黄河三角洲土壤含水量状况的高光谱估测与遥感反演

为探讨利用近地高光谱和遥感影像数据结合预测土壤含水量的可行方法,以黄河三角洲垦利县为研究区,采用中心波长反射率和波段平均反射率两种拟合方法,利用室外实测高光谱窄波段反射率数据模拟Land Sat8卫星宽波段反射率,进而通过组合,选取敏感光谱参量,应用多元逐步线性回归方法分别建立土壤含水量高光谱单一形式波段组合与多形式波段组合估测模型,并选取最优估测模型。采用线性混合像元分解处理遥感影像,同时采用比值均值订正方法对遥感影像反射率进行订正,在此基础上,将模型应用到经过订正的Land Sat8卫星影像,实现了对研究区土壤含水量的遥感反演。结果表明,最佳模型是基于波段平均反射率拟合方法建立的多形式波段组合估测模型。从反演结果看较为符合研究区土壤含水量的实际状况。     

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。     

基于高光谱的ASTER影像土壤盐分模型校正及验证

快速准确地获取土壤盐分信息是监测和治理土壤盐渍化现象的重要前提.该文以新疆维吾尔自治区典型盐渍化区域——艾比湖流域为研究区,analytical spectral devices(ASD)光谱仪采集的土壤高光谱数据和advanced space borne thermal emission and reflection radiometer(ASTER)影像为数据源,结合实测土壤盐分含量信息,对遥感定量反演土壤盐渍化现象进行研究.再经过光谱反射率数学变换后,结合相关性分析,利用多元回归方法分别建立基于重采样后的高光谱和影像光谱的土壤含盐量估算模型,对遥感影像光谱盐分估算模型进行校正,以提高遥感定量监测盐渍化土壤的精度.结果表明:ASTER影像光谱反射率二阶导数变换和ASD重采样光谱的对数的二阶导数变换所建立的盐分估算模型最佳,决定系数R2分别为0.59和0.82.经ASD重采样光谱模型校正后的ASTER影像光谱的盐分估算模型精度R2为0.91,有效地提高大尺度条件下土壤盐渍化反演精度.研究为大尺度土壤盐分定量遥感监测提供了一种有效方法.     

利用多源光谱信息反演宁夏银北地区干湿季土壤含盐量

土壤盐渍化是导致全球荒漠化和土壤退化的主要诱因之一。为确定高光谱和多光谱遥感反演干湿季土壤含盐量的最优模型,该研究以宁夏银北平罗县为例,以干季(4月)和湿季(10月)实测高光谱和Landsat 8 OLI多光谱以及干湿两季实测土壤含盐量为基础数据源,利用相关系数法、灰度关联法和逐步回归法筛选敏感光谱数据,分别采用偏最小二乘、支持向量机、岭回归、BP神经网络和地理加权回归建立干湿两季土壤含盐量反演模型。结果表明:1)银北地区土壤盐渍化较为严重,干湿季含盐量均表现为强度变异,且干季变异程度大于湿季;2)在不同土壤含盐量条件下,重采样后的高光谱波段反射率和影像波段反射率具有显著相关性;3)对比相关性分析、灰度关联和逐步回归三组变量筛选方法下各模型R2和RMSE,逐步回归组模型整体效果较好;4)5种土壤含盐量反演模型中地理加权回归模型精度较高,支持向量机算法和BP神经网络算法在基于不同变量组的模型中表现较为接近,岭回归表现最差,偏最小二乘回归模型出现了较严重的"过拟合"现象。局部模型在土壤含盐量反演方面更具优越性。干季以实测灰度关联组-地理加权回归模型效果最佳,其验证决定系数Rp2和相对分析误差RPD分别为0.94和4.49;湿季以影像相关系数组-地理加权回归模型反演效果最好,其验证决定系数Rp2和相对分析误差RPD分别为0.96和4.83。研究结果可为当地及同类地区土壤盐渍化的识别、防治提供理论依据。     

