陕北农牧交错带50年来土地沙漠化的自然和人为成因定量分析

荒漠化的发生发展受自然及人为因素的共同作用,为了对自然及人为因素的贡献进行定量化分析,以陕北农牧交错带为研究对象,选择该区1949—2000年7个自然和人为因子,运用主成分分析方法,对土地荒漠化过程中的自然与人为要素作用强度进行量化分析。结果表明:1)陕北农牧交错带自1949年以来气候呈现暖干、冷湿交替过程,而未来气候将逐渐趋于暖干,但平均风速则呈现逐渐降低的趋势;人口和牲畜数量及工业总产值持续增长,人均耕地面积则持续下降,这些对荒漠化防治均是不利因素。2)在陕北农牧交错带荒漠化的发展过程中,自然因素的贡献率为13.06%,人为因素与自然因素综合作用的贡献率为73.51%。3)尽管自然及人为因素50年来的变化促进了荒漠化的发生发展,但自20世纪50年代开始的"三北防护林建设"和"退耕还林(草)工程"对阻止荒漠化的发展起到了关键作用。     

基于光谱指数的冬小麦冠层叶绿素含量估算模型研究

为探索对冬小麦冠层叶绿素含量反应敏感的高光谱波段组合,同时比较不同光谱指数对小麦冠层叶绿素含量的估测效果,通过分析350~2 500nm波段范围内原始光谱反射率及其一阶导数光谱的任意两两波段交叉组合而成的主要高光谱指数与冬小麦冠层叶片叶绿素含量的定量关系,建立冬小麦冠层叶绿素含量估算模型。结果表明,选用归一化光谱指数(NDSI)、比值光谱指数(RSI)、差值光谱指数(DSI)和土壤调节光谱指数(SASI)建立的冬小麦冠层叶绿素含量监测模型决定系数均大于0.71,标准误差均小于1.842。利用独立试验资料进行检验,表现最好的是RSI(FD_(689),FD_(609))和SASI(R_(491),R_(666))L=0.01,预测精度高达98.2%,模型精确度和可靠性较高。     

不同植被重建管理方式对沙质草地土壤及植被性质的影响

以陕北横山县雷龙湾乡恢复15年的退化沙质草地为研究对象,对未封育自然恢复、封育自然恢复、未封育人工恢复和封育人工恢复4种管理方式对植被和土壤性质的影响及二者的相关性进行了研究,以期为退化沙质草地筛选科学的植被恢复模式选择提供科学依据.结果表明:与流动沙地对照组相比较,经过15年的植被恢复4种管理方式均可不同程度的改善退化草地土壤及植被性质,地表植被高度、盖度和生物量分别提高0.12~1.03 m,12.70%~53.18%和7.27~29.08 g·m^-2,土壤容重降低0.12~0.27 g·cm^-3,土壤总孔隙度提高6.80%~17.01%,有机质、阳离子交换量、全氮及速效养分含量也显著提高.封育管理方式下植被与土壤的恢复效果优于未封育方式,人工植被恢复优于自然植被恢复,采取封育与人工植被恢复相结合的管理方式,严重退化沙质草地在植被恢复过程中植被与土壤特征形成了相互作用、相互影响的协调关系.为了促进农牧交错带退化沙质草地生态恢复,研究区应该采取封育与人工恢复相结合的植被恢复管理方式.     

关中塿土发生特性与分类研究进展

塿土是关中地区受人类活动影响深刻的重要农业土壤,而对其发生分类及系统分类的归属仍有较大争议。本文综述了塿土的形成过程和成土过程特点,塿土发生分类归属的变更,系统分类的主要诊断层、诊断特性和诊断现象,高级分类单元归属及空间分布,基层分类单元的主要诊断指标等方面的研究进展。在此基础上,展望了塿土需要进一步开展的研究工作包括3个方面:①深入理解人为影响下塿土的成土过程,定量化分析覆盖层的形成过程;②开展塿土覆盖层厚度调查,界定堆垫表层的厚度标准;③进行土壤普查,建立塿土代表土系。     

