便携式土壤电导率测试系统的开发

介绍了一种自行设计的，基于电流-电压四端法的便携式土壤电导率(EC)在线测试仪的开发情况。该测试仪包括土壤电导率传感器、控制与数据采集器和计算机应用软件等。传感器有4个电极，2个用于向土壤中输入恒流，另外2个用于检测与土壤电导率密切相关的电压降；控制与数据采集器把传感器产生的电压信号转换为数字信号，计算并显示电导率；计算机应用软件把接收到的数据存入Microsoft Access数据库。在实验室土槽内对该测试仪传感器的性能进行了测试，并与电导率仪测量结果进行了比较分析。结果表明，传感器输出电压与电导率仪测量值变化趋势一致，采用多种非线性数学模型对各组数据进行了曲线拟合，结果均在幂函数模型上获得最佳回归，测定系数(R^2)大于0．99。     

土壤氮素转化研究进展

土壤氮素转化是生物-土壤生态系统中氮素循环的重要一环。论述了近年来有关氮素矿化作用、硝化作用-反硝化作用、微生物体氮方面的研究,并对未来的研究方向作了展望。     

近红外光谱法测定土壤全氮和碱解氮含量

为探寻采用近红外光谱技术在野外快速测定土壤全氮和碱解氮含量的方法,采集土壤光谱信号,结合偏最小二乘法和主成分分析法,分别建立土壤全氮和碱解氮含量测定的定标模型。结果表明,采用PLS方法建模时,土壤全氮和碱解氮含量测定定标模型的精度较高。为提高模型的预测精度,采用多元散射校正、标准归一化、基线校正、卷积平滑和小波变换5种方法对光谱信号进行预处理,当用小波变换法对光谱信号进行去噪处理,并与PLS方法结合时,模型的预测精度最高,土壤全氮样品校正模型的相关系数为0.838 5,均方根误差为0.153 1,对应验证模型的相关系数为0.754 9,均方根误差为0.184 2,校正集和验证集土壤全氮含量预测值(y)与实测值(x)之间的关系模型分别为y=0.685 8x+0.198 0和y=0.621 4x+0.237 9;土壤碱解氮样品校正模型的相关系数为0.866 5,均方根误差为0.007 7,对应验证模型的相关系数为0.796 1,均方根误差为0.009 4,校正集和验证集土壤碱解氮含量预测值(y)与实测值(x)之间的关系模型分别为y=0.749 8x+0.019 4和y=0.700 7x+0.023 3。综合分析结果表明,应用近红外光谱技术对土壤全氮和碱解氮含量进行定量预测是可行的,且应用小波变换方法对光谱冗余信息进行预处理后,再与偏最小二乘法相结合可有效地提高模型的精度。     

基于GPS模块的便携式农田面积测量仪

全球定位系统在精细农业中起着十分重要的作用,本文利用GPS的定位功能,研制了农田面积快速测量仪.测量仪由低成本的GPS模块、单片机数据采集板、键盘及LCD显示等组成.给出了GPS定位信息的获取技术,多边形农田面积的计算方法,测量仪软硬件的设计原理等.试验结果表明测量仪能够快速测量任意形状农田的面积,相对测量误差小于2%,并且农田面积愈大,测量的相对精度愈高.     

基于地理探测器的土壤重金属污染影响因素分析

定量分析全国范围内Cd、Pb、Zn、As、Cu和Cr 6种土壤重金属累积量与影响因素的相关程度。通过描述性统计、地累积指数法分析了污染情况和累积量分布情况,并借助地理探测器,定量地揭示了土壤重金属含量的主要影响因素。结果表明:Cd呈现出大面积的连片污染,Pb、Zn和Cu呈现斑块状污染,As和Cr呈现零星污染。各种重金属的主要影响因素为:Cd与地理区划、海拔高度、地势三大阶梯和土壤类型相关性较强;Pb与地势三大阶梯、气候带类型和土壤类型相关性较强;Zn与海拔高度、地理区划和气候带类型相关性较强;As与气候带类型和土壤类型相关性较强;Cu与海拔高度、气候带类型和土壤类型相关性较强;Cr与土壤类型、东中西经济划分和地理区划相关性较强;全国大尺度上6种土壤重金属含量主要受自然因素主导控制,主要为多因素复合作用影响。通过定量化分析各重金属的影响因素,揭示了全国大尺度上6种土壤重金属含量整体趋势和宏观规律。     