HJ-1A高光谱影像的表层土壤游离氧化铁含量反演

实时监测土壤游离氧化铁含量对于获取区域土壤理化特征数据、监测区域土壤环境具有重要意义。该试验基于HJ-1A 高光谱遥感影像,结合研究区土壤采样的游离氧化铁含量化验数据,分析遥感影像的反射率与土壤游离氧化铁含量的相关性,建立土壤游离氧化铁含量的多元线性反演模型,反演研究区表层土壤游离氧化铁含量。研究结果表明,HJ-1A高光谱遥感影像的反射率与研究区土壤游离氧化铁含量呈负相关性,且在第104波段达到峰值,相关系数为-0.455;利用反射率指数变换建立的反演模型Y=34.11-0.079X23+0.151X72-0.072X79-0.017X90,模型的决定系数为0.837,均方根误差为1.59 g/kg;土壤中有机质对游离氧化铁含量反演精度影响的检验结果显示,研究区土壤的有机质对游离氧化铁含量的反演精度无显著影响。该试验为土壤游离氧化铁的光谱分析提供借鉴,为区域土壤生态环境监测提供数据支持。     

干旱区典型绿洲土壤有机质的反演及影响因素研究

为了大面积、高精度地反演土壤有机质含量,为农业可持续发展提供数据支撑。以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,采用波段平均法将实测高光谱窄波段拟合为Landsat 8 OLI遥感影像的宽波段,建立土壤有机质含量的估算模型,并将最优估算模型应用到经过波段校正的Landsat 8OLI遥感影像中。结果表明:(1)反射率进行倒数、对数、平方、一阶微分等数学变换后与有机质含量的相关性显著提高;(2)土壤有机质的高光谱估算模型拟合度较高,最优估算模型的决定系数R2为0.852,采用比值法对多光谱波段反射率进行校正,校正后的遥感影像反演结果得到了较大提高,检验样本的决定系数R2从0.711提升至0.849。从反演结果来看,将高光谱估算模型应用到经过订正的多光谱影像,土壤有机质反演模型的精度得到了大幅度提高,运用此方法可以实现高精度的土壤有机质区域化反演。(3)有机质的分布受土地利用类型、土壤颗粒组成、土壤质地的影响,其中土壤质地对有机质的空间分布影响最为显著。     

基于HJ卫星的棉田土壤有机质空间分布格局反演

以北疆绿洲区棉田表层土壤为研究对象,利用国产HJ-1A/1B卫星CCD多光谱数据对裸土有机质空间分布格局进行研究。通过分析多光谱数据不同波段的光谱反射率及其变换形式与实地采样得到的土壤有机质含量的相关性,探寻适合绿洲区棉田表层土壤有机质含量快速反演的敏感波段及参数,并针对不同参数分别建立一元线性、二次、三次、对数、倒数、幂函数、生长型、S型回归模型,以及多元回归模型;对生成的模型进行综合对比分析,获取北疆绿洲区棉田表层土壤有机质含量的最佳反演模型,从而实现整个研究区土壤有机质空间格局的遥感反演。结果表明:HJ卫星多光谱数据4个波段的反射率均与土壤有机质含量存在显著的相关性,第3波段的倒数与土壤有机质含量相关性最为显著;且以第3波段光谱反射率作为因变量得到的三次线性回归模型对土壤有机质含量进行反演的效果最佳;通过空间布局反演得到研究区土壤有机质空间分布整体呈现南北两端有机质含量较高,中部有机质含量较低的格局。该研究表明虽然与黑土有机质含量具有差别,但是遥感技术仍能够作为绿洲区土壤有机质含量空间布局反演的方法,为遥感技术在土壤参数监测中更好的发挥作用提供理论支持,同时也为新疆棉田生产管理和农田可持续利用提供科学依据。     

一种基于NIR-RED光谱特征空间的干旱监测新方法

土壤水分作为干旱监测的重要指标,一直是干旱遥感监测研究的重要内容。本研究利用MODIS数据的EVI、红波段反射率、近红外波段反射率数据构建了基于Nir-Red反特率光谱特征空间的EPDI模型进行土壤水分的反演。利用野外同步测量数据对PDI、MPDI、EPDI三种干旱指数模型获取的拉萨河流域土壤水分进行了验证和对比分析,研究结果表明EPDI能够更准确地反演土壤水分,其样本点的相对误差仅为0.1040,线性相关系数为0.9181,反演精度相比PDI、MPDI(0.1646、0.1472)分别提高了36.83%和29.35%,为利用遥感影像数据进行大尺度的干旱动态监测提供了新途径。并且相比MPDI,EPDI模型参数更容易获取,模型构建受人为因素影响小,从而为模型的大范围推广提供了可能,具有很好的应用意义。     

