基于HJ1A-HSI超光谱影像的县域耕地土壤盐渍度预测研究

针对目前干旱半干旱地区存在的土壤盐渍化问题,以北疆典型盐渍化地区玛纳斯县为研究区,以HJ1A-HSI超光谱影像为主要数据源,结合实测耕地土壤含盐量,分析光谱反射率及其变化形式与盐分含量的相关性,筛选耕地盐分响应的敏感波段,利用多元回归分析方法,建立基于环境卫星影像的耕地含盐量定量反演模型。结果表明,盐分的HSI影像响应波段均位于可见光与近红外波段间,以500~549 nm和696~776 nm范围最佳,相关系数均大于0.5;HSI反射率对数(lgP)预测模型精度最高,可实现对研究区耕地土壤盐分遥感反演。     

基于冠层反射光谱的小麦白粉病严重度估测

明确小麦白粉病冠层光谱敏感波段并估算病情严重度,是大面积高空遥感监测小麦白粉病、实现精确防控的基础。采用人工诱发的大田、盆栽和病圃试验,测量不同生育时期对不同发病等级的小麦白粉病冠层光谱,并同步调查发病严重度。结果表明,可见光350~710 nm光谱反射率随病情加重呈上升趋势,580~710 nm为遥感监测白粉病的敏感波段,近红外波段光谱反射率在病害处理间变幅较大,且与病情严重度相关性较差。修正型病情指数较常规病情指数与对应光谱反射率的相关性显著提高。利用高光谱特征参数与白粉病严重度间的相关回归分析,红边宽度最适宜指示白粉病发生及发展态势,拟合精度(R²)为0.811,检验相对误差(RE)为17.7%,而mND705、SIPI、CTR2和TSAVI在相关分析中也表现相对较好(r>0.6),但由于试验间兼容性差, 不宜建立统一回归方程。以相对光谱指数ΔMSAVI和ΔmND705与白粉病严重度建立的模型决定系数较高(R²>0.76),RE分别为18.4%和19.4%,可较好反演冠层尺度病情严重度。可见,小麦白粉病冠层光谱特征明显,建立的病害反演模型精度高,对精确防控具有应用价值。     

棉花蚜虫单叶高光谱特征识别研究

本文在棉花蚜虫危害主要生育时期测试不同严重度的蚜虫危害单叶光谱,分析并比较了不同时期、不同严重度棉蚜危害单叶光谱反射率特征,确定了其敏感波段,并建立了相应的估测模型。结果表明:棉花蚜虫单叶光谱特征明显,不同时期蚜虫单叶光谱反射率在可见光区均表现出先升后降的特征,近红外波段则表现出相同的趋势。434～727 nm可作为棉叶蚜虫的敏感波段,648 nm可作为棉叶蚜虫的最佳波段。基于敏感波段建立的棉蚜叶片遥感估测模型均达到显著相关水平,其中波段组合1 589-648/1 589+648建立的估算模型估算精度最高,均方根误差最小,RMSE为1.198,可作为棉叶蚜虫严重度的最佳识别模型。该研究为遥感监测棉花蚜虫光谱提供了理论依据及参考。     

基于近地高光谱棉花生物量遥感估算模型

分析棉花地上鲜生物量冠层高光谱反射率变异系数，反射率光谱、一阶微分光谱与地上鲜生物量相关关系得结果表明：在可见光近红外波段棉花冠层反射率光谱变异系数在672 nm波段处最大；棉花地上鲜生物量与反射率光谱相关系数最大值在可见光波段出现在589~700 nm，在近红外波段出现在865~919 nm波段，且前者大于后者。地上鲜生物量与一阶微分光谱相关系数在可见光波段出现524~528 nm、552~588 nm、710~755 nm 3个高值区。基于以上研究，选择19个高光谱特征参数建立了棉花地上鲜生物量高光谱遥感监测模型，经检验，单波段中以F₆₂₉估算水平最高，估算模型为Y = 9.7914 exp(－20.738 F629)，准确度为83.9%、RMSE为0.64 kg m^-2、预测值与实测值相关系数为0.940**；组合参数以[629, 901]指数形式估算模型估算水平最高，模型为Y = 0.0986 exp(4.3696[629, 901])，准确度达84.0%，RMSE为0.55 kg m^-2，预测值与实测值相关系数为0.960**，上述两个模型为参选模型中估算棉花地上鲜生物量最佳高光谱估算模型。     

