有机质对土壤光谱特性的影响研究

为了探明土壤有机质的光谱特征及其影响作用,从而为有机质土壤铁氧化物的定量反演提供理论依据。利用去有机质前后土壤的光谱数据,研究了有机质对土壤反射率、土壤线参数、土壤铁氧化物定量反演的影响。研究结果表明,去除有机质后,能明显提高土壤反射率,变化最明显的为可见光橙黄光波段,即570～630 nm。相关性分析也显示橙黄光波段反射率的相对变化量或差值与有机质去除量之间的相关系数要比其他波段高,相关系数最大值在600 nm。因此,建议采用570～630 nm的光谱数据进行有机质的反演;土壤线斜率在去有机质后明显降低,截距显著增大,二者变化量与有机质去除量呈极显著相关关系,可用土壤线参数预测有机质含量。有机质对铁氧化物的反演具有明显影响,特别是有机质大于20 g kg-1的土壤,在进行反演时应考虑有机质对反演精度的影响,需采取有效地技术手段消减其影响作用,才能达到较好的效果。     

土壤有机质光谱响应特性研究

土壤有机质光谱响应特性研究是光学遥感定量化的基础性研究.研究利用VF991地物光谱测量仪对八个不同环境条件下形成的土壤样本剖面上的各个土层进行光谱测量,得到各个土层的反射率光谱曲线,并测出各个土层的有机质含量.通过研究土壤的有机质含量与土壤反射光谱间的相关性分析,发现有机质含量与土壤光谱在紫外区的376.795nm波段、可见光区的616.506nm波段和近红外区的724.0975nm波段附近有较好的负相关性     

湖南省几种主要类型土壤反射光谱的剖面变化特性

通过野外采样和室内测定,研究了湖南省主要类型土壤反射光谱的剖面变化特性。结果表明,同一土壤剖面中不同土层的反射光谱曲线形态基本上是一致的;经统计分析得出,在每个自然土壤剖面中,各土层420nm处的的光谱反射率均与土壤游离氧化铁含量之间存在着线性负相关性,620-660nm波段的平均光谱反射率与土壤有机质含量呈幂函数负相关性。     

不同粒径土壤的光谱特征差异分析

通过野外采集土样,研磨后获取不同粒径(2、1、0.5、0.25、0.15和0.05 mm)土壤,在暗室内进行光谱测定。分别采用光谱数据微分变换和连续统去除的方法,研究不同粒径土壤的光谱特征差异,探索不同粒径处理对土壤光谱特征的影响。结果表明:不同粒径土壤的平均光谱反射率在全波段、可见光、红外波段都随土壤粒径的减小而增加;土壤光谱反射率与土壤粒径呈负相关关系。微分变换放大了某些在原始光谱数据中比较隐晦的信息。可见光、全波段平均反射率均在土壤粒径0.25 nm时,呈现出更明显的增长趋势,而红外波段则在土壤粒径0.15 mm时,增长趋势更为明显;土壤光谱在450和490 nm处的吸收峰值随土壤粒径的减小呈多项式分布;土壤全波段光谱反射率随着粒径的减小呈幂函数增长。     

褐潮土的光谱特性及用土壤反射率估算有机质含量的研究

本文通过ASDFR便携式光谱仪对132个风干土壤样品的光谱反射率进行了实验室测定。根据土样光谱反射率变化,获得了褐潮土土壤剖面的不同诊断层反射光谱特征。结果表明,在400～1200nm范围之间,土壤有机质含量与土壤光谱反射率有较好的相关性。利用导数光谱方法建立了预测土壤有机质含量的方程,提出了预测北京地区褐潮土有机质光谱的最佳波段。在波长447nm处采用反射率和A值(反射率倒数的对数)所建立的预测方程的预测精度较高。采用反射率的一阶微分建立的预测方程的最佳波段在516nm处。而A值一阶微分光谱在615nm处相关性最好。作为一项参考指标用光谱分析法评价土壤中有机质含量,以期对精准农业中土壤养分或肥力的预测具有一定的指导作用。     

