紫色土和黄壤含水率的室内光谱反演

[目的] 选择西南地区代表性土类紫色土和地带性黄壤,分析其光谱信息,构建土壤水分反演模型,估测土壤含水率,为西南地区土壤水分快速监测提供方法依据。[方法] 通过室内配置紫色土和黄壤不同土壤含水率水平,运用地物光谱仪测量其光谱反射率,比较不同含水率条件下两类土壤的高光谱特征;采用多种数学变换和相关分析法提取特征波段,运用多元逐步回归（SMLR）和BP神经网络（BPNN）分别构建土壤含水率的高光谱估测模型。[结果] ①随土壤含水率的增加,紫色土和黄壤的光谱反射率均逐渐降低;在相同含水率条件下,紫色土的光谱反射率低于黄壤。②土壤含水率对可见光波段（380～760 nm）反射率的影响显著低于红外波段（760～2 500 nm）;均在1 400,1 900,2 200 nm附近存在明显水分吸收谷。③经数学变换的紫色土和黄壤光谱反射率均与土壤含水率存在极强的相关性。④基于BPNN建立的土壤水分反演模型整体优于SMLR模型。[结论] BPNN模型为西南地区紫色土和黄壤土壤含水率光谱反演的最优模型,能够快速准确估测紫色土和黄壤土壤水分状况。     

黄土的红外反射光谱与红外光声光谱特征及其差异研究

红外光谱法作为一种新的研究手段已经广泛应用于土壤分析,由其检测区域和手段的不同又可分为多种光谱类 型。本研究以第四纪黄土为例,系统地比较了近红外区和中红外区反射光谱和光声光谱的吸收特征及其差异。结果表明,中红外光谱比近红外光谱的信息更为丰富,且中红外光谱与样品中物质的特征吸收关系更加密切,从而更有利于土壤定性与定量分析。土壤的反射光谱和光声光谱表现出了明显不同的特征,在近红外区,反射光谱和光声光谱吸收明显不同,而在中红外区,反射光谱和光声光谱具有相对应的吸收,但相对吸收强度明显不同,且吸收峰的位置也发生改变,尤其在1 000 ~ 2 000 cm-1谱区,反射光谱相互干扰很强,而光声光谱的吸收特征更为明显。在黄土的分类鉴别上,反射光谱优于光声光谱。红外反射光谱和光声光谱在不同波段下具有不同的吸收灵敏度,在土壤定性与定量分析中各自都将具有其明显的优势。     

红外光谱在土壤学中的应用

红外光谱技术在土壤学中已得到较广泛的应用,它能够综合地反映土壤体系的物质组成及其相互作用,为研究土壤中物质循环及其作用过程提供了新的手段。本文回顾了近年来红外光谱技术在土壤学中的应用,包括透射光谱在土壤定性分析中的应用,并重点介绍红外反射光谱与化学计量学相结合的光谱建模技术发展情况及其在土壤定量分析中的应用。同时本文探讨了基于光声效应的红外光声光谱技术,红外光声光谱非常适合用于土壤这种复杂、非透明体系的研究,能够克服传统透射和反射光谱中存在的缺陷,测定快速方便,并具有较高的灵敏度和测量精确度,具有很大的应用潜力。     

民勤绿洲灌区保护性耕作对土壤风蚀的影响

[目的]研究绿洲灌区保护性耕作对土壤风蚀的影响,评估保护性耕作在该区防治农田土壤风蚀的作用,为揭示相关机理提供参考。[方法]以甘肃省民勤治沙综合试验站为例,通过野外风洞试验,以传统耕作为对照,分析保护性耕作对风速廓线、风沙流结构(输沙量)、风蚀量的影响。[结果]保护性耕作近地表风速降低,大风时近地表风速随高度增加仍均匀增大,与传统耕作迅速增大不同,从而阻止风沙流结构出现"象鼻效应",输沙量在0—20 cm减小最为明显,土壤风蚀量减小。随试验风速的增大,保护性耕作土壤风蚀减小的程度越大。[结论]绿洲灌区保护性耕作能有效防止土壤风蚀,其中,立茬地表风速降低最多,输沙量、风蚀量较小,实施简便,适宜推广应用。     

土壤粘粒的红外光谱

红外光谱既可表征无定形化合物,又可鉴测晶质物质^[1,2]。近二十年来在土壤有机质、土壤矿物鉴定及其化学反应的研究中,已得到广泛应用^[3-19]。本文以我国几种主要土壤的粘粒红外光谱为例,在土壤科学中的应用作一概略介绍。     

不同土壤耕作方式对东北风沙土区玉米田土壤质量及产量的影响

[目的]研究黑龙江省西部不同土壤耕作方式对玉米产量及土壤性状的影响,为该地区农业生产提供参考。[方法]比较常规耕作、旋耕、翻耕、深翻和超深翻耕作对玉米产量和土壤物理特性的影响。[结果]翻耕和超深翻耕作增加了土壤含水量和田间持水量,降低了耕层土壤渗透速率、土壤容重和土壤紧实度,但是增加犁底层土壤渗透速率、土壤容重和土壤紧实度。翻耕、深翻和超深翻处理耕层土壤三相结构距离(STPSD)和土壤结构指数(GSSI)较好;翻耕、深翻和超深翻处理显著降低犁底层土壤的GSSI,增加STPSD;旋耕处理没有显著影响犁底层土壤GSSI和STPSD。与常规耕作处理相比,翻耕和超深翻分别增加玉米产量7.6%和6.0%。翻耕比超深翻玉米产量高10.9%。深翻处理玉米产量为5.58t/hm2,比常规耕作减产8.1%。[结论]在不完全打破犁底层情况下,在黑龙江西部地区翻耕是比较理想的耕作方式。     