基于土壤优化光谱参数估测太湖地区土壤全氮含量

为明确太湖地区土壤全氮的高光谱特征,构建定量分析模型,以江苏省无锡市滨湖区为研究区域,选取地理位置跨度大、土壤质地相似的93个样品,进行土壤风干样品全氮含量测定和光谱数据采集,对光谱反射率进行一阶微分,运用相关系数峰谷值法筛选敏感波长,将敏感波长两两结合进行土壤调节光谱指数（MSASI）运算。将两两结合后敏感波段分别采用多元线性回归分析、人工神经网络分析和偏最小二乘法构建土壤全氮含量的定量高光谱分析模型。结果表明,研究区内土壤全氮含量与光谱反射率呈正相关,敏感波段包括420~444 nm和480~537 nm。基于土壤调节光谱指数的多元线性回归分析对敏感波段诊断的效果最佳（R²=0.98、RMSE=0.04）,其精度高、可靠性强,是筛选出的最佳土壤全氮含量估测模型。偏最小二乘法模型（R²=0.70、RMSE=0.13）次之,而人工神经网络模型（R²=0.69、RMSE=0.15）精度最低。该研究结果为太湖地区土壤全氮水平的高光谱快速估测提供了方法借鉴,可为土壤养分精准管理提供技术参考。     

土壤氮素矿化研究进展

总结了目前土壤氮素矿化的研究成果,详细概述了土壤氮素矿化的研究方法、影响因素,并展望了今后土壤氮素矿化的研究方向。     

马铃薯-燕麦间作对马铃薯氮含量和土壤氮素的影响

为提高氮肥的利用,通过随机区组试验探讨马铃薯单作、3种马铃薯-燕麦间作模式对马铃薯氮含量和土壤氮素的影响,筛选出最优的间作模式。供试材料为青薯9号,以马铃薯单作为对照(IP),设置3种间作模式,比较马铃薯燕麦间作行数比2:2、4:2、4:8(分别标记为P₂O₂、P₄O₂和P₄O₈)对马铃薯植株氮含量、土壤全氮、碱解氮和无机氮含量分布的影响。结果表明,从开花期到成熟期,马铃薯叶、茎的氮含量呈下降趋势,块茎氮含量呈上升趋势;间作处理植株氮含量显著高于单作处理,其中,以间作P₂O₂最佳。3种间作处理在开花期0~20 cm土层的土壤全氮含量均高于单作处理,其中,以间作P₄O₈最佳,达到0.69 g·kg^-1;成熟期相比于花期提高24.6%。开花期间作P₄O₈ 0~20 cm土层的土壤碱解氮含量高于其他3种处理,相比间作P₂O₂提高19.2%,间作P₂O₂成熟期比花期提高41.7%。开花期,单作马铃薯 0~20 cm土层硝态氮含量高于其他间作处理,达到0.82 mg·kg^-1,成熟期相比花期降低了26.8%,但仍高于其他间作处理。开花期,单作马铃薯 0~20 cm土层土壤铵态氮含量也高于其他间作处理,达到0.35 mg·kg^-1,成熟期相比花期降低了2.9%,但仍高于其他间作处理。间作P₄O₈和P₂O₂可以显著提高植株氮、土壤全氮和碱解氮的含量,单作马铃薯土壤硝态氮和铵态氮含量比间作高。这表明,间作条件下矿质态氮在土壤中的残留量少,减少了氮素损失的几率。     

