负水头环境土壤水分湿润锋运移三维模拟

【目的】更加有效地控制土壤含水率,指导节水灌溉。【方法】采用负水头土壤水分湿润锋运移试验和Hydrus-3D三维土壤水分运移数值模型,研究了山西榆次砂土、壤土在负水头高度(0、-0.5、-1.0m)时的土壤水分湿润锋运移规律和模型的有效性。【结果】水分累积入渗量随着时间的增加逐渐增大,与时间呈良好的幂函数关系;湿润锋随着时间的增加逐渐向水平、垂直方向扩大,曲线呈1/4椭囿状,最大湿润距离与时间的平方根呈良好的线性关系;湿润锋入渗速度随着负水头高度的增加逐渐减小,与时间呈良好的幂函数关系。实测湿润锋包络面积与模型计算值的偏差,砂土为0.51%~7.21%,壤土为0.22%~16.03%。【结论】所建三维模型可以用于描述负水头环境下土壤水分湿润锋的运移特征,并用于预测各种条件改变下的湿润锋运移和含水率分布。     

基于高分5号影像的东北典型黑土区土壤分类

高精度的土壤分类及制图结果有助于更好地制定土地环境保护和土地资源利用策略。为探究星载高光谱影像实现区域尺度高精度土壤分类及制图的可能性,该研究获取东北黑土区拜泉县、明水县共计4幅高分5号(GF-5)星载高光谱遥感影像。首先,将原始反射率数据(Original Reflectance,OR)进行包络线去除处理获得去包络线数据(Continuum Removal,CR);其次,对OR和CR进行主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)处理,分别得到反射率主成分信息(OR-PCA)和去包络线主成分信息(CR-PCA),并在OR-PCA和CR-PCA的基础上结合地形因子(Terrain,TA)。最后,OR、CR、OR-PCA、CR-PCA、OR-PCA-TA、CR-PCA-TA分别作为输入量结合随机森林分类模型,进行土壤分类并实现数字土壤制图。结果表明:1)包络线去除法可有效地提高星载高光谱土壤分类精度,与OR相比,CR的总精度提高了5.48%,Kappa系数提高了0.12。2)PCA可有效地降低高光谱数据的冗余性,提高模型的运算效率以及分类精度;与CR作为输入量相比,CR-PCA的土壤分类总精度提高了3.67%,Kappa系数提高了0.02。3)TA的引入显著提升了土壤分类精度,以CR-PCA-TA作为输入量的土壤分类精度最高,总精度为81.61%,Kappa系数为0.72,实现了高精度的土壤分类模型及土壤制图。研究结果可为大范围、高精度的土壤分类及制图提供新的思路。     

不同降噪方式下基于高分五号影像的土壤有机质反演

通过遥感技术预测土壤有机质(Soil Organic Matter,SOM)的空间分布是精准农业和土地资源管理研究的重要内容,与粮食安全及环境监测密切相关。该研究主要研究采用高分五号(GF-5)反演土壤有机质的最佳降噪方式。以黑龙江省典型黑土区明水县为研究对象,获取GF-5高光谱遥感影像,对影像进行不同降噪处理,包括奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD),离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,DWT)及中值滤波(Median Filtering,MF)降噪。然而,分别结合二维光谱指数,应用随机森林(Random Forest,RF)方法预测不同降噪方式的SOM含量。结果表明:1)所选择的不同降噪方法中,与SOM含量的相关性由高到低依次为DWT、SVD、MF,其中,基于MF降噪后的光谱反射率与SOM含量相关性低于原始反射率与SOM含量的相关性。2)基于降噪方式下的光谱曲线更加平滑,且不同有机质含量对应的光谱曲线形状相似。3)采用DWT降噪方式,基于影像波段和光谱指数,以RF为预测模型的SOM最优反演模型精度R~2为0.69,均方根误差为2.26%。研究成果可为利用高光谱卫星数据实现大尺度范围内SOM的数字土壤制图提供参考,为实时定量监测土壤肥力变化提供依据。     

不同喷淋强度对核素Sr-90在土壤中迁移的影响

基于室内土柱法,建立120 ml d~(-1)、60 ml d~(-1)、30 ml d~(-1)三种不同喷淋强度下放射性核素Sr-90在砂土介质中的动态土柱迁移试验,试验时间分别为51 d、102 d、204 d,研究不同喷淋强度对Sr-90迁移规律的影响。结果表明,三种不同喷淋强度下Sr-90的浓度峰在土柱体中的迁移距离分别为42.3 cm、46.2 cm、44.4 cm,迁移距离基本一致,与喷淋强度和时间成正比。此外,Sr-90在土柱体剖面的浓度分布曲线均存在明显的不对称性和拖尾,即Sr-90从源层上洗脱下来后,受到砂土介质的吸附作用,待浓度峰值通过后,更多的Sr-90从之前的砂土介质中解吸出来,使得很长时间段内土柱体中保持相对较高的浓度。应用Hydrus-1d软件建立平衡吸附、非平衡吸附两种模式下的核素迁移数值模型,发现在非平衡吸附模式中考虑一级速率系数β能更好地描述浓度分布曲线的拖尾,通过与实测浓度值拟合得到Sr-90的分配系数为0.73 ml g~(-1)、0.70 ml g~(-1)、0.72 ml g~(-1),喷淋强度对分配系数影响不大。     

旱区种植不同苹果品种对土壤养分的影响

土壤中氮磷养分对苹果树的生长、产量及品质具有重要意义。为探明不同苹果品种种植对不同土层土壤氮磷养分的影响,指导果树施肥管理,以典型旱作农牧交错区内蒙古赤峰市为研究区,以该区主栽的新世纪、鸡心果、富腾和新苹红4个苹果品种为研究对象,对不同土层土壤的氮磷养分进行研究和分析。结果表明,各苹果品种不同土层土壤的pH均呈偏碱性;有机质含量总体较低;4个苹果品种的土壤氮素含量均偏低,其中全氮与硝态氮以新苹红表层土壤含量最高,富腾各土层含量均较低;土壤磷含量整体偏高,应减施磷肥。因此,应根据不同苹果品种对土壤氮磷养分的需求差异以及各土层特点来确定合适的施肥量及施肥方式,尤其是在生态脆弱的农牧交错区,要做到合理施肥,在提升经济效益的同时保护生态环境。