黄土丘陵沟壑区枯枝落叶层和土壤的光谱差异特征分析

枯枝落叶层在植被防止土壤侵蚀的功效中发挥着主导作用,枯落层的光谱特征分析将为遥感估算枯落层盖度提供重要依据。该文利用陕北延河流域典型植被群落土壤和枯落层样本的光谱测试数据,分析土壤和枯落层在在可见光-近红外波段(400~1 100 nm)和短波红外波段(1 100~2 500μm)的光谱差异特征及主要影响因素,并进一步评价归一化植被指数(NDVI,normalized difference vegetation index)和归一化衰败植被指数(NDSVI,normalized difference senescent vegetation index)、归一化差值耕作指数(NDTI,normalized difference tillage index)、纤维素吸收指数(CAI,cellulose absorption index)等植被指数区分土壤和枯落层的有效性。结果表明,在可见光-近红外波段土壤和枯落层的反射光谱特征相似,两者难以区分,但在短波红外波段的1 700和2 100 nm处因枯落层具有纤维素吸收特征而与土壤存在差异。含水量对土壤和枯落层反射光谱特征的影响强烈,水分的存在降低了土壤和枯落层在整个光谱范围的差异性。光谱空间中枯落线和土壤线的关系表明,NDVI指数难以反映土壤和枯落层的光谱差异特征;由于宽波段的影响,利用多光谱指数NDSVI和NDTI表征枯落层信息具有一定的局限性;高光谱指数CAI利用了枯落层与土壤在2 100 nm处的差异特征,能够较好地区分出土壤与枯落层,该研究为利用遥感技术有效提取枯落层等衰败植被信息提供了新的途径。     

不同耕作方式下黑土区农田中小型土壤动物群落特征

[目的]研究中小型土壤动物群落组成、多样性、动态特征及垂直分布情况,反映土壤环境状况,为探索黑土区农田适宜的耕作方式提供参考依据。[方法]采用改良干漏斗(modified tullgren)法分离中小型土壤动物,分析比较了不同耕作方式下中小型土壤动物的群落结构及分布特征。[结果]从研究样地共捕获中小型土壤动物3 749只,隶属47个类群。其中四奥甲螨科(Quadroppiidae)和等节■科(Isotomidae)为试验区的优势类群。3种耕作方式下,0—10 cm土层中小型土壤动物个体数占总个体数的71%,在垂直分布上具有明显的表聚性。深松处理下中小型土壤动物个体数最多(1 671),CK处理下类群数最多(41)。CK处理下中小型土壤动物多样性指数和丰富度指数最高,分别为(2.81)和(3.81);深松处理下中小型土壤动物优势度指数最高(0.15)。不同耕作方式下土壤渗透总量表现为深松CK免耕;土壤含水量和土壤温度表现为深松免耕CK;土壤容重表现为免耕CK深松。中小型土壤动物个体数与土壤容重呈显著正相关(p0.05);中小型土壤动物丰富度指数与土壤有机质呈显著正相关(p0.05);中小型土壤动物均匀度指数与土壤渗透总量呈极显著正相关(p0.01)。[结论]耕作方式对中小型土壤动物的群落结构有明显的影响,深松耕作后显著提高中小型土壤动物个体数,能够有效改善土壤环境,比免耕和传统耕作更有利于中小型土壤动物的生存与繁殖。     

耕作期内土壤水分和盐分运动规律——试验设计及水盐变化

[目的]分析灌溉期内土壤水盐变化规律,为改进灌区耕作期灌溉制度存在的现行问题,土壤盐碱化治理以及研究节水型灌溉工程的实施对生态环境的影响提供科学指导。[方法]考虑土壤质地、灌溉方式、作物种植等因素进行试验点、观测点的布设,通过常规方法对水分变化、含水率、土壤盐分、地下水盐分等方面进行了计算分析,在此基础上,对其影响因子(灌溉方式、灌溉制度等)进行相关性分析。基于2a耕作期内时空变化监测数据分析土壤水分、盐分运动变化特点。[结果]耕作期土壤含水率随土层深度增加而增加,含水率变化频率随土层深度增加而减少。[结论]耕作期内,在地下水埋深较浅的情况下,过大的降雨量(灌水量)并不能得到更高的脱盐效率,甚至可能降低脱盐率,表层土壤呈现较明显的脱盐过程;地下水盐分变化与降雨关系密切。     

民勤绿洲不同耕作方式农田表层土壤风蚀规律的风洞模拟研究

[目的]比较分析不同耕作方式下农田表层土壤防风蚀机理和效果,为区域社会经济和生态环境建设提供科学依据。[方法]利用室内风洞及相关配套设备对甘肃民勤绿洲区的免耕、少耕、秋翻和深松农田表层土壤进行风蚀测试,计算风蚀速率及输沙率,研究其风沙运动规律,分析各种耕作农田表层土壤防风蚀情况。[结果]耕作措施对土壤风蚀速率的影响与风速大小相关,风速较小时,不同耕作方式对风速的影响差异不显著,而当风速大于14 m/s后不同耕作农田表层土壤风蚀速率开始出现较明显差异;少耕、秋翻、深松等耕作方式对农田表层土壤风蚀速率和输沙率的影响差异不明显;免耕耕作方式下农田表层土壤风蚀速率和输沙率最低,风速越高,差距越大;风速、耕作以及两者交互作用对农田表层土壤风蚀速率和输沙率有极显著影响。[结论]免耕耕作能有效抵抗农田表层土壤的风蚀,大幅度减少输沙率,表现出极佳的抗风蚀效果。