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...     

客土造林后滨海盐碱地土壤盐分分布及影响因素分析

土壤盐碱化问题严重制约着盐碱地生态绿化环境和农业可持续发展。为研究客土造林后滨海盐碱地土壤盐碱化状况的空间分布格局及影响因素，该研究开展实地调查采样，结合地统计学、经典统计学和Kriging插值等方法分析徐圩新区滨海盐碱地0～10、>10～20、>20～40、>40～60、>60～100 cm土层土壤盐分分布格局及其影响因素。结果表明：1）研究区5个土层土壤电导率均为中等强度变异，pH值是弱变异。大多数土层土壤电导率和pH表现为弱空间相关性，由随机因素引起的空间变异性较弱，自相关引起的空间变异性较强。水平方向上看，研究区从西向东盐碱程度逐步加深，垂直方向上，土壤电导率随着土层深度增加而不断变大；2）研究区客土0～100 cm土层土壤电导率均值为2.91dS/m，属于轻度盐渍化土；原土0～100 cm土层土壤电导率均值为31.00dS/m，属于极重度盐渍化土，原土上只有极少数耐盐作物能自然正常生长。客土土壤电导率明显低于原土，但pH值与原土差异不大，客土土壤盐分表聚和底聚现象明显，存在返盐返碱的问题，长期来看，客土造林并不是该地区绿化最好的方式。3）影响研究区土壤...     

基于EM38的滨海棉田土壤表观电导率空间变异与利用研究

土壤盐渍化和次生盐碱化是制约黄河三角洲农业可持续发展的关键障碍因子,了解和评估耕地土壤盐分的时空动态是对其进行科学利用和改良的前提。本文以黄河三角洲滨海盐碱地棉田为研究对象,在降水集中月份前后用EM38-MK2大地电导率仪测量了棉花两个关键生育期土壤根系层0~0.375 m和0~0.75 m剖面的土壤表观电导率,深入分析了棉花根区土壤表观电导率在空间上的分布特征与影响因素。结果表明:1)在降雨前后,黄河三角洲滨海土壤盐分空间变异较大,达到或超过中等变异水平;2)通过对大地电导率进行校正,排除影响其读数的干扰因素影响,大地电导率能快速表征0~0.375 m/0~0.75 m两个关键层次土壤盐分状态,可有效用于滨海棉田的土壤盐渍化的监测和评估;3)结合黄河三角洲地区地形地貌特征、降水蒸发、作物综合长势等因素的区域调查,作者认为在区域尺度上,优化土地利用格局,加强农田基本水利建设;在田间尺度上,加强土地平整和灌排配套等措施是治理和改良滨海盐碱土的基础。     

施用石膏对苏北滩涂盐渍土浸提液电导率换算关系的影响

采用土壤饱和浸提液、土水比1︰1浸提液和土水比1︰5浸提液3种方法,测定了苏北滩涂地区施用石膏改良土壤样品的电导率和p H。结果表明:未用石膏改良的土壤饱和浸提液电导率与土水比1︰1及1︰5浸提液电导率之间存在显著相关关系,相关系数分别为0.988和0.979;在施用石膏情况下,土壤饱和浸提液和土水比1︰5浸提液电导率均随石膏添加有一定程度升高,且二者之间仍有良好的线性相关关系,其换算关系为:ECe=1.42+6.86×EC1︰5(r=0.980**);且施用石膏能显著改善土壤碱化程度,降低土壤p H。本实验研究条件下,建议研究区石膏施用量为3 g/kg(即0.6 kg/m2)。     

基于地统计学的田块尺度盐碱土特性研究

精确掌握盐碱化土壤特性的空间分异情况,可为盐碱地综合利用、土壤资源可持续利用及生态环境保护提供更加科学的理论依据。为此,选取东北松嫩平原盐碱化土壤为研究对象,应用网格法采集田块尺度下盐碱化土壤表层(0~20 cm)样本,利用地统计学原理和GIS技术,研究了该田块土壤的电导率、pH值、容重、孔隙度、含水量及饱和持水量的空间分异特征,结果表明:这些指标在统计上均服从正态分布,在空间上存在明显的分异性;该田块土壤整体发生轻度盐碱化(土壤电导率为123.1~316.0μs/cm,pH值为7.56~8.17),与地面高处相比,低洼处的盐碱化程度更强;土壤pH值和含水量的主导影响因素为结构性因素(气候、母质、土壤类型等自然条件),土壤电导率、容重、孔隙度、饱和持水量的主导影响因素为随机性因素(施肥、灌溉、耕作措施等人为活动)。     

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....     

