基于野外实测高光谱数据的干旱区耕作土壤含水量反演研究

利用2011年3月野外实地采集的不同含水量土壤的高光谱数据,研究了南疆地区耕作土壤草甸土含水量与高光谱反射率之间的定量关系,构建了一元线性回归与多元逐步回归的土壤含水量预测模型.结果表明,土壤含水量在380～ 1080 nm波段与反射率呈负相关关系;反射率经倒数(1/R)、对数(logR)、一阶微分(R’)变换后可提高其与含水量的相关性;以50个建模样本所建立模型的相关系数均达到极显著水平,所有模型通过对37验证样本进行预测,比较决定系数、均方根误差、相对误差后,表明多元逐步回归模型的预测能力要优于一元线性回归模型,从所有模型中优选出以698、702、703、746、747 nm波段反射率倒数(1/R)建立的多元逐步回归模型为最优模型,该模型实测值与预测值之间的R2为0.9199,RMSE为1.6026,RE为0.6517,可用于基于野外高光谱数据的土壤含水量的估测.     

基于混合型线性双源遥感蒸散模型的南疆绿洲地区干旱研究

利用MOD16蒸散产品数据以及2001—2014年新疆气象站点数据,基于混合型线性双源遥感蒸散模型估算南疆绿洲地区地表蒸散,并对比验证MOD16蒸散产品、反演蒸散量与研究区气象站蒸发皿实测蒸发量之间的关系。定义了蒸散干旱指数EDI,计算EDI距平,分析绿洲地区干旱分布特点,同时对比降水距平来检验干旱监测的准确程度。结果表明:MOD16蒸散产品蒸散量、模型估算蒸散量与蒸发皿实测蒸发量数据的相关性较好,说明利用MOD16蒸散产品数据估算蒸散量可行,也说明估算的蒸散量可信度高;由于绿洲地区北部水分供应更充足,EDI值空间上由南至北呈减小趋势,EDI值年际变化明显且均大于0.6;EDI距平与EDI同向变化,与降水距平反向变化;南疆绿洲地区在2001、2007、2008、2009、2014年的EDI值大于0.66。因此,EDI距平定义了干旱轻重程度界限:EDI临界值为0.66;EDI值越大,EDI距平越大,降水距平越小,干旱程度越严重。     

新疆棉田土壤速效养分的时空变异特征研究

研究了新疆南疆荒漠绿州棉田皮棉产量1991kg·hm2水平下,2月15日至11月15日内,0～100cm土层土壤碱解氮、速效磷、速效钾的时空分布,0～40cm土层土壤碱解氮和速效钾含量分布特征趋势一致,由2月中旬-6月中旬逐渐升高,到5月中旬-6月中旬时达最大值,进入7月份后,均呈陡然下降特点,9月份开始回升;40cm以下各层土壤碱解氮和速效钾含量变化波动较小;土壤速效磷的时空变异特征,4月和5月,0～60cm土壤中的速效磷呈匀速上升,7月中旬达高峰,但20～60cm土层速效磷含量开始急速下降,9月中旬降至最低点。耕层土壤速效磷含量在27.1～34.3mg·kg1波动变化,变幅较小。     

钼对棉花养分叶绿素含量及光合生理特性影响

【目的】为棉花钼肥施用技术的开展提供可行依据。【方法】选择中棉49号为试验材料,进行不同施钼浓度(0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%)6个梯度三次重复的水培试验。在棉花苗期、蕾期和初花期3个生育阶段进行光合特性测定,每10 d对棉花株高、叶片数、SPAD值和净光合速率等光合生理指标进行测定,同时采集整株棉花样品测定干重、全量氮磷及钼含量。【结果】施钼肥对棉花氮磷养分吸收呈负相关性,施钼浓度在0.6%~0.8%时,对棉花生长、叶绿素含量影响较大,光合作用在施钼浓度为0.8%和1.0%时达到了极显著水平。【结论】钼肥对棉花氮磷吸收、叶绿素含量和光合作用有一定的影响。     

