混合像元分解在表层土壤有机质遥感估算中的应用

基于Landsat 8 OLI遥感影像数据,以巢湖流域为研究区,通过线性混合像元分解法从混合像元光谱中消除植被端影响,重建土壤光谱,构建土壤有机质遥感估算模型,并与直接基于影像光谱构建的土壤有机质估算模型进行比较.结果表明,通过线性混合像元分解法构建的估算模型建模集的决定系数(R2)为0.48,均方根误差(RMSE)为5.42,验证集的R2=0.46、RMSE=5.85;直接基于影像光谱构建的土壤有机质估算模型建模集的R2=0.36、RMSE=6.93,验证集的R2=0.37、RMSE=7.12.运用线性混合像元分解法构建的有机质估算模型可有效抑制地表植被干扰,提高土壤有机质遥感估算精度.     

土壤轻组有机质研究进展

土壤有机质在碳和氮循环及维持土壤生产力等方面具有重要作用,利用密度分组技术可将土壤有机质分成轻组和重组.轻组密度一般<2.0 g.cm-3,通常用密度浮选法分离得到,早期分离轻组的重液是有机溶剂,目前多用水溶性无机盐,结合密度和颗粒大小的分离技术在近年来得到迅速发展.轻组主要由可识别的不同分解阶段的植物残体组成,还包括孢子、种子、动物残体、微生物的残骸以及一些吸附在碎屑上的矿质颗粒.土壤轻组仅占土壤质量的一小部分,但轻组的碳含量一般显著高于全土.轻组物质的碳氮比高,周转速度快,是易变有机碳的良好指标.土壤轻组一般具有明显的季节变化,并大部分聚集在土壤表层,随土层深度的增加而下降.土壤轻组主要受残留物输入的时间、数量、组成以及环境因素的影响,同时轻组对耕作经营措施、作物轮作制度、土地利用、施肥等变化的响应非常敏感.密度分组与颗粒大小分组技术的结合是今后研究轻组的主要技术手段,土地利用和经营管理的变化对土壤轻组数量和性质的时空动态影响是未来的主要研究方向.     

遥感影像在土壤属性估算中的应用

了解土壤属性（SOM、N、P等）对于指导施肥、农业生产和农业调查中都有重要的作用。对黑龙江省绥化市附近黑土区范围内采集土壤样品进行研究,在ASTER遥感影像中获取对应采样点的光谱值,将土壤有机质、总氮含量和遥感影像光谱值进行逐步回归分析,得出影像反射光谱值与有机质含量之间指数关系式;与总氮含量确定为对数关系。根据建立的模型进行有机质和总氮含量制图。这个模型可以作为土壤参数估测和评价的参考,有一定的实际意义和应用价值。     

基于CNN-FCM与光谱数据的土壤有机质高光谱估测

为克服卷积神经网络（CNN）拟合和估测精度不一定成正比的不足,提高土壤有机质估测精度,本文基于山东省济南市章丘区和济阳区的121个土壤样本的数据,首先对光谱数据进行预处理,然后建立土壤有机质高光谱CNN-FCM估测模型。结果表明：当CNN模型结构为一个3×3的卷积核,一个2×2的平均池化层,一个完全连接和输出层,FCM模型的模糊分类数为10,且使用线性函数建立融合模型时,模型估测精度最高,其中检验样本的决定系数R2为0.895,平均相对误差MRE为5.042%,均优于传统的BP、SVM和随机森林模型。研究表明,土壤有机质高光谱CNN-FCM估测模型是可行有效的。     

基于表层土壤光谱的耕层土壤有机质间接估测

为解决遥感技术在监测耕层土壤有机质方面的应用问题,利用表层土壤光谱对耕层土壤有机质含量进行估测。以山东省济南市章丘区的表层、耕层各76个土壤样本为研究对象,首先对表层光谱数据进行小波变换去噪、剔除异常样本等处理,然后对处理后的光谱反射率进行一阶微分等10种数学变换,在对数倒数一阶微分和对数一阶微分变换后的反射率数据中选取43个与土壤有机质含量相关系数较高的波段,通过主成分分析以累计贡献率大于90%的标准选取5个主成分作为反演因子,利用BP神经网络(BPNN)、支持向量机回归(SVR)和多元线性回归(MLR)方法建立耕层土壤有机质含量间接估测模型。结果表明,耕层土壤与表层土壤有机质含量之间决定系数R~2达到0.839,显著性P0.01,存在着较强的相关性BPN估测模型的精度最优,决定系数R~2为0.845,平均相对误差为7.642%,RMSE分别为1.622g·kg~(-1)。研究表明,利用表层土壤光谱信息间接估测耕层有机质含量是可行有效的,为耕层土壤有机质的估测问题提供了一种新思路。     

