基于电磁感应仪的黄河三角洲地区土壤盐分时空变异特征

针对黄河下游三角洲土壤盐渍化的空间复杂性与发生反复性,运用磁感式大地电导率仪EM38及其移动测定系统,结合GIS与地统计学方法,对该地区典型地块两个关键季节土壤盐分的时空变异特征进行了分析.结果表明,土壤表观电导率与盐分呈极显著相关性;各时段土壤盐分都表现出多层次空间结构的复合尺度效应,且短程变异构成了土壤盐分空间异质性的最主要部分;土地利用方式差异使得秋季时段土壤盐分呈弱各向异性,地形因素导致春季时段土壤盐分各向异性比在全步长域波动,但在整个研究尺度上仍为各向同性.空间分析表明,结构性因素主导了土壤盐分空间分布格局,随机性因素是加快该分布格局形成的重要因素;春季时段研究区总体表现出积盐趋势,且盐分变动幅度主要集中在10.0g/kg范围内.电磁感应仪与GIS的结合运用为不同尺度土壤调查与质量评价提供了新的途径,并为农业水土资源的决策管理提供指导.     

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...     

基于电磁感应技术的棉田土壤电导率时空异质性研究

土壤剖面盐分的分布位置和含量的三维可视化研究,对干旱区盐渍化土壤定额灌溉具有重要意义。通过采集4个不同时期的土壤表观电导率数据和同步采集的土壤剖面样品的室内测定电导率数据,利用多元线性回归方法构建了土壤剖面不同土层实测电导率与表观电导率之间的反演模型,采用三维反距离权重插值法（3D-IDW）实现了土壤盐分的三维可视化,在此基础上研究了新疆干旱区膜下滴灌棉田土壤剖面盐分的时空变化。结果表明：表观电导率与实测电导率之间具有较好的相关性,基于表观电导率数据构建的实测电导率反演模型的决定系数（R2）在0.82～0.99之间;基于3D-IDW的三维可视化技术可高精度地展示出盐分在土壤剖面中的分布位置和含量,不同时期土壤电导率交叉验证的R2均大于0.75;土壤电导率的三维数据统计结果表明,由于灌溉、覆膜和揭膜活动等人为因素和气温、蒸发作用、地下水水位等自然因素的作用,不同时期土壤剖面盐分的分布特征和含量均存在较大的差异,3月份土壤剖面盐分分布类型为均匀型,0～100 cm土壤剖面的电导率范围为0.78～0.88 dS·m–1,6、7和10月份为表聚型,6月和10月份的盐分主要集中分布于0～20 c...     

基于电磁感应的不同膜灌模式下棉田土壤盐分分布研究

选择“1 膜1 管4 行”(114 模式)、“1 膜2 管4 行”(124 模式)以及覆膜漫灌3 种不同膜灌模式下典型棉田地块点位, 同时测定膜上宽行(W)、膜上窄行(N)以及膜间(I)3 个位置不同离地高度的大地表观电导率(EC_a), 建立不同土层深度盐分含量解译模型, 研究不同膜灌方式下盐分的垂直和水平分布特征。研究结果表明: 水平方向上, 0~10 cm土层, 114 模式下膜上窄行盐分含量高于宽行, 124 模式下膜上窄行盐分含量低于宽行,漫灌模式下膜上宽行和窄行盐分含量差异不大; 垂直方向上, 3 种模式下盐分均呈现一定的表聚趋势, 盐分最大值出现在10~20 cm 土层, 80 cm 以下土层土壤盐分含量趋于稳定。基于电磁感应建立的土壤剖面盐分解译模型具有良好精度, 方便快捷, 可实现不同膜灌方式下棉田土壤盐分分布的快速预测, 对指导农业生产具有重要意义。     

滨海棉田土壤盐分时空分布特征研究

在黄河三角洲滨海一农田试验田共采集3期（春、夏、秋三季）EM38表观电导率数据,运用经典统计学和地统计学方法,分析试验区盐分时空分布特征。结果如下：垂直方向电导率相关系数均大于0.8,具有强相关性,水平方向相关系数在-0.2到0.2之间,相关性很弱。土壤盐分分布呈底聚型。变异系数比较显示,同期数据中,表层变异强度最强,底层变异强度最弱。半方差分析中各层块金值与基台值之比大多在25%~75%,盐分空间上偏向于中等空间相关性。棉花长势赋值后生成空间插值图,对比同期电导率插值图,将盐渍化程度划分成4个等级。分析按等级重分类后的栅格插值图中各盐渍土等级所占比例值,表层中非盐化土所占面积比已由初期的5.54%增加到11.93%,轻度盐化土所占面积比增加了42个百分点。     

