基于双时相ASAR影像的土壤湿度反演研究

地表粗糙度和湿度是影响裸地后向散射系数的重要因素,为了探求ENVISAT-ASAR 数据监测土壤湿度在国内的应用,该文以ASAR影像数据为基础,利用ZSribi-Dechambre(2002)经验模型研究了中国科学院南皮农业生态试验站附近一裸地的表面粗糙度和地表湿度.对雷达入射角进行归一化处理使之满足模型需求,反演结果表明该区地表粗糙度主要分布0.05～0.50 cm之间,土壤体积含水率大多分布存10%～34%之间,局部区域由于一些积水沟渠,使得土壤体积含水率较高,这与调查的实际情况相符合.反演的土壤湿度用地面实测值验证,结果发现模拟值和实测值具有较好的一致性,其RMSE误差为3.7%.该文介绍了在没有地表先验知识的情况下,利用扣除掉土壤粗糙度影响的后向散射反演模型获取土壤湿度的方法.该法仅需要两景相邻近时相并且不同入射角的HH同极化雷达影像,根据其后向散射系数的差值△"'即σ°可估算出粗糙度和土壤湿度参数,从而方便快捷地监测局部区域的土壤湿度状况.     

基于植被指数的藏北牧区土壤湿度反演

土壤湿度的遥感动态监测在农牧业生产中具有重要意义。近年来,多种基于遥感指数的土壤湿度监测方法被提出并得到广泛关注,但当前对不同深度土壤湿度的反演及植被指数反映土壤湿度滞后性的研究较少。该文针对遥感指数反演土壤湿度的精度问题,对MODIS(moderate resolutionimaging spectroradiometer)的2种植被指数产品归一化差异植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)与土壤湿度实测值进行相关分析,并利用在其中一个样点得到相关系数最高的回归模型对距离较远的其它点进行土壤湿度值估算,最后用土壤湿度实测值对模型的精度进行验证。结果表明,2种植被指数均与土壤湿度值呈现出较强的相关性,且利用植被指数估算土壤湿度的延迟天数为5~10 d。在相同气候模式、土壤类型和植被类型的条件下,高程为影响回归模型精度的主要因素。该研究可为牧区多层深度土壤湿度反演方法的选择和监测提供参考依据。     

MODIS干旱指数结合RBFNN反演冬小麦返青期土壤湿度

土壤湿度是农业干旱信息最重要的表征因子,它的反演对区域乃至全球农业干旱监测及预报都具有重要意义。该文基于MODIS遥感干旱监测指数构建了冬小麦返青期土壤湿度的评价指标体系,在此基础上,结合径向基函数神经网络(RBFNN)协同反演农地土壤湿度。首先,针对单一利用遥感干旱指数反演土壤湿度具有一定的局限性问题,选取监测土壤含水量、作物需水形态变化、冠层含水量、冠层温度等参量的遥感干旱监测指数作为综合评价指标;并利用实测土壤湿度作为验证标准,从原始遥感干旱监测指数中选取出适宜的指标集;然后,以选取的评价指标集为输入层,以实测土壤湿度作为输出层的输出,构建RBFNN的农地土壤湿度反演模型。研究结果表明:应用在河南省冬小麦返青期时,基于MODIS遥感干旱监测指数与RBFNN协同反演的土壤湿度模型具有较好的反演效果;模型的评价指标集与10 cm深度的土壤湿度相关性更好,而且能综合多通道遥感信息来反映土壤湿度的变化;模型的平均预测精度达到93.27%,与BP-NN和线性回归反演模型相比,反演精度分别提高了2.92和9.97百分点;模型回归分析相对1:1斜线的偏差最小;相关系数为0.846 49,回归决定系数为0.862 6。研究结果可为区域土壤湿度的遥感反演提供新的案例参考。     

