玛纳斯河流域土壤水稳定同位素特征及运移机制

干旱区土壤水分垂直方向运移与分配,特别是膜下滴灌绿洲地区土壤水分垂直方向分布现状与运移机制尚不清楚。为探究干旱区农田生态系统水分层贡献问题,阐明农田土壤中水分运移过程,于2019年沿新疆玛纳斯河流域农田土壤进行分层采样,依次为0~5、5~10、10~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm。测定了稳定同位素δD和δ¹⁸O值,对同位素δD和δ¹⁸O值进行数据分析。结果表明： δD和δ¹⁸O最大值位于0~5 cm土层,分别为-25.64‰和-0.19‰; δD和δ¹⁸O最小值位于20~40 cm土层,分别为-108.32‰和-8.19‰。0~5 cm土层δD和δ¹⁸O值较高,表明上层比下层更易受水分蒸发作用影响,存在强蒸发效应。随土层深度增加,δD和δ¹⁸O值呈减小趋势,其中80~100 cm土层变化趋势缓慢。氘盈余值表现为山地>平原>荒漠>山前。研究表明,受长期膜下滴灌影响,加之蒸发作用强烈,玛纳斯河流域土壤水分迁移过程发生改变。     

基于Sentinel-2遥感影像的黑土区土壤有效磷反演

【目的】 土壤养分含量的整体状况对供给作物的生长有着重要意义,对农田土壤速效养分含量的估算是作物生长发育状况评价过程中的关键环节,高光谱遥感技术的发展为区域有机质和土壤养分的动态监测提供了有效的手段。相比传统方法耗时、耗力及测量复杂等缺点,该文提出了基于遥感影像的大面积土壤速效养分含量的精准估算方法,对促进玉米作物的精准施肥和黑土地肥力保护具有重大理论意义。【方法】 文章以东北黑土区的吉林省农安县玉米农田为研究区,基于Sentinel-2遥感影像和土壤有效磷含量实测数据,利用偏最小二乘回归方法构建土壤有效磷含量的反演模型,最终获取土壤有效磷含量的空间分布图,实现了黑土区土壤有效磷含量的大面积、快速、精准估算。【结果】 Coastal aerosol波段（海岸/气溶胶波段）、可见光波段及红边波段与土壤有效磷含量的相关性较强,模型的决定系数R²为0.649、均方根误差为2.44 mg/kg。【结论】 利用偏最小二乘回归模型估算所得土壤有效磷含量空间分布情况与其空间插值结果相一致,从空间分布情况上看,农安县西北部的土壤有效磷含量最高,东北部的土壤有效磷含量高于中部与南部地区;模型估算的土壤有效磷含量均值为18.08 mg/kg,空间插值的土壤有效磷含量均值为17.63 mg/kg。由此可见,该研究所建立的土壤有效磷估算模型具有一定的准确性与可靠性。     

硫肥对伴矿景天修复镉污染土壤的影响

为探索穴施硫粉和硫酸亚铁肥对伴矿景天（Sedum plumbizincicola）修复中性Cd污染土壤的影响,筛选不同硫肥最佳施用量以提高植物提取效率,在阳朔县兴坪镇思的村土壤Cd全量为0.65 mg·kg^-1的农田上,采用田间小区试验方法,设计穴施低、中、高剂量硫粉、硫酸亚铁等7个处理,对比监测了强化修复前后土壤pH、Cd全量、有效态Cd含量和伴矿景天生物量及Cd含量。结果表明：与不施用硫肥的处理（CK）相比,60 d后穴施不同硫肥处理有效降低了土壤pH,提高了土壤有效态Cd含量,同时有效提高了伴矿景天地上部生物量和Cd含量。通过处理效果与成本对比可知,每公顷穴施79 kg硫粉、252 kg硫酸亚铁效果较好,与CK相比,土壤pH分别降低了0.94、0.67个单位,土壤有效态Cd含量分别提高了111.5%、169.5%,伴矿景天地上部生物量分别提高了11.9%、40.7%,地上部Cd含量分别提高了48.5%、132.1%,地上部Cd提取量分别提高了65.8%、226.3%。研究表明,硫粉和硫酸亚铁肥均是伴矿景天修复中性Cd污染农田土壤的潜在强化提取剂,且硫酸亚铁处理修复效率显著高于硫粉处理。     