生物炭对土壤无机氮含量影响的Meta分析

为系统探究生物炭对农田土壤无机氮含量的影响,基于2013—2023年已公开发表的65篇文献375组数据,利用Meta分析方法定量研究在不同气候条件、土壤质地、施氮量、还田年限和生物炭施用量条件下土壤无机氮含量对生物炭施用的响应。结果表明：生物炭施用显著提高了年均降雨量为600~1 000 mm区域的土壤无机氮含量,其中降雨量为957 mm时增幅最大;生物炭也显著提高了年均气温≥8 ℃地区的土壤无机氮含量。在砂土和壤土施用生物炭可明显提高土壤无机氮含量,与不施生物炭相比土壤无机氮含量增幅分别为 21.85% 和 11.05%。在田间试验条件下,施氮水平≤120 kg·hm^-2时施用生物炭显著提升土壤无机氮含量,而在培养试验条件下不施氮时施用生物炭显著提高了土壤无机氮含量。施用生物炭年限≥1 a时能显著增加土壤无机氮含量;此外田间试验条件下生物炭施用量<0.5%时能显著提升土壤无机氮含量（17.70%）。综上所述,在年均降雨量600~1 000 mm、年均气温≥8 ℃、土壤质地为砂土和壤土的地区,当施氮量≤120 kg·hm^-2、田间生物炭还田年限≥1 a、施用量<0.5%时,施用生物炭能显著增加土壤无机氮含量。     

利用土壤信息系统进行水稻施氮量决策初探——以江苏省大丰 …

以江苏省大丰市为例，介绍了利用土壤信息系统，以目标产量法为依据，进行水稻施氮量决策的具体思路与做法，并展示了初步尝试的结果。     

温度和湿度对紫花苜蓿土壤氮矿化的影响

目的预测华西雨屏区檫木人工林土壤供氮潜力和氮矿化对温度和含水量的响应。方法采用室内培养法研究檫木人工林土壤在不同温度(5、15、25和35℃)和含水量[20%、40%、60%和80%的田间持水量(FWC)]处理条件下的氮矿化特征。结果土壤净氨化速率、净硝化速率和氮净矿化速率均随温度和含水量的升高而呈先升高后降低趋势,最大值均出现在25 ℃+60% FWC处理,且与除25 ℃+80% FWC外的其他处理差异显著(P<0.05)。土壤氮净矿化速率(y₃)对温度(x₁)和含水量(x₂)的响应模型为y₃ =−1.671 3+0.278 0x₁+7.541 3x₂−0.005 6x₁²− 6.404 4x₂²+0.008 8x₁x₂ (R²=0.952, n=48),得出有利于促进土壤氮净矿化的最佳温度和含水量分别为25.6 ℃和61% FWC。土壤氮矿化作用在5~15 ℃范围内最敏感。结论华西雨屏区檫木人工林能够适应全球变暖趋势,可以增加土壤可利用氮含量,有较好的供氮潜力。     

氮肥施用对水稻土氮素赋存形态和硝化作用的影响

氮肥在水稻土中的迁移转化直接关系到土壤氮素的赋存形态进而影响水稻氮肥的利用率.采用室内培养的方法(25℃、60％田间持水量条件下培养56 d),设置6个氮水平(0、100、200、300、400、500 mg· kg-1),研究尿素、硫酸铵在水稻土中的转化规律,明确不同施氮量下尿素和硫酸铵对水稻土壤氮素赋存形态和硝化作...     

控释氮肥对稻田土壤微生物的影响及其与土壤氮素肥力的关系

通过农业部望城红壤水稻土生态环境重点野外观测试验基地的短期控释氮肥试验,研究了控释氮肥对土壤微生物种群和生理群落的影响及其与土壤氮素肥力的关系.结果表明,短期施用控释氮肥稻田土壤的细菌、真菌和放线菌数量明显高于不施氮处理;土壤好氧自生固氮菌、氨化细菌、反硝化细菌的数量比尿素处理低;周年土壤细菌、放线菌数量明显高于尿素处理,真菌数量略低于尿素处理.50%控释氮肥配施有机肥处理土壤中细菌、真菌、放线菌的数量,明显高于尿素和单施控释氮肥处理.控释氮肥配施有机肥,土壤好氧自生固氮菌、氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌的数量均高于控释氮肥和70%控释氮肥处理.施氮处理土壤的好氧和厌氧自生固氮菌的数量低于不施氮处理.土壤中大多数微生物数量与土壤氮素养分含量呈正相关.     

