人重点实验室上海200072

土壤参数在线识别需要解决由多参数耦合引起的估值多解问题以及由状态噪声和测量噪声引起的估值准确性问题。为了解决估值多解问题,利用气垫式越野机器人的垂向力控制自由度,分别设计g-EKF算法、对数均值法和最小二乘法对3个推力相关土... 详细信息

土壤参数在线识别需要解决由多参数耦合引起的估值多解问题以及由状态噪声和测量噪声引起的估值准确性问题。为了解决估值多解问题,利用气垫式越野机器人的垂向力控制自由度,分别设计g-EKF算法、对数均值法和最小二乘法对3个推力相关土壤参数、3个垂向接地压力相关土壤参数和2个推土阻力相关土壤参数进行分步识别。为了解决估值准确性问题,在第一步g-EKF算法中,采用采样点选择、样本重排和测量值修正等多种措施抑制状态噪声和测量噪声的影响;在第二步对数均值法中,利用对数变换抑制非对称分布噪声对均值计算的影响。开展多角度的试验研究,包括各步估值算法的可行性和准确性、分步估值准确性的递次影响、土壤参数估值准确性对能耗优化的影响。试验结果表明,在各种噪声水平的工况下,提出的土壤参数分步识别策略及相应算法均能够有效解决多解问题和准确性问题。

关键词：气垫车越野机器人土壤参数参数识别估值误差

气垫式越野机器人土壤参数识别算法及其采样点选取规则

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机械工程学报 2012年第15期48卷 38-46页

作者：许烁罗哲纪赜屠大维上海大学机电工程与自动化学院上海200072 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 卡迪夫大学工学院

正确地在线识别土壤参数是软地面越野机器人运行性能优化和控制的基础,其实施需要解决多解问题和准确性问题。利用气垫式机器人的垂向力控制自由度,提出g算法对3个土壤推力参数进行解耦和识别,能够解决多解问题。g算法的实施需要确定3... 详细信息

正确地在线识别土壤参数是软地面越野机器人运行性能优化和控制的基础,其实施需要解决多解问题和准确性问题。利用气垫式机器人的垂向力控制自由度,提出g算法对3个土壤推力参数进行解耦和识别,能够解决多解问题。g算法的实施需要确定3个采样点,需要限制由状态噪声和测量噪声引起的土壤参数估值误差,因此有必要建立合理的采样点选取规则。其方法如下:将估值误差的减小具体表征为3方面,经数学推理分别建立采样点选取规则,再得出折中方案。结合一个工程实例进行了不同状态噪声和测量噪声水平下的估值准确性试验。试验结果表明:①在各种噪声水平下,尽管存在或多或少的误差,g算法均能够识别出3个土壤推力参数;②在各种噪声水平下,根据选取规则得到的理想采样点组合相对于随机组合具有明显优势;③系统的非线性导致状态噪声和测量噪声均对g算法的估值准确性有较大影响。上述结果显示出针对气垫式越野机器人提出g算法及其采样点选取规则的必要性和可行性。

关键词：气垫车越野机器人土壤参数参数识别估值误差

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水田土壤参数对履带式收获机转向阻力的影响

江苏农业科学 2017年第18期45卷 214-217页

作者：韩彦勇都兴隆郑州科技学院机械工程学院河南郑州450064

为分析土壤参数对履带收获机水田转向阻力的影响,以土壤参数为基础建立转向阻力矩数学模型,进行相关理论分析和水田土壤参数试验得出转向阻力矩,并实车试验进行数据比较。结果表明,先通过田间土壤参数试验,再通过数学模型求转向阻力矩... 详细信息

为分析土壤参数对履带收获机水田转向阻力的影响,以土壤参数为基础建立转向阻力矩数学模型,进行相关理论分析和水田土壤参数试验得出转向阻力矩,并实车试验进行数据比较。结果表明,先通过田间土壤参数试验,再通过数学模型求转向阻力矩这一方法正确和可行,为今后履带车辆田间试验研究和车辆设计提供了依据。