黄河三角洲典型生态脆弱区土壤退化遥感反演

黄河三角洲是典型的生态环境脆弱区,土壤质量不高,盐渍化状况普遍,快速准确掌握该区土壤退化状况,对退化土壤恢复重建、可持续利用具有重要意义。该研究选择黄河三角洲垦利县为研究区,以2008年实测数据为依据,通过建立土壤退化评价指标体系,以参评因素权重与隶属度值加权组合构建土壤退化综合指数,在GIS支持下对土壤退化进行了综合评价;采用与实测同时相的TM影像数据,结合不同程度退化土壤光谱特征、土壤退化综合指数与波段灰度值的相关性分析,筛选土壤退化敏感波段,进而构建土壤退化敏感光谱指数,并建立基于敏感光谱指数的土壤退化综合指数反演模型,最终筛选出拟合程度最高的指数模型作为研究区土壤退化的反演模型,对模型进行精度分析,并利用2008年遥感影像验证反演结果;将该反演模型应用于2011年和2013年的遥感影像,并对研究区2008-2013年的土壤退化状况及动态变化进行了分析。结果显示:基于土壤退化综合指数评价结果,研究区土壤退化程度从沿海到内陆呈现由高到低过渡的趋势;TM1、TM2、TM3波段为土壤退化敏感波段,基于此3个波段组合的土壤退化光谱指数构建的土壤退化遥感反演模型有较高的精度,R2为0.7182,其验证均方根误差、相对误差和决定系数分别为0.0241、3.66%和0.6724,反演结果与同年基于实测数据的综合评价结果相一致;研究区2008-2013年土壤退化状况总体变化不大,有逐渐改善趋势。     

基于试验反射光谱数据的土壤含水率遥感反演

土壤含水率是土壤水循环研究中不可或缺的参数,已广泛应用于土壤水分的监测。土壤光谱特性的研究是土壤含水率光学遥感定量反演的基础。该研究首先通过野外调查收集土样;然后,在实验室条件下制备不同水分梯度的土壤样品,并利用便携式地物光谱仪采集不同水分梯度土壤样品的反射光谱;最后,通过试验光谱数据分析建立一个基于指数函数的土壤含水率遥感反演模型,并对结果进行精度评价。结果表明,基于指数函数的土壤含水率反演模型可以较好的反演土壤水分特征,在640 nm处土壤含水率的估计值与真实值之间的决定系数为0.7062,RMSE为3.49%。相关研究为表层土壤含水量的遥感监测提供新方法和新思路。     

基于TVDI的山地平原过渡带土壤水分反演——以绵竹市为例

为了对生态脆弱的西部山地平原过渡带进行土壤水分监测研究。以绵竹市为例,利用Landsat8OLI/TIRS影像,获取了陆地表面温度(TS)和归一化植被指数(NDVI),通过温度植被干旱指数(TVDI)建立了土壤水分回归模型进行遥感水分反演,并通过野外采样数据对结果进行精度验证。结果表明:TVDI和土壤水分存在较强相关性(R=0.6553),能较好反映表层土壤湿度;土壤水分整体分布状况表现为西北山地地区高于东南平原地区,过渡带上山地向平原逐渐降低。因此,TVDI能较好反映过渡带土壤水分时空差异,对监测过渡带土壤干湿状况具有理论与现实意义。     

松辽平原盐碱土含盐量的遥感反演研究

通过对Aster遥感影像前9个波段的相关系数、标准差和诊断指数的分析,发现Aster遥感影像1,2,3波段的土壤反射率对土壤含盐量最为敏感.利用Aster遥感影像1,2,3波段作为自变量,盐碱土含盐量作为因变量进行逐步回归分析,建立土壤反射率数据与土壤含盐量数据之间的统计模型,利用决策树分类将地物分成5类,反演得到研究区盐碱土含盐量的空间分布图.研究发现,基于统计模型的遥感反演效果较好,具有一定的参考和应用价值.     

NDMI与TCW在西藏低植被区土壤湿度监测中的比较

土壤湿度的遥感监测在农牧业生产中发挥着重要作用。基于Landsat TM影像,利用研究区不同深度的土壤湿度实测数据,对两种可以反映地表湿度的指标归一化差异湿度指数(Normalized Difference Moisture Index,NDMI)和缨帽变换的湿度分量(Tasseled Cap Wetness,TCW)在西藏低植被覆盖区土壤湿度的监测结果进行精度验证与对比分析。结果表明:在0~5 cm、10 cm和20 cm深度处,NDMI与土壤湿度实测值回归方程的回归系数分别为0.6181、0.6853、0.5764,TCW与土壤湿度实测值回归方程的回归系数分别为0.4586、0.5101、0.5628。此外,NDMI、TCW与实测值的变化趋势一致,但NDMI对土壤湿度变化更加敏感。通过对比NDMI与TCW反演结果的空间分布情况也表明,NDMI对土壤湿度的变化具有更好的区分能力,尤其是在高海拔的低植被覆盖区。该研究可为高原低植被覆盖区土壤湿度监测方法的选择与误差分析提供参考依据。     