淮北平原土壤高光谱特征及有机质含量预测

以安徽省淮北平原的蒙城县为研究区,采集131个表层土壤(0～20 cm)样品。采用Cary 5000分光光度计测定土壤光谱反射率,分析该地区典型土壤类型的光谱特征,利用偏最小二乘回归方法建立土壤有机质光谱预测模型。首先比较不同光谱变换对土壤有机质含量光谱预测建模的影响;其次根据光谱相似性对土壤样品进行分类,比较不同土壤类型和不同光谱分类的有机质光谱预测精度。结果表明:①不同土壤有机质含量和不同土壤类型光谱曲线在整体波段范围内趋势基本一致;有机质含量与光谱反射率呈显著负相关;有机质含量越低,曲线特征差异明显,可能是受其他因素的影响;②土壤光谱反射率经倒数的对数处理后,有机质光谱建模的决定系数和相对分析误差均有所提高,均方根误差降低,模型预测效果较优;③按照光谱相似性分类后建立的有机质光谱预测模型,比按土壤类型建立的光谱预测模型精度明显提高。     

HJ-1A高光谱影像的表层土壤游离氧化铁含量反演

实时监测土壤游离氧化铁含量对于获取区域土壤理化特征数据、监测区域土壤环境具有重要意义。该试验基于HJ-1A 高光谱遥感影像,结合研究区土壤采样的游离氧化铁含量化验数据,分析遥感影像的反射率与土壤游离氧化铁含量的相关性,建立土壤游离氧化铁含量的多元线性反演模型,反演研究区表层土壤游离氧化铁含量。研究结果表明,HJ-1A高光谱遥感影像的反射率与研究区土壤游离氧化铁含量呈负相关性,且在第104波段达到峰值,相关系数为-0.455;利用反射率指数变换建立的反演模型Y=34.11-0.079X23+0.151X72-0.072X79-0.017X90,模型的决定系数为0.837,均方根误差为1.59 g/kg;土壤中有机质对游离氧化铁含量反演精度影响的检验结果显示,研究区土壤的有机质对游离氧化铁含量的反演精度无显著影响。该试验为土壤游离氧化铁的光谱分析提供借鉴,为区域土壤生态环境监测提供数据支持。     

粗面岩质火山碎屑物发育土壤有机质含量的高光谱特征与建模

利用ASD Field Spec 4便携式快速扫描分光辐射光谱仪,对采自吉林省长白山地区粗面岩质火山碎屑物发育的土壤进行光谱反射率测定,分析其光谱特征;对土壤原始光谱反射率进行一阶微分、二阶微分、倒数的微分、倒数的对数的一阶微分和倒数的对数的二阶微分等五种数学处理,并应用多元逐步回归分析建立土壤有机质含量的高光谱预测模型。研究表明:土壤有机质含量与原始光谱反射率在565~675 nm波段内呈显著负相关;一阶微分光谱在415 nm、445~605 nm波段内与土壤有机质含量呈极显著负相关,在705~985 nm、1015~1265 nm波段内呈极显著正相关,在865 nm波段处相关系数达到极大值0.87;建立的土壤有机质多元逐步线性回归预测模型中,以一阶微分模型为最优,R2为0.954,可用于粗面岩质火山碎屑物发育土壤有机质含量的快速测定。     

土壤全氮的无人机高光谱响应特征及估测模型构建

为更好地体现出光谱与土壤全氮（soil totalnitrogen,STN）含量之间的响应关系,实现以高光谱快速估测土壤全氮含量,该研究以无人机搭载高光谱传感器获取农田土壤高光谱影像,提取光谱反射率并进行数学变换,基于灰色关联度和皮尔逊相关系数提取各光谱中土壤全氮含量的敏感波段,基于敏感波段采用偏最小二乘回归（partialleastsquares regression,PLSR）、岭回归（ridge regression,RR）和随机森林（random forest,RF）构建土壤全氮的高光谱反演模型,筛选出最优模型并对研究区土壤全氮含量进行反演制图。结果表明：1）反射率的倒数光谱中的敏感波段（996～1 003 nm）集中在近红外长波范围内,反射率的一阶微分（first derivative of reflectance,FDR）光谱中的敏感波段（398～459、469和472～1 003 nm）和反射率对数的一阶微分光谱中的敏感波段（398～459、463～973和978～1 003 nm）在可见光和近红外范围内都有分布,反射率的一阶微分光谱中的敏感波段（615～625、632和...     

