利用模拟宽波段数据定量反演关中平原土壤有机质含量研究

[目的]以陕西杨凌示范区耕层土壤为对象,通过采集、测定耕层土壤的有机质含量,并结合野外相应高光谱数据和光谱响应函数,利用模拟宽波段数据估测土壤有机质含量。[方法]通过分析土壤有机质含量与光谱间的内在关系,筛选敏感波段,构建估测土壤有机质含量模型;以宽波段波段响应函数、土壤高光谱数据为基础,通过模拟宽波段数据,构建估测土壤有机质含量模型;通过高光谱与模拟宽波段数据的对比分析,研究基于宽波段遥感数据定量估测土壤有机质含量的可行性。[结果]基于宽波段数据估测土壤有机质的精度相对较高。[结论]利用宽波段数据估测土壤土壤有机质含量具有可行性,2%并非利用光谱数据估测土壤有机质含量的下限。     

基于高光谱数据的土壤有机质含量预测研究

[目的]快速、有效、非接触、非破坏性地提取土壤有机质含量信息.探索新疆绿洲农区如何应用高光谱遥感技术分析、模拟、评价、预测土壤有机质含量,促进高光谱分辨率遥感技术在农田土壤遥感诊断、作物科学种植、水肥分区管理、田间农情监测中的应用,为新疆实施精准农业提供科学理论参考.[方法]利用高光谱遥感技术提取土壤有机质含量信息的研究,采用美国ASD Field Spec Pro VNIR 2500型光谱辐射仪获取田间土壤不同有机质含量信息的高光谱反射率;通过光谱分析技术,运用各种土壤反射率数学变换形式,找出最具代表性的敏感波段,揭示土壤有机质含量与其光谱成因机理之间的内在联系.[结果]基于NDI预测土壤有机质含量的估算模型中以一元三次函数模型(YSOM=-4E+ 07XNDI3+ 2E+ 06XNDI2-21 338XNDI+ 110.44,R2=0.713 2)为最优,指数函数模型次之.[结论]基于归一化光谱指数NDI可以较好的估算土壤有机质含量,利用统计方法建立的经验模型,简单实用,将对特定区域、特定土壤的预测有较好的效果.     

基于星载高光谱数据的南京新济洲湿地土壤有机质估测研究

在高光谱数据预处理、土壤有机质高光谱敏感波段提取基础上,建立多元线性回归、最邻近法、装袋算法、多元感知器、随机森林5种遥感估测模型。用10折交叉验证方法,借助相关系数、绝对误差、均方根误差、相对误差、相对均方根误差5个指标,对遥感估测模型结果进行精度评价,选择精度最高的模型进行湿地土壤有机质遥感估测和空间分析。结果表明:土壤有机质高光谱敏感波段主要集中在925、1 144、1 477、1 780 nm 4个波段;在预测土壤有机质的5种模型中,多元线性回归模型预测精度最高,随机森林次之;土壤有机质空间分布呈现由洲滩中间向四周逐渐增加的带状分布格局;新济洲沼泽地土壤有机质含量最高,为2.22%;靠近沼泽的林地次之;植被覆盖度较低的农地和裸地的土壤有机质最低,为0.43%;这种土壤有机质空间分布格局与研究区土壤类型的带状分布存在密切联系。     

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。     

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.     

基于SVR 和PLSR 的土壤有机质高光谱估测模型研究

【目的】探讨高光谱遥感数据不同预处理及不同估测算法下土壤有机质估测模型的优劣,为提高土壤有机质估测精度奠定基础。【方法】使用高光谱仪在室内条件下对土壤样品进行光谱测量,对光谱数据进行4种去噪处理(无去噪处理、Savitzky-Golay(S-G)平滑滤波去噪、小波包去噪以及S-G平滑与小波包结合去噪),然后对去噪后的光谱数据进行8种数据变换(原始光谱数据R、倒数1/R、对数log(R)、倒数对数log(1/R)、一阶导数R′、倒数一阶导数(1/R)′、对数一阶导数(log(R))′、倒数对数一阶导数(log(1/R))′),接着对变化后的光谱数据进行3种降维处理(无降维处理、敏感波段降维和主成分分析降维),最后运用支持向量回归法和偏最小二乘回归法分别建立SOM含量估测模型。【结果】研究中所涉及的各种数据预处理和估测算法中,小波包去噪、PCA降维、反射率倒数一阶导数(1/R)′光谱数据变换处理条件下,使用PLSR方法的估测模型精度最高、模型最稳定,可以较精确地估测吉林省伊通县SOM含量。【结论】合适的数据预处理,尤其是小波包去噪和PCA降维相结合,可有效改善光谱数据质量,提高SOM含量估测模型精度及稳定性。     

