黑土典型区土壤有机质遥感反演

土壤有机质（SOM）含量时空变异规律研究对于土壤肥力评价、土壤碳库估算、土壤资源利用与保护具有重要意义,而地貌、成土母质、土壤类型等差异、高光谱卫星影像较少等因素制约了区域尺度的SOM含量遥感反演方法研究的开展。该文以黑龙江省黑土带典型区为例,采集区域土壤样本,获取Landsat TM遥感影像,基于有机质含量与土壤反射率的定量关系,建立区域SOM遥感预测模型。结果表明：黑土区SOM含量高,一般大于2%,决定了有机质对土壤反射光谱特性的主要作用,而且该区SOM空间变异性显著,且耕作方式、气候等因素决定了裸土时间长,因而该区适于SOM含量遥感反演;有机质与TM各波段反射率均显著相关,最大相关系数在第3波段（0.63～0.69 μm）,为-0.710,其次为4波段（0.76～0.90 μm）,与实验室基于高光谱反射率数据分析的结果一致;基于TM影像2、3、4波段的SOM指数模型最优,预测精度高、稳定性好,可以用于揭示黑土典型区SOM含量的空间分布特征。该研究将为改进土壤理化参数遥感反演、土地质量评价、土壤碳库估算等工作方法提供理论与技术支持。     

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。     

土壤有机质含量与玉米生产力的关系

土壤有机质是土壤肥力的重要指标。本文通过空间移位的方法,将东北黑土带由南向北5个点有机质含量为18.1g kg-1、31.1g kg-1、54.6g kg-1、103.9g kg-1、53.6g kg-1的农田黑土,分别移至黑龙江省的海伦市和吉林省的德惠市的两种气候下,通过田间试验的方法,研究了黑土有机质含量与玉米生产力的关系。结果表明,在相同的施肥条件下,土壤有机质含量与玉米产量间不存在显著相关关系,产量差异不显著;施肥对各种有机质含量的黑土均有显著增产作用,增产幅度在12.3%～64.1%,黑土带的南部区域德惠市的施肥增产作用要明显高于北部区域海伦市的增产作用。     

贵州省万山汞矿区周围土壤中不同形态汞的空间分布特征

利用连续提取法对贵州省万山汞矿区周边土壤的形态与分布特征进行了测试分析。结果表明,研究区土壤中汞含量在1.34～291.71mg·kg-1之间,明显高于我国土壤汞背景值。表层土壤中汞含量在东部区域普遍较高,西部区域相对较低,并呈现随距污染源距离的增加逐渐降低的趋势。剖面土壤中的汞则表现出明显的表层富集规律。研究区土壤中汞的形态主要以残渣态、难氧化降解有机质及某些硫化物结合态和易氧化降解有机质结合态汞为主,且不同形态的汞含量与总汞含量具有较大的相关性。     

基于多光谱遥感图像的青海湖流域土壤有机质估算初探

土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分,也是陆地表层重要的碳库,其含量的快速、准确测定关乎农牧业生产活动安排与地表过程研究中关键参数的获取效率。为了探寻适合青藏高原高寒地区土壤有机质遥感反演的响应波段及遥感模型,实现区域像元尺度上的土壤表层有机质估算,本文利用Landsat8-OLI多光谱遥感数据与实地采样数据对青海湖流域表层(0～20 cm)土壤进行了有机质含量反演研究。结果表明:Landsat8-OLI影像的第5、6和7波段是青海湖流域土壤有机质含量的特征波段,基于这3个波段构建的土壤有机质遥感反演三元回归模型(R~2=0.704,P0.001),经实测点验证(RMSE=8.66)与相关文献研究结果验证(RMSE=8.85),精度高、稳定性强、预测趋势平稳。本研究不仅为高寒地区土壤有机质含量快速测定提供了一定的技术支持,也为高寒地区的碳库计算、土壤肥力评价、土壤碳循环、农作物估产、草地退化监测等提供了参考。     

潮土区土壤有机质含量的趋势演变研究——以禹城市为例

通过分析山东省禹城市100个采样点1980年和2003年耕层土壤的有机质含量,研究了土壤有机质的时空变异特征,探讨了潮土区有机质含量的变化,形成了研究区1980年和2003年有机质含量空间分布图及1980~2003年有机质含量的空间变化图。分析了研究区有机质含量增加的原因。研究结果表明,该市目前土壤有机质含量平均为14.68g kg-1,比1980年的6.0g kg-1增加了8.68 g kg-1,年均提高0.38g kg-1。土壤表层含盐量的降低为土壤养分含量提高提供了条件。     

