不同植被覆盖度下无人机多光谱遥感土壤含盐量反演

准确快速获取植被覆盖条件下农田土壤盐分信息,为土壤盐渍化治理提供依据。利用无人机遥感平台,获取2019年7、8、9月内蒙古河套灌区沙壕渠灌域试验地的多光谱遥感图像以及取样点0~10cm、10~20cm、20~40cm、40~60cm深度处土壤含盐量,通过多光谱遥感图像计算得到光谱指数,选择归一化植被指数（NDVI-2）代入像元二分模型计算植被覆盖度,并划分为T1（裸土）、T2（低植被覆盖度）、T3（中植被覆盖度）、T4（高植被覆盖度）4个覆盖度等级;同时,对光谱指数进行全子集变量筛选,并利用偏最小二乘回归算法和极限学习机算法,构建不同覆盖度下各深度土壤含盐量反演模型。研究结果表明,裸土和高植被覆盖度下的反演模型精度高于低植被覆盖度和中植被覆盖度下的反演模型精度;对比PLSR和ELM 2种SSC反演模型精度,ELM模型的反演精度比PLSR模型高;覆盖度T1、T2、T3和T4的最佳反演深度分别为0~10cm、10~20cm、20~40cm、20~40cm。研究结果为无人机多光谱遥感监测农田土壤盐渍化提供了思路。     

基于指示Kriging的土壤盐渍化风险与地下水环境分析

土壤盐渍化是制约干旱区农业发展的主要障碍,而浅埋地下水区域的地下水环境是影响土壤盐渍化的直接因素。为调控合理的地下水埋深和矿化度,以防控区域盐渍化,以河套灌区永济灌域为研究区,运用指示Kriging法比较了春灌前和生育期不同阈值条件下土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度的概率分布,从概率空间分布的角度研究了不同时期防治土壤盐渍化的地下水临界埋深和矿化度。结果表明：地下水埋深属于中等变异性,土壤表层含盐量和地下水矿化度属于强变异性。春灌前较生育期土壤表层盐渍化高风险区扩大、浅埋地下水高概率区缩小、地下水矿化高风险区缩小。春灌前永济灌域土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.6、2.2 m,地下水矿化度临界值分别为2.0、2.5 g/L;生育期土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.2、1.8 m,地下水矿化度临界值分别为2.5、3.0 g/L,春灌前更易发生土壤盐渍化。春灌前较生育期土壤盐分受外界因素（气象因素和人为因素）影响小,且土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度变异性也相对较小,地下水环境对土壤盐渍化的影响更强烈。研究区北部、东南部和中部小部分区域为地下水埋深小于临界值且大于矿化度临界值的高概率区,是土壤返盐的高风险区,建议进一步完善该地区的排水系统。     

典型干旱区绿洲棉田土壤返盐、积盐特征研究

为防治干旱区棉田土壤次生盐渍化,通过研究典型干旱区绿洲棉田土壤盐分在生育期始末的变化特征,分析了当地棉田土壤盐分迁移累积趋势。研究结果表明:研究区棉田土壤盐分在生育期始末的变化趋势基本相同,即呈现出随深度的增加而增大的趋势;土壤盐分在剖面的累积程度生育期初比生育期末大。对比分析认为,生育期始末,土壤表层0~20 cm土层呈现返盐趋势但其程度较弱,基本属于非盐化土或轻度盐化土壤,能够满足棉花出苗及后期生长要求;在生育期初,研究区各地块100 cm土层土壤盐分值高达7 g/kg左右,属于中度盐渍化土壤,具有较大的潜力导致后期土壤返盐现象的发生。大量积雪及秋季茬灌能较好地对土壤盐分起到淋洗作用,有效防止灌区棉田土壤次生盐渍化的发生。     

