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.     

基于多光谱数据的荒漠矿区土壤有机质估算模型

目前运用高光谱数据估算土壤有机质的模型精度已经可以达到精准农业的要求,但其数据的整理和运算过程较为复杂且观测尺度较小.为节省资源,提高效率并为多光谱遥感估算土壤有机质积累经验,该文将Landsat8_OLI多光谱遥感影像各波段的反射率数据与地面土壤有机质SOM(soil organic matter)实测数据相结合,利用SPSS软件及多元线性回归分析方法建立基于反射率R、反射率倒数1/R、反射率倒数对数LN(1/R)、反射率一阶导数FDR(first derivative reflectance)的土壤有机质定量估算模型,精度检验后择取最优模型通过多光谱遥感波段运算的方式推广至整个研究区.结果表明:FDR模型的精度更高,RMSE为0.215,F检验结果为4.072,预测值与实际值之间的决定系数R2为0.963.基于该模型估算研究区空间范围的土壤有机质含量,得出土壤有机质含量在0～5 g/kg之间的面积占总研究区的84.065％,＞10 g/kg的面积仅仅为0.001 5％.在4种土地类型中工矿用地SOM平均含量为最高的7.35 g/kg,受开采的煤炭中有机质影响较大.裸地面积2 674.44 km2,占研究区面积的63％,SOM平均含量6.12 g/kg;盐渍地和荒漠林地SOM含量偏低.总之,运用多光谱遥感数据估算干旱区土壤有机质的方法可行,也为遥感估算其他地表参数提供参考.     

安徽省土壤阳离子交换量传递函数构建与精度评价

【目的】由于化学测定方法费时费力,很多历史土壤资料缺少阳离子交换量(CEC)信息。本研究旨在基于易获取的变量建立安徽省土壤CEC的预测模型。【方法】利用覆盖安徽全省区域的711个土样的有机质含量、颗粒组成和土壤pH的信息,采用逐步多元线性回归方法建立CEC预测模型;并按土壤层次、土壤类型、母质、土地利用方式、质地和石灰性六种分组方式检验了其对模型预测精度的影响。【结果】(1)利用全省未分组数据建立的预测模型精度较低,调整R²仅为0.33;(2)按土壤类型、土地利用方式和石灰性进行分组,整体上可提高模型的预测精度,调整R2提升至0.44～0.93;但按土壤层次、母质和质地进行分组,模型精度未得到明显改善甚至有所下降;(3)预测安徽省土壤CEC的参数重要性依次为土壤黏粒含量、土壤有机质含量和土壤pH。【结论】基于未分组数据集上建立的安徽省土壤CEC模型精度很低,依据土壤类型、土地利用方式和石灰性进行分组可提高CEC的预测精度,对CEC预测最重要的变量是土壤黏粒含量,其次是土壤有机质含量和土壤pH。     

基于蒸散发模型的定量遥感缺水指数

该文针对西北地区存在着严重的缺水问题,以黑河中游区域范围内的张掖市内的盈科绿洲及荒漠为研究对象,运用ASTER卫星遥感数据,根据地表能量平衡原理,建立作物缺水指数模型。在前人研究基础上,对缺水指数模型涉及的2个参数进行了改进:1)在植被覆盖区,利用半干旱地区基于亚象元的土壤蒸发和植物蒸腾双层模型,剥离土壤的影响,获取缺水指数模型中的植被潜热通量;2)为了更精确地提取地表信息,利用遗传算法对该区进行混合像元分解,获取模型中的地表组分温度参量。通过地表缺水指数估算干旱半干旱区土壤含水率,模拟结果与地表同步实测值土壤水比较,误差精度分布在2.17%～3.58%,表明该方法是可行的。     

东北黑土区土壤凋萎湿度研究

以第二次全国土壤普查资料为基础,调查了东北黑土区黑土类中23个土种的典型剖面,测定了土壤凋萎湿度及相关理化性质,在分析黑土土种凋萎湿度特征及其与土壤理化性质关系的基础上,建立了分别利用土壤理化性质和最大吸湿水计算土壤凋萎湿度的两种方法。研究区23个土种的土壤凋萎湿度变化为9.45%~22.67%,平均为14.90%,随厚度略有增加,但变化不大。3个黑土亚类中,黑土的凋萎湿度最大,白浆化黑土最小。土壤凋萎湿度与机械组成,土壤容重和有机质含量有显著的相关性,可分别利用粘粒含量一个指标,粘粒含量与砂粒含量两个指标,粘粒含量、砂粒含量和容重3个指标计算估算土壤凋萎湿度,且选取变量越多估算效果越好。也可利用土壤最大吸湿水估算土壤凋萎湿度:PWP=1.4742×MH 0.6292。对这些估算方法的检验结果表明,利用土壤理化性质和利用最大吸湿水估算的土壤凋萎湿度与实测结果没有差异,建议方法是可行的。     