基于高光谱的ASTER影像土壤盐分模型校正及验证

快速准确地获取土壤盐分信息是监测和治理土壤盐渍化现象的重要前提.该文以新疆维吾尔自治区典型盐渍化区域——艾比湖流域为研究区,analytical spectral devices(ASD)光谱仪采集的土壤高光谱数据和advanced space borne thermal emission and reflection radiometer(ASTER)影像为数据源,结合实测土壤盐分含量信息,对遥感定量反演土壤盐渍化现象进行研究.再经过光谱反射率数学变换后,结合相关性分析,利用多元回归方法分别建立基于重采样后的高光谱和影像光谱的土壤含盐量估算模型,对遥感影像光谱盐分估算模型进行校正,以提高遥感定量监测盐渍化土壤的精度.结果表明:ASTER影像光谱反射率二阶导数变换和ASD重采样光谱的对数的二阶导数变换所建立的盐分估算模型最佳,决定系数R2分别为0.59和0.82.经ASD重采样光谱模型校正后的ASTER影像光谱的盐分估算模型精度R2为0.91,有效地提高大尺度条件下土壤盐渍化反演精度.研究为大尺度土壤盐分定量遥感监测提供了一种有效方法.     

基于光谱特征空间的农田植被区土壤湿度遥感监测

土壤湿度遥感动态监测在农业生产中具有重要作用。近年来,多种基于光谱特征空间的土壤水分监测指数被陆续提出,并得到广泛关注和应用,但当前多数监测指数未考虑混合像元的影响。该文针对垂直干旱指数(perpendicular drought index,PDI)在农田植被覆盖区监测精度降低问题,分析了植被覆盖下的PDI误差分布规律,引入垂直植被指数(perpendicular vegetation index,PVI)作为植被覆盖表征量,在PVI-PDI二维空间对PDI模型进行调整,提出了适于植被覆盖的植被调整垂直干旱指数(vegetation adjusted perpendicular drought index,VAPDI),并利用内蒙古明安镇研究区实测土壤湿度数据,对PDI与VAPDI进行了比较和验证。结果表明,在裸土、麦茬、土豆、豇豆4种植被覆盖类型中,PDI与土壤实测含水率的决定系数分别为0.630、0.504、0.571、0.543,VAPDI与土壤实测含水率的决定系数分别为0.599、0.523、0.602、0.585。VAPDI在植被区的误差略小于PDI,一定程度上克服了植被覆盖对监测精度的影响。通过PDI和VAPDI空间分布图的比较也说明,VAPDI对土壤湿度的差别有更好的区分能力,在中尺度土壤表层水分遥感反演方面具有一定的优势。该研究可为农田土壤湿度遥感监测方法选择及监测误差分析提供参考依据。     

生物炭添加对黄绵土水分补给和消退的影响

[目的]明确雨季生物炭添加对黄绵土储水、保水能力的影响,为科学利用生物炭改良黄土高原地区土壤以及确定合理的生物炭施用量提供基本理论支持。[方法]采用多层一体式土壤水分温度测量系统(JDTS-01)对黄土高原地区土壤水分进行野外定点观测,并使用烘干法对监测数据进行校正,研究黄绵土0—40 cm土层水分动态变化与补给、消退情况。基于双变量相关分析探讨了不同生物炭添加量下土壤水分补给和消退变化的影响因素及其相对重要性。[结果](1)整体上生物炭添加能在一定程度上增加土壤水分含量,低生物炭添加量增加了深层土壤水分,而高生物炭添加量增加了表层土壤水分,2.5%左右的生物炭添加量可能是影响土壤水分入渗和蒸发的拐点。(2)添加生物炭后,0—20 cm土层水分补给量增大,20—40 cm土层水分补给量减小。降雨带来的水分补给能够很大程度上滞留在土壤耕层,添加生物炭量较大时土壤水分补给效果更好;0—20 cm土层中添加生物炭处理的水分消退更快,而不添加生物炭的土壤水分入渗土层更深。(3)生物炭添加可以促进黄绵土土壤水分补给,减弱土壤水分消退,有利于降雨后土壤储水。[结论]生物炭添加能够改善黄土高原地区土...     