不同生育时期玉米洪涝胁迫遥感监测与评估

为建立玉米洪涝灾害遥感监测和评估技术,本研究开展不同生育期不同程度的模拟试验,持续活体监测叶片叶绿素、冠层光谱和覆盖度并测产。结果表明,拔节期洪涝胁迫可显著降低叶绿素含量,最大程度相对变化值达-56.30%,吐丝期胁迫对叶绿素无影响,灌浆期胁迫促使叶绿素下降但并不明显。洪涝胁迫能降低覆盖度,拔节期影响最大,胁迫严重的覆盖度仅46.33%,吐丝期次之,灌浆期较小。洪涝胁迫造成的减产,生育前期影响比后期严重。拔节期和吐丝期各波段反射率与洪涝胁迫程度呈负相关关系,近红外平台波段达到极显著水平,绿峰波段次之,达到显著水平。灌浆期各波段反射率与洪涝胁迫程度呈正相关关系,相关性未达到显著水平。与胁迫程度呈极显著相关的光谱反射率和植被指数可以用于监测玉米洪涝灾害。最终基于胁迫之后与胁迫前的结构不敏感色素指数SIPI的差值DSIPI,建立拔节期和吐丝期洪涝胁迫产量损失率评估模型。     

棉花冠层高光谱指数与叶片氮积累量的定量关系

利用冠层高光谱反射率及演变的多种高光谱植被指数(VI),分析了不同施氮水平下不同棉花品种叶片氮积累量与冠层反射光谱的定量关系,建立了棉花叶片氮积累量的敏感光谱参数及预测方程。结果显示,棉花叶片氮积累量和冠层高光谱反射率均随不同施氮水平显著变化;棉花叶片氮含量的敏感光谱波段为600~700 nm的红谷波段和750~900 nm的近红外波段,叶片氮积累量与光谱指数NVD672有密切的定量关系,且不同品种可以用统一的方程来描述,从而为棉花氮素营养的监测诊断与精确施肥提供了技术支持。     

辽河三角洲土壤盐分与上覆植被野外光谱关系初探*

土壤盐渍化是辽河三角洲主要的环境问题之一,尽管已受到广泛关注,但人类活动引发的次生盐渍化面积仍在不断增长。这就需要认真、及时地监测土壤盐渍化的现状及其变化趋势以阻止土壤次生盐渍化的不断发展,确保土地利用和管理的可持续发展。多源、多时相、多光谱和微波遥感技术已被广泛用于监测土壤盐渍化的时空变化研究中。航空遥感技术、地面土壤盐分探测技术、实验室和野外光谱分析技术与地面土壤盐分测试数据相结合进行土壤盐渍化监测极具发展潜力。当干旱、半干旱区植被覆盖度低于25~35%时,土壤的光谱特征差别明显,利用遥感、土壤光谱数据与土壤盐分分析数据相结合进行土壤盐渍化监测是最为有效的方法之一。如果植被覆盖度大于此阈值,监测精度下降,只能通过上覆植被信息间接推断土壤盐渍化状况。本研究的主要目的就是探讨一下土壤盐渍化与上覆植被光谱之间的关系,尝试利用上覆植被光谱信息推断辽河三角洲土壤盐渍化状况。结果证明方法是可行的。     

基于水分光谱指数的烟草叶片等效水厚度估测

为及时、准确监测烟草叶片的水分状况,连续2年开展不同基因型烤烟品种的水分胁迫试验,测定烟叶的光谱反射率和叶片等效水厚度(EWT),系统分析350～2500 nm波段范围内任意2个波段组合而成的比值水分指数(SRWI)和归一化水分指数(NDWI),并构建烟草EWT的光谱指数预测模型。结果表明：(1)不同基因型烟草的叶片等效水厚度均随灌水量的减少而降低。(2)不同水分处理的烟叶光谱反射率在可见光波段和近红外波段均发生了规律性变化。(3)筛选出的烟草叶片等效水厚度的光谱敏感波段主要集中在可见光区域的500～600 nm、近红外区域的700～900和1000～1250 nm、短波红外区域的1900～2000 nm,最佳水分光谱指数分别为NDWI(R₁₉₂₀,R₁₉₃₀)、SRWI(R₁₉₃₀,R₁₉₂₀),核心波段为1920、1930 nm。(4)利用水分光谱指数构建的烟草叶片等效水厚度的线性和非线性预测模型,以极限学习机模型(ELM)的精准度和稳定性最佳(P-R²=0.853     