基于宽波段数据定量反演土壤有机质含量的研究

定量分析了北京顺义、通州区土壤高光谱反射特征,利用资源三号、高分一号、高分二号传感器的光谱响应函数,结合高光谱数据生成相应宽波段模拟数据;将土壤光谱数据、拟合宽波段数据分别与实测土壤有机质含量开展相关性分析,提取并筛选敏感波段,利用偏最小二乘法建立基于高光谱数据的土壤有机质含量预测模型;依据宽波段模拟数据和实测土壤有机质含量的相关性,提取并筛选敏感波段,建立土壤有机质含量预测模型。结果表明,在基于土壤高光谱数据建立的土壤有机质含量预测模型中,以对数的一阶微分为最优,其R和RMSE分别为0.697和0.195,偏最小二乘法得到的反演土壤有机质含量的模型是可靠的;在基于模拟宽波段构建的土壤有机质含量估测模型中,以高分一号的拟合精度最高,R和RMSE分别为0.334和0.240;受室外不可控因素的影响,模拟宽波段数据在估测北方地区土壤有机质含量方面仍需进一步研究。     

土壤有机质高光谱特征与波长变量优选方法

【目的】探究土壤有机质的高光谱特征及响应规律,优选土壤有机质的敏感波长,降低土壤有机质高光谱估测模型复杂度,提高模型稳健性,为利用高光谱技术对农田土壤肥力的定量监测提供理论支撑。【方法】采集江汉平原潮土土样130个,将其中40个样本作为训练集,测量其去有机质前、后的土壤有机质含量及光谱数据,计算差值及变化率,分析土壤有机质含量变化对光谱特征的影响,结合无信息变量消除(uninformative variables elimination,UVE)、竞争适应重加权采样(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)变量优选方法确定土壤有机质敏感波长;采用45个建模集样本,基于偏最小二乘回归(partial Least Squares Regression,PLSR)和反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)建立土壤有机质含量的估算模型;利用45个验证集样本检验敏感波长对同类土壤的适用性。【结果】通过有机质去除试验,供试土壤的平均光谱反射率在全波段均有所增加,在可见光波段变化率高于近红外波段;比较UVE、CARS、UVE-CARS、CARS-UVE这4种变量优选方法,得到最佳变量优选方法为UVE-CARS,该方法从2001个波长变量中优选得到84个变量作为土壤有机质的敏感波长,分布于561—721、1 920—2 280 nm波段覆盖范围;基于敏感波长的PLSR、BPNN模型性能均优于全波段模型,其中,基于敏感波长的BPNN模型的估测能力高于PLSR,模型验证集R~2、RMSE、RPD、MAE、MRE值分别为0.74、1.33 g·kg~(-1)、2.02、1.04 g·kg~(-1)、6.2%,可实现土壤有机质含量的有效估测。【结论】通过训练集获得的土壤有机质敏感波长,能够实现对该试验区同种土壤类型样本土壤有机质含量的有效估测;利用去有机质试验结合变量优选方法确定的敏感波长建模,不仅将输入波长压缩至全波段波长数目的 4.2%,而且提升了模型估测精度,降低了变量维度和模型复杂度,为快速准确评估农田土壤有机质含量提供了新途径。     

