基于SI-Albedo特征空间的土壤盐渍化遥感监测指数研究

土壤盐渍化通常出现在气候干旱、土壤蒸发强度大、地下水位高且含有较多可溶性盐类的地区。它是一定的气候、地形、水文地质等自然条件共同对水盐运动产生影响的结果[1],这是一个复杂的动力学过程。因而对土壤盐渍化的探测、动态监测和制图是一项较为困难的工作。遥感技术能大面积重复获取同一地区的信息,具有宏观、综合、动态、快速的特点,并在速度、精度和成本花费方面凸显出众多优势[2]。现阶段运用遥感手段提取土壤盐渍化信息主要有两个方面:一是对遥感图像做相应的处理,突出盐渍化信息,但此种方法需要大量的实验;二是引入土壤含盐量、地下水等辅助量,但是引入的辅助量会引起图像的破碎化,有时难以满足要求,分类精度受到一定程     

基于ETM+数据的干旱区盐渍化土壤信息提取研究

准确而自动地提取盐渍化土壤信息对于土壤盐渍化监测和土壤盐渍化动态变化研究具有重要意义。选择新疆渭干河—库车河三角洲绿洲特有的干旱地区为研究区,在对研究区土壤特征实地调查和典型土壤遥感信息分析基础上,利用含有7个多光谱波段的2001年8月1日增强-加型专题绘图仪(ETM+)遥感图像提取了归一化植被指数(NDVI)、第三主成分(PC3),分别作为非盐渍化土壤和盐渍化土壤信息提取的主要特征变量,改进归一化差异水体指数(MNDWI)、TM1、TM7作为辅助特征变量。利用决策树分类方法建立信息提取模型,对研究区遥感图像进行了分类。研究结果证明,基于研究区遥感信息特征基础上的盐渍化土壤信息自动提取是可行并能达到较高信息识别精度的。     

基于三维光谱特征空间的干旱区土壤盐渍化遥感定量研究

土壤盐渍化是干旱半干旱区农业发展的重要制约因素,同时也是干旱区所面临的最主要的生态环境问题之一,因而准确获取土壤的盐渍化信息对于实时掌握其分布范围以及合理地开展盐渍化治理工作具有重要意义。选取渭干河--库车河流域绿洲典型盐渍地作为研究区,以Landsat-TM多光谱遥感影像为基础数据源,首先对影像进行最小噪声分离处理（MNF变换）并计算其像元纯度指数（Pixel Purity Index, PPI）,选取能表征区域特征信息的前三个波段构建MNF三维光谱特征空间,然后在向量空间和单行体理论的指导下,结合实地调查,提出“植被亮点区”概念,并定义“盐渍化距离指数（Soil Salinization Distance Index, SDI）”为多维向量空间中包含于单行体中的盐渍化像元到“植被亮点区”的归一化距离。最后利用不同盐分环境下的实测数据对SDI进行精度验证。结果显示：在低植被覆盖区,即中度、重度盐渍化区,SDI与0~10cm内土壤盐分含量相关性要高于0~20cm,R²＞0.83。在相对高覆盖区,即农田和轻度盐渍化区,SDI与0~20cm内平均盐分含量相关性要高于0~10cm,R²＞0.81。0~10cm层二者总体精度R²=0.81,0~20cm层二者相关性总体精度R²=0.72。研究表明,SDI指数模型简单、易于构建,精度较高,具有一定的应用价值,有利于干旱区区域大尺度盐渍化的定量分析和监测工作。*     