现代黄河三角洲潮土水盐与野外光谱特征浅析

土壤水分、盐分时空变异强,是影响土壤光谱特征的两个重要因素。土壤水分、土壤盐分之间关系、土壤水分、盐分与土壤光谱特征之间关系如何直接关系到利用遥感光谱信息监测土壤盐渍化的精度。通过对在2007年10月利用Hydra土壤水分/盐分/温度三参数测试仪获得的现代黄河三角洲潮土水分、盐分数据和同点利用ASD FieldSpecRProFR便携式分光辐射光谱仪获得的潮土野外光谱同步测量数据进行了分析,探讨了现代黄河三角洲潮土10cm（包括潮土和盐化潮土两个亚类）水盐特征和土壤表面野外光谱特征之间的关系,结果表明：潮土土壤水分与土壤电导率之间的关系可用二次方程曲线拟和,盐化潮土拟和度更高,当WFV〉0.275和WFV〉0.209时,盐化潮土和潮土分别随着土壤水分的增加土壤电导率不断增加。与原始野外光谱相比,包络线消除法后光谱波段与土壤水分和土壤电导率之间的Pearson相关性都有不同程度的提高,并利用包络线消除法后的波段分别建立了潮土和盐化潮土土壤水分、土壤电导率逐步回归预测方程,为动态水盐条件下盐渍化土遥感监测提供了理论依据。     

新疆沙雅县绿洲棉田土壤质量评价

为评价沙雅县棉田土壤质量状况，并探讨棉田土壤盐渍化与其土壤质量的相互关系，促进棉田可持续生产。以沙雅县4乡镇主要植棉区为研究对象，测定其土壤有机质、全氮、速效钾、速效磷、盐分总量和容重等6项理化指标，计算土壤综合肥力指数（IFI），再基于M-SQR确定棉田土壤质量分级。结果表明：沙雅棉田养分指标含量适中，土壤容重偏大；有30%的样地呈不同程度土壤盐渍化，土壤盐分与土壤多数养分指标呈负相关；根据评分结果，棉田综合肥力指数可划分出5级水平；相比IFI评级，SQR中Ⅲ级以上的样点量减少了31.37%，而低级土壤质量样点增加了16个；盐碱斑地块、沙斑地块和芦苇斑地块的土壤质量均为Ⅴ级；中部棉区相比南部和北部棉区的土壤质量状况较好。评价结果表明M-SQR评价模式具有一定的可靠性。土壤盐渍化抑制土壤养分的积累，是影响土壤质量的限制因素。各样点评价结果在空间分布上存在区域性差异。本研究可为区域内棉田土壤盐渍化的改良工作提供良好的治理思路，并且能够服务于棉田土壤质量的管理。     

基于光谱指数和偏最小二乘的棉花类胡萝卜素/叶绿素a比值估算

类胡萝卜素(Car)与叶绿素a含量比值(Car/Chla)的变化与植被生长发育变化、环境胁迫及叶片衰老特征等密切相关,可作为植被生理生态及物候的监测指标。不同植被类型和植被品种其色素变化随植被生长发育呈现出不同的变化特征。为了探究适用于干旱区棉花Car/Chla比值估算的光谱指数和估算方法,本研究通过2011年和2012年连续2年的大面积田间试验,获取了棉花不同生育期的叶片及冠层尺度光谱反射率及色素含量信息,对多种光谱指数及偏最小二乘回归(Partial Least Square Regression, PLSR)用于Car/Chla比值和Car估算进行了探讨。对比表明,基于光化学指数(PhotochemicalReflectanceIndex,PRI)的线性和一元二次模型对Car/Chla比值和Car的估算精度最高,由PRI-Car/Chla线性模型得到的叶片和冠层尺度的Car/Chla比值估算值与实测值之间的决定系数R2大于0.6, PRI-Car的R2大于0.36;基于PLSR模型得到的Car/Chla比值估算值与实测值之间的拟合关系略优于基于PRI的估算模型,由其得到的叶片及冠...     

渭-库河绿洲植棉土壤不同土层盐分相关性分析

为渭-库河绿洲植棉土壤盐渍化的治理、改良及合理利用提供一定的理论基础和科学依据,笔者通过筛选渭-库河绿洲植棉土壤上典型的野外考察路线、GPS定点、取样测定,并对植棉土壤不同土层总盐、盐离子含量以及盐离子间进行相关性分析。研究结果表明：植棉土壤不同土层盐分含量分别：0~ 10 cm 1.555%,10~30 cm 0.454%,30~50 cm 1.082%;pH：0~10 cm pH 8.09,10~30、30~50 cm pH 8.59左右;平均含盐量分别为15.549、4.548、10.821 g/kg。不同深度土层的盐分含量从大到少顺序依次为0~ 10 cm＞30~50 cm＞10~30 cm,属于盐化土壤。相关性分析结果表明：在研究区植棉土壤不同土层的全盐量、pH、HCO₃^-、Cl^-、Ga²⁺、SO₄^2-、K⁺+Na⁺、Mg²⁺之间的相关性基本上呈显著到极显著正相关,尤其是表层土壤中SO₄^2-与K⁺+Na⁺的相关系数达到了0.98,硫酸物在表层土壤积聚强烈,盐分以向上运行为主。     

