电磁感应仪用于土壤盐分空间变异及其剖面分布特征研究

运用电磁感应仪EM38,结合GIS技术和地统计方法对黄河三角洲地区典型地块0～40 cm与0～80 cm土层含盐量的空间变异性进行研究,并对研究区盐渍化分级以及盐分剖面分布特征进行探讨.结果表明:研究区各土层土壤盐分较高,均表现为中等变异强度,且研究区土壤盐分总体上呈一定的表聚趋势;各土层土壤盐分的半方差函数均较符合指数模型,都表现为强空间自相关性;气候、微地形、地下水等结构性因素是主导土壤盐分空间分布格局的直接因素.由盐渍化分级及盐分剖面特征分析结果可知:重度盐化土是研究区最主要的土壤类型,轻度盐化土分布面积最小;研究区主要盐分剖面类型为表聚性,其次分别为均匀型和底聚型;此外,盐分剖面类型的分布在一定程度上反映了植被类型以及土地利用方式.该研究结果为黄河三角洲地区盐渍化土壤的精准改良与科学管理提供了一定的理论基础和实践依据.     

EM38在土壤盐渍化快速检测中的应用研究

以渭干河-库车河绿洲地区典型样区为研究对象,电磁感应仪EM38检测与田间采样相结合,针对其存在的土壤盐渍障碍问题,分析土壤电导率的剖面分布特征,建立磁感应表现电导率与土壤电导率之间的回归模型,并对运用电磁感应仪EM38划分土壤盐渍剖面类型进行探讨。结果表明:研究区表层土壤盐分具有较强的表聚性与变异强度,土壤电导率与磁感表观电导率呈极显著的相关关系,EMh对浅层土壤电导率的解译精度较高,而EMv对深层土壤电导率的解译精度要高于EMh。利用电磁感应仪EM38对研究区进行土壤盐渍剖面类型划分,表聚型与底聚型是研究区最主要的盐渍剖面类型。该结果对研究土壤盐渍化的发生机制、预测与评估该地区土壤盐渍化的发生发展具有重要参考意义。     

干湿季节下基于遥感和电磁感应技术的塔里木盆地北缘绿洲土壤盐分的空间变异性

土壤盐渍化问题是制约干旱半干旱区植被生长最主要的生态环境地质问题,也是影响绿洲农业生产的障碍性问题。而将遥感与近感技术相结合,是当前评价、监测及预报土壤盐渍化程度的先进方法。以新疆塔里木盆地北缘的渭干河-库车河三角洲绿洲为例,以遥感数据和解译后的电磁感应数据为基础数据源,利用解译后的数据结合GIS和地统计学知识以及野外实测所得到的土壤电导率和盐分资料,分别采用泛克里格(Universal Kriging)、光谱指数回归(Spectral Index Regression)和回归残差泛克里格(Regression-Universal Kriging)3种方法研究了该地区两个关键季节(干季和湿季)土壤盐分的空间变异特征。研究结果表明:研究区的土壤浸提液电导率EC_1:5和土壤盐分呈现显著相关,可以用EC_1:5来代替土壤的全盐量进行分析;电磁感应仪(EM38)所测各季节土壤表观电导率与EC_1:5的相关系数均达到1%显著水平,以表观电导率垂直读数(EM_V) 和水平读数(EM_H)为自变量的多元回归模型拟合效果较好;研究区各季节的表层土壤电导率的空间分布均表现为强相关性,说明土壤采样点间的内部结构性良好,采用能够充分考虑到干旱区表层土壤电导率空间变异的尺度依赖性的球状套合模型,能够更好的拟合土壤表观电导率的空间结构;经过精度比较,回归残差泛克里格法为最优预测方法,这表明将遥感和电磁感应技术相结合,能够有效的提高预测与评估土壤盐分空间分布的精度,为精确地进行土壤盐分预测以及土壤次生盐渍化的防控提供了一定的依据。     

基于逐步回归模型和EM38电磁感应分析的干旱区人工水库区域土壤盐分测定——以新疆八户地水库为例

通过电磁感应仪EM38与传统采样测定方式,建立了磁感式表观电导率和土壤盐分之间的回归模型,运用该模型对新疆厅台县八户地水库大坝外侧的土壤盐分进行了预测,并利用Kriging插值方法,绘制了0～20、20～40、40～60、60～80cm各层土壤盐分的空间分布图.结果表明:0～20、20～40、40～60、60～80cm土壤盐分预测模型的复相关系数分别达到0.62、0.73、0.76、0.82,可以看出随着土壤深度的加深,拟合效果也越好;各层土壤含盐量在10g/kg以上的分布面积占调查区域的80%以上,属于盐土;土壤盐分在垂直方向上大致呈"反C"型分布,在20～60cm土层上有明显积聚;土壤盐分在空间上由南向北呈逐渐升高的趋势,在水库大坝附近和靠近水渠方向的土壤含盐量明显降低.     