基于PLS算法的生物质秸秆元素分析NIRS快速检测

为探讨利用近红外光谱技术快速检测生物质秸秆中N、C、H、S和O元素的可行性,采集并制备水稻、小麦、油菜和玉米秸秆样本199个,采用近红外光谱(NIRS)分析技术,结合偏最小二乘(PLS)化学计量学算法,在7 400~5 550cm-1波段范围内,比较不同光谱预处理方法的定标效果,建立最优的生物质秸秆中N、C、H、S和O元素的定量分析模型,并用独立的验证集样本对模型进行验证。验证结果表明:所建立的N元素的定量分析模型可用于实际检测;O元素的定量分析模型可进行实际估测;采用近红外技术用于C元素定量分析是可行的,但模型需要进一步优化;H、S元素采用NIRS技术无法进行定量分析。     

土壤有效氮含量对烤烟代谢及氮素营养的影响

土壤碱解氮+H(加还原剂)含量与烤烟吸氮量呈极显著正相关,相关系数达0.985.随着土壤碱解氮+H含量的提高,烟叶中各种色素含量和可溶性蛋白质含量也增高.土壤碱解氮+H含量为195.76 mg.kg-1时,烟株叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2含量、硝酸还原酶活性达到最大值,分别为12.4μmol.m-2.s-1、586.1 mmol.m-2.s-1、2.56 mmol.m-2.s-1、346.09 mmol.m-2.s-1、48μg.g-1.h-1.初步认为烤烟旺长期下部烟叶全氮含量低于1.1%时烤烟缺氮,烟叶全氮含量达到1.2%-1.6%时烤烟轻度缺氮,烟叶全氮含量达到1.7%-1.9%时烤烟潜在缺氮,烟叶全氮含量大于1.9%时烤烟氮素充足.     

保护性耕作方式对土壤碳、氮及氮素矿化菌的影响研究

采用稻田红壤免耕稻草覆盖方式种植红薯,研究保护性耕作方式对土壤碳、氮和氮素矿化菌的影响以及它们之间的相关关系。结果表明,保护性耕作能增加0—10cm土层土壤总有机碳、活性有机碳、全氮和碱解氮含量,降低土壤的碳氮比;保护性耕作处理的氨化细菌数量无论是在0～10cm土层还是10～20cm土层均比传统耕作处理高近1倍,而硝化细菌数量则是0-10cm土层高于传统耕作处理,且差异显著,10～20cm土层与传统耕作处理差异不大。说明保护性耕作能增加表层土壤碳、氮含量,降低土壤碳氮比,有利于氮素矿化菌的生长,为作物生长发育提供更多的速效氮素。     

基于可见-近红外光谱预处理建模的土壤速效氮含量预测

以皖南地区采集的188份黄红壤样本为研究对象,利用地物非成像光谱仪获取原始光谱数据。首先,分析样本在350~1 657 nm波段经过预处理变换的平均光谱反射率曲线特征,再基于原始光谱,以及经29种预处理变换后的光谱,分别结合偏最小二乘回归(PLSR)和径向基核函数(RBF)-PLSR算法,建立60个针对土壤速效氮含量的预测模型,并进行模型优化;然后,以模型的决定系数(R²)和相对分析误差(RPD)来评价模型性能。结果显示,基于Savitaky-Golay卷积平滑和对数变换预处理的光谱,用PLSR建立的模型最适用于土壤速效氮含量的校正预测,其在建模集中R²=0.94、RPD=3.88,预测集中R²=0.91、RPD=3.38。该模型达到A类预测精度,可实现对土壤速效氮含量的定量估测。     