西北地区有机质空间分布及其影响因素研究

为了探讨中国西北地区土壤有机质现状及影响因素,运用ArcGIS和地统计学结合的方法,研究西北地区土壤有机质的空间分布规律及其影响因素。结果表明:(1)研究区土壤有机质含量处于较低水平,3级及以下占68.94%,有机质变化范围为1.10~107.50 g/kg,均值为20.13 g/kg;通过半方差函数模型分析得到有机质的最适理论模型为球状模型。(2)通过绘制整个西北地区土壤有机质的空间分布图可知,研究区东部区域从宁夏、陕北至甘南、陕南,有机质含量呈现出梯级增加的趋势;研究区西部有机质含量呈现出由新疆塔里木盆地中心区域向边界递增的同心圆分布。有机质高值区分布在研究区青海东部、新疆的天山一带;低值区分布在宁夏、陕西北部和新疆的塔里木盆地。分布趋势与西北地区大地形区有一定的相似性。(3)土壤有机质含量与海拔、降水存在正相关关系。(4)有机质与土壤类型和土地利用方式之间存在显著相关关系,草地、林地土壤有机质含量显著高于耕地和未利用土地,但草地与林地之间没有显著性差异。海拔和降水是影响有机质的主要因素,能解释49%的土壤有机质变化。该研究结果不仅有助于定性定量认识西北地区有机质空间分布,而且为该地区的生态农业建设以及生态环境保护提供参考。     

基于多分辨率遥感数据与随机森林算法的土壤有机质预测研究

遥感数据已经在数字土壤制图中得到广泛应用,并且可以一定程度上提高土壤属性预测的精度。本文以榆阳区的黄土丘陵和风沙滩地两种地貌区为例,利用不同分辨率的专题制图仪(thematic mapper,TM)、先进宽视场传感器(advanced wide field sensor,AWIFS)和中等分辨率成像仪(Moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)的遥感影像数据(分辨率分别为30 m、56 m和250 m)和基于高级热量散射和反射辐射仪全球数字高程模型(advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer global digital elevation model,ASTER GDEM)的地形衍生数据,结合其他影响土壤有机质分布的辅助因子,用随机森林算法(random forest,RF)对表层土壤有机质进行模拟预测,并通过实测数据的百分比抽样对预测结果进行了验证。结果表明,在榆阳区的黄土丘陵区,基于TM数据的土壤有机质预测结果较好;在风沙滩地区,基于AWIFS数据的土壤有机质预测结果较好。基于RF的土壤有机质预测在榆阳区的黄土丘陵区结果较好,三个分辨率下的平均绝对误差在1.27~1.57 g kg-1之间,在风沙滩地区预测精度较低,平均绝对误差在1.46~2.08 g kg-1之间。高程、地理位置和植被是影响黄土丘陵区土壤有机质预测的主要因素,在风沙滩地区,植被、高程和离水源地的距离是影响有机质预测的主要因素。可见,在地貌相对简单的地区进行土壤有机质含量的预测时可以使用较低分辨率的数据代替较高分辨率的数据,同时,RF算法在复杂地貌区的土壤有机质预测更有效。     

东北黑土有机碳的分布及其损失量研究

为了分析东北黑土土壤有机碳(SOC)的分布特征及其开垦以来黑土SOC的损失程度,我们于2004～2005年在黑龙江和吉林两省采集了32个自然黑土剖面样品,在每个自然黑土样品附近对应采集32个景观条件相似的耕作黑土样品。结果表明,自然黑土样品0～30cm土层SOC含量平均为32.20 g kg-1,最高可达63.46 g kg-1,黑龙江省自然黑土SOC含量(34.55 g kg-1)高于吉林省(23.80 g kg-1)。耕作土壤SOC平均含量为22.71 g kg-1,远低于自然土壤。受温度的影响,随着纬度的增加,自然黑土与耕作黑土SOC含量逐渐递增。由于土壤侵蚀以及耕垦和去除作物残留物等农业管理措施的综合作用,使得耕作黑土表层SOC含量小于自然黑土。与自然黑土相比,耕作黑土0～10cm土层SOC损失量在26.84%～46.57%之间,亚表层损失相对较少。黑土SOC含量下降也是土壤水土流失致使黑土层变薄的一个直接表现。耕作黑土表层流失厚度可以通过自然与耕作黑土剖面SOC含量的分异差值来估算。通过对土壤剖面上SOC的分布进行校正剔除土壤侵蚀的影响后得到的同等深度SOC含量的差值才可视为由耕作以及有机质输入量差异等因素造成的SOC损失量。未经校正而进行的自然黑土和耕作黑土同一深度SOC含量的比较可能过高估计了农业管理措施对土壤SOC损失量的影响。     