基于三维特征空间的土壤盐渍化遥感模型

针对目前干旱半干旱地区出现的土壤盐渍化问题,以渭干河—库车河流域绿洲为研究区,在分析修改型土壤调整植被指数（MSAVI）、湿度指数（WI）、盐分指数（SI）与土壤盐渍化之间关系的基础上,提出了MSAVI-WI-SI三维特征空间,进而建立了土壤盐渍化监测指数（MWSI）模型。结果表明:该模型与土壤盐分实测值的相关系数R=0.896,精度高于三个指数两两构建的特征空间（MSAVI-WI特征空间,MSAVI-SI特征空间,WI-SI特征空间）的土壤盐渍化监测指数模型（MWI,MSI,WSI）,其与土壤盐分实测值的相关系数分别为:0.891,0.894,0.809,突出了三维特征空间的优势。同时,通过MWSI的差异矩阵分析,表明该指数对土壤的盐渍化程度反映灵敏。MWSI能较好地反映盐渍化土壤地表植被、土壤水分及土壤盐分的组合变化,具有明确的生物物理学意义。并且指数简单,易于获取,操作方便,对今后干旱区土壤盐渍化的监测与分析具有重要意义。     

开都河流域下游绿洲土壤盐渍化特征及其光谱分析

以新疆开都河流域下游绿洲为研究区,通过土壤样品化学分析及其光谱反射率的测量,分析了土壤盐渍化特征以及土壤反射光谱曲线与土壤盐渍程度之间的关系;基于统计分析的方法,建立了表征土壤盐渍化特征的因子与其高光谱数据的多元回归模型。研究结果表明:研究区土壤pH值的平均值大于8.0,属于弱碱性土壤;土壤盐分含量呈T型分布;盐渍化土壤的光谱反射率曲线特征在形态上相似,变化平缓;在可见光-近红外波段,盐渍化土壤的光谱反射率曲线形状基本上由五个折线段和四个吸收带组成。     

内蒙古腰坝绿洲的土壤盐渍化特征

[目的]研究内蒙古阿拉善左旗腰坝绿洲土壤盐渍化特征及土壤盐分离子分布规律,为研究区农业生产发展及生态环境保护计策提出合理依据。[方法]通过在野外考察、GPS定点、样品采集和处理并借助Excel和SPSS软件,运用统计学方法研究了该区土壤盐离子含量、总碱度与土壤离子含量之间的关系、土壤含盐量以及盐离子间的相关性。[结果]灌区土壤pH值平均值为8.13,为碱性土,土壤盐分含量较高,其中0—10cm土壤盐离子含量最高,平均值达到4.49%。阳离子主要是Ca2+和K++Na+,阴离子主要是SO2-4Cl-HCO-3,CO2-3含量微小。0—10cm土层和10—60cm土层中SO2-4与Ca2+均有极显著正相关,相关性均大于0.95,因子分析中SO2-4与Ca2+,Cl-和K++Na+发生"聚类"现象。[结论]灌区盐渍化土主要为硫酸盐渍土,其次为氯化盐渍土,该盐渍土危害植被生长。     

黄河故道流域土壤盐渍化多维空间特征及其风险评价

掌握土壤盐渍化多维空间分布特征，分析盐渍化风险影响因素，实行风险区域分区管控，提升盐碱土利用效率。以山东省东营市河口区黄河故道流域为研究区，采用经典统计学方法对土壤盐渍化状况进行描述性统计，基于GIS插值对研究区盐渍化的二维空间分布格局进行分析，运用GMS三维反距离权重插值可视化分析盐分三维空间分布及其变化趋势，构建土壤盐渍化风险评价模型定量分析其风险程度。结果表明：研究区土壤含盐量均值为5.84 g·kg-1，整体属于重度盐渍化，pH均值为7.82，呈弱碱性；二维空间上，土壤含盐量高值区域（≥6 g·kg-1）主要分布于研究区北部，整体呈现从沿海向内陆降低的趋势，土壤盐分与pH分布趋势整体呈负相关；三维空间上，土壤盐分剖面分布特征整体以均质型为主，局部存在表聚、两端集聚，呈表聚型、均质型、两端集聚型三种类型共存的复杂特征；盐渍化风险程度分为4级，极高风险区域主要分布于研究区中北部、东北部；高风险区域主要分布在研究区中部及东北部区域，中风险区域主要分布在研究区西部、东南部，低风险区域主要分布于研究区西南部。 应预防极高风险区、控制高风险区、改良中低风险区，以最大程度减轻盐渍化风险危害。     

