杭锦旗黄河南岸灌区土壤质量指数计算方法比较研究

为研究土壤质量评价过程中不同质量指数计算方法的差异与最优组合,采集并测定了内蒙古杭锦旗黄河南岸灌区79个土壤样本的11项理化指标,并基于主成分分析法构建最小数据集,对比分析了主成分分析法和层次分析法2种权重确定方法与隶属度函数、线性评分函数和非线性评分函数3种指标评分方法组合下计算的土壤质量指数,最后通过与全体数据集的自相关精度检验获取最优方法组合。结果表明：1)层次分析法确定的物理指标权重高于主成分分析法,速效养分指标权重低于主成分分析法,隶属度函数、线性评分函数、非线性评分函数对指标分值计算结果的分布趋势基本保持一致,但隶属度函数对物理指标进行评分时具有更高的区分度;2)采用层次分析法确定指标权重,隶属度函数确定指标分值计算的最小数据集土壤质量指数的自相关检验精度最高(R²=0.85),纳什效率系数为0.81,相对偏差系数为0.04;3)最优方法组合下全体数据集和最小数据集的土壤质量指数变化分别是0.25～0.71和0.16～0.78,平均值为0.43和0.45,表明研究区域土壤处于中等质量水平。综上,本研究确定了准确评价杭锦旗黄河南岸灌区土壤质量的最优方法组...     

不同肥料投入对有机菜田土壤质量的影响

为探究不同肥料投入对有机菜田土壤质量的影响,以有机菜田为研究对象,设置商品有机肥（OF）、餐厨有机肥（KOF）、绿肥（G）和种植绿肥配施菌剂（MG）4个处理,以不施用肥料为对照（CK）,测定不同肥料投入后有机菜田土壤的pH、有机质含量、阳离子交换量等15个指标,利用相关性分析、聚类分析以及主成分分析等方法建立有机菜田土壤质量评价最小数据集,并根据非线性参数方程及权重计算出不同肥料投入对土壤质量的综合影响指数。结果表明：与CK相比,施加OF和KOF均可以显著提高土壤pH、速效磷含量、电导率、钠离子含量（P<0.05）,施加KOF可使土壤有机质增加18.52%（P<0.05）。相较于CK,施用有机肥和种植绿肥均可以提升土壤质量,但KOF的施用对土壤质量提升效果最为显著,综合土壤质量评价指数较CK升高30.23%。在筛选出的8个土壤评价最小数据集指标中,土壤有机质对土壤质量影响最大。综上,施加餐厨有机肥比商品有机肥和绿肥更有利于提升有机菜田的土壤质量。     

基于NIR定量模型快速预测发酵麸皮中还原糖和可溶性蛋白成分的含量

为建立一种能快速预测发酵麦麸还原性糖和可溶性蛋白含量的定量分析模型,本研究以发酵麦麸为样本,采用3,5-二硝基水杨酸比色法（3,5-dinitrosalicylic acid, DNS）和BCA蛋白浓度测定法分别测定样品的还原性糖和可溶性蛋白含量;利用近红外光谱技术（Near infrared spectrum instrument, NIR）结合偏最小二乘法（Partial least squares regression, PLS）,比较预处理方法、最佳波长及主成分因子的决定系数R²,建立发酵麦麸还原性糖和可溶性蛋白含量的NIR快速检测定量模型。结果表明：1）发酵麦麸还原性糖定量模型的预处理方法使用一阶导数 （First derivative, FD）+二阶导数 （Second derivative, SD）+标准正态变换 （Standard normal variate, SNV）,光谱范围为908~1 670 nm ,主因子数为7时,模型效果最优,其决定系数Rc²为0.904 8,校正均方根误差（Square error corrected, SEC）为1.576 1,相对分析误差（Relative percentage difference, RPD）为3.240 8;外部验证集决定系数Rp²为0.954 9且还原糖活性成分的验证集样本的测定值与NIR光谱预测值的P值为0.959 5>0.05。2）发酵麦麸可溶性蛋白定量模型的预处理方法使用一阶导数 （First derivative, FD）+二阶导数 （Second derivative, SD）+标准正态变换 （Standard normal variate, SNV）,光谱范围为908~1 670 nm ,主因子数为10时,模型效果最优,其决定系数Rc²为0.938 2,校正均方根误差（Square error corrected, SEC）为2.003,相对分析误差（Relative percentage difference, RPD）为4.021 9;外部验证集决定系数Rp²为0.994 4,且可溶性蛋白活性成分的验证集样本测定值与NIR光谱预测值的P值为0.901 9>0.05。综上,建立的NIR光谱定量模型稳定性和准确性较好,且预测准确度良好,可用于快速预测发酵麦麸样品的还原性糖和可溶性蛋白含量。     

