利用光谱-盐分指数监测棉田土壤盐分

通过对棉田土壤盐分的光谱反演研究,为土壤盐渍化遥感动态监测提供可能。利用ASD地物光谱仪测定新疆兵团第六师共青团农场盐渍化棉田土壤光谱,结合土壤化学参数分析确定反映棉田土壤盐渍化程度的敏感波段,构建最佳盐分指数对棉田土壤盐分进行监测。结果表明,随盐渍化程度(0.084~1.659 g·kg-1)的加重,土壤光谱反射率呈上升趋势,在近红外区(1350~1850 nm)差异尤为显著,该波段范围光谱反射率与土壤盐分呈极显著相关(r=0.880**),且对土壤盐分响应敏感,为识别盐渍化土壤的敏感波段;选择盐渍化光谱敏感波段建立了盐分指数SI1,BI,SI2,NDSI,SI3监测棉田土壤盐渍化的模型,其中SI1和BI的RMSE分别为0.151和0.149、RE为7.5%和6.3%,预测能力强,可推荐为棉田土壤盐分监测的最佳模型。     

石羊河流域下游民勤县典型荒漠土壤光谱特征分析

为了找出荒漠区土壤地物光谱特征变异的规律及其与植被覆盖度变化之间的对应关系,以石羊河流域下游荒漠化典型地区民勤县为研究区,用SVC HR768光谱仪对流沙地、砾质戈壁和土质戈壁进行了野外光谱测量。对土壤光谱反射率特征曲线和光谱一阶导数分析结果表明,研究区土壤具独特的波浪型光谱曲线,光谱曲线形状相似,土质戈壁的光谱反射率明显高于流沙地和砾质戈壁,其差异在700~1000 nm最为明显;在红边范围内(680~760 nm),导数光谱可以抑制土壤背景信息,突出植被的“红边效应”,这可以作为荒漠植被信息的定量反演的波段范围;在所测波长范围内,流沙地和砾质戈壁的土壤反射率都随植被覆盖度的增加而降低,土壤反射率对植被变化较为敏感。因此,荒漠土壤光谱反射曲线变化可反映出沙化程度的变化,可以作为荒漠化定量研究的可靠依据。     

石羊河流域下游不同年代退耕地土壤养分和盐分变异特征研究

由于气候及人类活动因素的影响,中国干旱灌区土壤盐渍化问题日趋严重,盐渍化退耕地面积不断扩大,通过研究不同年代盐渍化退耕地土壤盐分、养分的变化规律,为盐渍化退耕地土壤的恢复和合理利用提供理论基础。石羊河流域下游的民勤绿洲区属于土壤盐渍化严重区,选择不同年代退耕地,利用时空替代的研究方法,研究绿洲区盐碱化退耕地土壤盐分（土壤盐分离子Ca2+、Mg2+、K+、Na+、CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-）和养分（土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾）在不同退耕时期的变异特征。结果表明：退耕年限的长短对土壤养分、盐分影响程度不同,退耕0~5年土壤有机质含量较高,5~10年土壤有机质含量最低,退耕10年以后土壤有机质含量基本趋于稳定;土壤可溶性盐分含量随着退耕年限的延长而逐渐升高。盐分8大离子组成中,阴离子以主要为SO42-、Cl-为主,阳离子以K+、Na+为主,分别占总含盐量的66.2%和19.2 %。退耕地土壤盐渍化程度随着退耕年限的延长越来越严重。     

