基于磁感式大地电导率仪的土壤盐分解译模型

以新疆伊犁地区盐渍土为研究对象,通过分层采样测定土壤盐分含量,采用EM38和EM31两种磁感式大地电导率仪测定土壤表观电导率,分析不同土壤层次盐分与土壤表观电导率的相关性,应用逐步回归方法构建土壤盐分解译模型,并进行了模型精度验证。研究表明:土壤盐分含量与土壤表观电导率之间呈显著线性相关,构建的土壤盐分解译模型具有良好的精度。本研究将为精确解译伊犁地区土壤盐渍化特征提供重要的方法支撑。     

基于磁感式土壤表观电导率空间变异性的插值方法比较

针对目前黄河三角洲地区存在的土壤盐渍障碍问题,以该地区典型地块为研究对象,运用磁感大地电导率仪(EM38),结合GIS与地统计学研究了不同样点密度下土壤表观电导率的空间变异特征,确定了最佳的空间插值模式,并采用偏差指数对各分布图层的空间相似性进行了评价。结果表明：不同样点密度下的土壤表观电导率均呈中等变异强度,并服从对数正态分布;各样点密度下的土壤表观电导率均表现为强空间相关性,其空间变异主要表现在小于10 m的田间尺度上,且对于预测精度,泛克立格>普通克立格>反距离权重>局部多项式。偏差指数法分析表明,各插值方法分布图的空间相似性均随样点密度的降低而下降;对于相同的样点密度减小比例下的空间信息保留度,泛克立格>普通克立格>反距离权重>局部多项式,采用泛克立格法可以在保证预测精度的基础上合理降低样点密度。该研究为黄河三角洲地区盐渍土地磁感式田间数据采集的合理密度确定以及优化空间插值模式选取提供了理论依据与技术参考。     

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....     

采用新电导率指标分析土壤盐分变化规律

土壤电导率(Electrical conductivity,EC)是限制植物和微生物活性的阈值,影响到土壤养分和污染物的转化、存在状态及有效性[1],反映了在一定水分条件下土壤盐分的实际状况,且包含了土壤水分含量及离子组成等丰富信息[2]。在一定浓度范围内,土壤溶液含盐量与电导率呈正相关,溶解的盐类越多,溶液电导率就越大,故可根据溶液电导率的大小,间接地测量土壤含盐量[3-5]。     

同化AMSR2数据提高HYDRUS-1D模型土壤湿度模拟精度

同化遥感监测数据提高土壤剖面湿度模拟精度,对区域农业发展等实践与理论领域具有重要意义。该文结合了集合卡尔曼滤波(ensemble Kalman filter,EnKF)方法与HYDRUS-1D模型,同化降尺度后的AMSR2(advanced microwave scanningradiometer2)微波土壤湿度数据,开展榆社、荫城2个实验站点的土壤剖面湿度模拟。结果表明:在2个实验站点,与直接使用HYDRUS-1D模型相比,同化具有一定误差的AMSR2土壤湿度数据对不同深度土壤湿度的模拟精度提高都发挥了作用,尤其是对于同化前模拟方案S1(4月1日站点实测含水量)与S4(4月1日遥感含水量),由于HYDRUS-1D模拟时输入了较少数量的土壤湿度数据,数据同化效果与土壤湿度模拟精度提高更为显著;同化前后不同深度的土壤湿度精度对比结果表明,同化效果随深度增加而逐渐减弱。     