不同阈值下土壤盐分的空间变异特征研究

指示克里格法(Indicator Kriging,IK)应用的关键是阈值的合理选择。本文以黄淮海平原盐渍土改良区典型县域禹城市为研究区域,在1.0 g kg-1、2.0 g kg-1、3.0 g kg-1等3个盐分阈值下,对0～20 cm耕地土壤盐分的变异函数、预测概率、预测概率空间分布的变化规律进行了研究。结果表明,(1)不同阈值下土壤盐分含量均具有中等强度的自相关性,随着阈值的减小,土壤盐分的空间结构性增强,变异函数的模型精度增大,因此从指示变异函数模型精度考虑,1.0 g kg-1盐分含量为研究区域盐渍化风险评价的最佳阈值;(2)土壤盐分的预测概率最大值和预测概率均值随盐分阈值的减小而增大,可为不同土壤盐渍化风险评价目标下的阈值选择提供参考;(3)不同阈值下土壤盐分的概率预测分布存在空间上的规律性与相似性,高概率区域主要集中在研究区域的西部,低概率区域主要集中在研究区域的东部。研究区域土壤盐分含量的概率分布与地形地貌特征和河流的分布状况有着密切的关系。     

天津滨海开发区绿地土壤盐分时空变异特征

该文依据天津滨海经济技术开发区多年土壤盐分数据,采用传统统计学和地统计学的方法,对区域内表层土壤(0~20 cm)及底层土壤(60~80 cm)含盐量和p H值的时空变异特征进行分析。结果表明,在2006、2008、2011年,表层土壤都属于非盐化土,底层土壤盐化程度从中度转变为轻度,平均值从2.82 g/kg降低到1.65 g/kg;p H值随深度略有增大,但表层和底层的值均逐年降低。区域内表层土壤含盐量在这3a中都表现出空间分布独立性,底层土壤具有强空间相关性,受结构因素影响很大,而p H值在所有层次中都表现强空间相关性。区域内绿地土壤质量基本稳定在当地绿化用客土标准值范围内,即土壤全盐含量≤3 g/kg、p H值≤8.5。该研究对于评价当地土壤改良效果,提高绿地管理水平,积累滨海盐渍地改良经验,实现当地土地资源的可持续发展具有现实意义。     

基于电磁感应研究新疆土壤盐分三维空间变异对季节的响应

为了获得新疆典型区域不同季节土壤盐分的三维特征,该研究以新疆伊犁地区典型地块为研究区域,将电磁感应式土壤表观电导率快速测定技术作为基础,建立了基于土壤表观电导率数据不同季节的区域尺度剖面分层土壤盐分精确解译模型,获得了剖面土壤盐分含量信息,并以此为数据源采用反距离权重空间数据插值方法评估了研究区不同季节三维土壤盐分空间变异特征,探索了三维土壤盐分变化对不同季节的响应特征。研究表明:研究区秋、春两个季节各土层土壤盐分含量的变异系数在1.223~1.636之间,均表现为强度变异性,秋季土壤盐分含量的变异性随着土层深度的增加而减小,而春季土壤盐分含量的变异性随着土层深度的增加而增大。秋、春两个季节研究区大部分区域土壤盐分含量比较低,土壤盐分含量高值区域主要集中在研究区的西北、西南及中部地区,并且表现出次年春季的盐渍化程度及盐土所占比例比前一年秋季明显加重。利用电磁感应式土壤表观电导率快速测定结合三维反距离权重方法,对区域不同季节土壤盐分三维空间变异特征解析的精度分别达到相关系数为0.887和0.862。研究结果将为解译与评估干旱区三维土壤盐分特征随季节变化提供可靠的理论依据和技术方法。     

莫索湾灌区土壤剖面盐分的季节性变化特征

以新疆莫索湾灌区为研究区域,通过对该地区春季和秋季土壤剖面取样,得到土壤盐分值并采用Arc-gis 10.0软件对土壤盐分进行地统计学分析,从而探索莫索湾灌区不同季节土壤剖面盐分的空间变化特征。结果表明：研究区土壤剖面盐分含量随土层深度的增加而升高,属于底聚型;盐分含量总体表现为东南部高于西北部,2014春季高于2013年秋季,是因为灌区春季温度高于秋季,且积雪融化造成部分地区地下水位升高,强烈的地表蒸发使得底层盐分上移到耕层。不同季节各层土壤盐分含量值都符合对数正态分布,变异系数在66％~92％之间,具有中等强度的空间变异性,表层土壤变异大于底层;半方差分析得出2013年秋季和2014年春季各土层土壤盐分含量可以用高斯模型、指数模型和线性模型拟合,拟合模型的R2均大于0.75;土壤盐分含量的块金系数 C0/( C0＋ C )值在31％~42％之间,盐分含量值均表现为中等强度的空间自相关,0~100 cm土壤盐分受自然因素和人为因素共同作用。研究结果可为莫索湾灌区盐渍化土壤的分区、改良和利用提供理论基础。     