基于遥感的节水改造下河套灌区土壤盐渍化演变分析

为探究节水改造工程对灌区土壤盐渍化的影响,以河套灌区永济灌域为例,将节水改造工程实施阶段分成4个时期,基于遥感技术对各时期的土地利用类型和不同土层深度的土壤盐分进行解译,从土壤盐分的空间分布状态、土壤盐分指标（总储盐量及单位储盐量）的时间演变等方面分析不同节水改造时期土壤盐渍化的时空演变规律,并从点尺度和区域尺度综合分析土壤盐渍化对地下水的响应,同时结合灌区灌溉、排水等因素分析土壤盐渍化的演变机制。结果表明：随着节水改造工程的实施,土壤盐渍化程度南低北高的空间分布状态逐渐明显,盐渍化等级最高的区域均为盐荒地,2005—2010年土壤盐渍化程度增加,主要表现为春季、秋季0~40cm的重度盐化土（主要盐渍化等级）所占比例相比2000年分别平均增加106.98%~806.38%和44.26%~190.60%,2010—2015年土壤盐渍化程度逐渐减轻,主要盐渍化等级向等级小的方向转移,2015—2021年,土壤盐渍化程度减轻程度较为明显,主要表现为春季0~20cm中度、重度盐化土所占比例之和（主要盐渍化等级）相比2005—2010年平均下降9.15%,春季20~40cm、秋季0~20cm和20~40cm土层轻度、中度盐化土所占比例之和（主要盐渍化等级）分别增加15.02%、-2.62%和6.26%;随着节水改造工程的进行,春、秋两季0~40cm土层储盐量均呈先增后减的趋势,2010年达到最大值,其中0~20cm春、秋两季总储盐量分别为1.489×106t和1.396×106t,至2021年,春、秋两季平均总储盐量仍大于2000年;不同时期土壤含盐量与地下水埋深满足对数关系,春季、秋季土壤含盐量与地下水埋深的决定系数R2分别为0.744和0.672,春、秋两季轻度盐化土、中度盐化土、重度盐化土和盐土的地下水埋深平均值分别为2.351、2.144、1.953、1.752m,秋季地下水埋深平均值相比春季分别降低7.85%、8.27%、12.16%和9.88%。     

平原水库周边天然生态林地水盐动态变化特征分析

为揭示平原水库周边无灌溉生态林地水盐分布特征,2013-2014连续两年开展生态林地的地下水埋深、矿化度、土壤含水率及含盐量逐月监测。结果表明:周边生态林地地下水埋深变化范围在1.18~1.82m之间,水位变化幅度不大,地下水位随季节性变化较小;地下水矿化度变化范围在0.42~4.92g/L之间,呈周期性变化。土壤水分含水量整体随着土层深度的增加而增加。土壤总盐含量在0.24~8.9g/kg之间变化,其中10~40cm土层含盐量变化最为显著,具有明显的盐分表聚现象。     

冻融作用下土地利用方式对土壤含水率垂直变异性影响

分析了永济灌域荒地、林地、农田土壤剖面含水率的变化规律,并采用因子分析、相关分析及曲线拟合研究冻土消融和地下水对土壤含水率的贡献率。结果表明,3种土地利用方式下,土壤含水率均呈随深度的增加而增加,各土层土壤含水率均以荒地最高。因子1(冻土消融因子)对0~20、40~60、60~80、80~100cm土层土壤含水率均影响显著,且呈线性关系。因子2(地下水补给因子)仅对20~40cm土层含水率影响显著,地下水对其他土层补给规律呈现二次曲线关系。     

基于Gardner模型的黔西南土壤水分特征分析

【目的】了解黔西南州不同地区土壤剖面(0~60 cm)持水特性的差异。【方法】在实验室内利用压力膜仪法测定了各土壤的水分特征曲线,并分析其土壤水分特征。【结果】黔西南州各植烟县不同土层土壤水分特征曲线匀可采用Gardner模型拟合,不同烟区土壤水分常数及持水特性有明显差异。其中兴义、贞丰、安龙和普安土壤持水性能强弱表现为40~60 cm20~40 cm0~20 cm,晴隆和兴仁烟区土壤持水性能表现为20~40 cm40~60 cm0~20 cm;各植烟县烟田0~20 cm土层土壤持水性强弱顺序为兴义,安龙,晴隆,贞丰,普安和兴仁;20~40 cm土层土壤的持水性强弱顺序为兴义,安龙,晴隆,兴仁,贞丰和普安;40~60 cm土层土壤的持水性强弱顺序为兴义、安龙、普安、晴隆、贞丰和兴仁。【结论】同一植烟县深层土壤持水能力强于表层土壤,不同植烟县间的土壤持水性也存在明显差异。     

