有机质对土壤光谱特性的影响研究

为了探明土壤有机质的光谱特征及其影响作用,从而为有机质土壤铁氧化物的定量反演提供理论依据。利用去有机质前后土壤的光谱数据,研究了有机质对土壤反射率、土壤线参数、土壤铁氧化物定量反演的影响。研究结果表明,去除有机质后,能明显提高土壤反射率,变化最明显的为可见光橙黄光波段,即570～630 nm。相关性分析也显示橙黄光波段反射率的相对变化量或差值与有机质去除量之间的相关系数要比其他波段高,相关系数最大值在600 nm。因此,建议采用570～630 nm的光谱数据进行有机质的反演;土壤线斜率在去有机质后明显降低,截距显著增大,二者变化量与有机质去除量呈极显著相关关系,可用土壤线参数预测有机质含量。有机质对铁氧化物的反演具有明显影响,特别是有机质大于20 g kg-1的土壤,在进行反演时应考虑有机质对反演精度的影响,需采取有效地技术手段消减其影响作用,才能达到较好的效果。     

基于高光谱的复垦农田土壤有机质含量估测

为了快速准确估算矿区复垦土地土壤有机质含量,以永城矿区复垦农田为例,在土样有机质含量测定和高光谱数据测量的基础上,对土壤高光谱数据进行多种预处理并与有机质实测含量进行相关性分析,利用相关系数进行P=0.01水平显著检验,确定敏感波段,建立一元线性回归、多元逐步回归和偏最小二乘回归等多种有机质含量与高光谱估测模型。结果表明:经过数学变换的土壤光谱反射率与土壤有机质含量相关性显著提高,复垦区土壤光谱经过多元散射校正和一元微分处理并利用偏最小二乘回归模型建模预测效果最好。当前较少有研究对矿区复垦农田土壤有机质进行高光谱估测,本研究成果可为有效利用高光谱遥感技术,快速、有效地测定复垦农田土壤有机质含量提供技术支撑。     

采煤矿区表层土壤有机质含量遥感反演

利用LandSat ETM+影像反演煤炭开采区表层土壤有机质含量的空间格局,对采样点各波段光谱反射率进行数学变换,并将所得结果与有机质含量进行相关性分析.挑选出敏感波段,建立了表层土壤有机质含量的光谱预测模型.结果表明,研究区表层土壤有机质含量与第5波段和第7波段反射率呈极显著的负相关关系(R分别为-0.585和-0.543,P＜0.001);对反射率进行数学变换可以改善其与有机质之间的相关性;用第1波段反射率对数的倒数和第5波段反射率的倒数建立二元回归方程(R2 =0.616 2,p＜0.001)对研究区土壤有机质有很好的预测能力(R2 =0.616 2,RMSE=0.89);有机质含量在10～15g/kg范围的图斑面积最大,占研究区总面积的50.44％;表层土壤有机质随开采沉陷坡度的增加呈减少的趋势;煤炭开采沉陷对表层土壤有机质含量的扰动属于失碳效应.     

长期施肥对我国典型土壤活性有机质及碳库管理指数的影响

对我国重点农区的6种典型土壤红壤、灰漠土、垆土、潮土、褐土、黑土长期耕作施肥后的活性有机质及碳库管理指数(CMI)进行了研究,探讨施肥对不同土壤活性有机质和CMI的影响。土壤活性有机质用KMnO4氧化法测定,采用3种浓度KMnO4(33、1673、33.mmol/L)将土壤活性有机质分为高活性有机质、中活性有机质和活性有机质3部分。结果表明,只耕作不施肥(CK)10年后土壤活性有机质含量降低,CMI下降11.1～63.6,其中垆土、褐土下降幅度最大、黑土最小。施用化肥也使土壤活性有机质下降,其中单施氮(N)的潮土活性有机质下降最大,达31.3%;化肥配合施用(NPK)的红壤活性有机质下降最大,其余土壤相对较小。施肥使土壤活性有机质和总有机质含量增加,高于初始土壤和CK。施用有机肥或有机肥配施化肥,土壤活性有机质含量和CMI均显著增加,CMI以红壤上升最大,达91.4,潮土最小,仅为4.6。土壤活性有机质的数量及CMI变幅大于土壤总有机质的变化幅度,以CMI变化为大,说明CMI是评价施肥耕作对土壤质量影响的最好指标。土壤活性有机质分组结果表明,红壤活性有机质组成以高活性有机质为主;垆土、灰漠土活性有机质以高活性和中活性两部分为主;潮土以中活性有机质为主。施肥对红壤、灰漠土活性有机质组分影响明显,对垆土、潮土影响相对较小。     