辽宁省黄土状母质发育土壤有机质含量高光谱预测模型的构建

  目的  建立辽宁省黄土状母质发育土壤有机质含量的高光谱预测模型,以便快速获取土壤样品的有机质含量。  方法  对省域内黄土状母质发育土壤进行了样品采集,获取样品有机质含量和高光谱数据;选择原始光谱及其一阶微分、二阶微分、倒数对数、倒数对数一阶微分、倒数对数二阶微分6种光谱变换数据作为自变量,与土壤有机质含量进行相关分析,选取特征波段,分别建立多元逐步线性回归（SMLR）、偏最小二乘回归（PLSR）和主成分回归（PCR）3种土壤有机质高光谱线性预测模型,并进行了支持向量机（SVM）方法的非线性模型拟合。  结果  土壤有机质含量与其光谱反射率呈负相关关系,对光谱进行不同的数学变换,可以提高土壤有机质含量与光谱反射率的相关性,其中一阶微分和二阶微分的提升效果最佳;相同光谱数据在不同模型中建模精度存在显著差异,以原始光谱反射率一阶微分为自变量的PLSR模型精度最高,建模集和验证集的决定系数（R2）分别为0.958和0.976;3种线性方法建立的最佳预测模型的检验精度为:PLSR > SMLR > PCR。  结论  PLSR模型是辽宁省黄土状母质发育土壤有机质含量的最佳高光谱预测模型,且基于特征波段的建模效果优于全波段;SVM非线性模型的预测精度较低。     

植稻年限对土壤铁锰氧化物的影响

以浙江不同耕作年限水田和旱地为研究对象,探讨了植稻年限对土壤铁锰氧化物的影响,并揭示了水稻土发育过程中铁锰氧化物的剖面运移规律和诊断意义。结果表明:①土壤剖面中,全Fe、游离Fe及全Mn的变异随着种稻时间的延长而增大。种植达到一定年限时,全Fe、全Mn以及游离Fe在土壤剖面下层出现淀积。在各种铁锰氧化物中,对水稻土最具诊断意义的是游离Fe和全Fe。②无定形Fe以及络合态Fe、Mn与有机质呈显著正相关。植稻年限对它们的影响是通过对有机质的影响达到的。     

铵、钾同时存在时, 土壤对铵的优先吸附

The water stability of aggregates in various size classes separated from 18 samples of red soils under different managements, and the mechanisms responsible for the formation of water-stable soil aggregates were studied. The results showed that the water stability of soil aggregates declined with increasing size, especially for the low organic matter soils. Organic matter plays a key role in the formation of water-stable soil aggregates. The larger the soil aggregate size, the greater the impact of organic matter on the water stability of soil aggregates. Removal of organic matter markedly disintegrated the large water-stable aggregates (> 2.0 mm) and increased the small ones (< 0.25-0.5mm) to some extent, whereas removal of free iron(aluminium) oxides considerably destroyed aggregates of all sizes, especially the < 0.25-0.5 mm classes. The contents of organic matter in water-stable aggregates increased with aggregate sizes. It is concluded from this study that small water-stable aggregates (< 0.25-0.5 mm) were chiefly cemented by Fe and Al oxides whilst the large ones (> 2.0 mm) were mainly glued up by organic matter. Both free oxides and organic matter contribute to the formation and water stability of aggregates in red soils.     

