丹江口水库总氮、氨氮遥感反演及时空变化研究

为定量反演丹江口水库水质指标含量,明晰水质指标的时空分布特征、迁移转化规律,以南水北调中线工程水源地丹江口水库为研究对象,根据哨兵2号卫星（Sentinel-2）遥感影像不同波段组合的反射率,结合2016年2月的采样点总氮（TN）与氨氮（NH₃-N）水质监测数据建立BP神经网络模型,反演2016-2020年TN与NH₃-N含量,以此分析库区TN与NH₃-N含量的时空变化特征,并探析其变化的影响因素。结果表明：构建的BP神经网络模型中TN和NH₃-N的拟合精度均较高,R²分别为0.863和0.877,适用于丹江口水库TN和NH₃-N遥感反演研究。2016-2020年丹江口水库水质整体呈向好趋势,NH₃-N含量保持Ⅰ类水质标准,而TN含量在Ⅲ类与Ⅳ类水质标准之间。研究表明,利用Sentinel-2影像波段所建立的BP神经网络模型,适用于TN与NH₃-N含量的遥感反演,以此分析不同季节适合的反演模型,可以为大型湖泊水生态环境改善及水质监管提供技术支撑。     

不同秸秆覆盖量对春玉米冠气温差和叶水势日变化的影响

为了探明不同秸秆覆盖量对春玉米冠气温差(CATD)和叶水势(LWP)日变化的影响,在渭北旱塬设置了3种不同秸秆覆盖量(4 5009、000、13 500 kg/hm2),以不覆盖为对照(CK),研究了孕穗期春玉米冠气温差及叶水势的日变化。结果表明,4 500～13 500 kg/hm2覆盖量处理,较CK均能显著降低CATD、提高LWP(P0.05),尤其中午13:00—15:00效果最为明显。9 000 kg/hm2覆盖量处理综合表现最优,其日平均和14:00的CATD分别为0.79、-0.20℃,较CK依次降低了75.8%、111.4%,差异均显著(P0.05),15:00时LWP为-1.58 MPa,较CK增加7.06%(P0.05);其次为13 500 kg/hm2覆盖量处理,其日平均和14:00的冠气温差与9 000 kg/hm2覆盖量处理无显著差异(P0.05);4 500 kg/hm2覆盖量处理表现最差,与CK无显著差异(P0.05)。各处理冠气温差与秸秆覆盖量、土壤贮水量均呈显著负相关(P0.05)。研究认为,冠气温差可合理反映不同覆盖量条件下作物水分亏缺程度和土壤水分变化状况,且渭北旱塬适宜的秸秆覆盖量以9 000 kg/hm2为宜。     

典型砂姜黑土黑色物质提取方法及成分研究

土壤颜色是反映土壤发生、分类及肥力特征的一项重要物理指标。黑色土壤一般有较高的有机质含量,但砂姜黑土是低有机质含量的黑色土壤典型代表。以黄淮海平原3种典型砂姜黑土为研究对象,分别采用添加六偏磷酸钠分散剂后振荡并结合多层次超声处理(HP)、添加碳酸钠分散剂后振荡并结合多层次超声处理(SC)和仅超声波处理(US)等3种方法分散土壤,然后依次提取土壤浅色组分(颗粒态有机质(POM)、白(W)、浅白(LW))和黑色组分(浅黑(LB)、黑(B)、深黑(DB)),旨在建立土壤黑色物质的有效提取方法。结果表明,HP方法提取黑色物质(LB、B和DB)的量最多,且提取量与土壤黑度间相关性最显著(P<0.01),是提取砂姜黑土黑色物质的最佳方法。不同提取组分中的土壤黑度与有机质含量无明显相关性,砂姜黑土的显色主要取决于由蒙皂石吸附有机质形成的黑色纳米有机-无机复合体,受有机质含量的直接影响相对较小。本研究提出了一种砂姜黑土黑色物质提取方法,并初步明确了黑色物质组成特征,可为揭示砂姜黑土有机质形成与累积机制提供参考。     