土壤养分的可见光谱研究

本研究尝试在可见光波段运用高光谱技术综合反映土壤养分状况,明确其主要参考因子和技术要点。对黄土高原地区63个土壤样本进行采样并在实验室测定其14个养分相关因子的含量和可见光波段的光谱反射率。选取与光谱反射率相关性较好的五个因子建立土壤养分的预测模型并进行反演检验。结果表明：光谱反射率一阶导数R′ 值与土壤各养分相关因子的相关性明显优于原光谱反射率R值和反射率倒数的对数A值。用R′ 值与土壤有机碳、阳离子交换量、全氮、速效氮、速效钾的实测值建立各因子的预测模型的相关系数均在0.74以上。其中有机碳、阳离子交换量预测模型为y = -24.19x + 4.049和y = -126.3x + 20.54,相关系数r分别为0.9282、0.9273,最佳预测波段为560nm和520nm。相应的反演模型r值为0.7886、0.5401,标准差SD为0.1443和0.627。土壤可见光光谱具有综合表征土壤养分状况的潜力,多因子光谱分析能使土壤养分信息得到全面、准确的反映。     

基于原位测定的坝上地区河流地貌耕地土壤盐分的空间变异分析

土壤盐分的空间变异一定程度上反映了耕作层土壤盐渍化的程度和状态。运用原位测定法,更准确高效地研究河流地貌耕地不同深度土壤盐分的空间分布特征。结果表明：河漫滩各土层盐分具有中等变异强度和较强的空间自相关性,而河流阶地各土层土壤盐分具有弱变异性,深层土壤盐分的自相关效应显著。Kriging 插值图中,研究区土壤盐分的空间分布表现为条带状、同心圆状和均匀分布。河流阶地表层土壤盐度与测定点坡度呈现弱负相关关系。地形、水文及土壤质地是影响研究区土壤盐分空间变异的主要因素。研究区尚未发生盐渍化,但河漫滩耕地具有更高的盐渍化风险,需加以重视和防范。     

旱改水种稻治涝防止土壤次生盐渍化的措施

针对松嫩平原低平易涝地区有潜在盐渍化威胁,1996—2000年通过定点、定位观测,查明不同灌溉技术等条件下的土壤盐分含量及运动规律,其中只灌不排水的土壤盐分高于单灌单排水的含盐量。只灌不排水的土壤平均含盐量为0.1086%、单灌单排水的土壤平均含盐量为0.1004%。提出土壤次生盐渍化程度和土壤盐渍化发展趋势测报,为防止土壤次生盐渍化提供依据,同时提出相应的防治措施。     

旱改水种稻治涝防止土壤次生盐渍化研究

针对松嫩平原低平易涝地区有潜在盐渍化威胁,1996—2000年通过定点、定位观测,查明不同灌溉技术等条件下的土壤盐分含量及运动规律,其中只灌不排水的土壤盐分高于单灌单排水的含盐量。只灌不排水的土壤平均含盐量为0.1086%、单灌单排水的土壤平均含盐量为0.1004%。提出土壤次生盐渍化程度和土壤盐渍化发展趋势测报,为防止土壤次生盐渍化提供依据,同时提出相应的防治措施。     

麦田不同灌水模式对夏玉米生长发育及土壤盐分影响的后续效应研究

为了探讨麦田适宜的灌水定额和渠井用水比例,通过采取大田试验,研究冬小麦不同灌水定额、不同渠井用水比例灌溉模式对夏玉米生长发育和土壤盐分的影响。结果表明：纯渠水灌溉能够较好的改变土壤次生盐渍化状况,减少表层土壤含盐量,有利于植物生长。相同渠井用水比例不同灌水定额下,土壤含盐量在出苗期、拔节期、孕穗期波动较大,在灌浆期土壤盐分波动较小。渠井用水比例为0.33、灌水定额为900 m3/hm2处理的夏玉米的百粒重最大。同时,灌水定额太低会抑制夏玉米的生长。     

稻瘟病胁迫下水稻叶片叶绿素含量与光谱特征参数的相关性研究

为实现受稻瘟病侵染水稻叶片叶绿素含量的高光谱反演,以‘陵两优268’为研究对象,测定受稻瘟病侵染的85个水稻叶片样品的叶绿素含量和高光谱反射率,分析受稻瘟病侵染的水稻叶片高光谱反射率与叶绿素含量间的相关关系,使用线性与非线性回归技术建立叶绿素含量反演模型。结果显示:叶绿素含量与原始光谱及一阶导数光谱的敏感波段分别发生在700 nm和752 nm,基于光谱特征参数SDr的回归模型均方根误差为1.27,平均相对误差为10.2%。研究表明受稻瘟病侵染水稻叶片光谱反射率差异明显,基于光谱特征参数SDr的回归模型预测叶绿素含量具有较高的精度。     