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。     

松辽平原黑土有机质含量的遥感反演研究

通过分析遥感影像中裸露黑土的反射光谱值与土壤有机质含量之间的关系,尝试能否利用航天遥感影像进行研究区的农田土壤有机质含量的定量反演。研究将土壤有机质含量和ASTER遥感影像光谱值进行逐步回归分析,得出二者的指数关系式,并将研究区土壤有机质含量分为5个等级,表明利用遥感影像估测土壤有机质含量是可行的。     

东北典型薄层黑土区土壤可蚀性模型适用性分析

土壤可蚀性是土壤侵蚀预报和环境效应评价模型的重要参数。该文选取东北典型薄层黑土区宾州河流域为研究区,通过校验极细砂粒含量转换式,分析侵蚀—生产力影响模型(erosion productivity impact calculator,EPIC)、通用土壤流失方程(universal soil loss equation,USLE)和修正土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE2)3种模型K值估算方法间的差异,以探讨各估算方法在东北典型薄层黑土区的适用性。结果表明:与实测值相比,RUSLE2模型整体"低估"极细砂粒含量,平均低估22.5%;建立的薄层黑土区极细砂粒含量转换方程可使估算精度提高95%以上。RUSLE2模型K值估算方法适用于薄层黑土区。EPIC与USLE模型K值估算方法均"高估"薄层黑土区的土壤可蚀性,但通过建立的修正方程进行校正,仍可用于中国东北薄层黑土区K值估算。该研究可为薄层黑土区及相似地区的土壤侵蚀定量评价和土壤质量危险性评价提供必要的科学依据。     

基于小区实测数据的不同类型土壤可蚀性因子计算

[目的]对不同类型土壤可蚀性因子进行计算,为土壤侵蚀定量评价、水土流失动态监测提供科学依据。[方法]通过收集全国范围野外径流小区实测资料,采用一定的数据遴选标准,利用小区法计算我国主要土壤的K值;同时考虑实测值评价Wischmeier和EPIC K值估算公式在我国的适用性。[结果]我国主要土壤的K值范围分布在0.0008～0.0705 (t·hm~2·h)/(hm~2·MJ·mm)之间。黑土、黄绵土和褐土的K值较大,红壤和紫色土因子值较小。全国范围内,公式估算得到的K值与实测值存在较大误差;修订后的Wischmeier公式估算东北黑土区K值精度相对较高。[结论]基于全国实测站点数据和文献数据,计算出修正到标准小区的K值,K值空间变化幅度较大,大体呈现出从北向南减小的趋势。为获得比较准确的K值,建立相关经验公式需进一步加强监测点管理和长序列观测数据的积累。     

黑土区田块尺度土壤有机质含量遥感反演模型

为了对田块尺度土壤有机质进行空间反演并提高模型精度和稳定性,该文以黑龙江省黑土带41.3 hm~2田块为例,获取2016年5月中下旬两期(受限于拍摄周期和天气原因而选择不同卫星影像,2016年5月17日Landsat 8影像和5月25日Sentinel-2A影像)裸土时期遥感影像和4 m分辨率DEM数据;分析单期影像与土壤有机质(soil organic matter,SOM)的关系,两期影像所包含的土壤含水量变化信息与地形因素对SOM预测模型精度的影响,建立基于BP神经网络的SOM遥感反演模型。结果表明:该田块内SOM含量差异较大;利用单期影像预测SOM时,基于红波段和785~899 nm波段建立的预测模型精度(建模均方根误差RMSE 1.033,检验RMSE 1.079)和稳定性(建模决定系数R2 0.677,检验R20.644)较高;两期影像时,基于红波段和1 570~1 650 nm波段建立的预测模型精度(建模RMSE 0.855,检验RMSE 0.898)和稳定性(建模R2 0.792,检验R2 0.797)显著提高;在两期影像模型基础上,加入地形因子作为输入量,模型精度(建模RMSE 0.492,检验RMSE 0.499)和稳定性(建模R2 0.917,检验R2 0.928)进一步提高。研究成果可为土壤碳库估算和农田精准施肥提供理论与技术支持。     

我国黑土的退化问题及可持续农业

在分析我国东北黑土的土壤侵蚀、养分减少、物理性状恶化和土壤污染等退化特征的基础上 ,指出了黑土退化的自然因素和人为因素 ,并探讨了黑土退化的防治和可持续农业 ,这对于提高黑土地区土壤的生产力 ,促进可持续农业发展具有重要的意义     