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。     

基于高光谱数据的北疆绿洲农田灰漠土有机质反演

为了探寻快速、准确估测土壤有机质含量的方法以推动精准农业化进程,以北疆绿洲农田灰漠土为研究对象,通过野外实地调查收集土壤样品,室内化学分析测得土壤样品有机质含量,暗室内利用SVC HR-768高光谱仪测定土壤样品光谱反射率。通过对土壤光谱反射率进行倒数、对数、一阶微分、倒数的一阶微分、对数的一阶微分变换,运用单相关分析法提取土壤光谱特征波段,采用多元逐步方法对土壤有机质含量定量反演,分析研究土壤有机质含量和室内土壤光谱的特征关系。结果表明,在波长567、1 697 nm和2 221 nm处,采用反射率对数的一阶微分建立的土壤有机质含量反演模型预测精度最高,模型决定系数达到0.82。北疆绿洲农田灰漠土土壤有机质含量高光谱反演模型的建立为土壤有机质的快速测定提供了新的途径。     

扩蓄增容肥对土娄土土壤有机碳和氮的影响

【目的】研究扩蓄增容肥对土壤有机碳、氮含量的影响,为土壤扩蓄增容肥研发和施用提供科学依据。【方法】以有机页岩、油渣和无机化肥研制的有机无机复合型土壤扩蓄增容肥为供试肥料,采用田间试验与室内分析的方法,以不施肥为对照,比较扩蓄增容肥的不同施用量、扩蓄增容材料和传统施肥（无机化肥）对土娄土耕层土壤有机碳（SOC）、全氮(TN)、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮（DON）等不同形态碳氮含量的影响。【结果】与不施肥处理相比,传统施肥处理和扩蓄增容肥处理均可以提高土壤有机碳（SOC）、可溶性有机氮（DON）、NO₃^--N含量,而扩蓄增容肥处理还能够提高土壤易氧化有机碳（KMnO₄ C）、可溶性有机碳（DOC）含量以及DOC/SOC。与传统施肥处理相比,扩蓄增容肥处理可明显提高土壤SOC和DOC含量。随着扩蓄增容肥施用量的提高,土壤SOC、TN含量明显升高,KMnO₄ C有增加的趋势。所有施肥处理对土壤的微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）以及NH₄⁺-N含量均没有产生显著影响。【结论】 扩蓄增容肥提高土壤SOC和DOC含量的作用较传统施肥明显,更有利于土壤肥力提升,且有效减少化肥投入并降低污染环境的风险。     

川西亚高山-高山土壤表层有机碳及活性组分沿海拔梯度的变化

青藏高原东缘亚高山-高山地带土壤碳被认为是我国重要的土壤碳库,作为高海拔低温生态系统,土壤碳对土壤暖化的响应可能也更加敏感。该区域亚高山森林一般分布在海拔3200 m以上,上缘接高山树线和灌丛草地,土壤有机碳含量高。海拔梯度上变化的土壤环境因子是主要土壤温度,海拔梯度上高寒土壤有机碳及活性有机碳组的分布格局,可体现海拔梯度上温度因子对土壤碳动态的影响。对沿海拔3200 m(亚高山针叶林)、3340 m(亚高山针叶林)、3540 m(亚高山针叶林)、3670 m(亚高山针叶林)、3740 m(亚高山针叶林)、3850 m(高山林线)、3940 m(高山树线)、4120 m(高山草地)的土壤表层(0-20 cm)有机碳和活性有机碳组分含量进行分析,结果表明在该海拔范围内,表层土壤总有机碳含量随着海拔的升高而增加,显示高海拔有利于土壤碳的固存;土壤活性有机碳组分中,颗粒态有机碳含量及其占总有机碳比例与海拔呈显著正相关,在海拔最高的4120 m含量和占有机碳总量比例分别达到50.81 g/kg和56.52%。在该海拔范围内海拔越高颗粒态有机碳占有机碳比例越高,显示高海拔土壤有机碳更多以土壤颗粒态碳形式贮存。微生物量碳、水溶性碳、轻组分有机碳与海拔高度没有明显的相关性,表明这些活性有机碳组分受海拔因素影响不大;易氧化有机碳含量与海拔高度显著正相关。因此,颗粒态有机碳含量及其比例可作为高海拔地带土壤活性有机碳库动态的特征指标,表征高海拔地带土壤有机碳动态与贮量受温度影响的指标。     