多溴联苯醚在电子拆解区及周边土壤和灰尘中的分布规律和源分析

利用气质联用仪(GC-NCI-MS)对台州地区表层土壤和灰尘样品中PBDEs的含量进行检测,并分析了PBDE同系物的分布模式,比较了不同功能区域PBDEs的污染水平、分布特征及来源分析。结果显示:PBDEs在土壤和灰尘中的含量分别为227~8447 ng·g^-1(均值2090 ng·g^-1)和313~29 787 ng·g^-1(均值8723 ng·g^-1);不同功能区域土壤和灰尘样品中均显示BDE-209是最主要的同系物,且土壤中BDE-209所占的比例高于灰尘;随着与污染源的距离增加,PBDEs总含量呈逐渐下降趋势。土壤和灰尘中特定BDE含量之间无显著相关,土壤TOC与所有PBDE同系物之间极显著相关(P<0.01),表明土壤TOC对PBDEs污染物在土壤中的分布、迁移转化等有重要的影响。主成分分析和聚类分析进一步表明,十溴工业品可能是当地PBDEs污染的主要来源之一。     

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。     

基于物联网和LSTM的柑橘园土壤含水量和电导率预测模型

目的 构建柑橘果园环境信息物联网实时采集系统,建立基于物联网和长短期记忆(LSTM)的柑橘园土壤含量和电导率预测模型,为果园灌溉施肥管理、效果预测评估提供参考依据。方法 利用土壤温度、含水量、电导率三合一传感器,在柑橘果园中设置5个节点和1个气象站,通过ZigBee短距离无线通信和GPRS远距离无线传输,将果园气象数据和土壤墒情数据传输至远程服务器。利用LSTM模型建立气象数据与土壤含水量和电导率的预测模型,计算均方根误差(RMSE)和决定系数(R²)以进行性能评估。结果 物联网系统能够实现远程传输柑橘果园环境数据,建立了基于LSTM和广义回归神经网络(GRNN)的土壤含水量和电导率预测模型,模型在5个节点的数据集的训练结果分别为：LSTM模型训练的土壤含水量和电导率的RMSE范围分别为6.74~8.65和6.68~8.50,GRNN模型训练的土壤含水量和电导率的RMSE范围分别为7.01~14.70和7.60~13.70。利用生成的LSTM模型和气象数据进行拟合,将土壤含水量和电导率的预测值与实测值进行回归分析,LSTM模型拟合的土壤含水量和电导率的R²范围分别为0.760~0.906和0.648~0.850,GRNN模型拟合的土壤含水量和电导率的R²范围分别为0.126~0.369和0.132~0.268,说明LSTM模型的性能表现较好。结论 建立了柑橘果园环境的物联网信息传输系统,构建的基于LSTM的果园土壤含水量和电导率预测模型具有较高的精度,可用于指导柑橘果园的灌溉施肥管理。     

土壤养分、种植年限和种植方式对巴戟天寡糖含量的影响

目的 分析土壤养分、种植年限、种植方式(林下和非林下)等3个重要因子对巴戟天Morinda officinalis品质核心指标寡糖含量的影响,为我国“四大南药”之一的巴戟天种植提供理论与数据支撑。方法 在广东省德庆县巴戟天道地产区选择18个非林下种植点,采用随机多点采样法采集土样和不同生长年限巴戟天样品,测定土壤养分和巴戟天肉质根寡糖含量,分析土壤养分含量和不同生长年限与巴戟天寡糖含量的关系;分别采集林下和非林下种植的巴戟天样品,通过主成分分析探究林下和非林下种植方式巴戟天的品质差异。结果 土壤pH与巴戟天蔗糖含量呈极显著的负相关关系(P<0.01),与寡糖含量呈显著正相关关系(P<0.05);土壤全磷、速效磷、速效钾与1-蔗果三糖、耐斯糖含量呈显著正相关关系(P<0.05)。3年生巴戟天的蔗糖含量显著高于其他生长年限的巴戟天,4年生巴戟天的1-蔗果三糖含量显著高于2年生巴戟天。林下种植巴戟天的品质优于非林下种植。结论 提高土壤中速效磷与速效钾含量可以提高巴戟天品质,4年生巴戟天的药材品质最佳,林下种植有利于提高巴戟天品质。     