不同量秸秆覆盖对春玉米光合生理的影响

为了探明不同量秸秆覆盖对春玉米全生育期光合特性的影响机理,2007-2009年在陕西合阳县西北农林科技大学旱农试验站,以传统耕作为对照(CK),设置玉米秸秆覆盖量分别为4500(S1)、9000(S2)、13500 kg· hm-2(S3)的定位试验.结果表明,各覆盖量处理春玉米叶片群体净光合速率(PN)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)在2008和2009年均表现出协同变化趋势,随覆盖量的递增,Pn、Tr、Gs、叶片水分利用效率(WUE瞬时)、PSⅡ潜在活性(Fv/F(0))、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)和光化学萃灭系数(qP)呈依次升高趋势,其中,S1和CK处理的Pn在2008-2009年均呈“单峰型”曲线变化特征,峰值出现在拔节期;S2和S3处理则表现为“双峰型”曲线变化特征,峰值分别出现在拔节期和孕穗期,且前者高于后者.S1、S2和S3处理2008年籽粒产量较CK分别显著增产7.65％、16.19％和17.84％(P＜0.05).2009年各处理籽粒产量增长趋势和2008年一致,但增幅整体低于2008年,统计分析表明,S3处理光合特性及籽粒产量整体优于S2,但两者间无显著差异(P＞0.05).以上结果表明,不同量秸秆覆盖措施均能通过改善春玉米不同生育时期光合特性,达到增产目的,但从有利于生产实际及提高经济效益来看,渭北旱塬乃至其他同类生态区(春玉米生育期降水量低于390 mm)进行玉米整株秸秆覆盖时推荐选择9000 kg·hm-2的覆盖量.     

不同量秸秆覆盖对春玉米光合生理的影响

为了探明不同量秸秆覆盖对春玉米全生育期光合特性的影响机理,2007—2009年在陕西合阳县西北农林科技大学旱农试验站,以传统耕作为对照（CK）,设置玉米秸秆覆盖量分别为4500（S1）、9000（S2）、13500kg.hm-（2S3）的定位试验。结果表明,各覆盖量处理春玉米叶片群体净光合速率（Pn）、蒸腾速率（T）r和气孔导度（GS）在2008和2009年均表现出协同变化趋势,随覆盖量的递增,Pn、Tr、GS、叶片水分利用效率（WUE瞬时）、PSⅡ潜在活性（Fv/F0）、PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）和光化学萃灭系数（qP）呈依次升高趋势,其中,S1和CK处理的Pn在2008—2009年均呈＂单峰型＂曲线变化特征,峰值出现在拔节期;S2和S3处理则表现为＂双峰型＂曲线变化特征,峰值分别出现在拔节期和孕穗期,且前者高于后者。S1、S2和S3处理2008年籽粒产量较CK分别显著增产7.65%、16.19%和17.84%（P〈0.05）。2009年各处理籽粒产量增长趋势和2008年一致,但增幅整体低于2008年,统计分析表明,S3处理光合特性及籽粒产量整体优于S2,但两者间无显著差异（P〉0.05）。以上结果表明,不同量秸秆覆盖措施均能通过改善春玉米不同生育时期光合特性,达到增产目的,但从有利于生产实际及提高经济效益来看,渭北旱塬乃至其他同类生态区（春玉米生育期降水量低于390mm）进行玉米整株秸秆覆盖时推荐选择9000kg.hm-2的覆盖量。     

农田土壤有机质和全氮三维空间分布特征研究

以河南省新郑市为研究区,分别采用三维克里格(Kriging)插值法和三维反距离加权(IDW)插值法模拟不同深度土壤有机质和全氮含量的三维空间分布特征,并采用交叉验证法,比较2种三维空间插值方法的预测精度。研究表明,有机质和全氮沿不同土层深度(0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm)均表现出明显的空间分布差异,3种深度土壤有机质含量的平均值变化范围为11.31~15.48 g/kg,全氮的变化范围为0.48~0.79 g/kg,均随土层加深而降低;土壤有机质和全氮的三维空间分布表达的信息量更加丰富,可直观展示任意土体切面的养分含量分布信息;通过三维克里格方法得到的有机质插值结果的预测精度高于反距离加权法,全氮亦然,三维克里格插值法更能真实反映土壤养分的三维空间分布特征。     