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、2337 nm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。     

基于EM38的玛纳斯县土壤剖面盐分的解译模型构建

大地电导率仪(EM38)是快速无损测定土壤盐分的有效方法。为建立新疆农田土壤EM38测试值与土壤盐分关系模型，以新疆玛纳斯县农田土壤为研究对象，利用EM38在野外实地测定土壤表观电导率，并挖掘土壤剖面进行分层采样，室内测定土壤盐分含量，据此构建基于EM38的土壤盐分解译模型。结果表明：（1）利用土壤实测盐分和EM38电导率数据，分别建立不同土壤深度下EM38垂直模式和水平模式以及两者联用的二元线性回归土壤盐分解译模型。（2）3种EM38盐分解译模型的R2随着土壤深度增加而增加，并且在土壤深度小于20 cm时，垂直模式的解译精度大于水平模式，深度大于20 cm后，解译精度则刚好与之相反。（3）二元线性回归模型的解译精度明显优于一元线性回归模型。本研究所构建的EM38土壤盐分解译模型，将为绿洲农田土壤盐分快速调查和动态监测提供可靠的反演参数和模型。     

河北沿海区耕地土壤质量综合评价

为了系统掌握河北沿海耕地土壤质量的现状,获取土壤质量提升的优化调控措施。采用GIS与模糊综合评判相结合的方法,对河北沿海区耕地土壤质量进行模糊综合评价与分级,获得土壤质量综合评判分级图。结果表明,研究区域耕地土壤质量状况总体较低,有机质中等偏低,全氮较为贫乏,有效磷和速效钾相对丰富,土壤全盐含量已达到中度盐渍化土标准,地下水矿化度高且埋深浅。土壤盐分、地下水矿化度与地下水埋深是土壤质量的主要限制因子。研究区不同行政区土壤质量状况具有明显差异性,其pH变异系数最小,全盐含量变异系数最大,其空间分布规律与土壤全盐含量相似;研究区土壤质量最差的区域是沧州沿海中东部、唐山沿海南部,其面积约占总耕地总面积的5.3%。土壤质量分级图可用于研究区中低产田改造、盐碱地综合治理,土壤质量较差的区域采取先种盐生植物、再种经济植物的“梯次推进”植物利用模式,通过逐步改善土壤理化性质,提高土壤质量。全面掌握区域的土壤质量状况,对河北沿海盐碱地土壤改良和科学管理提供依据。     

耕层土壤含水量间接光谱估测模型

为克服光学卫星遥感只能获取表层土壤光谱信息而不能用于直接估测耕层土壤含水量的局限性,建立基于表层土壤高光谱的耕层土壤含水量间接估测模型。以山东省济阳县85个潮土样本的含水量及高光谱数据为基础,根据表层与耕层土壤含水量的内在关系,建立耕层土壤含水量间接光谱估测模型。结果表明,表层土壤光谱反射率的对数变换效果较好,以1339、1457、1745、1969、1996 nm波段的对数变换值为估测因子,采用多元线性回归模型建立的表层含水量估测模型的决定系数为R ²=0.8911,平均相对误差为13.67%;土壤耕层与表层含水量之间存在着显著的相关性,R ²=0.8131;耕层土壤含水量间接光谱估测模型的精度较高,决定系数R ²=0.8138,平均相对误差为9.66%。研究表明,山东省济阳县潮土表层、耕层含水量之间存在着显著的相关性,利用表层土壤光谱间接估测耕层土壤含水量是可行有效的。     