云南德宏州油茶土壤和叶片养分含量及生态化学计量特征

目的 云南德宏州是我国唯一处在热带北缘的油茶种植区,研究该区域油茶土壤和叶片养分含量及生态化学计量特征,为油茶科学施肥、精准管理提供理论依据。方法 采用生态化学计量学的研究方法,测定并分析油茶土壤和叶片碳、氮、磷、钾含量与化学计量特征。结果 油茶林地土壤有机碳、全氮、全磷和全钾质量分数分别为47.77、2.56、0.69 和5.28 g·kg^-1,土壤有效磷和速效钾质量分数分别为3.69 和26.05 mg·kg^-1,土壤有机碳、全氮、全磷的变化具有协同性,土壤速效钾、有效磷含量直接取决于土壤全钾、全磷含量。油茶叶片碳、氮、磷和钾质量分数分别为422.09、13.51、0.97 和4.92 g·kg^-1;氮、磷协同变化,且均受到土壤磷调控,油茶生长发育受到氮、磷双重限制,其中磷为主要限制元素。叶片磷和磷钾比具有内稳态特征,内稳态指数H_P为5.08,H_P:K为3.26,其余元素及化学计量比均不具备内稳态特征。结论 云南德宏州油茶需持续加强磷元素投入,同时均衡投入氮、钾元素,以保障油茶的健康与持续产出。     

基于XGBoost与地理加权回归的吉林省西部土壤盐渍化反演

为及时、准确地应用多源遥感数据提取干旱和半干旱区域土壤盐渍化反演特征及获取土壤盐渍化程度的空间分布数据,以吉林省西部大安市为研究区,利用Sentinel-1 SAR、Sentinel-2 MSI多源遥感数据和DEM数据,构建土壤盐分含量（Soil Salt Content,SSC）反演特征集,结合BorutaShap算法优选特征,通过耦合地理加权回归（Geographically weighted regression,GWR）与极限梯度提升树（XGBoost）回归构建土壤盐渍化反演模型,并与XGBoost回归、GWR反演结果对比分析。结果表明：SSC反演特征集中,盐分指数、植被指数在BorutaShap算法中取得了较高的重要性排名,是大安市SSC反演的重要特征。GWR模型的R²和RMSE分别为0.48和4.83 g/kg,XGBoost回归模型的R²和RMSE分别为0.54和4.35 g/kg,耦合GWR与XGBoost回归构建的土壤盐渍化反演模型预测精度得到显著提高,R²与RMSE分别达到0.63和3.71 g/kg。依据该模型反演结果,大安市各类盐渍土分布存在较强的空间异质性,土壤盐分含量呈现出由东南向西北逐渐递减的趋势,与实地调查基本一致。综上,耦合GWR与XGBoost回归模型充分考虑了反演特征的空间异质性和非线性关系,可有效提高SSC反演精度,可获得更符合实际的SSC空间分布,可用于干旱和半干旱地区土壤盐分含量的反演。     

土壤质量评价指标体系的构建及评价方法

【目的】探究国内外土壤质量评价方法与指标体系,梳理土壤质量评价中的研究热点与发展前沿,为我国土壤质量评估研究及方法应用提供科学参考。【方法】基于Web of Science和CNKI数据库,利用文献计量检索方法,收集有关土壤质量评价指标、最小数据集筛选、土壤质量评价方法等方面的文献415篇、最小数据集155个。基于土壤质量评价指标选取频率、评价方法和最小数据集等信息,分析近30年来全球土壤质量评价的发展态势、前沿领域以及评价中存在的问题。【结果】国内外土壤质量评价指标体系涉及25个物理指标、36个化学指标、35个生物指标和19个环境指标。土壤有机质作为土壤质量的核心指标,其选取频率最高,为96.6%;其次是土壤酸碱度、全氮、速效磷、速效钾和容重,选取频率均在50%以上;微生物生物量、土壤酶活性等生物指标选取频率较低,均小于25%,但呈逐年增加的趋势。最小数据集构建方法中,主成分分析能最大限度地减少指标冗余,体现原始变量的绝大部分信息,应用最为广泛。被筛选进入最小数据集的指标中,有机质、速效磷、容重和土壤酸碱度在表征土壤质量时应用广泛,频率分别为67.7%、43.2%、34.8%和34....     