宁夏银北灌区盐碱地盐渍化特征分析

研究旨在探明宁夏银北灌区盐渍化危害主要离子,为盐渍化耕地改良提供科学依据.采用相关分析法和主成分分析法,对银北灌区土壤盐渍化特征开展研究.结果表明:宁夏银北地区春季土壤盐分表聚特征明显,盐分离子空间差异性强;0～20 cm土壤中,全盐量与SO42、C1-、Ca2+、Mg2+、Na+和K+极显著相关,对土壤产生危害的主要...     

基于高光谱的棉花叶片磷含量估测模型

研究不同施磷条件下棉花叶片叶绿素含量的变化规律,旨在建立基于高光谱的叶片磷含量估测模型,实现棉花叶片磷含量快速监测。在盆栽试验条件下,设置不同的磷肥量,测定棉花功能叶叶绿素含量与磷含量,并利用植被指数和叶绿素含量的相关性构建磷含量的光谱变量,从而实现利用高光谱对棉花叶片磷含量的定量监测。结果表明：(1)棉花播种后100天左右,叶片磷含量与叶绿素呈现显著关系(决定系数R²=0.96)。(2)利用多个植被指数(X)和叶绿素含量(I)的相关性构建倒一叶、倒二叶、倒三叶、倒四叶的磷含量光谱变量,其中各叶片相关性最优的模型：倒一叶(L₁)为I₁=2.6131X_RENDVI-0.4275,X_RENDV为红边归一化植被指数,R²=0.71,RMSE=0.2;倒二叶(L₂)为I₅=0.0142X_TVI+0.3274,X_TVI为三角植被指数,R²=0.76,RMSE...     

Effects of Glyphosate on Soil Salinization and Alkalization in Cotton Fields

We analyzed the effects of glyphosate to the index of salinization and alkalization by simulation in soils collected from cotton fields in Anyang, Henan and Anqing, Anhui, China, in 2014. The results showed that application of glyphosate changed electrical conductivity (EC), total alkalinity (TAL), exchangeable sodium percentage (ESP), sodium adsorption ratio (SAR) and pH of soil in both regions，compared with the blank control. With increased frequency of glyphosate application and increased concentration applied, all indices increased in the Anqing cotton fields soil which were treated with concentrations of 2.5-20 g·L^－1 . However, EC, TAL and ESP increased dynamically in Anyang soil to which high concentrations of 20 g·L^－1 were applied only four consecutive times. After different glyphosate treatments, the soil pH value showed an upward trend but smaller changes. Therefore, after repeated use of glyphosate to soils of two different region soils, although the changes of all indices were within the range of non-saline and non-sodic soils, the soils affected by salt in the glyphosate aqueous solution tended towards saline-sodic soils.     

甜菜碱对盐碱胁迫下海岛棉幼苗光合作用及生物量积累的影响

研究盐碱胁迫下甜菜碱对海岛棉幼苗光合作用和生物量积累的影响,及在生长发育中的作用,为其在海岛棉抗盐碱栽培生产中的应用提供参考。本研究采用三因素随机区组试验设计,以新海35号和新海48号为试材,盐碱浓度为0、120、180、240 mmol L-1,甜菜碱浓度为0、30、60 mmol L-1。随着盐碱浓度升高, 2种海岛棉幼苗株高、叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、植株鲜重及干重积累均呈显著下降趋势,喷施甜菜碱后海岛棉幼苗生长发育、光合特性及生物量积累均有不同程度的提高;同一盐碱浓度下,随着甜菜碱浓度升高,海岛棉幼苗各项指标均先升高后降低,且30 mmol L-1>60 mmol L-1>0 mmol L-1, 30 mmol L-1与60 mmol L-1甜菜碱浓度之间无显著差异;同一甜菜碱浓度下,随着盐碱浓度的升高,对海岛棉幼苗各项指标的促进作用均表现为持续下降趋势,在盐碱浓度120 mmol L-1下,喷施30 mmol L-1甜菜碱对提高海岛棉光合气体参数具有显著效果,进而提高了海岛棉幼苗株高及增加了生物量积累;新海35号较新海48号的促进作用更为明显。因此,在盐碱地(0~120 mmol L-1)栽培中,叶面喷施甜菜碱(30 mmol L-1)对海岛棉生长发育及光合作用具有显著改善作用。     