典型干旱区绿洲春季土壤盐分空间分布特征分析

干旱区绿洲春季土壤盐渍化问题十分严重。以新疆第二师31团灌区为例,在GIS技术的支持下,运用经典统计学和地统计学方法,对春季灌区内不同深度土层的盐渍化特征与空间分布格局进行分析,探讨了这一地区土壤盐渍化规律,为当地农业生产和土壤改良提供了理论依据。结果显示:春季灌区内土壤pH值范围在8.01～8.32,总体呈碱性;土壤盐分呈表聚型,盐分阳离子以K⁺和Na⁺为主,阴离子在耕地土壤以SO₄^2-、在非耕地土壤以Cl^-为主;盐分类型耕地以氯化物-硫酸盐型为主,非耕地以硫酸盐-氯化物型为主。不同深度土层土壤盐分含量在水平方向均具有较强的变异性且大多具良好的空间相关性;其中,40～60 cm土层土壤盐分含量空间相关性强烈,0～20 cm、20～40 cm、80～100 cm土层空间相关性中等。在垂直方向上,0～20 cm、40～60 cm土层土壤盐分含量较高,在1.59～8.91 g kg^-1之间;20～40 cm、80～100 cm土层盐分含量相对较低,在2.44～...     

基于决策树的干旱区盐碱化土壤信息提取方法研究

土壤盐碱化是制约干旱区植被生长最主要的生态环境地质问题,也是土地资源利用的主要障碍因子之一。利用遥感数据准确自动的提取盐碱化土壤信息对土壤的盐碱化的提取和动态监测具有重要意义。本文以新疆石河子150团为研究区域,使用2010年8月和2005年7月的ETM数据提取归一化植被指数(NDVI)、第一主成分(PC1),分别作为非盐碱化土壤和盐碱化土壤信息提取的主要特征变量,然后用改进归一化差异水体指数(MNDWI)、TM7、Mean作为辅助特征变量,结合研究区的实地考察和典型土样的遥感信息以及与缨帽变化(K-T)对比分析来确定各个特征变量的阈值。利用决策树对研究区遥感图像进行了分类。研究结果显示,基于决策树的干旱区盐碱化土壤信息提取方法是可行的并能达到较高的精度。     

新疆伊犁河谷新垦绿洲土壤盐渍化空间特征分析

在新疆西部伊犁河谷察布查尔县农业示范区采集表层土壤84个,进行了土壤盐分、有机质、pH值和电导率等指标进行实验和统计学分析,探索新垦绿洲表层土壤盐分的空间变化规律及其成因。结果表明:示范区土壤盐渍化明显,主要为硫酸盐和氯化物硫酸盐盐渍化。盐渍化程度主要为轻度、中度盐渍化。示范区西部,盐渍化程度呈现由东南向西北逐渐增大的趋势。东部受洪积扇微地形起伏变化的影响,盐土呈现点片相间分布的格局。中部在垄状隆起区域盐渍化程度较重,两边洼陷部分盐渍化程度较轻。示范区土壤盐渍化过程受地下水、原始地形起伏、原生盐分和人工灌溉等结构性因素和随机性因素的影响。平整土地、灌排结合、林草间作是防治土壤次生盐渍化的主要措施。     

沙漠地区麦田土壤养分运动特征

研究了干旱沙漠地区新垦沙地和耕种20年左右的灌淤土可溶性养分运动特征.结果表明,在小麦1个生长周期内土壤养分发生较大的衰减,表层养分呈梯级下降趋势,其明显吻合于灌溉周期;以灌溉导致养分淋溶造成土壤养分下降为主,以作物吸收利用造成土壤养分下降为辅.土壤下层存在养分截留层,当总灌水量由649mm(59mm/次)增至1998mm(111mm/次)时作物吸收利用养分量分别降低42%(沙土)和50%(灌淤土),土壤养分总消耗量分别减少40%(沙土)和49%(灌淤土).当灌水量太大时,许多土壤养分被水运移至土壤深层,致使作物难以吸收到这些养分.     