基于HJ卫星的棉田土壤有机质空间分布格局反演

以北疆绿洲区棉田表层土壤为研究对象,利用国产HJ-1A/1B卫星CCD多光谱数据对裸土有机质空间分布格局进行研究。通过分析多光谱数据不同波段的光谱反射率及其变换形式与实地采样得到的土壤有机质含量的相关性,探寻适合绿洲区棉田表层土壤有机质含量快速反演的敏感波段及参数,并针对不同参数分别建立一元线性、二次、三次、对数、倒数、幂函数、生长型、S型回归模型,以及多元回归模型;对生成的模型进行综合对比分析,获取北疆绿洲区棉田表层土壤有机质含量的最佳反演模型,从而实现整个研究区土壤有机质空间格局的遥感反演。结果表明:HJ卫星多光谱数据4个波段的反射率均与土壤有机质含量存在显著的相关性,第3波段的倒数与土壤有机质含量相关性最为显著;且以第3波段光谱反射率作为因变量得到的三次线性回归模型对土壤有机质含量进行反演的效果最佳;通过空间布局反演得到研究区土壤有机质空间分布整体呈现南北两端有机质含量较高,中部有机质含量较低的格局。该研究表明虽然与黑土有机质含量具有差别,但是遥感技术仍能够作为绿洲区土壤有机质含量空间布局反演的方法,为遥感技术在土壤参数监测中更好的发挥作用提供理论支持,同时也为新疆棉田生产管理和农田可持续利用提供科学依据。     

植物残体向土壤有机质转化过程及其稳定机制的研究进展

土壤有机质的数量和质量不仅是衡量土壤肥力状况的核心要素,其形成、转化及稳定过程还与全球气候变化密切相关。植物残体是土壤有机质的初始来源,但由于其腐解过程的复杂、多变性以及土壤有机质、微生物的高度异质性,植物残体向土壤有机质的转化和稳定机理尚不十分明确。本文介绍并讨论了近年来关于植物残体向土壤有机质转化相关研究的新发现,探讨了微生物源和植物源有机质对土壤有机质的贡献,概述了土壤有机质形成的微生物驱动机制,并综述了植物残体输入后土壤有机质稳定性的相关研究,最后对该研究领域未来的发展进行展望,以期能够为科学地提高土壤的固碳能力提供参考。     

利用高程辅助进行土壤有机质的随机模拟

为了探讨在条件模拟计算环境下,是否可以利用高程数据辅助提高土壤有机质空间变化的预测精度及相应的预测不确定性模拟的准确性,该文在北京市平谷区内选取研究样区,以土壤有机质作为目标变量,一方面利用序贯高斯模拟法对土壤有机质的空间分布进行模拟,另一方面以高程作为辅助信息,利用序贯高斯协模拟法对土壤有机质的空间分布进行模拟,然后对两种方法的模拟结果进行对比分析。结果表明,在土壤有机质的空间预测精度、模拟预测结果的局部不确定性和模拟预测结果的空间不确定性三方面,通过将高程数据考虑进有机质条件模拟过程中,准确性都得到了提高。这对于农业可持续发展以及全球碳平衡研究都具有十分重要的意义。     

县域尺度农田深层土壤有机质的估算及空间变异特征

县域是实施农业绿色发展的基本单元,农田土壤中不仅耕层的有机质含量会对土壤肥力产生影响,深层有机质的作用也不可忽略,精确估算基于县域尺度农田深层有机质含量具有重要意义。该研究选定位于山西省运城市的永济市农田为研究区,采用多点混合取样法,获取了8个样地剖面的18层数据,共144个混合土样的有机质含量数据,建立了表层(0～20 cm)有机质含量估算深层有机质含量的模型,并进行深层有机质含量的估算。基于半变异函数、空间自相关理论分析了0～30、30～60、60～90、90～120、120～150和150～180 cm土层有机质含量的空间相关性和聚集特征,并进行了相关性检验,采用克里格插值方法对研究区农田各土层的有机质含量进行了预测。结果表明:1)土壤有机质含量随深度的增加呈负指数递减(R2=0.80,P0.01),各土层的有机质含量变异系数介于35.89%～47.84%之间,处于中等变异程度。2)通过建立的估算模型可以通过表层有机质含量估算出任意深度的有机质含量,且拟合精度R2达到了0.90(P0.01)。3)指数模型是反映该区域有机质含量空间结构特征的最佳模型(R20.80,RSS0.001),各土层的有机质含量均表现出了中等程度结构性特征,和空间正相关性特征(Moran’s I=0.26,P0.01),并存在显著的空间聚集特征和异常值现象。4)克里格插值可以较好地进行研究区各层有机质含量的预测,预测精度较高,稳定性较好,为县域尺度深层有机质的估算,调整农艺措施、提高土壤肥力、达到土壤减肥增效、绿色增产增效提供依据。     