膜下滴灌暗管排水规律及土壤脱盐效果试验研究

为了探索膜下滴灌盐碱地在灌溉过程中暗管排水规律及土壤脱盐效率,设计了一种暗管排水模型试验装置系统来探究灌溉过程中暗管排水规律和排盐效果.试验通过控制灌水时间、灌水量、观测并记录暗管出水时间、排水流量、排水矿化度、土壤盐分剖面等指标,分析灌溉排水过程中暗管排水流速和排水矿化度特征以及各土层土壤脱盐效率.结果表明:经过3次灌水淋洗试验后,暗管排水流速最终趋于1.5~3.5 L/h稳定范围,排水矿化度稳定在20~40 g/L内;0~40 cm土层脱盐率高达85%,0~80 cm土层土壤脱盐率为80.5%,两暗管中间位置处脱盐率最小分别为57.96%,56.73%,69.29%,暗管上方脱盐率最大分别为71.73%,73.34%,84.26%,暗管排盐量占0~80 cm土层总盐分含量的28.9%,其余盐分被淋洗到了80 cm土层以下.     

银北高水位盐碱地土壤盐分与地下水特征关系分析

根据银北灌区典型高水位盐碱地的土壤盐分与地下水特征的监测数据,运用相关分析法与主成分分析法,对土壤盐分与地下水埋深、地下水水化学特征之间的关系进行了分析。结果表明:(1)研究区土壤盐分垂直分布呈现明显表聚性,0~20 cm土层全盐含量均值为3.34 g/kg,p H均值为8.81;研究区内71%地下水样为微咸水,矿化度TDS均值为2.69 g/L;土壤全盐及盐分组成呈中等强度变异,土壤p H值呈弱变异。(2)耕层全盐含量与土壤中除CO32-和HCO3-的其他离子均呈极显著正相关,其中与Na+、Cl-、SO42-等离子的相关系数大于0.9,与地下水中各指标相关性大小排序为;SO42->矿化度>Cl->Na+>地下水埋深;地下水矿化度与地下水中除CO32-和HCO3-的其他离子均呈极显著正相关,其中与Na+、Cl-的相关系数大于0.9;土壤中的Na+和Cl-与地下水埋深呈显著负相关,与地下水矿化度和地下水中的SO42-呈显著正相关,土壤中的SO42-与地下水埋深呈显著负相关,与地下水矿化度和地下水中的SO42-呈极显著正相关。(3)主成分分析结果表明:影响研究区土壤盐渍化程度的主要因素依次为地下水含盐量及主要盐分离子、土壤中的主要盐分离子、地下水埋深。     

暗管控制排水条件下土壤硝态氮运移转化规律的试验研究

为研究控制排水措施对土壤硝态氮运移和转化的影响,通过测坑试验分析了不同控制排水位下土壤不同深度硝态氮的含量和分布。结果表明:①控制与非控制排水条件下土壤剖面硝态氮分布规律相似,硝态氮含量集中在0～40 cm土层,深层土壤中硝态氮浓度很小在1 mg/kg左右,不会污染地下水;②排水结束后至降雨前,表层至40 cm土壤剖面硝态氮浓度变化率和各田硝态氮含量的增大率与控制排水出口的高度成负相关,降雨至排水结束后,表层硝态氮的浓度均减小,表层以下硝态氮浓度变化与地下水埋深有关,地下水位以上硝态氮浓度一般增大,地下水位以下硝态氮浓度一般减小。结论为控制排水措施减小了深层土壤硝态氮含量,且大大减少了土壤中硝态氮的含量,且控制排水能有效减少硝态氮的流失量。     