黄河三角洲滨海棉田土壤盐分特征研究

采用相关分析和主成分分析方法对黄河三角洲棉田试验区土壤盐分特征进行研究,结果表明,试验区土壤为中度盐渍化,且盐分呈现一定的表聚现象;土壤各层盐基离子中,阳离子以Na⁺为主,阴离子以Cl^-为主,这两种离子对棉花生长的毒害作用尤为突出;土壤盐分含量与Na⁺、SO₄^2-、Cl^-、Mg²⁺、Ca²⁺、NO₃^2-、HCO₃^2-离子含量均呈极显著正相关;Na⁺、Cl^- 及SO₄^2-是影响试验区棉田盐渍化的主要特征因子。本研究结果可为黄河三角洲地区盐渍化土地科学管理和农业可持续发展提供理论基础和实践依据。     

Vertical Migrating and Cluster Analysis of Soil Mesofauna at Dongying Halophytes Garden in Yellow River Delta

For the first time,we used Tullgren method made a study on vertical migrating and cluster analysis of the soil mesofauna in Dongying Halophytes Garden in the Yellow River Delta(YRD),Shandong Province.The results showed that the soil mesofauna tended to gather on soil surface in most samples at most times,but the vertical migrating greatly varied in different seasons or environment conditions.Acari was the dominant group.The index of diversity of the soil fauna was correlated with the index of evenness.The Acari’s number of individuals infected other species and numbers.Dominant group-Acari made greater contribution to the result of cluster analysis,and there were significant differences between communities in different habitats by cluster analysis with both Bray-Curtis and Jaccard similarity coefficient.     

黄河三角洲湿地两岸植被特征分析

为了研究黄河两岸植被的差异性,更好的了解黄河三角洲湿地的植被资源,在黄河两岸分别选取较为典型的地区,采用样方法进行调查.研究发现:黄河北岸的物种多样性略高于南岸.根据重要值、生态位宽度以及生态位重叠几个指标的计算,可以看出芦苇在两岸的群落中占有重要的地位,为两岸调查区域内的群落主要构建种.黄河北岸的植被主要以盐生植被为主,由于在黄河南岸实施恢复工程,南岸的植被中则出现了香蒲等物种,代表了黄河三角洲湿地植被演替的一个方向.     

东营盐生植物园土壤动物垂直分布研究及其聚类分析

采用Tullgren干漏法,研究位于山东省东营市黄河三角洲盐生植物园内土壤动物垂直分布情况并进行聚类分析。结果表明,在调查的10个样点中,土壤动物的垂直分布在不同季节和不同生境条件下变化很大,但是大多数样点内的表聚性特点明显;蜱螨目是该地区的主要优势类群,另一优势类群弹尾纲个体数量变化大,分布存在显著差异;黄河三角洲盐生植物园内土壤动物的多样性与均匀度变化趋势一致。各样点内优势类群蜱螨目的数量巨大,严重影响其他物种的数量和分布,对聚类分析影响较大,最终导致Bray-Curtis相似性系数和Jaccard相似性系数的聚类分析结果差异明显。     

基于核主成分-聚类分析的土壤质量评价方法

针对传统主成分分析处理非线性问题的不足,采用基于核主成分-聚类分析的评价方法对土壤质量进行评价并分类。先利用核主成分分析剔除原始数据中存在线性相关和信息重叠的指标,再利用得到的主成分代替原来的评价指标,对土壤质量进行聚类分析。结果表明,该方法准确客观,可为土壤评价提供参考依据。     

黄河三角洲潮间带盐地碱蓬湿地土壤磷含量和储量的季节动态变化特征

以黄河三角洲潮间带盐地碱蓬湿地为研究对象,通过在春季、夏季和秋季分别采集0～10 cm和10～20 cm土层的土壤样品,分析了盐地碱蓬湿地土壤磷素的时空动态变化特征。研究结果表明:盐地碱蓬湿地土壤总磷(TP)、有效磷(AP)和AP/TP比值的变化趋势相似,且具有高度的时间异质性,都呈现秋季低、夏季和次年春季高的"V"形分布特征;湿地土壤TP水平较高,已超过生态毒性的最低阈值(600 mg·kg~(-1)),但该区土壤AP/TP比值低于磷的生物利用度的阈值(2%);湿地土壤TP储量随夏季、秋季、次年春季呈依次减少的变化趋势,AP储量也呈现秋季低、夏春季高的"V"形分布特征;湿地土壤TP、AP含量和储量在两个土层之间不存在显著性差异(P0.05)。湿地土壤TP和土壤含水量(P0.05)、Al和Mg(P0.01)均存在显著正相关关系,和土壤盐度呈显著负相关关系(P0.05);AP和土壤含水量及容重显著正相关(P0.05);土壤磷素与土壤有机质、土壤pH的相关性均未达到显著性水平(P0.05)。总体上,黄河三角洲盐地碱蓬湿地土壤磷的垂直变异性不大,但具有明显的季节变异性,其含量与土壤铝镁化合物以及土壤盐度和含水量具有显著的相关性。     