关键词：履带车辆转向阻力矩土壤参数试验研究

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大田尺度下车载式土壤多参数测量方法研究

农业机械学报 2010年第11期41卷 188-192页

作者：盛文溢曾庆猛林剑辉 Schulze Lammers P 孙宇瑞中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 北京林业大学工学院北京100083 波恩大学农业工程研究所

应用自行研制的土壤含水量、电导率与耕作阻力车载测试系统以及EM38电导率测试仪,在特定的耕作和施肥管理制度试验田中进行大田尺度下的土壤多参数车载测量研究。在土壤参数空间分布信息基础上进行相关分析,结果表明复合传感器具备农田... 详细信息

应用自行研制的土壤含水量、电导率与耕作阻力车载测试系统以及EM38电导率测试仪,在特定的耕作和施肥管理制度试验田中进行大田尺度下的土壤多参数车载测量研究。在土壤参数空间分布信息基础上进行相关分析,结果表明复合传感器具备农田土壤含水量和电导率变异响应能力,进一步建立了农田土壤电导率与含水量、耕作阻力以及施肥信息之间的统计预测模型。

关键词：土壤参数车载式测量大田尺度相关分析

基于全局优化算法的水平多层大地的频域土壤参数反演

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基于全局优化算法的水平多层大地的频域土壤参数反演

作者：饶召伟中国电力科学研究院

学位级别：硕士

构建可靠的土壤模型是准确计算接地网的地电位分布的前提条件。通常,接地网所在的土壤是不均匀的,即各处的土壤参数存在差异。水平多层土壤模型是用于模拟土壤电气环境的常用模型,本研究的主要工作是根据土壤表面的测量数据确定水平层... 详细信息

构建可靠的土壤模型是准确计算接地网的地电位分布的前提条件。通常,接地网所在的土壤是不均匀的,即各处的土壤参数存在差异。水平多层土壤模型是用于模拟土壤电气环境的常用模型,本研究的主要工作是根据土壤表面的测量数据确定水平层状土壤模型的模型参数,模型参数包括每个土壤层的土壤电阻率、相对介电常数和厚度。之前的大量研究表明,土壤参数与频率相关的,不同频率下的土壤电阻率和相对介电常数的值存在差异,但是土壤层的厚度通常认为是与频率无关的。因此,为了构建准确的频域土壤模型,需要确定不同频率下对应的土壤模型参数。构建频域土壤模型主要有两种方法,第一种称为直接法,即通过多频点测量,根据各频点的测量数据直接反演对应频率下的模型参数;第二种称为间接法,借助用于表征土壤参数频率特征的Cole-Cole模型,联合各频点的测量数据反演各层土壤的Cole-Cole模型参数,之后根据Cole-Cole模型的表达式可以计算各个频率下的土壤电阻率和相对介电常数。本研究的研究内容包含以下方面:分别基于准静态场和动态场理论,由格林函数推导计算视在电阻率的理论公式,复镜像法的引入解决了无穷积分的计算问题;提出了一种新的电极布置方式,该布置方式可以在高频的时候降低电磁耦合对测量结果的影响;将目前流行的全局优化算法应用于土壤模型参数的优化,包括模拟退火法（SA）、遗传算法（GA）、粒子群算法（PSO）和蚁群算法（ACO）。为了提高反演程序的计算效率,将并行计算技术嵌入到反演程序中。其中涉及到两种不同的嵌入模式,对于直接法,并行计算技术是应用于各个频点,使得各个频点之间的反演同时独立进行;对于间接法,并行计算技术是嵌入到优化算法的个体评估部分（目标函数计算）,但是这种方式只适用于GA、PSO和ACO算法,SA算法由于其潜在的串行性而无法实现优化算法的内部并行。两种反演模式均进行了方法验证,将由反演算法得到的模型参数计算的理论结果与测量结果或模拟测量结果进行对比,从而验证反演算法的准确性和可靠性。

关键词：反演问题全局优化 Cole-Cole模型并行计算土壤参数