克里雅绿洲地下水埋深时空变化对土壤盐分分布的影响

利用实测和室内试验获得的数据,采用经典统计学和地质统计学方法,结合 GIS 技术,分析了新疆克里雅绿洲地下水埋深时空变化对土壤盐分分布的影响。研究结果表明：克里雅绿洲春、夏、秋3个季节地下水埋深和土壤EC值预测精度误差均为10%左右;夏天地下水埋深最大,为13.1 m,春天最小,一年内埋深波动可达6 m;地下水埋深大致形成了南深北浅的空间分布特征;春季土壤EC值连续性相对差,夏季0~10 cm土壤EC值相对高而且连续性最好,土壤盐分最高值出现在绿洲中北部：土壤盐分受地下水埋深影响显著,地下水埋深从东南部到北部呈减小趋势,土壤盐分随地下水埋深的减小而增加。因此,应采取适合克里雅绿洲水资源状况的管理措施,控制地下水埋深,防止土壤盐渍化的进一步加剧。     

南疆干旱地区土壤盐分空间变异特征研究——以库尔勒三十一团为例

【目的】探明南疆干旱区土壤盐分空间分布特征和变异特征以及产生土壤盐分空间变异特征的原因。【方法】以库尔勒地区三十一团为例,采集该地区代表性的土壤样品,测试、分析了土壤样品不同土层的含盐量指标。【结果】①5个土层土壤含盐量均小于3 g/kg,均属于非盐化土;②5个土层土壤盐分的变异系数均属于中等变异性,其中0～20、40～60和80～100 cm接近于强变异性;③0～20 cm土层土壤盐分的半变异函数符合球状模型,20～40 cm土层土壤盐分的半变异函数符合指数模型,40～60、60～80和80～100 cm土层土壤盐分的半变异函数符合高斯模型;④研究区域土壤含盐量主要集中在1～3 g/kg之间,并且含盐量在2～3 g/kg土壤面积最大。【结论】研究区域土壤含盐量空间分布差异较大,各层土壤存在不同程度的盐渍化现象;土层的高盐分区主要集中分布在南北方向靠近沙漠、远离水库和地势较为低洼区域;垂直方向上,各层土壤含盐量差异不大。     

含砂层层位及厚度变化条件下层状土上升毛管水运动特性研究

【目的】解决我国西北地区土壤次生盐碱化问题。【方法】通过室内试验,对层状土上升毛管水运动特性进行了分析,并考虑了含砂层层位和厚度共同变化影响下的毛管水运动特性变化规律,建立了地下水补给量、毛管水上升高度随时间变化的函数关系,并进一步对其地下水补给量和毛管水上升高度等值线变化分布情况进行了对比分析。【结果】含砂层层位与体积常数和高度常数之间有明显的正相关关系;与达到稳定时的地下水补给速率和毛管水上升速率有明显的负相关关系,由于含砂层的作用,达到稳定时的地下水补给速率和上升速率与含砂层厚度有明显的负相关关系;当地下水补给的时间持续在0～4 d、含砂层层位在30～50 cm之间变化、厚度在0～15 cm变化时,地下水补给量和毛管水上升高度受二者的影响最为明显;当地下水补给的时间持续在4～12 d、含砂层层位在15～30 cm之间变化、厚度在15～30 cm之间变化时,地下水补给量和毛管水上升高度受二者的影响最为明显。【结论】函数中拟合参数体积常数v、稳定补给速率q*、地下水补给时间常数τQ决定了层状土地下水补给量的变化规律;毛管水上升高度υ、稳定上升速率μ*、上升高度时间常数τh决定了层状土毛管水上升高度的变化规律。     