周年轮作休耕模式对土壤球囊霉素和团聚体稳定性的影响

为探究周年轮作休耕模式对土壤球囊霉素和团聚体稳定性的影响规律与机制,通过田间试验设置苕子-玉米轮作、豌豆-玉米轮作、休闲-玉米和全年休闲4个处理,分析不同种植模式下团聚体、球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)及有机碳(SOC)的变化规律。结果表明:与休闲-玉米、苕子-玉米轮作、豌豆-玉米轮作相比,全年休闲能显著增加大团聚体(>0.25 mm)含量,提高团聚体稳定性;在不同团聚体粒级下,与休闲-玉米相比,苕子-玉米轮作、豌豆-玉米轮作和全年休闲均能有效增加GRSP和SOC的含量,且全年休闲效果更佳;结构方程模型的结果显示,GRSP对SOC和可溶性有机碳(DOC)有直接的正面影响,对团聚体稳定性有间接影响,各因子对平均质量直径的总效应由大到小依次为WSA_>0.25(>0.25 mm水稳性团聚体)>DOC>总GRSP>SOC>易提取GRSP;相关性分析表明,不同团聚体粒级下GRSP与SOC均呈线性正相关关系,但在不同粒级下的相关系数的大小有所差异。研究表明,合理的轮作休耕模式有助于恢复地力,改善耕地质量,减少水土流失。     

农田土壤无线地下传感器网络节点设计与通信试验

为了揭示电磁波信号在农田土壤中的传输特性、科学部署传感器节点,以关中地区农田土壤为研究对象,采用模块化设计思想,将传感器、无线数传、处理器和能量供应等模块集于一体,设计了无线地下传感器网络（Wireless underground sensor networks,WUSN）节点和汇聚节点。采用单因素试验方法,分析了土壤含水率、WUSN节点埋深、节点间水平距离对WUSN节点信号传输的影响,建立了接收信号强度和误码率预测模型。结果表明,当WUSN节点信号在地下垂直方向上传输时,土壤含水率增加2.5个百分点,接收信号强度降低4~6dBm,通信误码率增加3~5个百分点;WUSN节点埋深增加5cm,接收信号强度降低3~5dBm,通信误码率增加3~4.5个百分点。当WUSN节点信号在地下水平方向上传输时,土壤含水率增加2.5个百分点,接收信号强度降低5~7dBm,通信误码率增加4~5个百分点;节点间水平距离在10~90cm范围内,节点间水平距离增加10cm,接收信号强度降低6~8dBm,通信误码率增加6.5~8个百分点;节点间水平距离在90~190cm范围内,节点间水平距离增加10cm,接收信号强度降低约1dBm,通信误码率增加1~1.5个百分点WUSN节点信号在垂直、水平两种传输方向上误码率和接收信号强度预测模型拟合优度R2最高为0.982,均方根误差RMSE为1.7%,拟合优度R2最低为0.942,均方根误差RMSE为5.136dBm。WUSN节点信号在土壤中传输受到土壤含水率、WUSN节点埋深和节点间水平距离的严重影响。     

基于卷积注意力的无人机多光谱遥感影像地膜农田识别

监测地膜覆盖农田的分布对准确评估由其导致的区域气候和生态环境变化有着重要作用,基于DeepLabv3+网络,通过学习面向地膜语义分割的通道注意力和空间注意力特征,提出一种适用于判断农田是否覆膜的改进深度语义分割模型,实现对无人机多光谱遥感影像中地膜农田的有效分割。以内蒙古自治区河套灌区西部解放闸灌区中沙壕渠灌域2018—2019年4块实验田的无人机多光谱遥感影像为研究数据,与可见光遥感影像的识别结果进行对比,同时考虑不同年份地膜农田表观的变化,设计了2组实验方案,分别用于验证模型的泛化性能和增强模型的分类精度。结果表明,改进的DeepLabv3+语义分割模型对多光谱遥感影像的识别效果比可见光高7.1个百分点。同时考虑地膜农田表观变化的深度语义分割模型具有更高的分类精度,其平均像素精度超出未考虑地膜农田表观变化时7.7个百分点,表明训练数据的多样性有助于提高地膜农田的识别精度。其次,改进的DeepLabv3+语义分割模型能够自适应学习地膜注意力,在2组实验中,分类精度均优于原始的DeepLabv3+模型,表明注意力机制能够增加深度语义分割模型的自适应性,从而提升分类精度。本文提出的方法能够从复杂的场景中精准识别地膜农田。     