长期农牧结合对碱化草甸土活性有机质的影响

通过测定长期农牧结合不同培肥年限条件下,彻底改良各活性有机质的含量,探讨不同改良年限处理对活性有机质的影响.结果表明,长期农牧结合能够提升各活性有机质的含量,改良15年中逐年增长;改良1～15年中,农牧结合改良对中活性有机质的增加较为敏感.3种活性有机质之间都呈显著或极显著相关,其中,高活性有机质与中活性有机质相关系数为0.981*,高活性有机质与活性有机质相关系数为0.984*,中活性有机质与活性有机质相关系数为0.954*.3种活性有机质与总有机质的相关性说明,活性有机质虽然区别于总有机质,但又与总有机质紧密相连,它们是土壤总有机质的一部分.     

耕地土壤有机质空间变异性的随机模拟

有机质是土壤重要的肥力特征,研究盐渍土改良区耕地土壤有机质空间变异特征可为土壤质量提升提供科学依据。以山东省禹城市盐渍土改良区典型地块耕地土壤有机质为研究对象,在全面野外调查和室内化验分析以获得大量的土壤有机质相关信息的基础上,运用地统计学方法对有机质进行了序贯高斯模拟各次实现（SGSV）、序贯高斯模拟平均实现（SGSA）和ordinary Kriging插值（OK）,并将SGSV、SGSA、OK与实测数据进行了统计参数、变异函数、空间分布趋势等方面进行了对比分析。结果表明OK、SGSA改变了有机质数据的空间结构,具有“平滑”效应,SGSA在消除平滑影响方面优于Kriging插值;SGSV具有与实测数据相同的空间自相关结构,对预测点的模拟值具有不确定性,为揭示研究区域土壤有机质的空间结构特征提供了有力的工具,对盐渍土改良区土壤有机质空间不确定性的风险研究具有更实际的意义。     

土壤有机质测定方法述评与展望

有机质是土壤的重要组成部分,是判定土壤质量动态变化的重要标准。为了便于了解当前土壤有机质测定方法的优点和局限性,利于今后有机质研究和测定工具的开发,本文对当前测定有机质的方法,包括干烧法、湿烧法、化学氧化法、灼烧法和土壤有机质光谱测定法进行了阐述,分析了各方法的优缺点以及研究中适宜选择的方法,并对当今农业的需求和测定方法的不足,提出了研究无损、原位测量有机质工具的构想,展望了土壤有机质快速测定方法的发展趋势,以此为精准农业的实施和农业的可持续发展,提供基本的信息及建议。     

黄土高原生态系统演替进程中土壤有机质和pH值变化规律

通过对黄土高原生态系统演替进程中土壤有机质和pH值变化进行分析,结果表明:在同一演替系列中,随演替进程的推移,土壤中有机质增加,pH值减小;在不同地段上,演替高级阶段土壤的有机质高于低级阶段,pH值正好相反;人为间断干扰的生态系统土壤有机质下降,pH值升高;人为持续干扰的亚顶级生态系统土壤有机质明显降低,PH值明显升高.     

土壤有机质空间变异性及其驱动因素研究进展

土壤有机质是表征土壤质量的主要指标,在土壤肥力、环境保护和全球碳循环中发挥着重要作用。土壤有机质的主要特征之一是具有高度的空间异质性,这是土壤形成过程中自然因子和人为活动综合作用的结果。本文对土壤有机质空间变异性的研究方法进行了回顾,从非生物和生物两方面阐述了驱动土壤有机质空间变异的主要因素,分析了研究土壤有机质空间变异性尺度效应的重要性及相关成果。在此基础上,结合以往研究的特点和不足,从深层土壤有机质的空间变异性、森林土壤有机质的空间变异性、土壤有机质空间变异性驱动因素间的交互作用以及较大尺度下土壤有机质空间变异尺度效应四个方面,对未来的研究方向提出了合理化建议。     

土壤有机质预测性制图方法研究进展

有机质是土壤重要组成部分,是衡量土壤肥力的重要指标。对土壤有机质空间制图,不仅可以了解土壤质量动态变化,而且对土壤区域变异性研究具有重要意义。对现今土壤有机质预测性制图的主要方法,包括地统计学、土壤-景观关系理论和遥感反演三种方法,分别进行了阐述,对其优缺点进行分析比较,以此明确各方法的使用特点和运用环境,并对土壤预测性空间制图中存在的问题进行分析,展望了土壤有机质预测性制图未来的研究趋势,以此为精准农业的实施和农业的可持续发展,提供基本的信息及建议。     

表土不同有机质含量的土体水盐运动数值模拟研究

用表层不同土壤有机质含量的土体作研究对象,将有机质因素对土壤水动力学参数的影响引入数学模型,进行数值模拟计算,并用室内模拟实验进行了验证,模拟效果良好.     