天津经济技术开发区绿地土壤盐分动态变化特征

【目的】掌握天津经济技术开发区土壤盐分的动态变化及分布情况,保证城市绿地的可持续性。【方法】通过长期定位监测,分析了研究区2007―2014年的土壤含盐量及pH值。【结果】研究区土壤含盐量整体上均呈逐年降低趋势,截至2014年3月研究区0～80 cm各层次土壤含盐量均在0.11%～0.14%之间,已经达到了滨海地区绿化种植土壤标准对土壤含盐量要求;土壤pH值整体随时间呈波动减小趋势,土壤pH值整体下降了0.33;研究区绿地土壤含盐量分布不均,但随着时间变化,研究区土壤总体的盐分水平分布的均一性有所提高,研究区土壤pH值分布较为均一。【结论】"暗管排盐"措施对天津经济技术开发区的绿地土壤盐分调控效果良好,但仍要加强对绿地土壤水盐动态的监测,减少土壤次生盐渍化的发生。     

引黄春灌对盐碱土区地下水动态及理化性质的影响

[目的]探究引黄春灌对区域浅层地下水动态及地下水理化性质的影响.[方法]通过监测试验区盐碱地春灌前后地下水位、八大离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、SO42-、CO32-)质量浓度、地下水EC值、pH值、土壤电导率等指标,运用数理统计和水文地球化学分析的方法,分析春灌前后地下水动态及春灌后地下...     

基于SOC710VP高光谱成像仪的冬小麦土壤含水率反演模型研究

【目的】实现小麦农田土壤含水率大面积快速监测。【方法】以冬小麦冠层高光谱数据为基础,计算得到8种植被指数,通过对关键生育时期(拔节期、抽穗期、灌浆期)不同水分处理下冬小麦不同土层(0～20、20～40、40～60 cm)土壤含水率与植被指数拟合状况进行分析和筛选,分别构建了基于植被指数的不同土层土壤含水率反演模型,并对模型进行检验。【结果】①各时期植被指数拟合效果有所差异,拔节期0～20 cm土层以植被指数VOG1拟合效果较好,相关系数为0.88,20～40 cm土层以植被指数mNDVI705拟合效果较好,相关系数为0.75,40～60 cm土层以植被指数VOG3拟合效果较好,相关系数为0.59;抽穗期0～20 cm土层以植被指数mNDVI705拟合效果较好,相关系数为0.70,20～40 cm土层以植被指数mNDVI705拟合效果较好,相关系数为0.72,40～60 cm土层以植被指数mSR705拟合效果较好,相关系数为0.57;灌浆期0～20 cm土层以植被指数mNDVI705拟合效果较好,相关系数为0.88,20～40 cm土层以植被指数SARVI拟合效果较好,相关系数为0.68,40～60 cm土层以植被指数SARVI拟合效果较好,相关系数为0.71;②各土层土壤含水率与植被指数拟合效果有所差异,其中利用VOG1和mNDVI705组合构建的模型反演0～20 cm土层,决定系数R2为0.743,利用mNDVI705和SARVI组合构建的模型反演20～40 cm土层,决定系数R2为0.707,利用VOG3、mSR705和SARVI组合构建的模型反演40～60 cm土层,决定系数R2为0.484;③通过建立植被指数对土壤含水率的反演模型,0～20 cm土层含水率反演效果好于20～40 cm和40～60 cm。【结论】高光谱植被指数反演模型中,以0～20 cm土层的估算模型最佳,植被指数组合为VOG1和mNDVI705。综上可知,该研究方法进行土壤含水率的反演是可行的。     

添加生物炭对降低冬小麦幼苗盐害并促进其生长的效果研究

黄河三角洲盐碱农田具有"盐、板、瘦"的特点,以NaCl为主要成分的盐渍危害直接影响着滨海土壤质量。生物炭添加可改善土壤性质,促进作物生长。【目的】明晰炭添加对盐渍土盐分离子和冬小麦幼苗生长的影响。【方法】研究依托田间试验探究了低剂量(0～4 g/kg)的芦苇炭添加对盐渍土盐离子、麦苗体内钾钠比、钾素利用率及幼苗生物量的影响。【结果】施用生物炭可降低土壤溶液中的盐离子、增加冬小麦幼苗体内钾钠比和麦苗钾素利用率,有助于提升幼苗生物量;以4 g/kg炭添加量下的降盐、增量效果最为明显。土壤溶液中的Na+较CK降低了9.43%,幼苗K/Na和钾素利用率分别提升了56.80%和25.48%,麦苗生物量增加了15.72%。【结论】炭添加可通过固持土壤溶液中的Na+、提升麦苗K/Na和钾素利用率来促进其生物量的增加。研究可为生物炭用于盐渍土改良的降盐培肥和增效增产的过程机理提供理论依据,为生物炭用于盐渍化土壤改良的可行性提供初步指导。     