基于典范对应分析的干旱区春季盐渍化特征研究

运用常规统计学和典范对应分析方法,对干旱区盐渍土土壤全盐量(TS)、盐分离子组成、碱化度(ESP)、pH、电导率(EC)的空间分布特征进行了分析。结果表明,该区土壤为重度至轻度盐化,不同层次土壤中,Na+与Cl-、Ca2+与Mg2+保持较好的关联性。TS的空间分布,在0～50 cm全剖面上主要受控于Cl-、HCO3-和Na+离子;分层与全剖面的情况略有不同,Cl-、Na+在各个土层仍为主要控制离子。ESP在全剖面上其空间分布受环境因子的影响较小,0～10 cm土层主要受Na+与Cl-离子的制约;10～30 cm土层内主要受HCO3-离子的制约;30～50 cm土层未表现控制因子。pH在全剖面上受盐分离子的影响较小,分布较为均匀,表层受离子影响很小,在10～30 cm、30～50 cm土层内受HCO3-离子的影响微弱。EC在全剖面上的空间分布受控于Ca2+、Mg2+离子,30～50 cm土层主要受K+离子的控制,其他土层与全剖面相同。     

基于NDVI-SI特征空间的土壤盐渍化遥感模型

同时考虑植被和土壤信息,构建盐渍化遥感信息提取模型。选取具有长期研究基础的塔里木南缘于田绿洲为研究靶区,综合分析归一化差值植被指数（NDVI）、盐分指数（SI）二者之间的关系,在此基础之上提出NDVI-SI特征空间概念,并构建土壤盐渍化遥感监测指数模型（SDI）,结果表明：土壤表层含盐量与SDI相关性较高,其R2=0.8596。非盐渍地、轻度盐渍地、中度盐渍地、重度盐渍地的SDI平均值分别为0.399,0.763,0.974和1.201,差异较大;经差异性矩阵分析,亦表明SDI能够很好的区分研究区内不同盐渍化程度地类的分布范围。SDI能反映盐渍化土壤地表盐量组合及其变化,具有明确的生物物理意义,并且指标简单、易于获取、有利于盐渍化定量分析与监测,对今后干旱区盐渍地信息提取以及动态监测研究具有重要意义。     

艾比湖绿洲农业区土地利用动态与盐碱化影响的遥感应用研究

采用1972～2001年的4期MSS和TM图像为数据源,通过人工解译方法获得新疆艾比湖地区土地利用数据,并使用土地利用转移矩阵和土地利用变化指数等方法分析近30a该地区土地利用动态情况。在此基础上,应用基于光谱分析的光谱角度填图(SAM)分类方法从2004年ASTER和SPOT图像上提取土地盐碱化现状信息,与人工解译的土地利用数据进行空间分析,对农业区土地利用受盐碱化影响的程度进行评估,并对盐碱化因素限制下的农业发展提出建议。研究结果表明,近30a来该地区耕地面积持续增加,新开垦耕地主要来源于未利用地的开发。新开垦耕地明显地受到盐碱化的影响,农业生产将受到一定威胁。     

基于多种极化分解方法和全极化合成孔径雷达数据的干旱区盐渍化监测

土壤盐渍化不仅严重制约着干旱区农业可持续发展,并且对绿洲生态环境构成了重大威胁。该文提出将多种极化目标分解方法、绕封模型（wrapper feature selector, WFS）特征子集选择方法和支持向量机（support vector machine, SVM）结合起来（简称WFS-SVM）,利用全极化合成孔径雷达（polarimetric synthetic aperture radar, PolSAR）数据实现对土壤盐渍化监测。以新疆干旱区典型绿洲--渭干河-库车河三角洲绿洲（渭-库绿洲）为研究区,对研究区四极化Radarsat-2数据进行多种极化目标分解处理,得到相应的特征参数和特征分量。采用WFS方法进行SVM最佳特征子集的选择,并选出最佳适应度的子集对 SVM进行训练。从而构建基于最佳特征子集和最优分类参数的WFS-SVM分类模型,对研究区进行不同程度盐渍地信息（包括重度盐渍地和中-轻度盐渍地）的提取,并结合野外实地考察验证数据,将分类结果与经典的Wishart监督分类方法和一般SVM分类方法进行了对比和验证。结果表明,该方法较大程度地提高了全极化PolSAR影像在干旱区盐渍地信息提取的精度,相比Wishart监督分类,该方法分类总精度和Kappa系数分别提高了14.12个百分点和0.18,证明了该文所提出的监测方法具有有效性和研究潜力。该成果也将促进PolSAR数据在干旱区盐渍化监测中发挥更大的作用。     