黑土区农田尺度田间持水率的空间变异性研究

【目的】探究黑土区农田田间持水率的空间变异性机制。【方法】利用传统统计学和多重分形方法量化了田间持水率的空间变异强度,分析了造成田间持水率空间变异性的局部信息;利用联合多重分形方法确定了田间持水率与土壤基本物理特性在多尺度上的相关性。【结果】研究区域田间持水率具有多重分形特征,随土层深度增加,田间持水率的空间变异程度先降后增;田间持水率的大值数据对0~5 cm和10~15 cm土层田间持水率空间变异性的贡献较大,小值数据对5~10 cm和15~20 cm土层田间持水率空间变异性的贡献较大;单一尺度上,与田间持水率相关程度最高的土壤基本物理特性在0~5 cm土层是黏粒量和土壤体积质量,在5~10 cm和10~15 cm土层是粉粒量和黏粒量,在15~20 cm土层是土壤体积质量和粉粒量;多尺度上,与田间持水率相关程度最高的土壤基本物理特性在0~5、5~10和10~15 cm土层是黏粒量和粉粒量,在15~20 cm土层是土壤体积质量和粉粒量。【结论】黑土区农田田间持水率的空间变异程度为弱变异,田间持水率与土壤基本物理特性的相关程度在单一尺度和多尺度上有所差异。     

镉铅超标农田养蚕试验分析

湖南耕地镉铅等重金属污染比较严重,研究有效治理耕地重金属污染方式和替代产业调整模式,已成为湖南省农业可持续发展和生态系统安全的关键。该项实验在岳阳市某工矿区选择典型的镉铅超标农田栽桑养蚕,桑树生长发育良好。结果表明,通过镉铅超标农田养蚕的经济性状及效益比较,在工矿区镉铅超标农田以栽植农桑14号品种较好,密度为每667m2栽植1 000~2 000株;并证实了镉铅污染农田栽桑养蚕的可行性,为镉铅等重金属污染耕地安全、经济、高效生态利用和污染区产业结构调整进行了有益的探索。     

加强福建省耕地土壤质量管理的建议

耕地土壤质量对作物生长具有重要的作用,农耕系统若要持续健康发展,保持较高的耕地土壤质量是其重要途径之一。从耕地资源、耕地土壤肥力和耕地土壤环境三个方面总结了福建省耕地土壤质量的现状,分析了耕地土壤质量存在的主要问题,并提出了加强耕地土壤肥力建设,提高耕地土壤生产力;加强耕地土壤环境保护,确保农业生产安全;建立耕地土壤质量评价体系,完善相应保护机制等建议。     

多尺度行政区平衡视角下耕地空间布局优化

优化耕地空间布局对提升耕地生产能力、促进农业可持续发展具有重要意义。该研究以广东封开县为例,基于“现状耕地调出-可恢复地类调入”的微观调整逻辑,综合运用空间叠加、综合评价及蚁群优化算法,构建了耕地空间布局调整模型,以调入调出数量平衡为约束条件实现了不同行政区尺度下的耕地布局优化。结果表明：1）研究区共调出耕地1 689.89 hm²,占耕地总面积的7.62%,整体上呈现出“全局零散、局部聚集”的分布特征。2）研究区可恢复地类农业生产适宜性均值为67.04,具有开展作物种植的良好禀赋条件。3）不同行政区尺度平衡情景下,调入结果在研究区北部空间差异显著,与镇内平衡情景相比,县内平衡情景下,调入耕地的农业生产适宜性均值提高了2.08,综合生态系统服务均值下降了0.67。4）两种情景下,耕地的连片性、质量及稳定性均得到提升,因不受调入规模和行政单元空间范围限制,县内平衡情景下的提升效果更加明显,适当扩大可恢复地类筛选范围有利于提升整体耕地质量并降低重要生态用地筛选概率。该研究构建的耕地空间布局调整模型具有良好的适用性,可为制定农用地布局优化与整治提升方案提供参考依据。