基于实测高光谱和Landsat 8 OLI影像的土壤盐化和碱化程度反演研究

针对宁夏银北地区土壤盐碱化定量监测的需要,利用实测土壤高光谱和Landsat 8 OLI多光谱影像数据采用多项式、多元线性回归等方法进行土壤含盐量和pH值反演研究,并对影像光谱反演模型进行校正,以提高遥感定量反演精度。结果表明:(1)基于实测光谱的土壤含盐量反演精度均高于基于OLI影像反演精度;基于实测光谱敏感波段反射率反演精度高于实测盐分指数反演精度,其中实测光谱经平滑后敏感波段建立的模型效果最佳(R~2=0.695)。(2)基于实测光谱平滑后敏感波段建立的pH值反演模型精度最高且最稳定(R~2=0.545),基于OLI影像光谱反演精度低于实测光谱,但也通过了显著性检验和精度验证。(3)经实测光谱模型校正后的Landsat 8 OLI影像光谱的土壤含盐量反演模型R~2从0.347提高到0.623。研究结果可以为准确、快速地定量监测当地土壤盐分含量、pH值的变化提供科学依据和技术手段。     

宁夏生态移民新聚落空间格局及其影响因素分析

以宁夏298个生态移民新村为研究对象,利用ArcGIS空间分析工具探析宁夏生态移民新聚落的空间格局特征及其影响因素。研究表明:宁夏生态移民新聚落呈现"大分散,小聚集"的特征;从县域尺度来看,各县区的分布不均衡,主要集中在红寺堡区、沙坡头区、同心县;在空间方向特征上大致呈"南—北"走向分布,符合宁夏"以川济山,山川共济"的人口迁移重大决策;从时间尺度来看,不同时段的新聚落点依赖于不同的移民工程,在分布格局上呈现明显的差异性。海拔、坡度、人口密度、人口承载力是影响生态移民新聚落分布的重要因素,相对较低的海拔和较小的坡度、人口密度较低和人口承载力较强的区域是政府生态移民工程实施中生态移民新聚落选址和发展主要立地。生态移民空间格局演变过程中的主要动力因素是生态胁迫与经济胁迫,在此基础上政府的政策规划推动这一演变的落实和发展,构建了宁夏生态移民新聚落空间格局演变的驱动机制。     

盐胁迫对苗期湖南稷子K +、Na +含量与分布的影响

以湖南稷子(Echinochloa frumentacea)为材料,设置不同浓度(0、25、50、75、100、125、150、200 mmol·L ^-1)的NaCl和Na₂SO₄作为胁迫处理,探讨盐胁迫对湖南稷子苗期K ⁺、Na ⁺吸收与分布特性的影响。结果表明,随着NaCl和Na₂SO₄浓度的增加,湖南稷子叶片、茎鞘和根系中Na ⁺含量均增加,K ⁺含量均降低,K ⁺/Na ⁺均下降。其中,Na ⁺含量与分布表现为根系>茎鞘>叶片,叶片和茎鞘Na ⁺含量显著低于根系,K ⁺/Na ⁺明显高于根系;K ⁺含量与分布总体表现为低盐浓度时茎鞘>根系>叶片,中、高盐浓度时茎鞘>叶片>根系。盐胁迫下根系向茎鞘的运输选择性系数(ST1_K,Na)与茎鞘向叶片的运输选择性系数(ST2_K,Na)在盐浓度>25 mmol·L ^-1时均显著高于对照,且ST1_K,Na值大于ST2_K,Na值。当盐浓度≥125 mmol·L ^-1时,Na₂SO₄胁迫下地上部K ⁺/Na ⁺趋于稳定,茎鞘和根系中的K ⁺含量和ST1_K,Na值高于相同浓度的NaCl胁迫,叶片和茎鞘中的Na ⁺含量低于相同浓度的NaCl胁迫。ST2_K,Na值在Na₂SO₄胁迫下呈上升趋势,在NaCl胁迫下先升高后降低。因此,湖南稷子幼苗根系对K ⁺具有较高的选择性吸收能力;高盐浓度下,湖南稷子对Na₂SO₄具有更强的耐性。     