现代黄河三角洲潮土水盐与野外光谱特征浅析

土壤水分、盐分时空变异强,是影响土壤光谱特征的两个重要因素。土壤水分、土壤盐分之间关系、土壤水分、盐分与土壤光谱特征之间关系如何直接关系到利用遥感光谱信息监测土壤盐渍化的精度。通过对在2007年10月利用Hydra土壤水分/盐分/温度三参数测试仪获得的现代黄河三角洲潮土水分、盐分数据和同点利用ASD FieldSpecRProFR便携式分光辐射光谱仪获得的潮土野外光谱同步测量数据进行了分析,探讨了现代黄河三角洲潮土10cm（包括潮土和盐化潮土两个亚类）水盐特征和土壤表面野外光谱特征之间的关系,结果表明：潮土土壤水分与土壤电导率之间的关系可用二次方程曲线拟和,盐化潮土拟和度更高,当WFV〉0.275和WFV〉0.209时,盐化潮土和潮土分别随着土壤水分的增加土壤电导率不断增加。与原始野外光谱相比,包络线消除法后光谱波段与土壤水分和土壤电导率之间的Pearson相关性都有不同程度的提高,并利用包络线消除法后的波段分别建立了潮土和盐化潮土土壤水分、土壤电导率逐步回归预测方程,为动态水盐条件下盐渍化土遥感监测提供了理论依据。     

基于EM38的土壤剖面电导率预测研究

【目的】以海涂围垦区盐碱土为研究对象,利用EM38大地电导率仪在地表不同高度测量的土壤表征电导率预测土壤不同深度土层剖面的电导率。【方法】利用EM38电导率线性响应模型结合Tikhonov正则化能较好解决病态矩阵的线性反演问题。利用该方法来预测土壤剖面电导率,并对预测结果进行误差分析,最后通过偏差变化法增加噪声利用局部灵敏度分析法来评价模型的灵敏度。【结果】研究发现,土壤剖面平均电导率和地表不同高度平均表征电导率具有极显著相关性,能利用表征电导率较好的预测剖面平均盐分。线性模型不仅能较好的预测土壤剖面电导率的变化趋势,而且在数值上也能较好的预测电导率的大小,平均预测误差在40%左右。相对预测误差较大的土层,模型灵敏度越大,因此可通过提高EM38数据测量的稳定性来提高预测精度。【结论】利用EM38表征电导率采用线性模型结合Tikhonov正则化的方法能够较好的反演土壤剖面电导率,预测结果可以为样区土壤管理提供科学的决策依据。     

塔河下游典型绿洲灌区土壤盐分空间变异特征

【目的】 研究典型绿洲灌区不同深度土壤的盐渍化特征和空间分布状况。【方法】 运用GPS定位技术进行调查与采样,并结合室内样品测定结果,对塔里木河下游31团灌区土壤盐分含量和各盐分离子含量进行地统计分析和Kriging空间插值。【结果】 研究区内土壤总体呈碱性,盐分组成以氯化物-硫酸盐为主,受季节及灌溉影响,秋季蒸发强烈处于积盐阶段,根域层(0~60 cm)土壤盐分均大于深层(60~100 cm)土壤盐分。根域层盐分、Cl^-、Mg²⁺、SO^2-₄的半方差函数拟合模型符合指数模型,深层盐分、K⁺+Na⁺符合高斯模型,HCO^-₃、Ca²⁺符合球状模型。根域层盐分大多处于轻、中度盐渍化,重度盐渍化区域主要集中在研究区中部荒漠化程度高、地形复杂的区域,深层土壤盐分受秋季潜水蒸发影响,绝大部分处于轻度盐渍化,变化范围小,分布较为均匀。各土层中阴离子均以SO^2-₄为主,阳离子均以K⁺和Na⁺为主,SO^2-₄、Cl^-、K⁺+Na⁺与根域层土壤盐分有着相同的分布特征。【结论】 31团灌区土壤含盐量较高,各层土壤均处于不同程度的盐渍化状态,47.12%的根域层(0~60 cm)土壤盐分处于中度盐渍化状态,90.01%的深层(60~100 cm)土壤盐分处于轻度盐渍化状态。     