基于多光谱影像反演土壤盐分的建模方法研究

土壤盐分的定量遥感反演,为快速、准确、全面地监测盐渍化状况提供了可能。本文以黄河三角洲地区垦利县为例,实地调查采集土壤样本,并获取同时相Landsat 8影像,建立土壤盐分遥感反演的BP神经网络、偏最小二乘回归、主成分分析、多元线性回归多种模型,进而进行精度对比分析,评价、优选最佳建模方法,最后,基于最佳模型进行研究区土壤盐分的空间分布反演分析。结果显示:遥感影像的反射率与土壤盐分含量并不是单纯的线性关系,构建的盐分估测模型BP神经网络预测决定系数为0.8467,均方根误差为0.071,明显高于传统线性统计模型,能较好地模拟土壤盐分与光谱数据的关系。该研究既能为盐渍土的治理、利用提供数据支持,又能推动盐渍化区域遥感研究的定量发展。     

黑土典型区土壤有机质遥感反演

土壤有机质（SOM）含量时空变异规律研究对于土壤肥力评价、土壤碳库估算、土壤资源利用与保护具有重要意义,而地貌、成土母质、土壤类型等差异、高光谱卫星影像较少等因素制约了区域尺度的SOM含量遥感反演方法研究的开展。该文以黑龙江省黑土带典型区为例,采集区域土壤样本,获取Landsat TM遥感影像,基于有机质含量与土壤反射率的定量关系,建立区域SOM遥感预测模型。结果表明：黑土区SOM含量高,一般大于2%,决定了有机质对土壤反射光谱特性的主要作用,而且该区SOM空间变异性显著,且耕作方式、气候等因素决定了裸土时间长,因而该区适于SOM含量遥感反演;有机质与TM各波段反射率均显著相关,最大相关系数在第3波段（0.63～0.69 μm）,为-0.710,其次为4波段（0.76～0.90 μm）,与实验室基于高光谱反射率数据分析的结果一致;基于TM影像2、3、4波段的SOM指数模型最优,预测精度高、稳定性好,可以用于揭示黑土典型区SOM含量的空间分布特征。该研究将为改进土壤理化参数遥感反演、土地质量评价、土壤碳库估算等工作方法提供理论与技术支持。     

Sediment denitrification in waterways in a rice-paddy-dominated watershed in eastern China

Purpose

Rice-paddy-dominated watersheds in eastern China are intensively cultivated, and lands with two crops receive as much as 550–600 kg?ha^–1?year^–1 of nitrogen (N), mainly through the addition of N-based fertilizers. However, stream N concentrations have been found to be relatively low. Waterways in the watersheds are assumed to be effective “sinks” for N, minimizing its downstream movement. We directly measured net sediment denitrification rates in three types of waterways (ponds, streams/rivers, and a reservoir) and determined the key factors that control net sediment denitrification. Such information is essential for evaluating the impact of the agricultural N cycle on the quality of surface water.

Materials and methods

The pond–stream–reservoir continuum was sampled every 2 months at nine sites in an agricultural watershed between November 2010 and December 2011. Net sediment N₂ fluxes/net sediment denitrification rates were determined by membrane inlet mass spectrometry and the N₂/Ar technique. A suite of parameters known to influence denitrification were also measured.

Results and discussion

Net denitrification rates ranged between 28.2?±?18.2 and 674.3?±?314.5 μmol N₂–N?m^–2?h^–1 for the streams, 23.7?±?23.9 and 121.2?±?38.7 μmol N₂–N?m^–2?h^–1 for the ponds, and 41.8?±?17.7 and 239.3?±?49.8 μmol N₂–N?m^–2?h^–1 for the reservoir. The mean net denitrification rate of the stream sites (173.2?±?248.4 μmol N₂–N?m^–2?h^–1) was significantly higher (p?<?0.001) than that of the pond sites (48.3?±?44.5 μmol N₂–N?m^–2?h^–1), and the three types of waterways all had significantly higher (p?<?0.01) mean net denitrification rates in summer than in other seasons. Linear regression and linear mixed effect model analysis showed that nitrate (NO₃ ^?–N) concentration in surface water was the primary controlling factor for net sediment denitrification, followed by water temperature. Using monitoring data on NO₃ ^?–N concentrations and temperature of the surface water of waterways and an established linear mixed effect model, total N removed through net sediment denitrification in the pond–stream–reservoir continuum was estimated at 46.8?±?24.0 t?year^–1 from July 2007 to June 2009, which was comparable with earlier estimates based on the mass balance method (34.3?±?12.7 t?year^–1), and accounted for 83.4 % of the total aquatic N. However, the total aquatic N was only 4.4 % of the total N input to the watershed, and thus most of the surplus N in the watershed was likely to be either denitrified or stored in soil.