降水量及N添加对宁夏荒漠草原土壤C:N:P生态化学计量特征和植被群落组成的影响

为了解降水格局改变和大气氮(N)沉降增加背景下土壤碳(C)∶N∶磷(P)平衡关系的改变是否会影响到荒漠草原植被群落组成, 基于2017年在宁夏荒漠草原设立的降水量(降水量减少50%、降水量减少30%、自然降水量、降水量增加30%和降水量增加50%)、N添加(0和5 g·m^-2·yr^-1)及其交互作用的野外试验, 初步分析了土壤C∶N∶P生态化学计量特征和植物群落组成的变化趋势以及二者的关系。结果表明, 增加降水量降低了土壤有机C、全N和N∶P。N添加及其与降水量的交互作用对土壤C∶N∶P生态化学计量特征的影响较小; 适量增加降水量刺激了多数植物生长, 提高了群落多样性。过量增加降水量导致猪毛蒿种群生物量急增, 且N添加对降水量效应有促进作用, 从而降低了群落多样性; 土壤含水量、全N、有机C和N∶P与种群生物量关系较为密切, 土壤含水量、有机C、C∶P和C∶N与多样性指数存在较强的相关关系。以上结果意味着降水量会通过调控土壤水分有效性, 改变土壤与植物之间N和P的满足程度, 从而对植物生长策略和群落多样性产生影响; 短期N添加对土壤养分有效性影响较小。因此, 还需通过长期的原位试验, 对N添加及其与降水量交互作用下土壤C∶N∶P计量平衡与植物群落组成的关系进行深入探讨。     

灌丛树干茎流与根区优先流对灌丛沙堆"土壤沃岛 效应"的影响研究

"土壤沃岛效应"的形成增强了植物对干旱贫瘠环境的适应能力和生态系统的稳定性,在植被重建方面具有重要的生态水文学意义。灌丛树干茎流和根区优先流的水分和养分富集作用对灌丛沙堆"土壤沃岛效应"的形成、发育和演化具有极其重要的作用。弄清灌丛沙堆演化过程中灌木对土壤水分变化的时空响应和其多样性的维持机制、植被对水分的生态适应对策,是进一步研究灌丛沙堆形成和演替机制的关键。本文综述了灌丛沙堆的形成机理,对灌丛沙堆演化过程中土壤水文过程与植被响应机理以及灌丛树干茎流与根区优先流对"土壤沃岛效应"的影响进行了阐述,并对灌丛树干茎流与根区优先流研究方法进行了评述。在未来研究中,应加强对灌木地下根系分布及水分和养分沿灌木根系形成的优先通道运移和再分配的研究,以便更好地评价干旱贫瘠环境中树干茎流对灌木群落稳定性和生态系统发育所起的作用。     

3个油用牡丹品种抗旱性研究

[目的]研究3个油用牡丹品种的抗旱性。[方法]以油用牡丹品种凤丹、琉璃冠珠、冰山雪莲为试材,采用田间鉴定法,对3个品种油用牡丹进行逐渐干旱处理,研究逐渐干旱过程中叶片相对含水量、相对电导率、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量及叶绿素含量等生理生化指标的动态变化。[结果]在干旱胁迫过程中,3个品种油用牡丹的叶片相对含水量和叶绿素含量均逐渐降低;相对电导率、MDA含量、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量均呈逐渐升高的趋势。在处理MDA含量数据时发现,冰山雪莲在干旱胁迫10 d时与对照(1 d)比较,差异不显著;琉璃冠珠干旱胁迫20 d与10 d比较,差异显著;其他指标的差异性均达显著水平。[结论]3个品种油用牡丹的抗旱性由强到弱依次为凤丹、冰山雪莲、琉璃冠珠。该研究为干旱区引种油用牡丹品种选择提供了科学依据。     