基于连续统去除法的南疆水稻土有机质含量预测

监测土壤有机质含量状况,可为土壤肥力诊断及土壤资源的合理开发利用提供科学依据。本研究通过对南疆191个水稻土样品的反射率数据进行连续统去除处理后,构建了有机质连续统去除光谱指数并提取了850~1 380、1 380~1 550、1 730~2 150、2 150~2 380 nm 4个波段的吸收特征参数,据此建立了多种定量反演模型。结果表明:经连续统去除后,有机质的吸收特征得到了有效放大,不同有机质含量的连续统去除曲线在850~1 380 nm,其有机质含量与连续统去除值呈正相关,与吸收面积呈负相关,而在1 730~2 150 nm波段则呈现相反的规律。反射率连续统去除值与有机质含量的相关性要优于反射率与之的相关性,而反射率一阶微分与连续统去除一阶微分与有机质的相关性差异不明显。不同有机质光谱指数模型之间的建模参数与预测能力差异不大,但均只具备初略估测有机质的能力。吸收特征参数模型中,仅有850~1 380 nm波段的面积归一化最大吸收深度(NMAD850~1380nm)所建模型具有较好的定量预测能力。以反射率、反射率连续统去除、反射率一阶微分、反射率连续统去除一阶微分所建的PLSR模型均具有较好的预测能力,相对分析误差均大于2.00。所有模型中,连续统去除一阶微分(CR′)模型的决定系数与相对分析误差最高,分别为0.91、2.58,均方根误差最低,其值为5.62,具有最好的预测能力。     

三种改性小麦秸秆生物炭表征及其对Cu2+的吸附性能

为研究改性生物炭在水溶液中对Cu2+的吸附性能,利用硅酸钠溶液、氯化镁溶液、过氧化氢溶液制备了3种不同改性小麦秸秆生物炭,通过使用扫描电镜-X射线能量色散光谱（scanning electron microscopy combined with energy dispersive X-ray spectroscopy,SEM-EDS）和傅里叶红外光谱（Fourier infrared spectroscopy,FTIR）等技术对改性前后的生物炭进行表征分析,探究其表面形貌、官能团等性质变化。硅酸钠改性生物炭（sodium silicate modified biochar,SBC）的比表面积与孔容最大,分别为43.69 m2/g、5.30 cm3/g,比未改性生物炭（biochar,BC）（6.02 m2/g、1.40 cm3/g）分别增加了6.25、2.79倍。由SEM-EDS结果表明,改性生物炭均出现C元素质量分数下降、O元素质量分数增加的现象,其中,SBC的C元素和O元素质量分数变化最大,且SBC和氯化镁改性生物炭（magnesium chloride modified biochar,MBC）上负载了大量含Si和Mg的颗粒。FTIR结果表明,改性处理均能增强官能团的峰值,硅酸钠改性增强程度最大。另外,过氧化氢改性生物炭（hydrogen peroxide modified biochar,HBC）、BC、MBC 和SBC对Cu2+的吸附动力学过程更符合准一级动力学模型,BC、MBC、SBC对Cu2+的等温吸附过程更符合Langmuir模型,HBC对Cu2+的等温吸附过程更符合Freundlich模型。分析吸附模型参数可知,改性生物炭MBC、SBC和HBC中,SBC对Cu2+的吸附能力更强,其理论吸附量可以达到230.20 mg/g,该结果可为改性生物炭对Cu2+污染水体的治理提供理论依据。     

不同类型土壤全氮含量的高光谱预测研究

为了探明土壤全氮的敏感波段,对比不同统计方法建立的预测模型的反演精度与稳定性,以红壤、石灰土、潮土和水稻土4个土类的土壤为研究对象,利用ASD Pro FR地物光谱仪,在室内条件下测定350～2500 nm波段范围的土壤高光谱数据,经分析不同光谱指标与全氮含量数据的相关性,确定全氮的敏感波段,并建立相应的反演模型.结果表明,反射系数、反射系数对倒的一阶微分、反射系数倒数的一阶微分、反射系数的一阶微分、反射系数对数的倒数、反射系数对数的一阶微分与全氮的最高相关系数分别出现在2153、1079、1853、528、1392、438 nm;所有预测模型中,以895、1079、1138、1149、2163、2183、2336、2337nm波段反射率对倒的一阶微分建立的多元逐步回归模型为最佳模型;逐步回归与一元线性回归相比较而言,逐步回归建立的预测模型的精度和稳定性更佳.     

不同耕作方式对玉米生长发育的影响

不同耕作方式对玉米生长发育及产量影响的研究表明:不同耕作方式对玉米生长发育有显著影响。免耕覆盖、传统耕作、免耕留茬比耕翻覆膜出苗时间有所延缓,其中免耕覆盖最明显,比耕翻覆膜晚7~8天。播种后30天,免耕覆盖比传统耕作的株高平均低4.7 cm,叶片数平均少2.6片;播种后55天,传统耕作的株高比免耕覆盖的平均高出28.8 cm,叶片数平均多1.9片。不同耕作方式的玉米在各个生育时期的干物质积累量也存在明显不同。免耕覆盖对作物生长发育、干物质积累、产量影响。     

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。