应用电磁感应和遥感的新疆绿洲区域尺度盐渍土识别

针对干旱区土壤盐渍化问题,以新疆渭干河-库车河绿洲为研究区,探讨电磁感应技术和光谱角分类法(SAM)相结合来识别典型干旱区盐渍土的可行性。以重度盐渍土为例,利用电磁感应仪EM38和采样数据,结合光谱角分类法和回归分析法,反演土壤电导率(EC1:5)的空间分布,识别重度盐渍土。结果表明:土壤表观电导率(ECa)与土壤电导率(EC1:5)具有较好的非线性相关性;垂直模式电导率(EMv)对土壤电导率(EC1:5)的解译精度优于水平模式电导率(ECh);研究区土壤盐分含量在区域尺度呈中等强度变异;电磁感应技术和光谱角分类法结合可以较好识别符合条件的盐渍土。该研究方法能够较好识别典型干旱区的盐渍土,为盐渍化评估、预防和治理提供了新的途径。     

盐碱地应用根际促生菌对土壤改良、作物产量与品质的影响——基于Meta分析

本研究搜集了1990-2021年间国内外已发表关于盐碱地根际促生菌（PGPR）应用效果的文献，利用Meta分析方法从土壤盐碱程度、PGPR的接种方式和施用菌种三个方面分析了盐碱地施用PGPR对土壤盐碱化程度、理化指标、作物产量和品质的影响。结果表明，盐碱地应用PGPR降低了土壤pH和EC，显著提高了土壤肥力（速效磷、速效钾、速效氮、全氮、有机质）、作物生理指标（叶绿素含量和抗氧化酶活性）以及作物的产量和品质。与中度和轻度盐碱条件相比，重度盐碱条件下接种PGPR对作物的增产提质效果更加明显，作物产量、类胡萝卜素、可溶性蛋白和可溶性糖含量分别增加了36.3%-57.4%、31.0%-62.5%、37.8%-60.9%和37.9%-68.6%，并且土壤接种方式比种子接种在提升作物产量方面更有优势；接种假单胞菌属PGPR对降低土壤盐碱化程度更显著，土壤pH和EC分别降低了5.2%-9.5%和7.3%-23.0%；接种芽孢杆菌属PGPR对促进作物的产量与品质效果更加明显，作物产量增加了36.5%-54.0%，类胡萝卜素、可溶性蛋白和可溶性糖含量等品质指标提高了30.0%-49.5%、26.0%-64.5%、23.0%-37.7%。通过结构方程模型发现，接种PGPR通过降低土壤盐碱程度，提高土壤肥力与作物生理指标，从而实现了增产提质效果。本研究可为改良盐碱土壤与盐碱地作物高效生产提供理论支撑。     

不同土水比土壤浸提液与饱和泥浆电导率的比较研究

针对饱和泥浆调制时饱和点的不确定性及其电导率测定的不稳定性等问题,为了统一和准确地表征暗管改碱的盐碱土盐渍化程度,采用室内化验与统计分析的方法,系统比较研究了饱和泥浆所需水量与饱和土壤溶液所需水量及其电导率和全盐与土水比1︰5、1︰2.5、1︰1、1︰0.5系列的相关和换算关系。研究结果表明:在黄河三角洲盐碱土(氯化物类型)区,可采用通过计算土壤孔隙度得到的饱和土壤溶液含水量来定量确定原来定性判定饱和点的饱和泥浆含水量,以饱和土壤溶液电导率可完全代替饱和泥浆电导率;饱和泥浆电导率数值和全盐含量均不是土水比1︰5、1︰2.5、1︰1、1︰0.5系列中的最高值,但均与其存在极显著的相关关系,饱和泥浆电导率与土水比1︰5土壤浸提液的电导率、饱和泥浆全盐含量与土水比1︰0.5全盐含量相关性最高,可分别用最佳拟合回归函数模型进行换算:一元线性函数模型Ece=2.042 8×EC1︰5+0.089 5、一元二次函数模型Tse=0.064 1×(TS1︰0.5)2?0.059×TS1︰0.5+0.397 9。     