黄河泥沙充填复垦农田生产力障碍因素调查分析

为揭示复垦农田生产力的障碍因素,提升黄河泥沙充填复垦农田的作物产量,选取山东省邱集煤矿黄河泥沙充填复垦区域为对象,通过农户问卷调查和定点采样分析的方法进行研究。结果表明:1)黄河泥沙充填复垦农田覆土厚度影响小麦实际产量,随着覆土厚度的减小,小麦实际产量呈现递减趋势;2)土壤有机质、总氮、总磷、碱解氮和有效磷含量整体上与研究区农田小麦实际产量成正相关;3)施肥量对黄河泥沙充填复垦农田小麦调查产量的影响不稳定性较强;耕种复垦农田的农户习惯施肥量存在严重过高现象,且肥料施用比例失衡;4)研究区两类农田小麦调查产量与灌溉量均在0.01水平上显著相关。在研究区内利用黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地是可行的,但复垦农田在耕作管理过程中应当采取少量多次的施肥和灌溉方式,注意农作物秸秆还田,培肥地力、提高土壤保水保肥能力等。     

多时空尺度的土壤质量评价最小数据集的建立

[目的]探讨土壤质量评价最小数据集的建立方法,并且基于建立的方法构建不同时空尺度的土壤质量评价最小数据集。[方法]基于环境相关法,采用皮尔森相关分析、主成分分析和计算矢量常模值、土壤母质类型、土壤类型和土地利用与土壤质量的关系等建立土壤质量评价最小数据集。[结果]就空间尺度而言,衡量县域和乡镇尺度土壤质量好坏的最小数据集明显不同,2008年县域尺度下最小数据集包括土壤容重、砂粒、土壤有机质、黏粒、pH、土壤有效锌、土壤有效锰7个指标,而进入2008年乡镇尺度下的最小数据集则为粉粒、有效钾、有效锰、全氮、土壤容重、黏粒、pH、土壤有效铁8个因素;就时间尺度而言,不同时期的最小数据集不同。[结论]土壤质量评价必须和时空尺度挂钩才有意义。基于该研究建立的方法得到的土壤质量评价最小数据集参数能够最大限度地包含所有未入选参数所表达的土壤质量信息。不同时空尺度下建立土壤质量最小数据集冗余程度最低。     

引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地区域适用性评价——以济宁市为例

在黄河沿岸的采煤沉陷地运用和推广引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷区,分析引黄河泥沙充填复垦时主要影响因素,并基于多因素综合评价法、层次分析法、熵权法构建引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地的区域适用性评价指标体系,并以济宁市为例进行示范与验证。通过构建的评价体系将济宁市所有煤矿分为适用区、较适用区和不适用区三大区域,其中适用区主要位于市域的中北部地区,该区域具有:距离黄河以及黄河采砂点较近、管道输沙时泥沙保证率高、区域地形地势起伏小等特点,且由于采煤沉陷面积大、人均耕地面积少,急切需要进行土地复垦以提高当地耕地的数量和质量的现实需求。该方法可用于济宁市以及滨黄河流域引黄河泥沙充填复垦矿区采煤沉陷地的布局、选址于规划研究。     

淇河鲫与其它3种鲫形态差异的多元统计分析

为研究淇河鲫种质状况,采用了聚类分析、判别分析、主成分分析3种多元统计分析方法,对黄河、海河2个水系的淇河鲫、沁河鲫、金堤河鲫和北运河鲫4个鲫群体的可数、可量和框架形态性状进行了比较研究。结果表明:(1)与其它3个鲫群体相比,淇河鲫形态特异性比较显著。其侧线上鳞、侧线下鳞和臀鳍条数均值,均显著高于其它3群体鲫,其侧线鳞数均值低于金堤河鲫,淇河鲫在体厚、背鳍长度、躯干部长度和尾部长度、高度方面占有明显优势,在臀鳍长度、头部大小及体高方面有明显的劣势;(2)淇河鲫与北运河鲫有着较近的亲缘关系,金堤河鲫与沁河鲫有着较近的亲缘关系。相对于沁河鲫,淇河鲫与金堤河鲫亲缘关系更近;淇河鲫仍然有着较为独特的种质特征,外来种质的影响尚不显著。研究亮点:淇河鲫为河南省特有名贵鱼类,采用聚类分析、判别分析和主成分分析3种多元统计方法,对淇河鲫可数、可量和框架性状进行分析研究,确证了其双背鲫的特征,认为外来种质对淇河鲫的影响尚不显著,为其种质鉴定与科学保种提供了理论依据。