基于地表高光谱与OLI影像的土壤含盐量和pH值估测

针对宁夏银北地区大面积土壤盐碱化监测的需要,利用实测植被冠层光谱与Landsat 8 OLI影像相结合进行土壤含盐量和pH值估测研究。对实测植被冠层高光谱与影像多光谱反射率进行倒数、对数、三角函数及其一阶微分等一系列变换,确定最佳光谱变换形式,筛选敏感植被指数和敏感波段,分别建立基于实测植被光谱与Landsat 8 OLI影像光谱的土壤含盐量与pH值估测模型,并基于高光谱数据模型对影像盐分和pH值模型进行校正,以提高影像估测土壤盐碱化的精度。结果表明:经倒数对数变换建立的实测植被高光谱EVI模型和经平滑后敏感波段建立的实测植被高光谱模型对土壤pH值的估测精度较高,模型决定系数分别为0.6257和0.5975;基于实测高光谱植被指数和敏感波段分别对Landsat 8 OLI影像含盐量、pH值估测模型进行校正,影像敏感植被指数和敏感波段含盐量模型决定系数分别提高了0.3207和0.3762,pH值估测模型决定系数分别提高了0.2065和0.2487。采用敏感植被指数和敏感波段同时估测土壤含盐量和pH值,实现了从实地测量高光谱向遥感多光谱尺度的转换。     

10个不同种(品种)牧草在宁夏中部地区引种适应性研究

本试验采用随机区组的设计,在宁夏中部地区对10种不同牧草(7种豆科牧草和3种禾本科牧草)进行引种试验,测定了幼苗期、盛花期/拔节期、成熟期的植株株高、茎基粗度、叶面积、叶色、叶绿素含量、脯氨酸含量、细胞膜透性及抗氧化保护酶[超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)]活性等指标。结果表明,7种豆科牧草中,博拉图和宁苜1号两个苜蓿品种具有较高的株高和茎基粗度及较好的叶色等级,沙打旺具有较高的叶绿素含量,三者均具有较高的叶面积指数、脯氨酸含量和SOD、POD活性及较低的细胞膜透性;3种禾本科牧草中,披碱草具有较高的株高、茎基粗度、叶色等级和脯氨酸含量及较低的细胞膜透性,扁穗冰草具有较高的SOD和POD活性;利用隶属函数对10种牧草的生态适应性进行综合评价得知,豆科牧草沙打旺和苜蓿(博拉图、宁苜1号)及禾本科牧草披碱草生态适应性较强,适合在宁夏中部干旱带引种栽培。     

暗沟对宁夏引黄灌区盐碱地改良及垂柳生长的影响

为评估不同间距暗沟处理对宁夏引黄灌区盐碱地改良效果的影响,设置不同间距暗沟处理措施(3、6、9、15 m和对照组CK),分别测定宁夏引黄灌区盐碱地土壤pH值、EC及垂柳生长状况。结果表明:①与对照相比,3、6、9和15 m间距暗沟处理的土壤pH值分别降低4.58%、4.90%、2.66%和2.08%,6 m间距暗沟处理对土壤p H值的降低效果最佳;②与对照相比,3、6、9和15 m间距暗沟处理的EC分别降低93.05%、93.77%、95.34%和94.51%,9 m间距暗沟处理对EC的降低效果最佳;③9 m间距暗沟处理垂柳胸径、株高和冠幅均与对照组CK存在极显著差异(P0.01),分别比对照提高了80.52%、58.11%和50.00%。综合考虑暗沟对土壤理化性质及垂柳生长发育的影响,9 m为最佳暗沟处理间距。     

地下渗灌对枣树生长、产量和水分利用效率的影响

为研究不同灌溉定额下地下渗灌对干旱地区枣树生长、产量和水分利用效率的影响,以5 a生枣树为研究对象,设不同灌溉定额(828、1 248、1 668 m~3/hm~2)和不同灌溉方式(地下渗灌、地面滴灌、管灌)2因素3水平的田间试验。结果表明:灌溉定额相同时,与地面滴灌和管灌相比,地下渗灌能够促进枣树新梢直径、枣吊长度和座果率的增长,同时枣树产量提高2.84%～25.70%,水分利用效率提高8.02%～18.96%。地下渗灌条件下,灌溉定额从1 248 m~3/hm~2提高为1 668 m~3/hm~2时枣树产量和水分利用效率反而分别降低2.47%,8.84%。因此,地下渗灌在灌溉定额为1 248 m~3/hm~2时更适宜枣树生长,该处理产量最高(9 418.85 kg/hm~2),水分利用效率最高(3.84 kg/m~3),研究成果可为地下渗灌技术在干旱区推广提供理论依据。