基于特征波长选择和建模的高光谱土壤总氮含量估测方法研究

以皖北地区采集的115个砂姜黑土样本为研究对象,获取土壤样本光谱数据,采用竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)、随机森林特征选择算法(RFFS)对土壤总氮含量特征波长进行选择,并分别应用偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机回归(SVR)、最小绝对值收缩和选择算子回归(LASSO)建立土壤总氮含量估算模型。结果表明,除CARS-PLSR方法模型精度低于相应的全波长模型外,其他基于选定的特征波长进行建模的效果都优于全波长。综合比较各变量筛选与回归建模组合发现,RFFS方法从全波长(224个波长)中筛选出20个特征波长建立土壤总氮含量的LASSO模型效果最好,该模型在预测集上的决定系数(R²)和相对分析误差(RPD)值分别为0.787 1和2.130 1。RFFS-LASSO模型简单,预测效果好,对土壤总氮含量近地传感器设备开发具有一定的指导意义。     

基于随机森林模型的旺业甸实验林场土壤全氮数字制图

为探究林场土壤全氮含量的空间分布特征及对环境因素的响应,以旺业甸实验林场为研究区,采用随机森林模型和Cubist模型建立了不同土层深度（0~10、10~30、30~50 cm）土壤全氮含量与环境协变量（海拔、归一化植被指数、年平均降水量、年平均气温、y坐标和坡向）之间的定量关系模型,对该区土壤全氮含量进行预测并制图,并分析了影响土壤全氮空间变异的控制性因素。研究结果显示：0~10、10~30、30~50 cm土层实测全氮含量的均值分别为3.20、2.02、1.47 g/kg,土壤全氮的平均含量随土层深度的增加而降低;3个土层深度土壤全氮预测随机森林模型的决定系数R²分别为0.59、0.42和0.39,均优于决定系数R²分别为0.56、0.38和0.34的Cubist模型,2种模型预测精度都随土层深度的增加而降低,各环境因素对土壤全氮空间分布的影响作用随土层深度的增加而减小;从随机森林模型土壤全氮预测图来看,不同土层深度土壤全氮含量均呈现西部、北部和中部低,西南、东南和东部高的空间格局,不确定性图显示随机森林模型预测土壤全氮含量分布具有较低的标准差;海拔对土壤全氮含量的影响最大,其他依次为：归一化植被指数>年平均降水量>年平均气温>y坐标>坡向。结果表明,随机森林模型可以作为有效预测该林场不同土层深度土壤全氮含量的方法。     

杉木连栽对土壤氮含量和氮转化酶活性的影响

连栽严重影响了杉木人工林的可持续经营,为探讨连栽杉木林地土壤氮循环的障碍机理,以湖南会同森林生态系统野外观测站天然次生林、1代和2代杉木人工林为对象,分析了杉木连栽过程中土壤不同形态氮(铵态氮、硝态氮、微生物量氮、全氮)含量的变化特征,以及土壤氮素含量和土壤氮转化酶(土壤脲酶、蛋白酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、天冬酰胺酶、N-乙酰氨基葡萄糖核苷酶)活性之间的相关关系。结果表明:(1)随着连栽代数的增加,土壤中硝态氮含量显著增加(P<0.05),2代杉木人工林显著高于天然次生林,而其它土壤理化指标变化不显著;(2)土壤亚硝酸还原酶、蛋白酶及天冬酰胺酶活性随连栽代数增加而发生显著变化,亚硝酸还原酶活性表现为1代>2代>天然次生林,蛋白酶活性随着连栽代数增加而增加,天冬酰胺酶活性表现为天然次生林>2代>1代;(3)土壤亚硝酸还原酶活性与微生物量氮(MBN)呈极显著负相关,与土壤pH值呈显著正相关;蛋白酶活性与土壤含水率和硝态氮(NO3--N)含量呈显著正相关;天冬酰胺酶活性与土壤pH值呈显著正相关;硝酸还原酶活性与土壤全氮(TN)呈极显著正相关。