内蒙古河套灌区粮饲兼用高粱和谷子拔节期农艺性状对土壤盐分梯度的响应

粮饲兼用作物种植模式对内蒙古河套地区的农业、畜牧业可持续发展具有重要意义。本研究以粮饲兼用的2个高粱品种(‘F438’和‘2562’)和2个谷子品种(‘张杂19号’和‘张杂13号’)为试验材料,在内蒙古河套灌区五原县进行大田试验,研究2种作物拔节期的农艺性状对不同土壤盐碱水平的响应特征,并探讨作物不同农艺性状与土壤电导率(EC)的相关性。结果表明:以播种前样地的土壤EC为对照,至拔节期2个谷子品种土壤EC低于高粱品种;随土壤EC升高,谷子‘张杂13号’和‘张杂19号’的可见叶片数量、高粱‘F438’和‘2562’的叶片数均显著减少,表明高土壤含盐量显著抑制了2种作物的生长;高盐碱土壤显著限制了2种作物的株高和茎粗,谷子比高粱对土壤盐碱度的耐受能力更高;2种作物的叶面积对土壤盐碱水平都较敏感,低盐碱水平条件下叶面积已显著降低;随土壤盐碱程度增加, 2种作物叶片叶绿素含量均呈下降趋势, 2个高粱品种叶绿素含量受土壤盐碱梯度干扰相对较小。相关性分析结果表明,拔节期2种作物的茎粗、株高、叶面积和可见叶片数与土壤EC呈显著负相关。比较4个作物品种,谷子品种‘张杂19号’对土壤盐碱度的耐受能力较高,具有更强的盐碱地种植适应潜力。本研究结果对探明粮饲兼用作物在盐碱地种植模式的适应机制提供了科学依据,对内蒙古河套地区传统农业种植模式优化和畜牧业可持续发展具有重要意义。     

直压式电导法测定厚包气带土壤岩性的应用研究

探索将厚包气带直压式测量土壤电导率(EC)用于绘制土壤岩性剖面的方法。研究区位于太行山山前平原,由于浅层地下水大幅度下降,该区已经形成了厚包气带。我们利用Geoprobe(r)直压式钻机和温纳排列(W enner Array)电极组测得EC剖面并钻取相应的土样。土样分析结果显示,深层土壤水分含量受岩性控制。由于研究区土壤为非盐渍土,因此土壤岩性是EC变化的主要控制因素,而土壤EC的空间变化也能表达岩性的分布。比较土样颗粒组成和EC值发现,EC值与土壤砂粒含量成负相关,与土壤粘粒含量成正相关。当土壤中砂粒含量由12%增加到100%时,EC由100 mS m-1减少到20 mS m-1;而粘粒含量由3%增加到26%时,EC由30 mS m-1增加到100 mS m-1。研究结果表明,厚包气带直压式测量EC资料可以推断土壤岩性。     

于田绿洲盐渍土水、盐、温度季节变化规律与相关性研究

以于田绿洲为研究区,借助ENVI 5.1、ArcMap 10.2、Origin 8.5、SPSS 20.0,同时结合野外实测数据,对盐渍土不同土层(0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm)的土壤含水量、温度、电导率的变化规律及相关性进行了研究。结果表明:研究区土壤含水量、温度、电导率从6月到8月呈升高趋势,绿洲南部和北部地区的5、8号点在60~80、80~100 cm土层的土壤含水量最高,8、22号点表层(0~20 cm)土壤电导率最高,而南部和西部地区的5、22号点在40~60 cm土层的土壤电导率最高;秋季和夏季的土壤含水量、温度、电导率均高于冬季和春季。研究区西部的16、22号点各土层的含水量与电导率呈显著正相关,在60~80 cm土层的土壤含水量与电导率的相关性最强,相关系数分别为0.970**、0.987**。     

脱硫石膏改良盐碱土壤综合效果评价研究

为探究区域脱硫石膏改良盐碱土壤的综合效果，通过文献调研统计分析了施加量在0~60 t·hm?2范围内的脱硫石膏，对土壤pH、交换性钠百分率、浸提液电导率和作物产量的变化特征。基于灰色关联分析法和熵权法建立了以脱硫石膏施加量为自变量的盐碱土壤综合改良评价模型。结果表明：施用脱硫石膏可降低土壤pH和交换性钠百分率，提高作物产量（油葵、苜蓿、玉米、水稻、小麦、枸杞和甜高粱），但增加了土壤浸提液的电导率值。随着脱硫石膏施加量的增加，土壤pH和交换性钠百分率的降低率及作物产量的增加率呈先增加后减少的趋势，而土壤浸提液电导率的增加率呈增加的趋势。在中度或重度盐碱土壤为获得作物高产，脱硫石膏施加量不宜超过30 t·hm?2。为综合分析脱硫石膏改良盐碱土壤的效果，本文基于熵权—灰色关联度评价模型，分析脱硫石膏最佳施加量。轻、中度盐碱土施加18～22 t·hm?2的脱硫石膏；重度盐碱土施加23～29 t·hm?2的脱硫石膏可取得良好的改土增产效果。研究成果为脱硫石膏改良盐碱土壤提供参考依据。     