生物质炭输入对盐化灰漠土壤水分运移的影响

【目的】研究生物质炭输入对氯化物—硫酸盐盐化灰漠土水分垂直运移的影响。【方法】轻、中、重盐渍化土壤输入不同量生物质炭,以不添加生物质炭为对照,通过滴加去离子水,观测湿润锋和累计入渗量随入渗时间的变化。【结果】各程度盐渍化土壤不同生物质炭输入量处理,湿润锋垂直运移距离和累计入渗量随入渗时间的持续均显著增大(P﹤0.05);生物质炭输入阻碍水分在中、重度氯化物-硫酸盐盐化灰漠土入渗,低生物质炭输入量(≤4%)促进水分在轻度盐渍化土壤垂直运移;轻、中度盐化灰漠土输入大量(≥6%)生物质炭可增加累计入渗量,重度盐化土壤累计入渗量随生物质输入量增加而降低;不同生物质炭输入量处理间垂直湿润锋深度的累积入渗量变化无规律。【结论】生物质炭输入比例、盐渍化程度及两者的交互效应对土壤水分的入渗效率和累计入渗量均有显著影响:对中度盐渍化土壤入渗速率和入渗量促进作用突出;低量输入对轻度盐渍化土壤水分运移有促进作用;对重度盐渍化土壤累计入渗量和入渗速率均有抑制作用。     

以遥感和近感为基础的干旱区土壤盐渍化定量分析

本文以渭干河-库车河绿洲遥感影像和EM38表观电导率为主要数据源,采用决策树分类法对农用地进行提取,并对图像光谱特征、电磁感获取的表观电导率与土壤盐分含量之间的关系展开定量分析,构建完善的土壤盐分反演模型。结果表明,遥感与近感结合可以较好的进行土壤盐分定量反演。     

不同种植年限大棚菜地土壤速效磷、钾及电导率的垂直变异

【目的】探讨不同种植年限大棚菜地土壤速效磷、速效钾以及电导率的垂直变异,为大棚菜地合理施肥提供理论依据。【方法】采用多点取样的调查方法,对新疆库尔勒主要蔬菜基地种植17年的露天菜地及不同种植年限(3,10,14年)大棚菜地的土壤速效磷、速效钾含量及电导率进行测定,分析其在0～180cm土层的垂直分布状况。【结果】在0～180cm土层,调查区大棚菜地土壤速效磷含量呈明显的上高下低型垂直分布,随种植年限的增加0～20cm土层土壤速效磷大量积累;调查区大棚菜地土壤速效钾含量垂直分布相对平稳,随种植年限的增加各土层土壤速效钾含量逐渐减少,表层土壤速效钾处于明显的消耗状态;调查区大棚菜地土壤电导率随土壤深度增加变化较为平缓,随种植年限的增加,0～60cm土层土壤电导率显著提高,盐分有累积趋势;与种植年限相近的大棚菜地相比较,露天菜地0～20cm土层土壤速效磷显著低于大棚菜地,速效钾含量与电导率则显著高于大棚菜地,表现出更为明显的次生盐渍化。【结论】大棚菜地需要平衡施用磷肥,补充钾肥,并防止土壤次生盐渍化。     

EM38大地电导率测量仪在滨海盐土电导率测量中的应用及其优势

采用EM38大地电导率测量仪测量浙江省上虞市海涂围垦区一块面积为2 hm2的水稻田的表观电导率.测定结果与相同点位采样室内分析数据有很好的相关性,与传统方法相比优势明显.结合地统计克立格插值,分析比较该田块土壤电导率分布趋势图和水稻产量分布趋势图,结果表明,在电导率较高的田块东南片,其相应的水稻产量很低.因此,EM38测量结果可用于农田精确管理,并极大地提高土壤调查的效率.     

Integrating Remote Sensing and Proximal Sensors for the Detection of Soil Moisture and Salinity Variability in Coastal Areas

Soil moisture and salinity are two crucial coastal saline soil variables, which influence the soil quality and agricultural productivity in the reclaimed coastal region. Accurately characterizing the spatial variability of these soil parameters is critical for the rational development and utilization of tideland resources. In the present study, the spatial variability of soil moisture and salinity in the reclaimed area of Hangzhou gulf, Shangyu City, Zhejiang Province, China, was detected using the data acquired from radar image and the proximal sensor EM38. Soil moisture closely correlates radar scattering coefficient, and a simplified inversion model was built based on a backscattering coefficient extracted from multi-polarization data of ALOS/PALSAR and in situ soil moisture measured by a time domain reflectometer to detect soil moisture variations. The result indicated a higher accuracy of soil moisture inversion by the HH polarization mode than those by the HV mode. Soil salinity is reflected by soil apparent electrical conductivity (ECa). Further, ECa can be rapidly detected by EM38 equipment in situ linked with GPS for characterizing the spatial variability of soil salinity. Based on the strong spatial variability and interactions of soil moisture and salinity, a cokriging interpolation method with auxiliary variable of backscattering coefficient was adopted to map the spatial variability of ECa. When compared with a map of ECa interpolated by the ordinary kriging method, detail was revealed and the accuracy was increased by 15.3%. The results conclude that the integrating active remote sensing and proximal sensors EM38 are effective and acceptable approaches for rapidly and accurately detecting soil moisture and salinity variability in coastal areas, especially in the subtropical coastal zones of China with frequent heavy cloud cover.     