外加碳、氮对黄绵土有机质矿化与激发效应的影响

应用14C标记的葡萄糖和麦秸,15N标记的(NH4)2SO4和Ca(NO3)2对生黄绵土、菜园黄绵土土壤有机质的矿化与激发效应进行了研究。结果表明,外加有机质,特别是外加易分解的葡萄糖,和外加氮源,特别是外加(NH4)2SO4,对两种黄绵土土壤的有机质矿化与激发效应都有明显的促进作用,土壤有机质的矿化是高肥力菜园黄绵土高于低肥力生黄绵土,而有机质矿化的激发效应却是低肥力生黄绵土高于高肥力菜园黄绵土。外加有机质与外加N同时施入土壤时,外加N对外加有机质的矿化与激发效应同样有明显的促进作用,并发现外加有机质与外加N在促进土壤有机质矿化与激发效应过程中表现出正交互作用。激发效应对土壤肥力的更新和培养有积极作用。     

土壤有机质含量测定方法的改进研究

通过研究改进了土壤有机质含量的测定方法。首先称取适量土壤置于长管消解系统中进行消解,然后采用全自动电位滴定仪进行滴定,直接获得土壤的有机质含量。使用该方法测定的土壤标准样品的有机质含量均在保证值以内,同时对实际样品进行精密度测试,得到相对标准偏差为1.03%。该方法降低了土壤有机质含量检测的实验成本,减少了环境污染,同时提高了实验数据的准确度与精密度,值得推广。     

上海市城郊土壤有机质的时空变异特征及其影响因素

为了深入了解城市化对城郊农业土壤有机质变化的影响,本研究运用GIS和地统计学结合的方法,对上海市土壤有机质的时空变异规律及其驱动因子进行了探讨。研究结果表明,土壤有机质在整个研究区内表现出中等程度变异,土壤有机质含量分布呈现出西南高,东部低的特点。1980—1999年土壤有机质含量增加,而1999—2010年土壤有机质含量下降。1999—2010年,由水田变为蔬菜地、苗圃时,土壤有机质含量分别下降6.72 g/kg和6.15 g/kg,而水田保持不变时,仅下降了1.51 g/kg。通过空间叠加分析可知,1999—2010年,上海市大部分地区土壤有机质含量呈减少趋势,只有北部、南部和西南的部分地区的土壤有机质含量有所增加。土壤有机质增加的区域离城市较远,而土壤有机质下降区域位于近郊,主要原因是近郊部分水田转化为蔬菜地和苗圃,土地利用方式改变导致了作物根茬和秸秆还田减少,同时有机质分解加快,因此引起了土壤有机质积累下降。     

广东耕地土壤有机质的变化趋势及其驱动力分析

利用广东省1984-2010年的土壤长期定位监测数据,对全省20多年来的耕地土壤有机质变化趋势进行了分析.结果表明:1984-2010年,全省耕层土壤有机质含量总体表现稳定,但近年来呈下降趋势,尤其是珠三角地区较为明显.全省不同区域的有机质含量差异显著,粤东地区偏低,平均含量比粤北低22％.不同土壤类型的耕地有机质变化趋势亦有差别,赤红壤和紫色土耕地的有机质含量偏低,分别只有13.0 g/kg和11.2 g/kg,占耕地面积比例最大的水稻土近5年来有机质含量下降了1.5 g/kg.对全省耕地有机质变化的驱动力分析表明,优质农田的流失、种植模式的变化是影响全省耕地有机质含量整体水平降低的原因之一.     

黑龙江典型县域农田黑土土壤有机质现状分析

应用地统计学分析技术,对黑龙江典型县域的农田黑土土壤有机质进行了空间异质性分析。结果表明,土壤有机质平均含量以五大连池市和北安市最高,高于70gkg-1,宾县和阿城市最低,低于20gkg-1,有机质含量变化范围在11.8-128.9gkg-1。土壤有机质最佳空间变异符合高斯模型,主要受结构因素的影响,占84.1%。