基于电磁感应仪的河口地区底聚型盐分剖面特征的解译

针对长江河口地区存在的盐渍化问题,以该地区分布较广泛的底聚型盐分剖面类型为研究对象,通过电磁感应仪EM38测量与田间采样,建立了磁感式表观电导率和土壤电导率之间的多元回归模型。在分析土壤盐分剖面分布特征的基础上提出了Logistic模型,并运用该模型对盐分剖面进行了参数拟合和验证。结果表明：磁感式表观电导率水平读数和垂直读数呈极显著线性相关,回归模型和Logistic模型均具有很好的预测效果。通过模型精度检验,二者的预测精度差异不显著,但Logistic模型所需参数少,表明该文提出的Logistic模型不仅能降低待估参数数量,同时还具有较高的预测精度。该研究结果为利用电磁感应仪快速、精确地进行土壤盐分预测及土壤次生盐渍化的防控提供了一定的理论参考。     

基于电磁感应仪数据的南疆棉田土壤电导率反演模型研究

土壤盐渍化是南疆棉田优质高产的主要障碍因素,定额灌溉可有效改良土壤盐渍化,EM38-MK2可快速、动态获取土壤盐渍化数据,适时监测土壤盐渍化,为棉田定额灌溉提供数字依据。针对电磁感应仪(EM38-MK2)的发射圈和接收圈设计了不同采样方案,在同一条田内采集了6个不同时期的土壤表观电导率数据及相应的剖面土样,分析了不同土壤采集方案及土壤含水量对表观电导率模型精度的影响,对比了以单一时期数据建模的局部模型和6个时期整体数据建模的全局模型的反演精度。结果表明,由单点采集电磁感应仪发射线圈位置土样所构建的模型精度更高,稳定性更好,能有效减少由采样带来的误差。当土壤含水量低于10%时,表观电导率与实测电导率之间的相关性较低,决定系数为0.58,反演模型只具备粗略估计实测电导率的能力;当土壤含水量高于10%时,表观电导率与实测电导率具有很好的相关性,决定系数达到0.80以上,反演模型具有较好的预测能力。EMH+EMV多测定模式下表观电导率与实测电导率之间的模型精度高于EMH或EMV单一测定模式,确立EC_h0.375+(EC_h0.75+EC_v0....     

新疆绿洲连作棉田土壤微量元素含量的时空变化研究

为了解棉花长期单一种植对土壤微量元素含量的影响,明确连作棉田土壤质量变化规律,在南疆棉区分别选择新开垦1a和连续植棉5、15、20、30 a的棉田,研究了不同时间尺度上棉田0~100cm土壤剖面Mo、Cu、Zn、Mn、Fe等5种微量元素全量的变化规律,分析了棉田微量元素含量与连作年限之间的关系。结果表明,棉花长期连作后,土壤0~20cm耕作层全钼含量随连作年限的增加持续下降,与连作年限呈一元负线性关系;全铜、全锌、全锰含量随年限的增加先升后降,与年限呈二次函数关系,分别在连作7~10、10~12、17~18 a达到最高累积量,之后持续下降,分别在14~17、20~22、32~34 a降回到开垦初期的水平。土壤剖面中部30~50cm土层各元素全量均随连作年限增加剧烈下降,与连作年限呈一元负线性关系,长期连作易导致该层微量元素缺乏。剖面下层50~90cm土层各元素全量在长期连作后表现出一定的累积趋势,然而与连作年限之间没有明显的函数关系。随连作年限延长,0~60cm土层中含量水平越低的元素,含量下降越明显,Mo表现最明显,其次为Zn和Cu,而Mn和Fe下降较少。在长期连作棉田,棉花种植应注重Mo、Zn、Cu等微量元素肥料的补充施用,并结合土壤深度翻耕,提高中部土层微量养分含量。     

Modelling soil salinity across a gilgai landscape by inversion of EM38 and EM31 data

The soil in arid and semi‐arid areas is often markedly saline, which can severely limit agricultural productivity. Increasingly, geophysical methods are being implemented to map the levels and areal extent of soil salinity. One of the most effective methods is electromagnetic (EM) induction with instruments designed to measure apparent soil electrical conductivity (EC_a). This study describes the generation of electromagnetic conductivity images (EMCIs) by inverting EC_a data obtained with the EM38 and EM31 devices along two closely‐spaced transects by the EM inversion approach in the EM4Soil package. The EM38 EC_a data are shown to be a more effective predictor of soil EC_e. Calibration equations based on calculated true electrical conductivity (σ) and measured electrical conductivity of a saturated soil‐paste extract (EC_e) provide reliable estimates of EC_a. The patterns of σ in a test of the method in soil developed over thick alluvium on a clay plain in central New South Wales, Australia, compare favourably with existing pedological mapping; the mounds and depressions of gilgai were strongly differentiated from the more sandy alluvial sediments that characterize prior stream channels. The overall approach is potentially useful for generating a single calibration equation that can be used to predict EC_e at various depths in the soil. Improvements in EMCI modelling can also be sought by joint inversion of EM with other geophysical datasets.     