苏北滩涂区水盐调控措施对土壤盐渍化的影响研究

苏北沿海滩涂区具有大面积存在盐渍化风险的可利用耕地。近年来不合理的开发利用使该地区土壤盐渍化程度加重。通过微区定位试验,对该区典型滩涂盐渍化土壤进行微咸水灌溉结合农艺处理的试验研究,探讨了利用水盐调控措施防控该地区土壤盐渍化程度的可能性。结果表明,在低矿化度(3 g/L左右)的微咸水灌溉条件下,石膏处理和秸秆覆盖处理均可以有效降低各层土壤SAR值,降低耕层土壤盐分含量,并且促进作物生长;当灌溉水矿化度达到6 g/L时,石膏处理仍具有一定控盐效果,但覆盖处理已不能控制土壤表层盐分含量的升高,作物的生长开始受到影响;当灌溉水矿化度达到10 g/L时,各处理耕层均显著积盐,作物生长受到显著影响。因此,6 g/L及以上矿化度的咸水不能用于该地区的灌溉,6 g/L以下浓度的咸水灌溉须配合石膏和秸秆覆盖处理使用。该研究为苏北滩涂区农田管理提供一定的参考依据。     

干旱区农田不同类型土壤盐碱化发生规律

为明晰西北干旱区平原农田典型土壤发生盐碱化的规律,2014年在新疆代表性平原农场采集砾砂、粉土/粉砂、粉土/粉细砂、粉土和亚黏土5类主要土壤进行试验,分析其岩性组成、毛细管作用及土壤表层积盐之间的内在关系,寻求3者相互影响机理。结果表明:土壤中粗颗粒含量越大,早期毛细管现象越明显,土壤表面积盐越多。细颗粒含量越多,早期毛细管作不明显,地表积盐量较少但持续时间较长,最终积盐量大于粗颗粒土壤。5类土壤在盐碱化发生早期(12 d左右)毛细现象最为突出,尤其1~4 d内地表的积盐大,速度最快。粗颗粒的砂性土发生盐碱化时,表面容易形成3~4 mm厚盐痂,阻止了地表盐碱化的发展。当土壤中粉粒和黏粒较多时,地表积盐主要以晶体形式出现。土壤的颗粒级配较好、压实度较大时,土壤表面的积盐量就较少。研究成果可为西北地区不同类型的土壤盐碱化治理方法、治理时段的选取等提供参考。     

新疆伊犁察南灌区土壤盐分特征

以察南灌区土壤为研究对象,对不同含盐量土壤进行盐化程度分级,并对该地区土壤盐分特征进行相关分析和主成分分析,以及对土壤盐分因子区域影响因素进行探讨。结果表明:察南灌区以碱性土壤为主,HCO_3~–是影响该灌区土壤p H最强的因子;对灌区0~100 cm土体土壤的分析表明,灌区盐化土面积约为总灌溉面积的1/4,盐渍化风险较大;相关性分析显示,HCO–3、Cl~–、SO_4~(2-)、Ca~(2~+)、Mg~(2~+)、Na~+、K~+为盐分主要组成离子,总盐分与各离子之间均呈正相关关系,与总盐分相关性最强的阴离子为SO_4~(2-),相关性最强的阳离子为Mg~(2~+);主成分分析显示,HCO_3~–、Cl~–、K~+为影响该灌区土壤盐分特征的主导因子;通过盐分因子区域影响因素定性分析可知,除HCO_3~–和pH是由河流以及地下水综合作用影响外,其他盐分因子均主要受河流影响。