基于高光谱特征的土壤有机质含量估测研究

在室内条件下,利用ASD2500高光谱仪测定了潮土和水稻土自然风干土壤样品的光谱。通过系统分析两种不同类型土壤的高光谱特征差异及其有机质含量的敏感波段区位,建立了土壤有机质含量的光谱估测模型。结果表明,具有相同有机质含量的两种类型土壤整体光谱变化趋势无明显差别,但反射率表现出明显差异,一阶导数变换能较好地显现谱图中的肩峰。潮土和水稻土有机质的敏感波段集中在相同区域,原始反射率在685 nm处相关性最高,而一阶导数光谱在554 nm处相关性最高。通过对整体样本的多元逐步回归分析,筛选出两种土壤有机质相同的敏感波段为800 nm、1 398 nm和546 nm。进一步以一阶导数为自变量,基于1 400nm和554 nm两个波段构建了土壤有机质差值指数SOMDI及估测模型,即Y=4.19 12.85×(R_FD554 R_FD1 400)。利用独立的样本对建立的光谱模型进行了检验,预测决定系数均达0.79以上。上述结果表明,利用高光谱技术可实现土壤有机质的快速监测与诊断。     

平原区水田改林地后土壤黏土矿物及氧化铁的变化

近年来水田改为林地在我国南方地区非常普遍,为了解这种转变对土壤矿物(黏土矿物和氧化铁)演变的影响,在浙江省平原地区构建了4个水田改林地系列土壤,采用野外调查和室内分析相结合的方法,研究水田改林地后土壤剖面中氧化铁形态和黏土矿物类型的演变规律。结果表明,改林地后,土壤剖面中全铁含量变化不明显,耕作层和犁底层土壤游离氧化铁有轻微增加趋势。改林地15～20 a后,4个系列土壤耕作层活性铁和活化度降幅分别在18.0%～38.4%和24.7%～48.9%;耕作层土壤铁氧化物的晶胶比增幅在0.73倍～1.62倍;耕作层土壤亚铁含量明显下降,降幅最高达95.8%,变异系数达到143.9%;耕作层络合铁降幅在21.3%～36.2%,并与有机质呈极显著正相关(P0.01)。改林地后,犁底层土壤中绿泥石相对含量及其与高岭石的比值都呈降低趋势,其他黏土矿物相对含量变化规律不明显,土壤有机质显著下降,土壤明显酸化。土壤铁氧化物形态和数量的变化对土壤结构以及土壤重金属的迁移转化等产生重要影响。     

Molybdenum Determination in Mehlich‐1 and Mehlich‐3 Soil Test Extracts and Molybdenum Adsorption in Brazilian Soils

Abstract

The extractant Mehlich‐1 is routinely used in Brazil for determination of soil nutrients, whereas Mehlich‐3 has been suggested as a promising extractor for soil fertility evaluation. Both were used for extraction of molybdenum (Mo) in Brazilian soils with Mo dosage by the KI+H₂O₂ method. The Langmuir and Freundlich isotherms were used to study soil Mo adsorption. Mehlich‐1 extracted more Mo than Mehlich‐3 in soils with high contents of organic matter, clay, and iron (Fe) oxides. Mehlich‐3 and Mehlich‐1 extractions correlated positively and significantly with amorphous Fe oxides, crystalline Fe oxides, and organic matter. Molybdenum recovering rates correlated to crystalline Fe oxides and clay contents but not to organic matter, pH, and Mo adsorption capacity. Amorphous and crystalline Fe oxides, clay, and organic matter were responsible for most of the Mo adsorption. The Langmuir isotherm described better the Mo adsorption to soil amorphous Fe oxides and organic matter than the Freundlich isotherm.     