不同秸秆覆盖量对春玉米田蓄水保墒及节水效益的影响

为了探明不同秸秆覆盖量对渭北旱原春玉米田蓄水保墒及节水效益的影响,2007—2009年度在合阳旱农试验站设置3个水平玉米秸秆覆盖量：4?500 (S1)、9?000 (S2)和13?500 kg/hm2 (S3),以不覆盖为对照(CK）。结果表明,S1、S2和S3处理2 m土层2年(2008和2009)平均土壤贮水量,与CK相比,冬闲末分别高13.9、22.6和33.5 mm;播种~拔节期分别高20.2、32.6和42.1mm;收获期分别高15.6、19.1和21.0 mm。不同覆盖处理延缓了春玉米前期的生长,但加快了中后期的生长速度。S1、S2和S3处理2008年籽粒产量,较CK分别增产7.65%、16.19%和17.84%,增幅均达显著水平(P<0.05）,2009年籽粒产量增长趋势和2008年相似,但前者整体低于后者。与CK相比,S1、S2和S3处理2年平均纯收益分别增加6.53%、16.89%和15.95%,同等产量节水率分别提高5.14%、8.35%和7.44%,节水效益分别增长50.07、81.31和72.30元/hm2。本研究表明,春玉米生育期降水量低于390 mm时,9?000 kg/hm2秸秆覆盖量综合表现较优,是渭北旱原及同类生态区适宜的覆盖量。     

土地利用方式对中部粮食主产区土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响——以新郑市为例

为探明中部粮食主产区不同土地利用方式对农田土壤活性有机碳(LOC)、碳库管理指数(CMI)和作物产量的影响,选取河南省新郑市耕地(T1)、葡萄园地(T2)、枣树园地(T3)、蔬菜地(T4)为研究对象,对比分析了4种典型土地利用方式下的土壤活性有机碳和碳库管理指数的变化规律。结果表明,0～100cm土层不同土地利用方式的总有机碳(TOC)存在明显差异,整体表现为随土层深度增加而降低。其中,0～20 cm土层不同土地利用方式下TOC质量分数差异较大,T4、T3、T2较T1分别高60.0%、53.3%和13.3%;LOC和CMI较未利用土地(T0)均明显提高。作物产量与速效氮、碳库活度(L)显著正相关(P0.05),但与LOC和CMI无显著相关关系,可能是作物产量的统计口径不同所致。不同土地利用方式对土壤TOC、LOC和CMI的影响存在较大差异,LOC和CMI可以作为不同土地利用方式和土壤碳库质量的评价指标。     

基于集成学习的砂姜黑土含水量高光谱反演研究

为提高砂姜黑土土壤水分的估测精度，本研究以河南省西平县砂姜黑土为研究对象，通过配制不同含水率土壤样本并在室内进行高光谱测量，对土壤样本高光谱数据平滑（SR）、倒对数[LOG（1/R）]、一阶微分（FD）、多元散射校正（MSC）、去包络线（CR）光谱变换后，结合连续投影算法（SPA）识别最佳特征波段，采用偏最小二乘回归（PLSR）、支持向量机回归（SVR）的机器学习方法和堆叠（Stacking）集成学习方法分别构建土壤含水率反演模型。结果表明：经MSC变换后光谱中土壤含水率相关信息增强最多；SPA算法能对砂姜黑土含水率光谱数据进行降维和特征信息提取；经反射光谱MSC变换后由PLSR和SVR集成的Stacking集成模型决定系数最高（R²=0.963）、均方根误差最小（RMSE=1.7）。研究表明，Stacking集成学习模型有效提升了模型的精度和泛化能力，是砂姜黑土含水率最佳反演模型。