黄淮海旱作区土壤压实度空间分布特征及其影响因素

为探究旱作区农田不同层次土壤压实度特征,基于2017年采集的255个土壤样品,运用Mann-Kendall突变检验法、地统计学和冗余分析等方法,探究黄淮海旱作区耕作层和压实层空间分布特征,分析不同层次的土壤压实度的空间变异特性及影响因素,并提出了最佳土壤压实度范围。研究结果表明:旱作区耕作层和压实层厚度均呈现由北向南递增的趋势,耕作层最大厚度可达22.50 cm,最低仅有10.21 cm;压实层厚度最大可达17.50 cm,最小值也达到7.50 cm。从不同层次来看,耕作层和压实层的压实度具有空间分布一致性,耕作层压实度高值区主要分布在河南省东部、安徽北部及河北北部地区,最大值可达87.68%以上,低值区则主要集中在山东西北部以及河北南部地区。和压实层压实度相比,耕作层压实度是影响粮食产量的主要因素,且在70%～80%时获得较高产量。分析表明,土壤压实度受到年降水量、平均气温、土壤自然属性等环境因子和机械耕作等人为因素综合作用的影响。研究结果可为黄淮海农田土壤压实情况的改善及管理措施的科学制定提供理论支撑。     

基于CWT-sCARS的东北旱作农田土壤有机质高光谱反演

精准高效获取不同类型土壤的有机质含量,对促进东北土壤退化防治和耕地质量提升有重要意义.本研究以东北旱作农田典型土壤类型为研究对象,采集了黑土、黑钙土、潮土和棕壤共118个土壤样品,采用倒数对数、一阶微分、连续统去除和连续小波变换分别对其光谱曲线进行预处理.通过稳定性竞争自适应重加权采样(sCARS)算法筛选敏感波段,并...     

基于最小数据集的东北旱作区耕层质量评价与障碍诊断

为准确评价东北旱作区耕层质量特征,针对全部初选指标采用主成分分析法（PCA）建立了东北旱作区耕层质量评价的最小数据集（Minimum data set, MDS）,并运用最小数据集耕层质量指数（MDS-Plough horizon integrated quality index, MDS-PHIQI）和障碍因子诊断模型对研究区耕层质量及主导障碍因子进行分析。结果表明：东北旱作区耕层质量评价的最小数据集由土壤有机质含量、全氮含量、有效磷含量、粘粒含量、耕作层穿透阻力和压实层厚度组成,最小数据集可替代全部初选指标对东北旱作区耕层质量进行评价;东北旱作区耕层质量指数分布在0.10~0.53之间,均值为0.30,整体处于低和中等水平。东北旱作区合理耕层指标参数的适宜范围为：有机质质量比大于等于37.16g/kg,全氮质量比大于等于1.75g/kg,有效磷质量比大于等于26.38mg/kg,粘粒质量分数为4.60%~6.19%,耕作层穿透阻力小于等于364.56kPa,压实层厚度小于等于8.18cm。东北旱作区粮食产量低产区耕层多存在结构型障碍,中产区耕层结构型障碍和养分限制共存,而高产区耕层主要表现为养分限制型障碍。整体来看,研究区耕层质量的主要障碍因素为耕作层穿透阻力、土壤全氮含量、有机质含量,需针对上述指标采取针对性的耕作和培肥措施。     

旱作区土壤有机碳密度空间分布特征与其驱动力分析

为直观显示0～40 cm深度不同层次的土壤有机碳密度空间分布特征,并深入分析不同空间位置上有机碳密度的主要影响因素,根据2017年分层采样点的测试数据计算了旱作区土壤有机碳密度,采用反距离加权法模拟了有机碳密度空间三维分布特征,用地理加权回归分析了有机碳密度的影响因素。结果表明:旱作区土壤有机碳密度呈东北高、西南低的趋势;不同类型土壤的有机碳密度差别较大。气候(温度、降水)是旱作区有机碳密度的主要影响因素。随着土层深度的增加,气候和黏粒含量对土壤有机碳密度的解释度呈增大的趋势。年平均气温与土壤有机碳密度呈负相关性,在不同区域不同深度土层中,年降水量与土壤有机碳密度的回归系数都低于0. 01,相关性很小,黏粒含量与土壤有机碳密度呈正相关性。研究成果可为探究有机碳储量估算和科学制定固碳减排政策提供数据和理论支撑。     