Conclusions

High doses of N in a rice-paddy-dominated watershed did not lead to high stream N concentrations due to limited input of N into waterways and the high efficiency of waterways in removing N through denitrification.     

Trends in soil science in Switzerland

Phytoremediation is an emerging technology based on the use of green plants to remove, contain, inactivate or destroy harmful environmental pollutants. Recent developments in Europe and the USA show that the approach is somewhat different on both sides of the Atlantic. In Europe, phytoremediation has more basically been research driven and, based on the outcomes, applications have been envisaged. By contrast, the approach in the USA is more application and experience driven. In spite of a growing track record of commercial success, more demonstration projects are needed to prove that phytoremediation is effective in order to rigorously measure its underlying economics, and to expand its applications. More fundamental research is also required to better understand the complex interactions between pollutants, soil, plant roots and micro-organisms at the rhizosphere level, to increase the bioavailability of pollutants, to fully exploit the metabolic diversity of plants and, thus, to successfully implement this new green technology.     

Patterns in trace elements in lichens

Water, Air, & Soil Pollution - Epiphytic lichens were sampled in a Dutch national monitoring survey, which was carried out twice within 5 yr. The samples were analyzed by neutron activation...     

Trace metals in precipitation in Sweden

Trace metals (Cd, Cu, Fe, Mn, Pb, and Zn) concentrations in atmospheric precipitation have been routinely monitored in Sweden since the autumn of 1983. Concentrations are highest in southern Sweden and decrease northward. It is postulated that the long range transport of anthropogenic pollutants from the rest of Europe is the major source of Cd, Pb, and Zn in precipitation. Evidence for this hypothesis is that enrichment factors indicate anthropogenic origin, and Swedish atmospheric emissions of Zn and Cd are 2 to 3 times smaller than deposition fluxes. Also, Cd, Pb, and Zn concentrations are correlated in both space and time and are also well correlated with exSO₄ ⁺, a substance known to be of anthropogenic origin transported long distances.     

中国华北地区近40年物候春季变化

根据华北地区7个观测站物候资料,分析了华北地区1963-1996年及北京1963-2005年物候春季的变化特征及其与气温的关系。结果表明:华北地区的物候春季有明显提早来临的趋势,而造成这一变化的主要因素是本地区近40 a来冬春季气温的明显上升。其中1963-1996年间华北地区1-3月及4月的平均气温分别上升了2.3℃与1.7℃,物候春季起止日期分别提前了9d和4d,因而使得春季长度也延长了5d;北京1963-2003年间1-3月及4月的平均气温分别上升了3.5℃与2.6℃,物候春季的起止日期分别提前了11d和10d,但春季长度没有明显变化。     

天津半干旱地区不同种植年限菜田土壤微生物变化特征的研究

对天津周边半干旱地区不同种植年限的菜田土壤微生物状况调查研究表明 ,该地区土壤微生物以细菌为主 ,夏季微生物总量大大高于冬季 ;随着种菜年限的增加 ,耕层和亚耕层微生物总量都有增加趋势 ,其中细菌和放线菌增加明显 ,真菌有下降趋势 ;真菌类群分析表明 ,少数纤维素分解菌 ,如青霉 (Penicillium)、木霉 (Trichoderma)等为优势菌 ,而糖和木质素分解菌仅占少数。用尖孢镰刀霉 (Fusariumuoxysporum)、大肠杆菌 (Escherichia coli)接种不同种菜年限土壤 ,检测土壤拮抗菌状况发现 ,拮抗菌仅在种植年限长的老菜田的放线菌中发现。表明北方半干旱地区菜田土壤细菌为优势菌 ,主要存在于土壤微孔隙中 ;而适于生活在土壤疏松大孔隙中的真菌数量极少。应注意土壤结构的改良 ,为丰富土壤微生物提供良好的生态环境     

天津半干旱地区不同种植年限菜田土壤微生物变化特征的研究

对天津周边半干旱地区不同种植年限的菜田土壤微生物状况调查研究表明 ,该地区土壤微生物以细菌为主 ,夏季微生物总量大大高于冬季 ;随着种菜年限的增加 ,耕层和亚耕层微生物总量都有增加趋势 ,其中细菌和放线菌增加明显 ,真菌有下降趋势 ;真菌类群分析表明 ,少数纤维素分解菌 ,如青霉 (Penicillium)、木霉 (Trichoderma)等为优势菌 ,而糖和木质素分解菌仅占少数。用尖孢镰刀霉 (Fusariumuoxysporum)、大肠杆菌 (Escherichia coli)接种不同种菜年限土壤 ,检测土壤拮抗菌状况发现 ,拮抗菌仅在种植年限长的老菜田的放线菌中发现。表明北方半干旱地区菜田土壤细菌为优势菌 ,主要存在于土壤微孔隙中 ;而适于生活在土壤疏松大孔隙中的真菌数量极少。应注意土壤结构的改良 ,为丰富土壤微生物提供良好的生态环境     