不同地力玉米田土壤有机碳矿化特征

为探讨不同地力玉米田土壤有机碳矿化特征,通过为期196 d的土壤有机碳矿化培养试验,对高、中、低3种不同地力玉米田0～20 cm和20～40 cm土层土壤进行了研究。结果表明:不同地力玉米田土壤有机碳矿化速率随时间的变化呈现相同的变化趋势,即随培养时间延长,呈现先高后低的变化趋势,最后趋于平稳;但随地力等级的降低,土壤有机碳矿化速率逐渐减小。培养结束时,不同地力玉米田0～20 cm和20～40 cm土层土壤有机碳累积矿化量之间均存在显著性差异(P0.05);低地力土壤有机碳稳定性最差,固存量最小。同一地力,20～40 cm土层土壤有机碳矿化速率和累积矿化量较0～20 cm显著降低(P0.05),表层土壤稳定性较差,不利于土壤有机碳固定。伴随土壤有机碳矿化过程,土壤微生物生物量碳(MBC)和土壤可溶性有机碳(DOC)含量均较初始含量显著降低(P0.05);土壤有机碳潜在矿化势(Cp)与土壤有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、MBC和DOC均呈极显著正相关。土壤有机碳矿化是陆地生态系统碳循环的重要过程,且当地力等级变化时,各土层土壤有机碳的稳定性均受到不同程度的影响。     

农田转变为果园后土壤有机碳含量的变化

【目的】探讨农田转变为果园后土壤有机碳含量和组成的变化,为了解不同利用方式下土壤有机碳变化和长武地区土壤碳库的演变提供参考。【方法】以位于黄土高原南部沟壑区陕西长武地区塬面上的农田和不同树龄(≤5年、5年~≤15年、15年)的果园为研究对象,对其0~200cm土层土壤有机碳的组成、剖面分布、储量等进行分析。【结果】农田转变为果园后,土壤总有机碳和易氧化有机碳的含量在树龄15年果园中分别下降了22.55%和25.79%,差异均达到显著水平(P0.05)。树龄15年果园土壤紧结合态有机碳含量与农田相比下降了25.08%(P0.05)。土壤总有机碳、稳结合态有机碳及紧结合态有机碳含量在0~200cm土层总体呈"S"型分布。树龄15年果园与农田、树龄≤5年及树龄5年~≤15年果园相比,其0~100cm土层土壤紧结合态有机碳含量和100~200cm土壤松结合态有机碳含量均较低。与农田相比,树龄15年果园的土壤总有机碳储量显著降低(P0.05),下降幅度为22.35%。【结论】农田转变为果园后,土壤总有机碳、易氧化有机碳含量及有机碳储量下降,且随着树龄的增加,以上3个指标明显降低;总有机碳及结合态有机碳含量在0~200cm土层分布差异明显。     

黑土培肥效果的定位研究 Ⅰ土壤有机质及有机无机复合胶体的变化

不同施肥途径对土壤有机质的影响各异,有机质总量比培肥前5年累积增长为:有机肥>秸秆还田>草木樨还田>化肥,对照区有所下降。重组有机质、复合有机质及复合体中不同结合态腐殖质也发生明显变化。有机物料培肥土壤是提高土壤肥力的重要途径。     

苏打盐碱土生态恢复过程中土壤养分与有机质的变化

以乾安县苏打盐碱土为例，探讨了不同生态恢复过程中土壤有机质和养分含量的变化情况．结果表明：4种不同恢复程度苏打盐碱土中的土壤养分和有机质基本呈现随恢复程度不同上、中、下层明显增加的规律；随着土层厚度的增加，土壤中的养分和有机质含量呈现下降的趋势．盐碱土生态恢复过程中土壤养分和有机质呈现正相关关系．     