黄淮海平原农田土壤磷素空间分布特征及影响因素研究

根据505个样点表层(0～20 cm)土壤磷素的化验数据,在ArcGIS9.0平台上运用地统计学方法研究了黄淮海平原土壤磷素的空间分布特征及其影响因素.结果表明,该区土壤全磷和速效磷含量均属中等水平,全磷含量达(0.73±0.18)g·kg-1,速效磷含量达(21.31±16.08)mg·L-1.土壤全磷空间分布总体上呈团状或块状,其中高值区(＞0.80 g·kg-1)主要分布于河北中南部、山东西部以及山东、安徽、江苏三省交汇处,并由黄淮海中部地区向南北方向逐渐减少;低值区(＜0.50 g·kg-1)主要分布于黄淮海南北两地.土壤速效磷含量总体上呈小团块状分布,其空间分布较全磷复杂.高值区(＞24.0 mg·L-1)主要分布在黄淮海平原的中部地区,并向东北和正南方向减少.低值区(＜12.0 mg·L-1)主要分布于黄淮海平原南、北部边缘.全磷和速效磷高值区主要分布区地理位置大体一致,均是在黄淮海平原中部区域一带,并以此区域向北降低.不同土壤类型由于成土母质本身含磷量空间分布差异,产生了土壤磷素空间变异.土壤质地、磷肥使用量及部分理化性状影响土壤磷素含量.     

东北黑土农田养分时空演变分析

通过东北黑土农田的广泛采样、化验分析,目前黑土农田有机质含量平均为33.9 g kg-1,全氮1.91 g kg-1,速效磷24.85 mg kg-1,速效钾159.95 mg kg-1。1979年~2002年期间黑土农田土壤有机质下降了3.76 g kg-1~4.14 g kg-1,平均每年下降0.16 g kg-1~0.18 g kg-1;而土壤速效磷含量大幅度上升,已是原来1979年的2倍以上,23年里土壤速效磷上升了12.66 mg kg-1~14.66 mg kg-1,平均每年上升0.55 mg kg-1~0.64 mg kg-1。认为土壤速效磷是过去的20多年里人为生产活动改变最大的肥力因子,其他土壤养分指标的空间分布有较明显的地带性,存在显著的空间变异,尤其是土壤有机质、全氮、碱解氮与地理纬度高程度相关,受气候等自然因素影响较大。     

松辽平原黑土有机质含量的遥感反演研究

通过分析遥感影像中裸露黑土的反射光谱值与土壤有机质含量之间的关系,尝试能否利用航天遥感影像进行研究区的农田土壤有机质含量的定量反演。研究将土壤有机质含量和ASTER遥感影像光谱值进行逐步回归分析,得出二者的指数关系式,并将研究区土壤有机质含量分为5个等级,表明利用遥感影像估测土壤有机质含量是可行的。     

近30年中国农田耕层土壤有机质含量变化

土壤有机质含量是影响土壤肥力水平的重要指标,也是开展耕地质量建设、科学施肥工作的基础。利用2005—2014年测土配方施肥项目数据与全国第二次土壤普查数据进行对比,分析了近30年来中国农田耕层土壤有机质的变化趋势。结果显示,30年来我国农田耕层土壤有机质含量呈整体上升趋势,目前,全国耕层土壤有机质平均含量为24.65 g kg~(-1),较全国第二次土壤普查时期提高4.85 g kg~(-1),提高24.49%。其中,30~40 g kg~(-1)等级比例增加3.64个百分点,20~30 g kg~(-1)等级比例增加5.68个百分点,10~20 g kg~(-1)等级比例增加5.36个百分点。需要引起注意的是,大于40 g kg~(-1)等级比例减少了1.38个百分点。     