基于EMI的小泊湖退化湿地土壤盐分的空间分布

采用电磁感应(EMI)、地统计学半变异函数和Kriging空间插值方法研究小泊湖退化湿地土壤盐分的空间分布。结果表明:土壤表观电导率(ECa)和0—40cm土壤盐分含量呈线性显著正相关,说明在小泊湖湿地土壤表观电导率的变化可以用以反映土壤盐分含量的变化;半变异函数分析表明,土壤盐分具有强空间相关性[C/(C0+C)0.5],其空间分布主要是由结构性因素引起的;高斯模型(R2=0.98)插值土壤盐分表明,土壤盐分空间分布与退化湿地的空间分布表现出明显的一致性,放牧活动强烈的退化区域土壤盐分相对较高,说明小泊湖湿地退化后土壤盐分含量高于未退化湿地,土壤盐分含量在一定程度上能反映湿地退化的程度,可为湿地退化防治监测提供依据。     

滨海土壤盐分动态集成预报模型及其应用

本文提出了以GM(1,1)模型拟合发展趋势、傅里叶变换提取周期分量和AR(p)模型模拟随机过程的集成预报模型,并用于黄河三角洲人工草场群落土壤盐分的定量研究中.经理论和应用检验证明该模型能以较高的精度模拟或预报土壤盐分在较长时期内的动态变化过程.方法简单,计算工作量小,并优于传统的单一预报模型.     

地下水蒸发规律及其与土壤盐分的关系

用粉砂壤土土柱进行了为期一年的室内模拟试验 ,对不同地下水作用条件下地下水蒸发规律进行了深入研究 ,并且研究了土壤盐分与地下水蒸发量之间的关系。研究表明 ,各地下水作用条件下地下水蒸发量与试验时间呈显著线性相关。地下水矿化度越低 ,地下水累积蒸发量对地下水矿化度的变动越为敏感 ;地下水埋深越大 ,累积蒸发量对地下水埋深变动的敏感性越强。建立了地下水累积蒸发量与地下水埋深、地下水矿化度的关系。分析了土壤盐分与地下水蒸发量之间的关系并得到了其模型。     

基于作物生长模型和遥感数据同化的区域玉米产量估算

为了将遥感观测到的玉米生长期间作物冠层方向反射波谱的时间序列变化信息用于区域玉米产量估算,该文将时间序列中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)数据和高空间分辨率LandsatTM遥感观测数据相结合,以叶面积指数(LAI)作为耦合作物生长模型(crop environment resource synthesis-Maize,CERES-Maize)和植被冠层反射率模型(scattering by arbitrarily inclined leaves,SAIL)的关键参数,提出了将耦合模型与时间序列遥感观测数据同化进行区域玉米产量估算的方案。该文选择吉林省榆树市为研究区,采用MODIS和LandsatTM2种尺度数据集,利用SCE-UA(shuffled complex evolution method developed at the University of Arizona)算法分别进行玉米产量同化估产研究,得到玉米单产空间分布的估计结果,结合遥感估算的种植面积求算榆树市玉米总产量。结果表明,与玉米统计总产量相比,2007、2008和2009年遥感数据同化估算的总产量误差分别为9.15%、14.99%和8.97%;与仅利用CERES-Maize模型模拟得到的产量误差相比,3a间遥感估算总产量的误差分别减小了7.49%、1.21%和5.23%,且采用MODIS和TM遥感数据估算的玉米产量表现了其空间差异性。利用榆树市3a间玉米产量的明显差异,分析了时序遥感数据对作物长势和产量变化信息的表达能力,同年份内时序归一化差值植被指数越大,对应的玉米产量越高;年际间遥感观测反射率的差异通过数据同化方法能够反映年际间玉米产量差的变化。该文提出的玉米估产方案为将来进一步结合多源遥感数据、植被冠层反射率模型与作物生长模型进行区域玉米估产研究提供了参考。     