滴灌棉田有机碳组分对不同比率有机无机肥配施的响应

[目的]研究有机无机肥配施对土壤有机碳的影响,寻求合理的有机无机配施的施肥策略.[方法]在滴灌条件下,通过设置CK(不施肥)、100; NPK (N 300 kg/hm2;P2O5 90 kg/hm2;K2O 60 kg/hm2)、80; NPK+OF1(80; NPK+有机肥3 000 kg/hm2)和60; NPK+ OF2(60; NPK+有机肥6 000 kghm2)四个处理,进行连续3年棉田定位试验,研究土壤总有机碳、活性有机碳、土壤碳库管理指数及微生物量碳等土壤碳库特征值对不同比率有机无机肥配施的响应.[结果]施用3 000 ～6 000 kg/hm2有机肥,替代20; ～ 40;化肥可显著(P＜0.05)提高土壤总有机碳与活性有机碳含量.在第3年,80; NPK+ OF1和60; NPK+ OF2处理土壤有机碳分别比100; NPK处理增加了1.31和1.76 g/kg,增幅为11.4;和15.3;,而土壤活性有机碳则分别比100; NPK处理增加了0.59和0.79 g/kg,增幅分别为22.6;和53.0;,且处理间差异均达到显著水平(P＜0.05).与100; NPK相比,施用3 000～6 000 kg/hm2有机肥可使土壤CPMI值增加28.2;～69.7;,并可显著增加微生物量碳(P＜0.05).[结论]施用3 000～6 000 kg/hm2的有机肥,替代20;～ 40;化肥可明显增加土壤总有机碳和活性有机碳,且活性有机碳比总有机碳更敏感,有机肥替代部分化肥的施肥策略对增加滴灌棉田土壤碳库质量、提高土壤肥力有明显效果.     

长期轮作施肥对土壤有机质及其组分的影响

研究了长期轮作施肥对土壤有机质及其组分的影响,结果表明：在不施肥耕种条件下,通过粮豆轮作,基本可以维持土壤有机质的平衡,但其活性有机质含量、腐殖酸总量及胡敏酸含量却在不断下降,单施化肥,开始时土壤有机质含量降低,以后随耕种年限的延长,基本可以维持在较低水平,活性有机质、腐殖酸总量、胡敏酸和胡敏素含量降低,富里酸含量提高;施用有机肥处理,特别是施用高量有机肥,有利于提高胡敏酸和胡敏素比例,而减少富里酸的生成,培肥作用较为明显。     

土壤活性有机质的研究现状与展望

概述了国内外土壤活性有机质研究进展,包括活性有机质的概念,活性有机质与土壤养分的关系,活性有机质与土壤性质的关系,及其活性有机质在反映土壤肥力综合评价土壤质量方面的应用,提出了今后土壤活性有机质的研究重点.     

土地利用方式改变对湿地土壤总有机碳与可溶性有机碳的影响

为探明土地利用方式改变对湿地土壤总有机碳(TOC)和可溶性有机碳(DOC)含量的影响,采取空间替代时间的方法,测定了湿地、由湿地转变而成的林地、不同开垦年限的耕地和由耕地转变而成的果园土壤中TOC和DOC含量的变化。结果显示:湿地在开垦为耕地3 a后,土壤0~30 cm土层TOC含量显著(P<0.05)下降,开垦30 a后,只有0~10 cm的土壤表层TOC含量得到积累并恢复到与湿地相当的水平,表明湿地围垦后,土壤碳的丧失与积累在时间和空间上不对等,碳的损失发生期短,且集中在0~30 cm土层,碳的积累所需时间较长,且主要积累于0~10 cm土层。湿地、由湿地转变而成的新生耕地、林地DOC含量在土壤剖面上未表现出随土层增加而变化的趋势,DOC分配比例在除新生耕地外的4种土地利用类型中均表现为随土层增加而逐渐升高,说明DOC分配比例较DOC含量对土层深度变化更敏感,更适于表征DOC在土壤剖面方向上的变化。0~20 cm土层的DOC分配比例与土地利用方式无关。湿地在转变为耕地初期,20 cm以下土层的DOC分配比例下降,耕作30 a后显著(P<0.05)升高;耕地再转变为果园的3 a后,DOC分配比例在30~50 cm土层显著(P<0.05)降低;湿地在转变为林地后,各土层DOC分配比例未表现出显著差异。