华南地区土壤有机质含量高光谱反演

为实现对土壤有机质含量的快速监测,在对土壤有机质含量作倒数变换的同时将土壤高光谱数据进行多种数据变换处理,筛选出与土壤有机质含量倒数变换后相关性最高的光谱指标,最后构建了土壤有机质含量高光谱反演的最佳模型,实现对土壤有机质含量的反演。结果表明:估算土壤有机质含量的最佳光谱指标为反射率一阶微分波段组合R_((587,126)*R_((734,049))*R_((1 095,892)),相关系数为0.769;在此基础上构建的土壤有机质含量高光谱反演模型最佳(Y=5×10~(16)x~3-5×10~(10)x~2+59 471.000 0x+0.101 1),其决定系数R~2为0.65,均方根误差(RMSE)为0.040 mg/kg。将其验证样本预测值与实测值进行比较,平均相对误差为27.00%,RMSE为4.19 mg/kg。该验证结果证明利用该模型进行华南地区土壤有机质含量的快速监测是可行的。     

遥感影像在土壤属性估算中的应用

了解土壤属性(SOM、N、P等)对于指导施肥、农业生产和农业调查中都有重要的作用.笔者研究在黑龙江省绥化市附近黑土区范围内采集土壤样品进行研究.在 ASTER 遥感影像中获取对应采样点的光谱值.将土壤有机质、总氮含量和遥感影像光谱值进行逐步回归分析,得出影像反射光谱值与有机质含量之间指数关系式;与总氮含量确定为对数关系.根据建立的模型进行有机质和总氮含量制图.这个模型可以作为土壤参数估测和评价的参考,有一定的实际意义和应用价值.     

丘陵区耕地土壤有机质含量高光谱估测研究

本文以钢城区2个丘陵村耕地土壤为研究对象,通过野外采样、自然风干、化验分析、高光谱测定及数据处理等,确定最佳高光谱变换方式并筛选显著性波段,建立随机森林(RF)、支持向量机(SVM)、偏最小二乘回归(PLSR)和多元逐步回归(SMLR)4种估测模型,对比分析确定最佳估测模型.结果表明:高光谱变换处理可以扩大光谱曲线特征...     

土壤有机质遥感制图研究进展与展望

【目的】土壤有机质是衡量土壤肥力高低的重要指标,土壤有机质制图对了解土壤肥力空间分布格局,开展培肥地力、耕地质量评价、土壤碳循环研究、土壤污染治理等具有重要意义。基于遥感技术的土壤有机质制图是土壤学科新兴的研究方向和热点问题。文章全面总结土壤有机质遥感制图方法的发展和应用,展望未来土壤有机质遥感制图研究趋势,为土壤有机质制图工作提供参考。【方法】该文采用文献综述的方法,回顾和总结了近年来国内外土壤有机质遥感制图研究进展,对比分析了多光谱遥感法、结合遥感数据的土壤有机质预测性制图法、高光谱遥感影像直接法等3类土壤有机质遥感制图方法的优势和局限性;重点分析了影响成像高光谱土壤有机质制图精度的因素,阐述了土壤有机质光谱敏感波段、建模方法选择的研究进展、存在的问题及发展趋势。【结果 /结论】(1)多光谱遥感数据为土壤有机质制图提供了丰富的植被覆盖、土地利用、气候等土壤成土环境因素信息,广泛应用于大尺度范围或复杂地形区域的土壤有机质制图,但表达土壤有机质空间分布细微差异不够精细化;(2)高光谱遥感数据参与土壤有机质制图,提高了土壤有机质制图精细度,但需要加强土壤有机质光谱敏感波段优选以及适宜的土壤有机质高光谱建模方法研究;(3)中红外高光谱遥感具有土壤有机质预测和制图的潜力,该领域的发展值得期待。     

对丘林法测定土壤有机质的改进

用二氧化硅作空白填加物对照的改进丘林法,测定土壤有机质含量,不需乘以氧化校正系数,测定结果即可达到标准的干烧法水平。准确度由原来的93%提高到99～100%,同时手续简捷,节约试剂。     

不同管理模式下生土有机质动态模拟

以生荒土土壤有机质含量3.40g/kg为起点,将不同轮作方式、产量水平、有机质归还方式组成不同的管理模式,模拟土壤有机质的动态变化.结果表明有机质归还模式是影响土壤有机质积累速度的首要因素,机械收割高留茬还田是补充土壤有机质的一条有效途径.在良好管理的条件下,8年后生土土壤有机质可达到8g/kg,但与当地大田的土壤有机质含量10g/kg仍有差距,表明生土培肥是一个长期过程.     