有机质与黏粒含量对黑土压缩-回弹特性的影响

为探明有机质和黏粒对黑土压缩-回弹行为的影响,以典型黑土区耕作土壤为研究对象,通过人工添加腐植酸、人工分离-提取-添加黏粒、恒温恒湿培养的方法各配制3个梯度的重塑土。采用室内固结的方法,通过压缩系数、压缩指数及回弹指数的测定与分析,研究了2种含水量条件下黑土压缩与回弹对有机质和黏粒含量变化的响应行为。结果表明:(1)压缩指数均随有机质含量的增加而增大,且在高含水量时二者呈极显著正相关,有机质含量最高时压缩指数为0.246 3,但有机质含量对回弹无显著影响。(2)无论含水量高低,压缩指数均与黏粒含量呈极显著正相关,而回弹指数随着黏粒含量的增加逐渐降低,且在低含水量时二者呈显著负相关。(3)含水量不同,有机质与黏粒对黑土压缩-回弹特性的影响亦不同;黏粒对黑土压缩-回弹行为的影响更为显著。     

江苏省土壤有机质含量时空变异特征及驱动力研究

土壤有机质(SOM)含量是估算土壤碳储量、评价土壤肥力的重要指标,研究SOM时空演变对评估区域土壤固碳潜力,实现土壤可持续利用具有重要意义。以江苏省为例,利用全国第二次土壤普查资料和2006年采样数据,基于地统计学方法和GIS技术,对比研究了1980 - 2006年全省范围内表层(0 ~ 20 cm)SOM含量的时空变异特征及其驱动因子。结果表明：1980年和2006年江苏省SOM平均含量分别为16.55 ± 8.50 g kg^-1和18.31 ± 8.32 g kg^-1,变异系数分别为51.36%和45.44%。两个时期SOM的变异函数均符合指数模型,块金系数由51.85%增加为56.52%,变程由71.55 km减少至37.83 km,SOM含量的空间自相关性减弱,自相关距离减小。1980-2006年,SOM含量空间分布呈现出北增南减,沿江平原增,宁镇丘陵减,滨海平原基本持平的空间格局,增加幅度由北向南逐渐减小。SOM含量的初始值影响其空间格局的演变,总体上呈现初始SOM含量的高值降低、低值增加的趋势。肥料的大量使用在提高粮食产量的同时也增加了作物残茬和根系的生物量;秸秆还田的大力推行,使得大量的有机物质进入土壤,促进了SOM的累积。不同的土地利用变化对SOM含量变化的作用不同,土地利用方式转变成水田、旱地和林地促进了SOM的增加,而转变成荒地后导致SOM含量下降。     

干旱区典型绿洲土壤有机质含量分布特征及其影响因素

以新疆南部的渭干河-库车河流域三角洲绿洲为对象,按照土地利用方式布设78个采样点,分别采集表层(0~20 cm)和亚表层(20~40 cm)土样共156份,分析土壤有机质(SOM)含量和土壤酸碱度(pH)分布特征,并讨论在作物类型、土地利用方式和土壤pH因素的影响下,表层和亚表层SOM含量的差异性。结果表明:表层SOM含量范围为3.7~24.1 g kg~(-1),平均含量为11.0±4.2g kg~(-1);亚表层SOM含量较低,为2.7~12.9g kg~(-1),平均含量为7.0±2.2g kg~(-1)。表层中作物类型和土地利用方式的SOM均值、标准差均高于亚表层,二者的变异系数在20%~50%之间,属中等变异。方差分析和逐步回归分析表明,各因素对SOM含量的变异性影响存在较大差异。作物类型、土地利用方式和土壤pH三种影响因素对研究区表层和亚表层的SOM变异综合解释能力分别为45.1%和43.7%,综合分析得出各因素中作物类型因素对研究区SOM含量影响最大。     

Preferential erosion of black carbon on steep slopes with slash and burn agriculture

In this study we investigated the quantitative and qualitative aspects of soil organic matter (SOM) losses caused by water erosion within a small catchment in Northern Laos, under steep slopes and slash and burn agriculture. The soils in the region have a high contribution of black carbon to soil organic matter and high erosion rates. The aim of the study was to quantify the erosion of black carbon and to identify the processes involved. The conceptual approach included the measurement of contents of SOM, black carbon and mineral bound SOM in bulk soils, sediments eroded from 1 m² plots and in sediments at the outlet of the 0.6 ha catchment. Additionally, the enrichment factors of bulk SOM, BC and mineral bound SOM were calculated for eroded sediments.     