Upgrading a 1/20,000 soil map with an apparent electrical conductivity survey

Despite their shortcomings, choropleth soil maps remain the most widespread source of information on soil resources. Since most nationwide soil surveys were conducted in the second half of the previous century, a need for upgrading emerges. We evaluated the potential of detailed observations made by a mobile, non-invasive proximal soil sensor to upgrade a part of the 1/20,000 choropleth soil map of Belgium. This study was conducted on a 14 ha area which had been mapped twice in the 1950s: first, during the national soil survey yielding a 1/20,000 soil map, and second, during a detailed investigation resulting in a 1/5000 map. The first map failed to identify the presence of a Tertiary clay substratum at variable depths, while the second map indicated this substratum to be present within 1.2 m below the soil surface for about a third of the area. A recent survey with the EM38DD soil sensor provided 9192 measurements of the apparent electrical conductivity (EC_a) within the study area. The depth of the substratum (D_ts) was noted at 60 calibration locations by augering and the relationship between EC_a and D_ts was modelled by an exponential curve with an R² of 0.80. This allowed the detailed mapping of D_ts by regression kriging. The predictions were validated using 46 independent observations of D_ts indicating a reasonable average error of 0.24 m and a very good correlation coefficient between observed and predicted values of 0.94. A map accuracy assessment indicated that even after classification, the D_ts classes were better predicted by the sensor data than the 1/5000 map which was based on many more auger observations. Finally an upgraded 1/20,000 soil map was presented, illustrating the potential of combining existing soil maps with proximal soil sensing technology.     

基于光谱指数与机器学习算法的土壤电导率估算研究

土壤盐分是干旱区土壤盐渍化评价的重要指标。以新疆维吾尔自治区渭干河-库车河三角洲绿洲为例,基于土壤电导率 (Electrical conductivity,EC) 及可见光-近红外 (Visible and near infrared, VIS-NIR) 光谱数据,通过蒙特卡洛交叉验证 (Monte Carlo cross validation, MCCV) 确定364个有效样本。采用原始光谱 (Raw reflectance, R) 及其经过微分、吸光度 (Absorbance, Abs)、连续统去除 (Continuum removal, CR) 等6种预处理后的数据构建光谱指数。基于遴选出的21个最优指数,采用BP神经网络 (Back propagation neural network, BPNN)、支持向量机 (Support vector machine, SVM)、极限学习机 (Extreme learning machine, ELM) 三种算法对EC进行估算,并引入偏最小二乘回归 (Partial least squares regression, PLSR) 进行比较。结果表明：在基于R与6种光谱预处理数据构建的21个最优光谱指数之中,R_FD_RSI (R₁₉₁₃,R₂₁₄₂) 表现最佳 (r = 0.649) ;与PLSR相比,机器学习算法能够显著提高模型的估算精度,R²提高了34.55%。三种机器学习算法模型中,ELM表现最优 (R² = 0.884, RMSE = 3.071 mS?cm^-1, RPIQ = 2.535) 。本研究中所构建的光谱指数在兼顾遥感机理的同时能深度挖掘更多的隐含信息,并且基于机器学习算法的土壤EC估算模型精度显著提高,为干旱区土壤盐分定量估算提供了科学参考。     

一种土壤盐分传感器的敏感场分析及其校正研究

从基本理论出发,计算了一种新型探针式四电极外部电势的理论分布,通过对敏感场分析得出了该四电极的敏感响应范围为径向直径约1.5倍电流电极间距的椭球体.通过研究土壤表观电导率(ECa)、土壤盐分(EC1:5)和土壤质量含水率(θ)之间的关系,利用非线性回归的方法获得了精度较高的ECa-EC1:5校正模型,为土壤盐渍化调查和监测提供了便捷有效且费用低廉的方法.     