土壤遥感自动分类与制图的初步试验

自从美国通过所发射的第一、二、三颗资源卫星获得了大量的航天遥感资料以来,很多国家都在利用这些资料进行土壤自动分类与制图的试验,企图用以提高土壤调查制图工作的质量与速度。但从所发表的资料看来,均没有说明所得最后结果是否能满足所需精度的要求^[1,2,5]。     

Dicyandiamide sorption-desorption behavoir on soils and peat humus

The sorption-desorption behavior of dicyandiamide (DCD) is an important chemical process that affects DCD fate and mobility in soils. Therefore, this study quantified DCD sorption-desorption on a phaeozem (Mollisol), a burozem (Alfisol), a soil with organic matter-removed and peat humus using the batch-equilibration procedure, and identified soil properties that influenced DCD sorption. The sorption on peat humus was higher than that on the phaeozem and the burozem, with much lower sorption observed on the soil with organic matter-removed, indicating that soil organic matter was the main carrier of DCD sorption. Due to its amphipathic property the DCD molecule sorption on the phaeozem and the burozem decreased as pH increased from about 2 to 5, but a further increase in pH led to a rise in DCD sorption.The DCD desorption hysteretic effect for peat humus was greater than that for the phaeozem and the burozem using 0.01 mol L^-1 CaCl2 as the background electrolyte, suggesting that the hydrophobic domains of organic matter may play an important role in DCD sorption.     

植被盖度在土壤侵蚀模数计算中的应用

中国东北黑土区是重要商品粮基地,长期的自然侵蚀和过度人为开垦,引起的黑土退化、水土流失日趋严重,限制了粮食产量的提高。植被具有截留降水,增强土壤抗蚀性,抗击减流等作用,能够有效控制水土流失。植被盖度也对水土流失的强度产生直接影响。采用遥感与GIS技术结合的方法,通过高分辨率影像WorldView提取植被盖度,用以计算中国土壤侵蚀方程(CSLE)中生物措施因子B值的范围,并将其应用于黑龙江省克山县古城小流域土壤侵蚀量的估算中,对该小流域的土壤侵蚀状况进行了定性和定量分析。结果显示,土壤侵蚀状况与植被盖度关系密切,说明植被在治理土壤侵蚀中有巨大作用,同时体现出该方法精度高,可信度大,在同类研究中具有适用性。     

东北主要旱地耕作土壤冻融环境分析

从气候环境方面讨论了东北地区主要旱地耕作土壤的冻融环境,通过分析年平均气温、1月气温、小于0℃日数、气温年较差、暖季升温表明,以上因素对黑土的冻融作用影响比较大,对黑钙土和白浆土的冻融作用影响次之,对棕壤土和褐土的冻融作用影响最小;年平均降水和秋季后期降水对棕壤土的冻融作用影响比较大,对黑土和白浆土的冻融作用影响次之,对黑钙土和褐土的冻融作用影响相对较小;草甸土分布极为广泛,各项指标都随纬度变化而不同,草甸土遭受的冻融作用也随纬度变化而不同。     

Wirkungen technogener Druckbelastung auf die Spannungsverteilung und das Bodengefüge einer Schwarzerde aus Löß

Effect of wheeling on stress distribution and changes in the macro- and microstructure of a cambic phaeozem derived from loess The determination of stress induced changes in the poresystem due to repeated wheeling of a cambic phaeozem derived from loess as well as in the aggregate size distribution, arrangement, and stage are reported. It could be shown, that repeated wheeling always results in a further stress distribution to deeper depths and that the vertical stresses dominate with repeated wheeling. Furthermore the octahedral shear stresses and mean normal stresses exceed the maximum strength defined by the Mohr Coulomb failure line and define a further soil deformation. The process of aggregate deterioration can be verified by radiographs from which not only the changes in bulk density on a mesoscale can be derived but from which also the crack patterns can be defined for the different stages of structure deterioration. Under the well known assumption that pore water pressure is increased due to wheeling, soil compaction and consecutive soil homogenisation by kneading can be differentiated. The consequences for ecological parameters will be discussed.     

腐植酸对水溶液中丁草胺光化学降解的影响

采用紫外光照射的方法研究了腐植酸对丁草胺光降解特性的影响。结果表明，潮土腐植酸对丁草胺的光降解具有明显的抑制。潮土腐植酸浓度较低（〈10mg·L^-1）时，随腐植酸浓度的增加，对丁草胺光降解的抑制作用越强，丁草胺光降解速率越低；当潮土腐植酸的浓度≥10mg·L^-1时，腐植酸浓度的变化对丁草胺光降解的抑制作用影响不大，20mg·L^-1腐植酸与10mg·L^-1腐植酸对丁草胺光降解的影响相近。不同腐植酸对丁草胺光降解的抑制作用不同，商品腐植酸对丁草胺光降解抑制作用较强，潮土腐植酸和黑土腐植酸对丁草胺光降解的抑制作用则相对较弱。这种现象可能是由腐植酸的纯度和腐植酸本身结构特性的差异造成的。     