较贫瘠的红壤中有机质的积累及其生态意义

Field experiments on the decomposition of organic materials and the accumulation of organic carbon in infertile red soils were conducted at the Ecological Experimental Station of Red Soil, the Chinese Academy of Sciences, and the potential of CO₂ sequestration by reclamation and improving the fertility of these soils was estimated. Results showed that in infertile red soils, the humification coefficients of organic materials were rather high, ranging from 0.28 to 0.63 with an average of 0.43, which was 41% higher than those in corresponding red soils with medium fertility. This was mainly attributed to the high clay content, high acidity and low native organic matter content of infertile red soils. Compared to those in corresponding normal red soils, the decomposition rates of organic materials were significantly lower in infertile red soils in the first 2 years, thereafter no significant difference was observed between those in the two kinds of soils. Depending on the kind and amount of organic manure applied, the soil properties and the rotation systems, annual application of organic manure with a rate of 4 500 to 9 000 kg ha^-1 increased the organic carbon content in surface 20 cm of infertile red soils by 2.1~7.5 g kg^-1 with an average of 4.7 g kg^-1 within the first 5 years. The organic carbon content in infertile red soils which received organic manure annually increased linearly in the first 10 years, thereafter it slowed down, implying that the fertility of the infertile red soils could reach middle or high level in 10 years if the soil was managed properly. It was estimated that through exploitation of wastelands, re-establishment of fuel forests and improvement of soil fertility, soils in red soil region of China could sequester an extra 1.50 × 10¹⁵ g of atmospheric CO₂.     

西藏人工造林作业区土壤养分特征研究

为了掌握西藏拟造林作业区的土壤养分状况,对6个地市524个造林作业区的土壤样本进行了养分测定和分析。结果表明:(1)土壤全钾、有效磷、有机质和速效钾均处在"稍缺―极缺"水平:平均含量分别为6.26 g kg~(-1)、8.7 mg kg~(-1)、17.81 g kg~(-1)和83.6 mg kg~(-1),全氮和全磷处在"中等―稍缺"水平:平均含量分别为1.39 g kg~(-1)和0.72 g kg~(-1),碱解氮条件最好:平均含量为214.1 mg kg~(-1),全钾条件最差。(2)6地市除碱解氮外,土壤中分别存在2至5个养分元素的缺乏,多数作业区全钾、速效钾和有效磷不足。阿里地区最缺有机质,仅5.08 g kg~(-1),日喀则市、拉萨市和林芝市最缺全钾,仅5.19~6.42 g kg~(-1),山南市和昌都市最缺有效磷,仅3.9~5.4 mg kg~(-1)。此外,拉萨市、山南市和阿里地区多数作业区全氮不足,阿里地区、日喀则市和昌都市全磷不足,除昌都市外各地市有机质不足的作业区居多。(3)地市间土壤养分含量差异显著,但速效钾、有机质在日喀则市、拉萨市和山南市间差异均不显著。总体而言,西藏造林作业区土壤养分状况较差,通过对西藏造林作业区土壤养分的特征分析,可为作业区造林后树木生长状态的成因查寻提供科学依据,为进一步提高造林质量提供基础数据。     

基于土壤系统分类的河南省土壤有机质时空变异研究

利用1982年河南省第二次土壤普查数据和2009年采样数据,采用传统统计学、地统计学和地理信息系统（GIS）的方法,在土壤系统分类的基础上,对产粮大省河南省土类土壤有机质（SOM）含量时空变异特征进行了分析研究,揭示了不同土类SOM时空变异规律,并分析讨论了影响其时空变异的主要原因,对河南省不同土壤类型的合理施肥与养分调控具有指导和借鉴意义。结果表明：从1982年到2009年,河南省SOM含量均值由12.21g kg-1增加至16.02 g kg-1,增加了31.70%,变异系数分别为67.90%和35.52%。两个时期SOM变异函数均符合球状模型,块金效应值由56.10%变为60.18%,变程由569.05km变为547.22km,SOM含量空间自相关性变弱,自相关距离减小。河南省SOM自西向东逐渐增加,平原地区增加较多,而河南省南部、偏北部和西部山区地区有所减少;系统分类中的底锈干润雏形土、淡色潮湿雏形土、灌淤旱耕人为土、干润冲积新成土、干润砂质新成土、简育湿润变性土、简育湿润雏形土SOM平均含量从1982年到2009年有较大的提高,分别提高了5.76g kg-1、5.61g kg-1、5.56g kg-1、5.47g kg-1、5.42g kg-1、4.99g kg-1、3.05g kg-1,而湿润正常新成土和干润正常新成土SOM含量有所降低,分别降低了2.47g kg-1和1.90g kg-1。因成土母质、气候条件、土壤质地、土地利用方式和人为活动的影响使得河南省不同土类的SOM出现时间和空间上的差异。SOM含量增加的土类主要分布在平原耕地地区,秸秆还田以及有机肥的施入,使该区域SOM含量有较大程度的提高。