宁夏引黄灌区盐碱地土壤盐分特征及相关性

土壤盐渍化是宁夏引黄灌区农业发展面临的主要问题之一。为了查明导致土壤盐碱危害的主要盐分离子,为改良利用盐碱地提供科学依据,利用相关分析法和主成分分析法,研究了该区不同类型盐碱地土壤盐分及盐分离子相关性。结果表明,盐化土壤全盐除与HCO3-相关性不显著外,与其他离子均呈显著或极显著正相关,无论是盐化土壤还是碱化土壤,土壤总盐均与SO42-、Cl-、Na+呈极显著正相关,Na+与Cl-、SO42-之间也呈极显著正相关,相关系数大于0.80;碱化土壤碱化度、pH与CO32-呈极显著正相关,主成分分析结果表明,Na+、SO42-、Cl-可作为研究区土壤盐化状况的特征因子。Cl-、SO42-、Na+、CO32-可作为研究区土壤碱化状况的特征因子。消除试区土壤盐碱化,应重点对Cl-、SO42-、Na+、CO32-这些有害盐分离子含量进行消减。     

玛纳斯河流域沙漠与绿洲过渡带土壤水盐变化特征与规律

土壤盐碱化防治是新疆地区农业乃至社会经济发展的重要任务。在新疆古尔班通古特沙漠南缘选取了两个耕地土壤剖面和一个丘间地原生土壤剖面进行调查,室内测量其土壤粒径、容重、含水率和含盐量,探讨了原生盐碱荒地及开垦农田水盐变化特征与规律,以便为该地区防治盐碱化提供必要的科学依据。调查分析结果表明：（1）土层物理性质的差异对土壤水盐分布特征有较为明显的影响,粘粒及粉粒较多的土层积盐现象更为明显;（2）土层的结构异质性对水分盐分有阻滞作用,导致土壤中存在盐分堆积层;（3）灌溉水导致土体淋溶强度增大,这虽能降低土体中的盐分却增加地下水矿化的风险。建议该地区土壤盐碱化防治应因土层异质性而设置相应的排水措施,灌排结合以达到土壤盐碱化防治乃至保护地下水的目的。     

艾比湖盐基离子的空间异质性研究

为了反映艾比湖地区不同程度盐渍化的空间分布,以野外调查和实地数据为基础,对艾比湖盐渍土的土壤盐分和盐基离子进行描述性统计分析、相关性分析和地统计分析,结果表明,土壤含盐量和盐基离子均近似服从正态分布,盐分表聚强烈,空间变异性显著。表层土壤盐分、Cl^-、Mg²⁺、Na⁺均属于强空间变异,HCO₃^-、Ca²⁺、SO₄^2-和K⁺均属于中等强度的空间变异。HCO₃^-、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-和K+属于强空间相关性。含盐量、Cl^-和Na⁺属于中等程度空间相关性。通过分析盐分和盐基离子的空间变异性,有益于土壤盐渍化的快速诊断,可为提高土地利用效率和农田精细管理提供决策依据。     

农田土壤磷的环境指标研究进展

为了研究农田土壤磷的环境指标,综述了国内外1984—2014年农田土壤磷的环境指标研究,发现对于农田土壤磷的环境指标研究不断深入,虽然起步晚,但是进展较快。从研究农田土壤磷的流失途径和流失形态着手,发现土壤水溶性磷、颗粒态磷等不同形态的有效磷含量与地表径流中的磷含量呈现显著相关,流失至水体的磷含量与土壤Olsen-P含量具有较高的相关性,把土壤Olsen-P作为农田土壤磷的环境指标具有准确性及可靠性。综述国内外农田土壤磷的环境指标研究表明:目标水体为湖库和河流的土壤Olsen-P环境阈值分别为25 mg/kg和75 mg/kg。超过该临界值时,土壤径流、排水和渗漏液中磷含量将明显增加,加大农田中土壤磷进入水体的风险,造成水体富营养化,对水环境产生破坏。农田土壤磷的环境指标研究还存在不足,今后还需要研究农田土壤磷素在流失过程中的削减系数,以及农田土壤磷素通过地表径流与土壤侵蚀淋溶之间的交互作用机理。     