基于电磁感应的典型干旱区土壤盐分空间异质性

为研究干旱区土壤盐分空间异质性,指导农业生产实践,运用大地电导率仪（EM38、EM31）对研究区域进行移动式磁感调查,获取表观电导率（ECa）。同时,通过27个校准点的采样和ECa测量,建立土壤盐分的电磁感应解译模型。干旱区土壤盐分质量分数与EM38、EM31水平模式读数（H38、H31）显示出良好的相关性（R=0.935）,可以利用ECa结合GIS和地统计学知识研究土壤盐分的空间分布。采用两种方法进行研究：一种是先利用解译模型获取磁感调查点的土壤盐分质量分数,然后进行地统计分析研究其空间分布;另一种是先利用地统计分析研究H38和H31的空间分布,然后利用解译模型通过栅格运算计算盐分质量分数,精度检验显示前者预测值与实测值之间的相关性更好（R2, 0.888＞0.873）;标准差较低（std. 0.414＜0.426）,具有更高的预测精度。研究结果表明,基于电磁感应研究干旱区土壤盐分空间异质性是切实可行的,这对于土壤盐渍化的快速诊断,指导农业生产和促进精准农业的发展具有重要的意义。     

HYDRUS模型与遥感集合卡尔曼滤波同化提高土壤水分监测精度

精确地估测干旱区土壤水分含量,对该区域的农业发展与水土保持具有重要意义。该文以MODIS与Landsat TM数据为数据源,利用其反演获得的条件温度植被指数(temperature-vegetation drought Index,TVDI)作为观测算子,将集合卡尔曼滤波(ensemble Kalman filter,En-KF)同化方法应用于水文模型(HYDRUS-1D),进行干旱区表层土壤水分的模拟。结果表明:遥感数据反演土壤水分所构建的二维特征空间TVDI与表层土壤水分有较好的一致性;En-KF同化方法对模型变量与观测算子的更新,与单纯使用HYDRUS模型相比,获得的表层土壤水分含量精度有了明显提高,其均方根误差缩小了1个百分点,平均误差缩小了5个百分点。可见,基于多源遥感数据对表层土壤水分的En-KF同化模拟在干旱区具有较大的潜力,是提高干旱区土壤水分含水量监测精度的有效手段。     

基于磁感式探测的分层土壤盐分精确解译模型

为了精准解译面域尺度土壤盐分特征,有必要建立分层土壤盐分信息精确解译模型。该文应用通径分析方法,研究获得了土壤全盐量、土壤含水率、体积质量、黏粒质量分数、地下水电导率、地下水埋深等作用因子对土壤表观电导率值的方差贡献率及作用强弱排序。依据各作用因子的方差贡献率大小,结合设定的累积贡献率阀值,选取出磁感式土壤表观电导率的主导作用因子,确定为磁感式土壤盐分信息解译模型的参数体系。采用多因子及互作项逐步回归法,通过引入因子间的互作效应建立优化的基于磁感式探测的分层（0～20,＞20～60,＞60～100,＞100～160 cm）土壤盐分信息解译模型。验证结果表明,模型解译误差基本在10%以内,达到了较高精度水平。     

积分方法用于校定逆转型土壤盐渍剖面的磁感式电导

Various calibration methods have been propounded to determine profiles of apparent bulk soil electrical conductivity （ECa） and soil electrical conductivity of a saturated soil paste extract （ECe） or a 1：5 soil water extract （EC1：5） using an electromagnetic induction instrument （EM38）. The modeled coefficients, one of the successful and classical methods hitherto, were chosen to calibrate the EM38 measurements of the inverted salinity profiles of characteristic coastal saline soils at selected sites of Xincao Farm, Jiangsu Province, China. However, this method required three parameters for each depth layer. An integration approach, based on an exponential decay profile model, was proposed and the model was fitted to all the calibration sites. The obtained model can then be used to predict EC1：5 at a certain depth from electromagnetic measurements made using the EM38 device positioned in horizontal and vertical positions at the soil surface. This exponential decay model predicted the EC1：5 well according to the results of a one-way analysis of variance, and the further comparison indicated that the modeled coefficients appeared to be slightly superior to, but not statistically different from, this exponential decay model. Nevertheless, this exponential decay model was more significant and practical because it depended on less empirical parameters and could be used to perform point predictions of EC1：5 continuously with depth.     