基于EM38-MK2的南疆干旱区表观电导率反演土壤水分研究

土壤水分含量是农田进行定额灌溉的基本参数,南疆地处干旱区,土壤水资源稀缺,实现田间定额灌溉更利于充分利用土壤水分。EM38-MK2快速和高效获取土壤水分含量数据,适时监测土壤水分含量,可成为农田精准灌溉的重要途径。用EM38-MK2测定轻度、中度和重度3个不同程度盐渍化区域土壤0～0.75 m和0～1.5 m的表观电导率,结合同步采集的0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm土壤剖面剖面及室内测定含水量数据,对比三个不同盐渍化程度表观电导率反演土壤含水率模型精度,比较分区模型和全区模型的反演精度,分析土壤盐分含量对反演土壤含水率精度的影响。结果表明,用EM38-MK2对土壤含水率反演效果在轻度盐渍化表现最好,中度盐渍化次之,重度盐渍化较差。不同深度土层的分区模型精度均高于全区模型精度,分区模型R²为0.73～0.88,RMSE低于全区模型,全区模型各层的RPD均低于1.5,不具备预测能力。土壤盐分含量对土壤水分的反演有影响,并且随土壤盐分含量的增加,反演精度下降。     

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。     

小尺度下滴灌棉田养分管理分区研究

以小尺度下滴灌棉田为研究对象,采集研究区87个耕层土壤(0～30 cm)样品,土壤有机质、全氮、速效磷和总盐含量为变量进行土壤养分精确管理分区研究。结果表明,运用模糊c-均值聚类法进行分区,并采用c-φ多次组合法来确定适宜的模糊控制参数,得出研究区最佳分区数为4,模糊指数为1.7,平均混乱度指数为0.29,土壤属性数据的模糊分类输出结果不确定性较小,地理空间上土壤的隶属关系相对明确。在研究区内,模糊分类的输出结果符合管理分区的定义,各管理分区均可以作为变量施肥的单独作业单元进行耕作管理。     

控制暗管排水下土壤剖面水盐分布与变化特征

控制暗管排水可改变土壤水盐运移从而影响灌区盐渍化程度和土壤水分状况。为探讨土壤水盐分布与变化及其受控制排水与间距的影响,以河套灌区义长试验站暗管排水试区为对象,选取玉米生长期内典型灌溉周期开展研究。分析了控制排水及其间距变化下土壤水盐剖面静态分布与动态变化及灌水前后土壤水盐变异特性。结果表明：与自由排水比,控制排水提高了土壤剖面8.27%的相对含水率,增大了灌水期的含水率增幅,减少了间歇期的含水率降幅;控制排水还提高了土壤剖面盐分的分布均匀性,灌后的水平与垂向变异系数分别降低了45.88%和32.55%;同时,控制排水降低了土壤剖面36.73%的盐分含量,增大了灌水期29.17%的剖面脱盐区域,减少了间歇期14.29%的剖面积盐区域。控制排水基础上减少间距降低了灌水期的含水率增幅并增加了间歇期的含水率降幅,提高了灌前土壤盐分的水平分布均匀性却降低了灌后土壤盐分的水平分布均匀性。控制排水较高的盐分分布均匀性和脱盐效率及保墒效应有助于控制土壤次生盐渍化和提高农业用水效率。     

膜下滴灌棉田土壤水盐运移简化模型

滴灌农田土壤盐分积累是关系到这一方式是否可持续的重要问题,数值模拟是研究这一问题的重要手段,然而目前缺乏针对这一问题的可用模型。该文构建了一个滴灌土壤水盐运移简化模型,通过将膜下滴灌土体划分为若干单元格,通过滴灌入渗饱和湿润体形成、毛管扩散运移2个过程实现滴灌土壤水盐运移模拟,该模型包含有降水再分配、根系吸水、土壤蒸发等水文过程。于2010年在新疆石河子大学灌溉试验站微咸水滴灌试验,对构建的模型进行校正和验证,结果显示,该模型较好地模拟了膜下滴灌土壤水分与盐分运移过程以及土壤盐分积累特征,研究结果可为膜下滴灌条件下棉田土壤盐分积累及其影响因子研究提供基础。