客土基盘造林法对滨海盐渍土水盐动态的影响

为了使得客土基盘造林技术在滨海泥质盐碱地造林绿化应用中有充分的理论依据,以河北唐山市南堡开发区盐渍化土壤为研究对象,通过野外试验,研究了客土基盘造林法对滨海盐渍土水盐运移规律的影响,并比较了不同客土配比方式的排盐、降盐效果。结果表明,对照组（未经改造的原状土）土壤含水量变化规律与降水量变化规律相同或稍有滞后,处理组（以不同客土配比方式制作的客土基盘A1、A2、A3、A4）同样受降水规律的影响,但各土层含水量变化幅度差异较大,且峰值的出现时间不同,不同客土配比方式对0~20 cm、40~60 cm土层含水量影响具有显著性差异,对20~40 cm、60~80 cm影响无显著性差异。对照组含盐量变化与含水量变化存在显著负相关关系,观测结束时,返盐程度剧烈;而处理组则无显著相关关系,总体含盐量保持持续降低。4种不同客土配比方式对各土层含盐量变化影响具有显著性差异,平均含盐量均有大幅下降,总体降盐效果：A1>A3>A2>A4,植物根区含盐量下降效果：A1>A2>A4>A3。综合分析,以A1处理方式,即原状土与基质土以1:2配比制作的客土基盘排盐降盐效果最好。     

基于遗传算法结合偏最小二乘的潮土碱解氮高光谱特征及含量估测

提取土壤碱解氮特征光谱是利用高光谱数据进行其含量估测的关键。对山东省典型潮土土壤样本测试高光谱并进行变换;采用遗传算法（GA）结合偏最小二乘法（PLS）,在筛选潮土碱解氮含量特征谱区的基础上,构建潮土碱解氮含量偏最小二乘（PLS）回归估测模型;优选最佳模型并与相关分析、逐步回归分析和单纯偏最小二乘回归分析的模型进行比较。结果表明：潮土碱解氮特征波段为449~469nm,988~1001nm,1065~1078nm,1716~1736nm,1912~1925nm,2213~2233nm,2262~2275nm;基于各输入光谱特征谱区构建的估测模型决定系数R²均较高,其中基于反射率一阶导数光谱筛选的特征谱区,构建的模型精度最高,数据点（147个）为原始全谱的7.17%,建模R²达到0.97,均方根误差RMSE为4.78mg/kg,验证R²为0.95,RMSE为5.49mg/kg,对潮土碱解氮含量具有较好的预测准确性;在光谱变换形式中,反射率的一阶导数表现最佳;方法比较显示采用遗传算法结合偏最小二乘（GA-PLS）获得较高预测精度的同时,可简化模型。说明遗传算法结合偏最小二乘法（GA-PLS）,可有效筛选土壤碱解氮的特征波段,减少模型参与变量,提高估测精度。     

施用双孢蘑菇菌渣条件下不同开垦年限土壤理化性质与养分特性变化

为了探讨菌渣长期利用对农田生态环境的影响并提供环境影响评价依据,通过比较不同开垦年限（2、3、4、6及10年）土壤理化性质及养分特性的变化,研究连续使用双孢菌渣对土壤理化特性的影响。结果表明：施用菌渣对荒漠土壤的理化性质和养分含量有显著影响,但是菌渣连续施用对不同种植年限的玉米地土壤理化性质、有机质、N、P、K的影响程度不相同。开垦后施用菌渣年限越长,土壤含盐量越高;有机质含量呈现增长的趋势,水解氮和有效磷则表现出一定的波动性;全钾、全磷含量在2~6年内维持不变,全氮含量在施肥的6年内逐年下降;土壤全盐与全磷、全钾和有机质极显著相关;开垦利用及与之相联系的灌溉影响土壤C,N养分含量的变化;同时也发现氮素消耗量较大,不能满足作物生长需要,需要补充无机氮肥。