典型绿洲区长期膜下滴灌棉田残膜分布现状研究

【目的】优化管理农田地膜。【方法】于2016年9月在新疆典型绿洲区石河子121团对6块覆膜滴灌棉田(应用膜下滴灌年限分别为5、9、11、13、15和19 a)土壤进行取样,研究了样品中的残膜面积和残膜质量。【结果】6块棉田地膜残留密度分别为127.11、215.85、250.63、294.17、327.83和348.83 kg/hm~2,残膜密度以每年16.37 kg/hm~2的趋势递增;残膜主要集中分布在土壤0～15 cm土层内,且面积大于30 cm~2,随着覆膜年限的增加,逐渐下移到15 cm以下土层内,且这部分残膜逐渐碎裂并均匀分布在土壤20～30 cm土层。随着覆膜年限的增加,棉田土壤中残膜的数量和密度均呈逐年上升趋势,表层土壤中面积较大的残膜在耕作过程中逐年碎裂并向深层土壤下移且均匀分布;同时随着覆膜年限的增加,在35～40 cm深层土壤中面积和质量较小的残膜呈明显增多的趋势。【结论】新疆绿洲区棉田地膜残留远超国家标准限值,应采用厚度大于0.008 mm地膜,同时采取措施提高农田地膜回收率。     

2000—2016年叶尔羌河中下游植被覆盖动态变化遥感分析

【目的】获取干旱区内陆河流域地表植被覆盖变化信息,探讨和揭示内陆干旱地区地表植被空间演变规律。【方法】以叶尔羌河流域2000—2016年Landsat系列遥感影像数据、水文和气象数据、社会经济数据为主要数据源,基于RS、GIS及GPS等技术,采用空间数据处理、信息提取解译、海量数据建库、图属一体化、数据仓库管理技术等方法,研究分析2000—2016年流域植被覆盖时空动态变化及驱动因素。【结果】①从时间方面看,2000—2016年研究区植被覆盖面积整体呈减少趋势,即由2000年的6 025.9 km~2减少至2016年的5 620.4 km~2,减少了405.5 km~2,年减少率为0.42%,其中,主要为低盖度植被向劣盖度植被转移,研究区植被覆盖趋于退化;②从空间方面看,研究区天然植被主要分布于B段(叶尔羌河与提孜那甫河汇合处至三河汇口处),以劣植被覆盖为主,2000—2016年植被覆盖度减少区域主要集中在A段(卡群以下至叶尔羌河与提孜那甫河汇合处),且减少的植被覆盖多为劣盖度。【结论】研究区生态水平退化主要因素可归结为平原区气温升高造成的蒸散发损失加大及绿洲水土资源开发利用挤占生态用水造成的地下水位下降。     

基于最大有效持水率的区域土壤墒情监测点布设方法

【目的】准确获取区域土壤墒情,有效提升农业用水管理水平,支撑现代农业发展。【方法】基于经典统计学和地统计学方法,以土壤最大有效持水率为关键参数,构建土壤墒情监测点的优化布设方法,并以北京市大兴区冬小麦田为例进行验证。【结果】试验区土壤最大有效持水率在土层深度为0～20、20～40、40～60、60～80 cm以及0～40、0～80 cm的均值都表现为中等程度变异;0～40、0～80 cm土层深度的空间区域合理监测数分别为6个和4个,且确定了监测点的位置坐标;优化布设点监测值与全区域61个监测点实测平均土壤墒情相比,误差均在10%以内。【结论】基于最大有效持水率的区域土壤墒情监测点布设方法能够在保证区域土壤墒情监测精度的情况下,大幅减少监测点布设数量。