东北黑土农业生态系统线虫多样性研究

The diversity and distribution patterns of soil nematode communities in phaeozem agroecosystems of Northeast China were assessed to evaluate nematode taxonomic diversity and functional diversity in relation to climatic condition and soil characteristics in human modified landscape.Along the latitudinal gradient,soil samples were collected from north (Hailun) to south (Gongzhuling) down to a depth of 100 cm with intervals of 0-20,20-40,40-60,60-80,and 80-100 cm.The nematode abundance and taxonomic diversity (generic richness) were lower at Hailun than at other sites,and higher values of evenness were observed at Hailun and Harbin than at Dehui and Gongzhuling.Nematode faunal analysis revealed that soil food web at Hailun was successionally more mature or structured,and the environment little disturbed,while at Harbin and Gongzhuling,the soil food web was degraded with stressed environment.The environmental variables relevant in explaining the patterns of nematode distribution and diversity in phaeozem agroecosystems,using canonical correspondence analysis (CCA),were the mean annual temperature,total nitrogen,electrical conductivity,mean annual precipitation,and other soil properties.Among these variables,the mean annual temperature was a relatively important factor,which could explain 29.05% of the variations in nematode composition.     

长期施用畜禽粪对黑土有机无机复合体动态变化的影响

为探究不同畜禽粪长期施用后,对黑土有机无机复合状况及有机碳在土壤有机无机复合体中分布的动态影响,以吉林农业大学教学实验田始于2010年的长期定位试验下的黑土作为研究对象。试验共设4个处理,分别为施用鸡粪（JF）、施用牛粪（NF）、施用猪粪（ZF）以及对照处理（CK）。土壤样品选取连续施用畜禽粪的第1年（2010年）、第3年（2012年）、第6年（2015年）、第9年（2018年）和第11年（2020年）土壤,测定不同处理下黑土重组有机碳含量、有机无机复合度、胶散复合体含量以及有机碳在各组分复合体中的分布。结果表明：试验初期,外源有机物质对土壤复合状况的影响并不显著,但随着时间的延长,并随着畜禽粪的长期施入,更多的有机无机复合体形成,有机质的积累得到显著提升,其中鸡粪效果最好。到2020年使用鸡粪处理下的重组有机碳及原土复合量分别比空白对照提高12.0%和10.0%。施用畜禽粪后,各组分胶散复合体含量也高于空白对照,但G₁复合体含量呈现下降趋势。从有机碳在各组复合体上的分布来看,畜禽粪长期施用可以增加各组分复合体上分布的有机碳。畜禽粪施入可以改善土壤复合状况,提高复合体及其碳含量,其中以鸡粪还田效果最好。     

Estimation of the adenylate energy charge in unamended and amended agricultural soils

To determine relatively low concentrations of adenine nucleotides in agricultural soils a NaHCO₃-based extradant was developed and compared with the trichloroacetic acid-paraquat-phosphate extradant. The new medium, consisting of chloroform, sodium bicarbonate, phosphate and adenosine (pH 8.0) gave soil extracts which could be investigated without further neutralization and dilution. ATP was measured directly in the soil extracts by the luciferin-luciferase system. ADP and AMP were estimated after their enzymatic conversion to ATP by standard methods. The quantities of nucleotides corrected for recovery of standards were used to calculate the adenylate energy charge (AEC) from the formula AEC = [ATP] + 1/2[ADP]/[ATP] + [ADP] + [AMP], The AEC was estimated in six unplanted soils from agricultural fields. A very similar energy charge of 0.3-0.4 was found in all soils sampled which indicates a low metabolic activity of the soil population. Two other soils with a pronounced difference in biomass-C content were used to investigate the influence of different amendments on the AEC. In an experiment with low glucose supplements up to 500 μg C g^?1 soil, the soil with the low biomass-C (a cambisol) showed a distinct increase of the AEC from 0.34 to 0.50, whereas the soil with the high biomass-C content (a phaeozem) increased its AEC only slightly from 0.32 to 0.37. In another experiment with high glucose supplements the phaeozem reached its maximum AEC value of 0.56 after the addition of 4000 μg Cg^?1 soil. An amendment with 8000 μg C g^?1 soil gave no further increase. In the combisol the addition of 1000 μg C g^?1 soil increased the AEC to 0.61. Higher supplements gave only a slight further increase to a maximum value of 0.67 after the addition of 8000 μg C g^?1 soil. The same AEC value was reached when the cambisol was amended with a mixture of organic substrates at a concentration of 10,000 μg C g^?1 soil.