Estimation of soil salinity in semi‐arid land using a geostatistical model

Soil salinity is one of the great problems in arid and semi‐arid environments. The estimation and prediction of spatial soil salinity may be considered as a stochastic process, observed at irregular locations in space. Environmental variables usually show spatial dependence among observations which is an important drawback to traditional statistical methods. Geostatistical techniques that analyse and describe the spatial dependence and quantify the scale and intensity of the spatial variation, provides spatial information for local estimation of soil salinity. In this paper we propose a Gaussian Spatial Linear Mixed Model (GSLMM), which involves a non‐parametric term, accounting for a deterministic trend given by exogenous variables, and a parametric component defining the purely spatial random variation, possibly due to latent spatial processes. We focus here on the analysis of the relationship between soil electrical conductivity as a parameter related directly to soil salinity as well as sodium content (sodicity) to identify spatial variations in these parameters. This kind of methodology is demonstrated as a useful tool for environmental land management. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

干旱区三种典型地貌下电磁感应式土壤盐分协同解译模型

为明确不同地貌类型下土壤理化性质对电磁感应式表观电导率测量精度的影响,该研究以新疆玛纳斯河流域3种典型地貌类型(冲积洪积扇缘、冲积平原、干三角洲)为研究对象,运用电磁感应仪EM38结合土壤采样室内测定方法,分析土壤剖面(100 cm)每20 cm土层的土壤性质对不同高度(130、110、90、70、50 cm)所测表观...     

长江三角洲地区滩涂土壤盐分空间分布特征研究

盐碱地盐分空间分布精准识别及形成机理解析对盐碱地科学利用具有重要意义。针对传统点状采样监测方法工作量大、代表性差和检测费用高等问题,本研究采用电磁感应仪精准调查技术对上海崇明某滩涂农场进行土壤盐分空间分布评估,全面快速获得盐分空间分布信息,解析土壤盐分形成机理,进而分类分区分级指导农业生产和科学精准改良。结果表明：土壤表观电导率(EC_a)和土壤盐分含量呈显著线性正相关关系(R²>0.9,P<0.05),土壤表观电导率的变化可以用来表征土壤盐分含量的变化;通过克里金插值研究区内土壤盐分的空间变异分布状况发现,研究区土壤盐分空间分布不均匀,有近80%区域存在轻中度盐碱化问题;通过定点取样土壤盐碱剖面评价,发现研究区土壤盐分具有较强的表聚性和变异强度,且变异系数随土壤深度增加不断减小;将表观电导率解译出的土壤盐分和土壤pH、有机质含量及主要组成离子含量进行相关性分析,剖析出该区域盐渍化类型以硫酸盐型为主,海水浸渍侧渗和地下水返盐影响是该区域盐渍化形成的主要原因。本研究实现了对土壤盐碱化快速、大范围、科学且动态的监测,对于全面提升盐碱地农...     

基于多源遥感数据的艾比湖流域盐土SWAT模型参数修正

在SWAT(soil and water assessment tool)模型模拟地表分量过程中,常默认土壤剖面电导率(electrical conductivity,EC)值为0或0.1,将其应用于土壤盐渍化程度较高的流域时,不符合下垫面实际情况。为确保水文模拟逼近真实地表模拟过程,进一步提高模拟精度,该文利用GF-1号卫星16 m分辨率多光谱遥感影像结合分类回归树法反演艾比湖流域区域尺度0~100 cm土壤剖面电导率,模拟值与实测值均方根最大值误差为4.81 dS/m,相对误差最大值为15.17%。模拟值用于修正EC值,结果表明:EC值修正后的SWAT模型土壤水分模拟值,较修正前模拟值精度提高23.84个百分点。该方法在实现SWAT模型参数本地化的同时,有效提高了土壤水分模拟精度,可为土壤盐渍化区域水文模拟提供参考。