砒砂岩对毛乌素沙地风沙土储水能力影响的研究

为探析砒砂岩对于风沙土储水能力的影响,在毛乌素沙地设置不同比例砒砂岩与沙复配成土试验小区(砒砂岩与沙的体积比分别为1∶1,1∶2,1∶5),进行单季玉米种植,并分别于2013—2015年连续3年对0—120cm深度内土壤水分进行动态监测。结果表明:从2013—2015年,适量砒砂岩的加入将风沙土储水量从100mm左右提升至200mm以上,并可逐步调节土壤水分至不亏缺状态,显著提升土壤的保水蓄水能力,有利于作物生长需求;土壤储水以40cm以下中深层土壤储水能力改善作用最为明显,且经多年种植,0—40cm和80—120cm土层逐步成为土壤水分较为稳定的土层,利于作物根系对水分的吸收利用;砒砂岩与沙1∶1~1∶5范围内,随砒砂岩所占比例提高,复配土储水特征的改善作用有增强趋势,但趋势不显著。     

基于GIS的安塞县土壤水分制图及其数量分析

 以空间图形和数据库为基础,利用GIS安塞县的土壤水分样点数据与地理数据结合起来,建立不同利用类型土地类型坡度分级的浮点型土壤含水率字段,对安塞县域尺度土壤水分制图及其定量化方法进行研究和探讨,对安塞县不同土层土壤水分状态和分布进行定量分析。结果表明:从土壤水分结构看,安塞县土壤水分总体上处于较低水平,0～500 cm土层平均土壤含水量在含水量为8.6%～10.8%的分布面积占到总土地面积的75.34%,在含水量<6.4%和6.4%～8.6%的分布面积占到总土地面积的19.36%,其中含水率<6.4%的土壤干层面积占到总土地面积的9.23%,其在上层分布面积大于下层,分布在一般（≥10.8%）以上水平的面积仅占总土地面积的5.31%。安塞县每2的土壤水库蓄水量在0～120cm土层仅有0.060.07 m3,而其他土层都在0.15m3以下。说明安塞县土壤水分环境极差,土壤水库的调节作用对于林木生长极其有限,大面积植树造林超越了安塞县土壤水库的供水和调水能力,是不适宜的;因此,在以适地适树原则适应土壤水分环境的同时,应加强土壤水分环境的改善。     

The form of the calibration curve of a neutron moisture meter near the soil surface

Abstract

A considerable increase in accuracy of soil moisture determinations near the soil surface was possible with the depth probe of a neutron moisture meter when quadratic calibration curves were used     

Nutrio-physiological studies on the tomato plant III. Photosynthetic rate of individual leaves in relation to the dry matter production of plants

The apparent photosynthetic rate at 70 klux of a leaf attains a peak (33-46 mg CO₂-dm^-3.hr^-1) at a very early stage of its development, decreases rapidly, and then maintains a low constant value (5mg CO₂.dm^-3.hr^-1).

The photosynthetic rate is positively correlated with the content of nitrogen, phosphorus, chlorophyll and starch, and is negatively correlated with the content of calcium, manganese, silicon, and moisture. However, the physiological significance of these correlations is doubtful.

The photosynthetic potential exceeds the requirement of the sink as a whole plant. The surplus of photosynthates of young, upper leaves is considered to depress the photosynthetic activity of old, lower leaves. This is a conceivable reason for the rapid decline of photosynthetic activity of a leaf with age.

A low but constant photosynthetic rate (5mg CO₂.dm^-3.hr^-1) of old leaves at later stages is due, most probably, to a gradual increase in the weight of these leaves. The leaves lower than L₆ are considered to be the source for roots, and the photosynthetic rate of these leaves remains higher (10 mg CO₂.dm^-3.hr^-l than the upper leaves.     

