基于电磁感应数据的电导率反演模型研究

【目的】土壤盐渍化是限制新疆南部棉花高产的主要因子,准确获取区域尺度土壤剖面盐分信息。【方法】以南疆阿拉尔垦区为研究区,以田间尺度采集的30个不同盐渍化程度棉田的540个样点的0~0.375、0~0.750、0~1.000 m的土壤剖面电导率数据和对应的电磁感应数据为数据源,采用线性模型和非线性模型分别构建了田间尺度和区域尺度的土壤剖面电导率的电磁感应反演模型,并采用缩减建模样本量方法进一步检验了区域尺度模型的可靠性和稳定性。【结果】多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)和主成分回归(PCR)建模方法的田间尺度模型R²在0.88~0.95,而对应的区域尺度模型R²在0.34~0.53。基于随机森林(RF)、神经网络(NN)和支持向量机(SVM)非线性建模方法构建的土壤剖面电导率的区域尺度电磁感应反演模型R²在0.60~0.85,其中RF模型的精度最高。0~0.375、0~0.750、0~1.000 m土壤剖面电导率的RF反演模型R²分别为0.80、0.85和0.84,相较于线性建模方法的区域尺度模型精度有明显的提高。RF区域尺度模型的样本数量由540个缩减到240个,模型精度没有明显变化,表明采用区域尺度模型,可大幅度降低土壤剖面样本采集数量,从而可显著提高采样效率和降低采样成本。【结论】区域尺度下构建土壤剖面电导率反演模型时,随机森林建模方法效果较优,模型预测能力具有较高的可靠性。     

干旱区棉田表层土壤盐渍化时空变异研究

明确土壤盐渍化时空变异特征是确保干旱区棉田精准灌溉和作物良好生长发育的基础。考虑棉田不同灌溉节点和灌溉方式,利用大地电导率仪(EM38-MK2),在棉花生育期内进行3次表观电导率数据和土样的采集,采用局部建模和全局建模的思路构建表观电导率与实测电导率间的反演模型。综合利用经典统计方法和地统计学方法,分析表层土壤盐渍化的时空变异特征。结果表明,表观电导率与实测电导率建立的局部模型具有较好精度,R2均大于0.79,而全局模型的R2仅为0.52,表明局部模型优于全局模型;不同时期表层电导率变异性差异较大,3月和10月变异系数均小于50%,属中等变异,而7月变异系数大于50%,属强变异;各时期半变异函数的最优模型均为球状模型,基台值与块金值之比均小于25%,表明表层盐分变异主要由气候,蒸降比、地下水埋深度等结构性因素引起;研究区盐渍化土壤面积由播种前的0.49%增加到棉花收获后的98.23%,在棉花生育期内,表层土壤以轻度盐渍化和中度盐渍化为主;土壤盐渍化空间变异强度主要以中等变异为主,强变异次之,弱变异所占面积最小,而强变异集中分布在研究区南端,弱变异区域主要集中在研究区中部。研究结果为干旱区田间尺度的棉田土壤盐渍化时空变异研究提供了一定的思路和方法。     

基于棉田原位高光谱数据的土壤pH值反演与制图研究

[目的] 研究快速、准确大面积监测农田土壤pH值,为大面积土壤改良和实现农田精细化管理提供科学支持。[方法] 以南疆阿拉尔市十二团棉田为研究区,采用网格采样法采集231个样点的原位高光谱数据,并同步采集其中116个样点的土壤样品;分析了原位高光谱反射率数据经不同预处理模式后的光谱数据与土壤pH值的相关性;采用偏最小二乘回归、支持向量机回归和随机森林3种建模方法分别建立了土壤pH值的高光谱反演模型,根据模型评价指标优选出最优模型对未采集土壤样点的pH值进行反演制图。[结果] 反射率经微分处理后可有效改善其与土壤pH值的相关性;反射率二阶微分的随机森林模型为所有模型中的最优模型,其验证集的R²为0.87,RMSE为0.04,RPD为2.53;最优模型反演的pH值数据插值所得数字图与实测pH值插值图的空间分布特征高度吻合,能客观反映土壤碱化的空间分布状况。[结论] 随机森林模型为原位反演南疆棉田土壤pH值的最优模型,克里金插值能够客观可视化表达研究区土壤pH值的分布状况。     

基于多源数据的干旱区盐渍化农田精准管理分区研究

根据土壤盐渍化空间异质性对南疆干旱区绿洲农田进行精准管理分区,对农业种植结构调整和精细化管理具有重要意义.以典型干旱区绿洲农田为研究对象,以电磁感应数据、地形数据和卫星遥感数据为数据源,通过地统计学方法分析研究区土壤盐渍化的空间异质性,利用相关分析筛选出不同时期的植被指数和盐分指数.以农田表层表观电导率(ECh0.37...