有机物料配施菌剂对设施次生盐渍化土壤的修复效果

设施土壤次生盐渍化已成为制约设施农业发展的主要问题,为验证施用有机物料对次生盐渍化设施土壤的修复效果,本研究采用田间小区试验,以河北永清典型次生盐渍化设施土壤为研究对象,选择牛粪和生物炭两种有机物料并结合微生物菌剂作为外源有机物料,处理包括不施用有机物料(CK)、单施牛粪(DM)、单施生物炭(BC)、牛粪配施菌剂(DM+MI)、生物炭配施菌剂(BC+MI),通过分析各处理土壤的水溶性盐分总量、各盐分离子以及植株生长状况,探讨了有机物料对设施土壤次生盐渍化的改良效果。结果表明：施用有机物料和微生物菌剂可以不同程度的减轻土壤次生盐渍化。与对照相比,对降低土壤盐分效果最显著的为DM+MI处理,最高可降低土壤可溶盐总量18.26%,以及Na⁺、Ca²⁺与Mg²⁺含量24.1%、18.75%、24.29%,其他降盐效果表现为DM处理>BC+MI处理>BC处理。施用有机物料对辣椒植株的生长有一定的促进作用,至第10周时显著增加株高与茎粗达10.40%~16.00%和19.50%~21.30%。对辣椒植株生长与土壤水溶性盐分含量的相关性分析表明,在设施次生盐渍化土壤中,辣椒植株生长与土壤中Ca²⁺和Mg²⁺的含量呈显著负相关关系。综上,有机物料配施微生物菌剂能改善土壤条件,降低土壤含盐量,缓解设施土壤次生盐渍化状况,并促进辣椒正常生长。     

盐胁迫下棉花K~+和Na~+离子转运的耐盐性生理机制

为了探究棉花的耐盐机制,以中棉所49、中棉所35和中51504为材料,研究了盐胁迫对棉花幼苗的生长及K+/Na+平衡生理的影响。结果表明,150 mmol·L-1 Na Cl处理对幼苗的生长具有明显抑制作用,降低了叶片的光合速率(Pn)、PSⅡ实际光量子产额(ΦPSII)和电子传递速率(ETR),增加了非光化学荧光猝灭系数(q N)。与中棉所49和中棉所35相比,中51504的干物质累积受盐胁迫影响最小,且保持较高的Pn、ΦPSII、ETR和q N值及较低的ETR/Pn值。盐胁迫提高了棉花组织中Na+的浓度,降低了K+的浓度;但中51504组织中保持了相对较低的Na+浓度和较高的K+浓度,维持了较高的K+/Na+比;通过非损伤微测技术(NMT)测定的离子流结果也表明,中51504的根系对Na+有较强的外排能力,而对K+有较强的保留和向地上部转运能力。能够有效地调节Na+和K+的跨膜转运进而维持K+/Na+平衡是棉花耐盐的重要生理机制之一。     

Effect of Drip Irrigation under Film on Soil Water and Salt Movement in a Residual Film Cotton Field

[Objective] This study explores the effect of mulching film residue on the spatial and temporal distribution of soil water and salt in a cotton field under drip irrigation. [Method] Three treatments of 0 kg·hm^-2, 225 kg·hm^-2 and 450 kg·hm^-2 residual mulching film were applied. Soil salt content was measured and the difference between the mulching treatments was analyzed using a soil drilling method to delaminate 0–40 cm soil before cotton sowing, after harvesting and on days 1, 3 and 5 after watering during the blooming period. [Result] The results showed that residual mulching film reduced soil moisture uniformity in the drip irrigated cotton field. An uneven distribution of salt in different soil layers was also observed after irrigation. The soil salinity of the 0 kg·hm^-2 residual film treatment decreased in each soil layer over time, while the soil salinity of the 225 kg·hm^-2 and 450 kg·hm^-2 treatments decreased 1 and 3 days after irrigation, but then increased 5 days after irrigation (non-significant difference). With respect to distribution of soil salinity following irrigation, uniformity in the 0 kg·hm^-2 residual film treatment was best, followed by the 450 kg·^hm-2 treatment and the 225 kg·hm^-2 treatment. The effect of residual mulching film on soil salinity balance before and after sowing of cotton was as follows: 250 kg·hm^-2 > 450 kg·hm^-2 > 0 kg·hm^-2. As the depth of the residual film increased, the enrichment of soil salts in the topsoil was more likely to occur. [Conclusion] It can be concluded that residual mulching film hinders the downward migration of soil salinity. Under conditions of elevated residual mulching film, the soil salinity migration is disrupted to the degree that soil salt enrichment occurs at the soil surface.