水田自然免耕土壤有机质变化特性研究

水田自然免耕后,土壤有机质含量比淹水平作土壤低,比水旱轮作土壤高,随着免耕时间延长,免耕土壤的有机质和活性有机质逐渐回升.免耕垄作土壤的腐殖质特别是松结合态腐殖质相对含量增多,土壤复合度增加,有利于土壤结构的改善。     

有机物料的腐解及土壤有机质的调控

应用砂滤管法研究了10种常用的有机物料在哈尔滨地区黑土中的腐解状况。结果表明,各物料的腐殖化系数依次为:玉米根茬>小麦根茬>农家肥>豆根茬>豆秸>谷子根茬>玉米秸>麦秸>草木樨根茬>草木樨秸。为科学地调控土壤有机质提供理论依据,可根据不同有机物料的腐殖化系数及哈尔滨地区黑土有机质的矿化率,并以 Jenny 模型计算有机物料施用量,维持土壤有机质的平衡。     

塿土中有机质的累积和分解

用田间定位试验和砂泸管模拟试验,研究不同有机物料、灌水条件和有机肥用量对土壤有机质累积和分解系数的影响。结果表明:不同有机物料,第一年矿化率毛苕秸秆、玉米秸秆>厩肥,第二年趋于一致,达到相对稳定。当年累积系数,根茬>厩肥>玉米秸秆,受施用量的影响较小。稳定有机质分解系数,旱地>水浇地。土壤有机质消长,不施肥有下降趋势,施化肥能维持土壤原有机质水平。在化肥基础上增施有机肥,土壤有机质提高程度与施有机肥量呈极显著正相关。     

稻田土壤有机质氧化稳定性与土壤肥力关系的研究

系统地研究了稻田土壤有机质氧化稳定性与土壤养分、土壤结构及水稻产量的关系。结果表明：土壤易氧化有机质含量与土壤有机质、全氮、碱解氮、土壤速效磷、速效钾、土壤阳离子代换量、土壤容重、孔隙度、土壤有机无机复合量等皆有显著的相关性，土壤有机质氧化稳定系数ＫＯＳ值与氮素矿化率呈显著负相关。且易氧化有机质含量与阳离子代换量、土壤有效养分指标及水稻产量的相关系数皆大于有机质总量与它们的相关系数。初步认为：土壤易氧化有机质含量和有机质氧化稳定系数，反映了土壤有机质品质，可作为衡量稻田土壤肥力及培肥水平的重要指标     

黄淮海地区农田土壤有机质平衡的研究

研究得出,本地区农田土壤有机质年矿化率多在2-5%,各种还田有机物的腐殖化系数约为0.2-0.4。连续4年测定,玉米秸还田形成的新腐殖质的分解速率（r）为0.2458,减半期为2.8年。采用腐殖化系数0.3及新形成腐殖质的分解速率0.2458作为代表值,计算了每年定量加入超过维持原有土壤有机质含量水平所需要的有机质情况下的腐殖质积累速度。据此估测出,本地区土壤有机质含量0.7-0.9%左右的低产田,适当增施化肥使粮食年亩产达到500公斤以上,每年以其秸秆产量的一半（约350公斤）以上还田,5-6年后土壤有机质含量便可增长到1%以上,从而可以基本满足作物稳产高产对土壤有机质状况的要求。     

不同耕作制度和地下水位对水田土壤有机质及氧化铁含量的影响

连续四年在水泥模拟池内进行了不同耕作制度、不同地下水位和不同施肥制度,对土壤有机质和氧化铁含量影响的研究。结果表明:不论何种处理,水田土壤有机质均有所增加,不同耕作制度,以冬泡区土壤的有机质增加最多,但只施化肥进行冬泡的有机质量增加极少,并且第四年开始降低。施用常量有机肥的土壤有机质含量是:高水位区>低水位区;而不同地下水位对施用高量有机肥的土壤有机质含量影响不大。各处理土壤中的无定形氧化铁含量及其活化度均逐年有所增加。无定形氧化铁的含量一般是:耕层>下层,冬泡区>冬作区,高量区>常量区>化肥区。耕层无定形氧化铁含量主要决定于水分和有机质含量,下层则主要受地下水位高低的影响。无定形氧化铁含量与有机质含量之间有一定的相关性。活化度及其变化规律与无定形氧化铁的状况相似。     

长期施用有机和无机肥料对黄潮土有机质含量及组成的影响

淮北黄潮土 19年定位试验结果表明 :长期不施肥土壤的有机质含量与试验前相比下降 1.5 4g/kg ;长期单施化肥可基本维持土壤有机质水平 ;长期施厩肥可显著提高土壤有机质含量 ,比试验前增加 9.2 4～ 10 .6 1g/kg。与无肥处理相比 ,施氮磷钾肥和施厩肥处理土壤有机质的氧化稳定性有所下降 ,而施氮肥和施氮磷肥处理土壤有机质的氧化稳定性升高 ;厩肥配施化肥能明显增加易氧化有机质的含量 ,并降低土壤有机质的氧化稳定性。与定位 5年试验相比 ,长期施厩肥有提高土壤腐殖质含量和胡敏酸 /富里酸比值的趋势 ,而长期不施肥或单施化肥则不利于土壤腐殖质品质改善     

不同耕作制下水田土壤有机质氧化铁含量的研究

以第四纪红色粘土发育的旱土为供试土壤,淹水种稻,进行水田耕作制模拟试验,研究对土壤有机质、氧化铁含量的影响。结果表明:有机质的增加是冬泡区>冬绿区>冬油区,但只施化肥的冬泡区有机质增加量少;无定形铁的含量及氧化铁的活化度均逐年增加,其增加速度是冬泡区>冬绿区>冬油区:无定形铁含量与有机质含量之间存在一定的相关性。