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。     

基于高光谱的渭北旱塬区棉花冠层叶面积指数估算

以棉花冠层高光谱反射率与冠层叶片叶面积指数(LAI)为数据源,在分析LAI与原始高光谱反射率、一阶微分光谱反射率、光谱提取变量和植被指数相关性的基础上,采用一元线性与多元回归的方法构建了棉花LAI高光谱估算模型,并进行精度估算。结果显示,在可见光范围内随着生育期的推进及施氮量的增加冠层光谱反射率逐渐降低,在近红外范围内从苗期到花铃期随着施氮量增加反射率逐渐增加,花铃期到吐絮期反射率明显降低;各生育期冠层光谱的提取变量与LAI的相关性不强,全生育期各种光谱提取量及植被指数与LAI的相关性高于不同生育期;棉花冠层叶片LAI在反射光谱1 461 nm处相关系数达到最大值(r=-0.726);对于一阶微分光谱,LAI的敏感波段发生在742 nm处,r=0.744;以敏感波段742 nm一阶微分光谱反射率建立的逐步回归估算模型精度最高,RMSE=0.94,RE=26.27%,r=0.78。说明以全生育期为基础,采用一阶微分光谱敏感波段,并根据实际条件选择有效的估测模型,可以进行棉花LAI的预测。     

行内生草对土壤微环境和酿酒葡萄品质的影响

以宁夏贺兰山东麓主栽的6 a生酿酒葡萄‘赤霞珠’为研究对象,进行了连续2 a行内自然生草(CZR)和人工种植马齿苋(CMC)试验,以清耕(CK)为对照,研究行内生草对土壤温度、容重、总孔隙度、肥力、酶活性、微生物数量和酿酒葡萄果实产量及品质的影响。结果表明:CZR处理与CK处理相比,在酿酒葡萄幼果期、膨大期和成熟期5～25 cm土层平均土壤温度下降0.94、1.12℃和0.93℃,0～60 cm土层平均土壤容重和总孔隙度分别下降2.23%和1.73%,脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性分别提高22.67%、30.26%、8.46%和66.65%,微生物数量提高34.97%;CMC处理与CK处理相比,在酿酒葡萄幼果期、膨大期和成熟期5～25 cm土层平均土壤温度分别下降1.82℃、2.02℃和1.38℃,0～60 cm土层平均土壤容重和总孔隙度分别下降0.90%和2.87%,土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮和全磷含量分别提高37.80%、52.67%、31.73%、31.17%、24.81%和21.13%,脲酶、蔗糖酸酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性分别提高72.08%、109.67%、14.93%和154.50%,微生物数量提高103.56%;行内生草对酿酒葡萄产量影响不显著,对改善浆果品质有显著作用,CZR和CMC处理较CK处理可溶性固形物含量分别降低1.33%和3.72%,可滴定酸、单宁、总酚和花色苷含量分别提高14.52%和16.13%、21.23%和25.82%、26.65%和24.41%、32.75%和41.16%。在旱区滴灌条件下,葡萄园连续2 a行内生草能够改善土壤物理性状,提升土壤肥力、土壤酶活性和微生物数量,对产量影响不显著,但有利于酿酒葡萄香气物质累积,能调节糖酸比,以行内种植马齿苋效果最优。     

县域农田土壤养分空间变异及合理样点数确定

以武功县为例,应用地统计学和GIS相结合的方法,对土壤有机质、速效磷、速效钾、碱解氮等土壤养分空间变异特征进行研究,并对不同采样密度下有机质的空间插值结果进行分析比较,用均方根误差和相关系数检验不同密度下的插值精度,以确定县域有机质合理采样数。研究结果表明:各土壤养分均存在中等强度空间变异,土壤养分变异系数的顺序是速效磷速效钾有机质碱解氮。各土壤养分均存在正的基底效应,其中,有机质和速效钾的空间变异性受人为因素影响较小,控制其空间变异性的主要因素与成土母质、土壤类型、气候条件等有关。而碱解氮和速效磷的空间变异性受人为因素影响较大,控制其空间变异性的主要因素与耕作方式及农业生产中施肥等有关。随着采样点密度的增加,克里格插值精度提高,适当减少样点数可以满足插值分析的需要,充分考虑土壤养分空间变异评价的精度分析,确定县域土壤有机质合理采样数应控制在2213个以上,即最大以17.8 hm2为一个采样单元。     

陕北坡耕地土壤侵蚀对土壤性质的影响研究

研究分析黄土高原北部坡耕地土壤侵蚀对土壤性质影响结果表明,山坡中、上部为土壤侵蚀最强烈地带,坡顶侵蚀较弱;土壤全N、碱解氮、速效钾与水蚀和耕作侵蚀间呈线性相关关系,而土壤有机质、速效磷和阳离子代换量则与水蚀和耕作侵蚀无显著相关性。     

高寒地区荒漠化动态监测技术构想

进行中国高寒地区荒漠化动态监测具有其极端重要性。在西藏、青海两省设置了荒漠化监测中心,在柴达木、青海湖、共和、阿里、那曲和日喀则设置了6个基层监测站,组成高寒地区荒漠化动态监测网,并且提出了基于"3S"(GIS,RS,GPS)技术进行动态监测的技术路线及成果要求,最后讨论了监测技术路线实施的困难性。