黄河三角洲典型地区地下水位与土壤盐分空间分布的指示克立格评价

针对目前黄河三角洲地区存在的土壤盐渍障碍问题,以该地区典型地块为研究对象,综合运用GIS和非参数地质统计学的指示克立格法,对地下水埋深与0～40cm深度土壤盐分这两个指标的空间分布进行了分析,并给出了地下水埋深与土壤盐分满足一定条件的概率分布图。结果表明,地下水埋深与土壤盐分均不符合正态分布且存在特异值,但采用指示克立格方法可以获得较为稳健的变异函数;受结构性因素与随机性因素共同影响,地下水埋深与土壤盐分的指示半方差均表现为中等的空间自相关性,且单元指示克立格与多元指示克立格插值结果表明,地下水埋深与土壤盐分的概率分布存在空间上的规律性与相似性。依据综合概率分布图对从农田到区域尺度上的农业水土资源利用的风险性和利用措施进行了评价。     

黄河三角洲植被分布环境解释及柽柳空间分布点格局分析

首先运用典范对应分析（CCA）方法,对黄河三角洲湿地植物分布与环境因子之间的关系进行了研究,得出影响黄河三角洲湿地植物分布规律的主要因素是水深和盐度的变化。然后运用点格局分析方法（SPPA）,研究了黄河三角洲柽柳在不同水深梯度下的空间分布格局。水深小于0 cm时,柽柳在0～6 m尺度内都不同程度地呈现出集群分布,即在不同水深梯度下,柽柳空间分布格局在尺度变换时,呈现不同的规律。说明水深变化对柽柳空间分布格局有着重要影响,是柽柳生态适应性的体现,也是柽柳对水深适宜性响应的结果。      

现代黄河三角洲30cm土壤电导率与土壤水吸力关系特征初探

对在2005年4月7日—11月23日期间获得的布设于现代黄河三角洲的18个长期野外水盐观测井的30cm土层的土壤电导率和土壤水吸力数据进行研究,结果表明:整个观测期内30cm土层的土壤电导率与土壤水吸力相关性不显著;2005年4月7日—6月6日期间(即植物生长初期、农作物播种期),仅DZ05、DZ16和DZ17号观测井土壤电导率与土壤水吸力呈显著正线性相关关系,DZ08、DZ13和DZ15号观测井土壤电导率与土壤水吸力可用曲线方程拟合;2005年9月30日—11月23日期间(植物生长末期),DZ01、DZ02、DZ04、DZ06、DZ10、DZ12、DZ14、DZ15和DZ18号观测井土壤电导率与土壤水吸力可用曲线方程拟合,DZ07和DZ16号观测井土壤电导率与土壤水吸力呈显著负相关,DZ03号观测井土壤电导率与土壤水吸力呈显著正相关。由此可见植物生长末期是现代黄河三角洲研究野外实测土壤电导率与土壤水吸力的最佳时期。     

黄河三角洲潮间带盐地碱蓬湿地土壤磷含量和储量的季节动态变化特征

以黄河三角洲潮间带盐地碱蓬湿地为研究对象,通过在春季、夏季和秋季分别采集0～10 cm和10～20 cm土层的土壤样品,分析了盐地碱蓬湿地土壤磷素的时空动态变化特征。研究结果表明:盐地碱蓬湿地土壤总磷(TP)、有效磷(AP)和AP/TP比值的变化趋势相似,且具有高度的时间异质性,都呈现秋季低、夏季和次年春季高的"V"形分布特征;湿地土壤TP水平较高,已超过生态毒性的最低阈值(600 mg·kg~(-1)),但该区土壤AP/TP比值低于磷的生物利用度的阈值(2%);湿地土壤TP储量随夏季、秋季、次年春季呈依次减少的变化趋势,AP储量也呈现秋季低、夏春季高的"V"形分布特征;湿地土壤TP、AP含量和储量在两个土层之间不存在显著性差异(P0.05)。湿地土壤TP和土壤含水量(P0.05)、Al和Mg(P0.01)均存在显著正相关关系,和土壤盐度呈显著负相关关系(P0.05);AP和土壤含水量及容重显著正相关(P0.05);土壤磷素与土壤有机质、土壤pH的相关性均未达到显著性水平(P0.05)。总体上,黄河三角洲盐地碱蓬湿地土壤磷的垂直变异性不大,但具有明显的季节变异性,其含量与土壤铝镁化合物以及土壤盐度和含水量具有显著的相关性。