基于EFAST的不同生产水平下WOFOST模型参数敏感性分析

为探讨参数敏感性分析结果在区域尺度上表现出的不确定性问题，在温带季风气候类型黄淮海平原旱作区不同积温区内选取黄骅、商丘和驻马店3个站点，基于气象和作物生育期数据以及土壤实测数据，采用EFAST（Extended Fourier amplitude sensitivity test）方法，对WOFOST模型冬小麦和夏玉米参数进行全局敏感性分析，并对2种作物在不同生产水平和不同气候条件下的参数敏感性排序进行一致性检验。结果表明：冬小麦产量在潜在生产水平下主要敏感参数有叶龄的低温阈值（TBASE）、储存器官同化物转化效率（CVO）、总同化速率在低温3℃时的校正因子（TMNFTB3）等，在水分限制生产水平下主要敏感参数有蒸散速率修正因子（CFET）和储存器官同化物转化效率（CVO）等；夏玉米在2种生产水平下产量敏感参数差异不大，主要为总同化速率低温10℃时的校正因子（TMNFTB10）、每日温度为40℃时单叶片同化CO2的初始光能利用效率（EFFTB40）、35℃时叶片生命周期（SPAN）等；冬小麦、夏玉米在不同生产水平下的TDCC系数（Top down concordance coefficient）分别为0.82和0.98，P均小于0.01，参数敏感性排序的一致性均较高；冬小麦和夏玉米在不同气候条件下潜在生产水平TDCC系数分别为0.92和0.98，P均小于0.01，一致性较高，水分限制生产水平TDCC系数分别为0.61和0.86，P均小于0.01，一致性较差。WOFOST模型不同作物间参数敏感性差异明显，不同生产水平对参数敏感性的影响较小，但受水分胁迫程度的影响，不同气候条件对参数敏感性影响较大，且对不同生产水平下参数敏感性的影响不同，这主要与不同时空下的气候条件差异有关。     

基于云遗传BP神经网络的黄淮海旱作区土壤有机质预测精度分析

为探究提高土壤有机质预测精度的方法,以黄淮海旱作区为研究对象,分别运用云遗传BP神经网络、BP神经网络和GABP神经网络三种方法比较不同土层的土壤有机质预测精度。结果表明:1)不同土层土壤有机质值的数据分布与正态分布相比具有不同程度的向右偏移,不同土层土壤有机质均属于中等程度变异;2)不同土层土壤有机质的半方差函数最优拟合模型均为指数模型,不同土层土壤有机质的结构因素与随机因素对空间变异的影响大小基本一致,空间自相关性较弱;3)结合云模型与遗传算法的BP神经网络对0～10、10～20、20～30cm土层土壤有机质的预测精度均得到了一定提升,而对30～40cm土层土壤有机质的预测精度则提升不明显,可能是由于30～40cm土层土壤有机质变异系数超过了一定范围所造成。研究结果可为提高土壤有机质的预测精度提供参考,并为进一步调整耕地管理措施及提高土壤质量水平提供依据。     

东北旱作区土壤碳氮磷生态化学计量特征及其影响因素

为探究旱作农田土壤碳氮磷生态化学计量特征,基于2017年采集的132个耕层(0～20 cm)土壤样品,运用地统计学和冗余分析等方法,分析了东北旱作区土壤碳氮磷生态化学计量特征的空间变异性及影响因素。结果表明:研究区土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)的平均含量(质量比)分别为16. 79、1. 43、0. 77 g/kg,且彼此间存在显著正相关关系(P 0. 05);土壤C/N、C/P、N/P质量比的平均值分别为11. 45、22. 82、2. 03,均低于全国农田土壤平均值。从空间分布规律来看,SOC、TN、TP含量均呈现由西南向东北递增的趋势,高值区主要分布在黑龙江省旱作区北部,低值区在吉林省和辽宁省旱作区西部平原区。土壤C/N、C/P的高值区主要分布在黑龙江省旱作区,低值区位于吉林省和辽宁省旱作区连片分布,N/P则整体变化较小。研究区土壤碳氮磷生态化学计量特征受人为活动、环境及土壤性状的综合影响,化肥施用强度和土地利用强度是影响土壤碳氮磷生态化学计量特征的重要人为因素,土壤容重和含水率则是影响研究区土壤碳氮磷生态化学计量特征分布规律的主要环境因子。     

黄淮海旱作区农田耕层土壤结构特征与其影响因素

为探究黄淮海旱作区农田耕层结构特征,基于土壤穿透阻力数据,运用地统计学、Mann-Kendall突变检验法等方法,识别了旱作区农田压实层的位置及厚度,并探究了压实层和耕作层的空间变异特征及其影响因素.结果表明:土壤容重、含水率和土壤质地是穿透阻力的主要影响因素.和表层土壤相比,深层土壤穿透阻力更易受含水率和土壤质地的影...