澧阳平原古水稻土有机质红外光谱特征

澧阳平原杉龙岗古水稻土遗址剖面中不同耕作年限、不同环境条件、不同深埋的有机质的积累与迁移变化明显。以澧阳平原杉龙岗古水稻土遗址为研究对象,采用溴化钾压片法对剖面中古水稻土和现代耕作水稻土进行红外光谱测定,分析土壤中有机质的官能基团以及各基团的结构特征。结果表明,古水稻土官能基团的振动主要集中在卤素化合物和无机化合物,有机质对古水稻土官能团影响很大,其中,古水稻土中波数1 882 cm-1(烯烃碳)在去有机质后吸收峰弱化;古水稻土中波数为1 631~470 cm-1段,逐渐形成苯环、烯烃化合物且芳构化程度增加,卤素和无机化合物的结合力增强。由一阶导数可知,古水稻土与现代耕作水稻土相差不大,在去有机质后,波峰均被弱化且FD值峰值均小于去有机质前FD值。     

紫色土可溶性有机碳的吸附-解吸特征

选择代表性的酸性、中性和石灰性紫色土为实验材料,采用平衡吸附和动力学吸附法研究了紫色土对可溶性有机碳（DOC）的吸附-解吸特征,分析了土壤理化性质与DOC吸附量之间的关系。结果表明,紫色土对DOC的吸附容量呈以下顺序：酸性紫色土〉中性紫色土〉石灰性紫色土。石灰性紫色土对DOC的解吸率明显高于酸性、中性紫色土,其迁移淋失问题值得重视。紫色土对DOC的吸附过程包括快速吸附和慢速吸附2个阶段,0~0.5 h内吸附速率最大,随后吸附速率逐渐减小,4~6 h内基本达到吸附平衡。土壤pH值、有机质、粘粒和活性铁铝氧化物含量是影响土壤DOC吸附量与解吸率的重要因素。通径分析表明,土壤理化性质对DOC吸附量的直接作用系数大小顺序为活性铝含量〉土壤pH值〉有机质,对DOC解吸率的直接作用系数大小顺序为活性铁含量〉粘粒〉有机质。多元线性回归模型能较好地预测土壤对DOC的吸附及解吸的变化。     

Rhizosphere effects on Cu availability and fractionation in sewage sludge‐amended calcareous soils

Rhizosphere processes have a major impact on copper (Cu) availability and its fractions in soils. A greenhouse experiment with wheat was performed to investigate availability (using seven chemical procedures) and fractionation of Cu in the rhizosphere of ten agricultural soils (Typic Calcixerepts) amended with sewage sludge (1% w/w) using rhizoboxes. The results show that available Cu concentrations in rhizosphere soils were significantly (P < 1%) lower than in bulk soils. In comparison with the bulk soils, in the rhizosphere soils the concentration of Cu associated with organic matter and residual Cu increased by 24 and 4%, respectively, whereas exchangeable Cu, Cu associated with iron‐manganese oxides, and Cu associated with carbonate decreased by 20, 14, and 12%, respectively. Dissolved organic carbon (DOC) and Cu associated with iron‐manganese oxides and Cu associated with organic matter in the rhizosphere and bulk soils were significantly correlated (P < 5%). The results show that the differences between rhizosphere and bulk soils in chemical conditions such as DOC concentrations can change the proportion of soil Cu fractions and, therefore, Cu availability for wheat in calcareous soils amended with sewage sludge. The results show that the wheat root‐induced modifications of chemical and biological soil conditions do not only lead to Cu depletion in mobile soil Cu fractions, but also to modification in soil Cu fractions which are commonly considered as more stable.     

土壤有机质与水分反射光谱响应特征综合作用模拟

土壤有机质与水分均对土壤反射光谱特征有显著的影响,但其作用机理难以定量描述。通过对黑龙江省典型黑土区土壤野外高光谱反射率的测定,研究了该区土壤的光谱反射特征;利用BP神经网络方法,以土壤有机质与水分数据作为输入层,以土壤光谱反射率一阶微分作为输出层,建立黑土有机质与水分的高光谱预测模型,并对模型的稳定性和预测能力进行检验。结果表明:土壤有机质与土壤表层0~20 cm含水量之间具有显著的相关性,相关系数为0.59;1570 nm波段处的一阶微分为输出层的模型精度最高,RMES达到0.017,平均绝对误差为0.014,平均相对误差为0.110;模型检验结果表明建立的BP神经网络模型具有良好的稳定性;土壤有机质、含水量对土壤光谱反射率的综合作用得到较准确的描述,可以用于野外土壤有机质与水分的速测。