沈阳市城市表土中微生物区系变化的初步研究

在沈阳市远郊-近郊-市区等不同城市化水平区内选取林地、草地和路边土几种不同利用方式下的表层土壤,对土壤中的微生物状况进行了初步分析。结果表明,随着城市化水平的提高,土壤中微生物的数量表现为明显的减少趋势。其中变化较大的是细菌,而真菌和放线菌的变化不明显。     

闽北不同土地利用方式径流量动态变化特征

采用定位研究方法和小集水区试验技术方法,通过两年的降雨量数据观测,对闽北地区木荷林地、杉木林地、封山育林地和对照等不同土地利用方式的小集水区进行坡面径流动态规律研究。研究结果表明:试验小区地表径流的产生主要是受降雨量的影响,而与降雨强度的关系不大,地表径流量与降雨量之间呈现出极显著的非线性二次抛物线关系(P<0.01)。4种不同土地利用方式的月平均径流量一般随月降雨量的增大而增大,并且在同1月份间其平均地表径流量的大小趋势为:对照>封山育林>杉木>木荷,均是在6月份达到最大值,9月份出现最小值。对照比木荷林地、杉木林地、封山育林地更容易产生地表径流,林地具有较好的涵养水源和保持水土作用。     

2013年我国种植业化肥施用状况分析

【目的】我国农用化肥消费量大,数据来源不同,统计口径各异,行业内大多引用国家统计局公布的数据,但该数据无法推算出氮肥、磷肥、钾肥分类消费量。我国区域间、季节间、作物间化肥消费情况的报道很少,在调节化肥供需、指导化肥行业健康发展时显得依据不足。调查种植业化肥施用状况可以为指导肥料生产、供应提供重要依据。【方法】以农业部339个国家级基层肥料信息网点为依托,根据我国农业生产习惯和我国政府部门统计习惯,将一年分为三个用肥季,1 5月份为春耕季,6 8月份为夏播季,9 12月份为秋冬种季。在三个季节,每个网点随机调查30个农户的主要种植作物施用氮肥、磷肥、钾肥、复合(混)肥(包括配合式)量,经两级土壤肥料部门审核后,采用省份、相似种植区域、全国三级逐级加权平均的方法,推算了不同区域、不同季节、不同作物单位面积施肥量;再用作物单位面积施肥量、该作物全国种植总面积、样本中施肥面积占该作物种植面积的比例推算了作物全年、不同季节化肥施用量。同时,分析了主要作物、不同季节化肥施用状况以及供需平衡情况,不同季节、不同区域供肥情况和农民的购肥习惯。【结果】2013年我国种植业化肥施用量5498万吨(折纯下同),其中,氮肥(实物量)3382万吨,磷肥1175万吨,钾肥941万吨。粮食作物化肥总用量为2782万吨,占种植业化肥总用量的50.6%;其次是果树和蔬菜,三类作物占种植业化肥施用总量的82.8%,经济、园艺作物单位面积化肥施用量大于粮食作物。春耕、夏播、秋冬种化肥施用量分别占全年化肥施用量的34.2%、35.6%、30.2%。复混肥料和尿素是农民最常购买的两种肥料,从全年来看,农民施用复混肥料和尿素的样本数分别占总样本数的72.5%和71.6%,春耕、夏播、秋冬种农民购买尿素和复合(混)肥的样本数分别占该阶段样本数的70.9%和62.9%、84.9%和78.1%、56.6%和83.9%。春耕和夏播时期农民多数选用尿素,秋冬种多数选用复混肥料,东北、西北、华中南地区农民多选用尿素,华北、西南、华东地区农民多选用复混肥料。另外,我国氮肥、磷肥供应分别过剩1080万吨、680万吨,钾肥缺口370万吨,供需矛盾突出。氮、磷、钾养分配合式为15-15-15的复混肥样本数占农民选购复混肥总样本数的33.3%,说明复混肥养分结构不尽合理。【结论】建议国家进一步遏制氮肥、磷肥过剩产能,优化产品结构,大力推广科学施肥技术。