电磁感应仪用于土壤盐分空间分布的协同克立格估值研究

以黄河三角洲地区典型地块为研究对象,应用地统计学的半方差函数理论,分析了0～40 cm和40～80 cm土壤盐分的空间变异特征.在对协同区域化变量进行交互半方差分析的基础上,采用协同克立格法,以电磁感应仪EM38测得的土壤表观电导率作为协同变量,对各层次的土壤盐分进行估值.结果表明:受结构性因素和随机性因素共同作用,各层次土壤盐分均表现中等强度的变异和空间相关性;随机性因素是引起土壤盐分空间异质性的关键原因;协同区域化变量间均表现为正相关,且协同区域化变量的空间结构优于单一变量.同普通克立格法相比,协同克立格法估值产生的均方误差减小13.1%～17.8%,平均标准误差减小5.83%～17.6%,预测值和实测值间的决定系数提高37.6%～42.6%.该研究结果为黄河三角洲地区土壤盐渍化的精准定量化、科学管理与合理改良提供了一定的理论基础和实践依据.     

轮作对设施蔬菜大棚中次生盐渍化土壤盐分离子累积的影响

2007 年8 月在江苏省宜兴市采集10 个典型大棚土壤及其邻近露地蔬菜地土壤调查其离子组成和电导率, 并选择2 个土壤具有次生盐渍化特征的大棚研究轮作(蓖麻-白菜-蓖麻、辣椒-白菜-辣椒)对土壤电导率(EC)和离子组成的影响。结果表明, 大棚蔬菜地土壤EC 显著高于露地蔬菜地土壤, 20%的大棚土壤已发生次生盐渍化(EC>500 μS·cm^-1); 大棚土壤的SO₄^2-、NO₃^-离子浓度显著高于露地蔬菜土壤, 说明SO₄^2-、NO₃^-是影响大棚次生盐渍化的主要离子。2 年3 茬大棚蔬菜地轮作试验结果表明, 蓖麻-白菜-蓖麻轮作导致土壤EC 下降5%, 辣椒-白菜-辣椒轮作使土壤EC 下降33%, 表明后者对土壤次生盐渍化改良效果优于前者。两轮作系统盐分离子累积差异主要在于SO₄^2-, 辣椒-白菜-辣椒轮作能降低土壤SO₄^2-的累积, 而蓖麻-白菜-蓖麻轮作则不然。建议根据次生盐渍化土壤主控盐分离子以及不同作物对盐分离子吸收累积偏向性选择合适的轮作系统, 实现轮作改良次生盐渍化最佳效果。     

Mapping soil salinity in 3‐dimensions using an EM38 and EM4Soil inversion modelling at the reconnaissance scale in central Morocco

Large areas of Morocco require irrigation and although good quality water is available in dams, farmers augment river water with poorer quality ground water, resulting in salt build‐up without a sufficient leaching fraction. Implementation of management plans requires baseline reconnaissance maps of salinity. We developed a method to map the distribution of salinity profiles by establishing a linear regression (LR) between calculated true electrical conductivity (σ, mS/m) and electrical conductivity of the saturated soil‐paste extract (ECe, dS/m). Estimates of σ were obtained by inverting the apparent electrical conductivity (ECa, mS/m) collected from a 500‐m grid survey using an EM38. Spherical variograms were developed to interpolate ECa data onto a 100 m grid using residual maximum likelihood. Inversion was carried out on kriged ECa data using a quasi‐3d model (EM4Soil software), selecting the cumulative function (CF) forward modelling and S2 inversion algorithm with a damping factor of 3.0. Using a ‘leave‐one‐out cross‐validation' (LOOCV), of one in 12 of the calibration sites, the use of the q‐3d model yielded a high accuracy (RMSE = 0.42 dS/m), small bias (ME = ?0.02 dS/m) and Lin's concordance (0.91). Slightly worse results were obtained using individual LR established at each depth increment overall (i.e. RMSE = 0.45 dS/m; ME = 0.00 dS/m; Lin's = 0.89) with the raw EM38 ECa. Inversion required a single LR (ECe = 0.679 + 0.041 × σ), enabling efficiencies in estimating ECe at any depth across the irrigation district. Final maps of ECe, along with information on water used for irrigation (ECw) and the characterization of properties of the two main soil types, enabled better understanding of causes of secondary soil salinity. The approach can be applied to problematic saline areas with saline water tables.