中国西南水梯田土壤水分特性研究——以哈尼梯田为例

为了研究中国西南水梯田的土壤水分特性,以云南哈尼梯田为例,选取哈尼梯田核心区全福庄小流域内林地、荒草地、旱地和水田4种土地利用类型,分层取0—10,10—20,20—40,40—60,60—80,80—100 cm深度土样测其主要土壤理化指标和土壤水分特征曲线,分析其土壤的持水性和水分有效性。结果表明:(1)哈尼梯田4种不同土地利用类型土壤容重变化范围为0.61~1.41 g/cm³,且0—40 cm与40—100 cm差异性显著,土壤有机质含量为1.17%~9.65%;土壤总孔隙度和非毛管孔隙度变化与容重一致,土壤毛管孔隙度总体呈现林地>旱地和水田>荒草地;(2)土壤质地以粉砂壤土为主,粉粒含量最高(52.74%~82.55%),砂粒含量次之(14.44%~45.31%),黏粒含量极少(0~3.68%);(3)相同土壤水吸力下,林地各土层土壤水分特征曲线相对较高,土壤持水性最强,旱地和水田次之,荒草地最低;土壤有效水含量则表现为水田>林地>旱地>荒草地;(4)影响哈尼梯田土壤水分特性的关键因素是土壤颗粒组成和毛管孔隙度,其中土壤持水性与颗粒组成呈显著正相关,土壤有效水含量与土壤毛管孔隙度呈显著正相关。总体而言,哈尼梯田生态系统中林地具有良好的蓄排能力,而梯田在保蓄水分的同时进行水分再分配,二者在维持生态系统可持续发展上具有十分显著的作用。研究结果为进一步研究西南水梯田土壤水分和梯田灌溉管理提供了科学依据。     

墒情监测取样方法的研究

该文对北京通州区辖800多km²范围内3 022点的土壤墒情测量数据进行了统计分析，验证了土壤墒情符合对数正态分布，给出了计算类似区域合理取样数目时的估值方法，目的是以合理的取样数目和适合的取样方法指导区域性墒情（旱情）监测站点的建设。同样，以北京昌平一个农场的墒情分布，给出了计算类似地块合理取样数目时的估值方法，以此来指导节水灌溉。     

Differences between field-monitored and laboratory-measured soil moisture characteristics

A soil water retention curve (SWRC) is usually measured in a laboratory (lab SWRC), and is used to analyze in-situ soil moisture conditions. However, it is rarely verified whether and how a lab SWRC is in agreement with its equivalent relation between matric potential (h) and volumetric water content (θ) in a natural field (in-situ SWRC). In addition, most SWRCs show moisture hysteresis through which the drying process gives a larger θ at a given h than the wetting process, while an in-situ SWRC must be produced through the cycles of drying and wetting in the field. Thus, it can be hypothesized that an in-situ SWRC shows a lower value of θ than a lab SWRC for any h that the soil layer ordinarily experiences. To give experimental proofs for this hypothesis, this study aimed at quantifying seasonal behaviors of in-situ SWRCs and at comparing them with their corresponding lab SWRCs. To obtain a series of in-situ SWRCs, the h and θ were coincidently monitored at four points with three depths each in a meadow for 2.5 years using tensiometers and a capacitance-type soil moisture sensing system. As the equivalent to the in-situ SWRCs, the lab SWRCs were also measured. The in-situ SWRCs tended to have roughly 10% smaller θ than the lab SWRCs for the series of h observed in the study site, suggesting that an in-situ SWRC can hardly be reproduced by a lab SWRC only. In addition, when the driest condition in the recent 3 years was exerted on the study site, some in-situ SWRCs shifted along the θ axis on the θ(h) charts, suggesting that the most dried condition had changed the soil moisture regime of these soil layers, resulting in the reduction of monthly or annual means of soil water content in the field. Since the shifts of the in-situ SWRCs were accompanied by the increases in both the gradients ‘dθ/dh’ and the variation of measured h, it was implied that an extraordinary drying of a soil layer promotes the development of soil pore structure or an increase in the fraction of plant available water.     

晋西黄土区核桃花生复合土壤水分效应研究

以2008年晋西黄土区典型核桃花生复合系统为研究对象,利用土钻取样烘干称重法,取土深度为0-100 cm,对复合系统土壤水分效应进行了研究.研究结果表明,(1)核桃花生复合系统土壤含水量的季节变化极显著;(2)核桃花生复合系统在垂直方向上,土壤水分随着土壤深度的增加而增加,在0-40 cm土层内变化较为激烈;在水平方向上,距果树带越近,土壤水分含量越少,但随着带距的增加水分增加直至趋于稳定,变化曲线呈抛物线状分布;(3)与花生单作对比得出,复合系统花生土壤水分效应为正值,说明虽然核桃树和农作物根系的生态位有重叠,会产生对土壤水分的竞争利用,但竞争影响并不明显.     

灌水量对宁夏中部干旱带沙地土壤水分的影响研究

通过对宁夏中部干旱带沙地种植甘草的不同灌水定额及次数的研究,结果表明,适当的增加灌水次数和灌水定额对于保持和增加干旱带沙壤土持水率具有积极的作用,有利于植物的生长发育。