基于地形单元的土壤有机质空间变异研究

为克服传统地形分类方法中仅依据单一指标(如高程)的缺点,以钟祥市土壤有机质空间分布为例,综合由30 m精度数字高程模型生成的地形因子,依据其在不同地形条件下的层次组合规律构建地形分类规则,精确地划分为13种典型地形单元,并运用普通克里金法对不同地形单元内的土壤样本插值,获得相应区域的土壤有机质空间分布。通过组合各地形范围下的结果,以获取蕴含地形因素影响的有机质空间分布。研究发现,地形起伏较大的地形单元的预测精度与全局预测结果精度相似度达0.75,而地势平缓区域内的预测精度大幅度提升,比全局预测结果精度提升了16.39%,因此基于地形单元的空间预测可以精确有效地获取土壤有机质空间特征。利用地形分区获取较高精度的有机质空间分布,进一步探讨了有机质地统计学研究中地形的协同影响。     

基于RBF神经网络的土壤有机质空间变异研究方法

通过研究土壤性质的空间变异和空间插值方法,快速准确获取土壤性质的空间分布是精确农业和环境保护的基础。该文以四川眉山一块约40 km2的区域为试验区,采集表层土壤（0～20 cm）样点80个,利用径向基函数(RBF)神经网络建立空间坐标和邻近样点与土壤有机质间的非线性映射关系（RBF2）,模拟土壤有机质的空间分布。与普通克里法（OK）和仅以坐标为网络输入的神经网络方法（RBF1）相比,RBF2的插值精度有显著的提高;相同样点密度下其相对预测误差分别较OK和RBF1减小了9.87%、1.97%（样本A）和13.09%、2.36%（样本B）;即使样点数减半的情况下RBF2的相对预测误差也分别较OK和RBF1减小了10.23%和2.33%,并且插值图差异相对较小,可以更好地反映土壤有机质空间分布的异质性。因此,利用以坐标和邻近样点为输入的神经网络方法可以相对准确、快速地获取区域土壤性质空间分布的异质性信息。     

不同土层土壤水分特征曲线的空间变异及其影响因素

利用多重分形和联合多重分形方法,对陕西杨凌地区0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数的空间变异性及其影响因素进行了研究.结果表明:0～20 cm和20～40 cm土层参数α都具有明显的多重分形特征,空间变异性较强,且分别是由低值和高值分布引起的;参数n和θs的多重分形特征不明显,空间变异性较弱.0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数与土壤物理特性的相关特征并不完全相同,在观测尺度上,0～20 cm土层参数α与Sand、Silt显著相关,参数n与Sand、SOM显著相关,θs与Sand显著相关;20～40 cm土层参数α与SOM显著相关,参数n和θs都与Sand、Silt、SOM显著相关;在多尺度上,0～20 cm土层参数α与Sand、Silt的相关程度最高,20～40 cm土层参数α与BD、SOM的相关程度最高.     

基于高光谱的区域土壤颗粒组成及有机质预测模型尺度转换

以内蒙古河套灌区3个尺度下1 024个样本的高光谱为模型输入,黏粒、粉粒、砂粒及有机质质量百分数为模型输出,通过多元回归、支持向量机及BP神经网络方法建立基于中尺度的反演模型,将其尺度上推至大尺度及下推至小尺度,并对其尺度转换的适用性进行评价.结果表明,基于中尺度建立的高光谱与土壤颗粒组成及有机质的反演模型均可以较好地应用于其他2个尺度:多元回归方法在其他2个尺度上的相关性为0.33~0.60,支持向量机方法为0.41~0.52,BP神经网络方法为0.52~0.72,其中BP神经网络方法建立的模型在其他2个尺度上具有更好的适用性;不同参数中,黏粒、粉粒、砂粒及有机质的相关系数分别为0.44~0.62,0.37~0.72,0.42~0.72及0.33~0.56,即颗粒组成的效果整体好于有机质质量百分数.     

引黄灌区不同粒径泥沙的运动规律

泥沙淤积与利用问题已成为引黄灌区持续发展与发挥长期效益的关键。阐述了当前引黄灌区泥沙灾害的表现形式,通过分析不同粒径泥沙在渠道中的运动、输移、和淤积规律,认为粗颗粒泥沙是渠道淤积和造成灾害的主要原因。由于粗、细泥沙在物理性质和利用方式上存在明显差异,应采用不同方法实现其资源化：对粗颗粒泥沙由集中处理改为分散处理,减少渠首部位的淤积;细沙进行长距离输送,引浑水淤灌,提高入田比例。     

不同粒径砾石覆盖对土壤水分蒸发的影响

2007年在水利部水土保持监测中心采用花盆整体称重法,对5种不同粒径砾石覆盖下的土壤水分蒸发效应进行了研究.结果表明,不同粒径砾石覆盖可以有效减少土壤蒸发,与CK相比,2～4mm粒径的土壤日蒸发量降低最多,降幅可达44%,粒径越大,土壤蒸发越多.蒸发过程中,日均蒸发量2～4 mm<4～6 mm<6～8mm<8～10mm相似文献   

基于FOD-ML的干旱区土壤有机质含量估算

为探究基于分数阶微分(fractional order derivative, FOD)预处理的光谱反射率与土壤表层有机质含量之间的响应机制,以新疆乌鲁木齐县安宁渠镇土壤冠层光谱为数据源,采用G-L分数阶微分方法对高光谱数据进行0～2.0阶次(间隔0.2)预处理,并利用任意波段组合算法,计算基于分数阶微分预处理光谱的比值光谱指数、归一化光谱指数和差值光谱指数,通过竞争性自适应重加权(CARS)算法筛选土壤有机质含量的敏感波段及光谱指数等,与3种机器学习(machine learning, ML)算法(ANN、KNN和SVM)相结合,构建基于分数阶微分和机器学习方法的土壤有机质含量估算模型,并进行模型验证。结果表明：基于0～2.0阶次的两波段光谱指数与土壤有机质含量之间均呈现极显著相关,基于原数据和0.2阶预处理的NDVI和RVI相关性系数r超过0.80。该研究基于0.2阶NDVI指数的K近邻算法模拟土壤有机质含量能力表现最佳,估算模型精度分别为决定系数(R²)为0.73,均方根误差(RMSE)为2.11 g/kg,相对分析误差(RPD)为2.23。为遥感技术提供理...     

干湿交替下干热河谷冲沟不同土层的抗侵蚀性研究

为研究旱季高温干燥、雨季降水集中且多暴雨的干湿交替作用对冲沟形成过程的影响,选择干热河谷区典型发育的土层剖面(由上至下依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ层),采用干湿交替原位试验,选取土体抗剪强度、抗冲系数以及崩解性指标,分析不同土层抗侵蚀的特性及差异。研究结果表明:各土层抗剪强度差异明显,其中Ⅳ层和Ⅴ层抗剪强度较大;内摩擦角随干湿交替次数增多呈波动不定趋势而粘聚力则呈显著负相关关系;各土层抗冲性差异明显,其中Ⅲ层和Ⅵ层抗冲性较小;抗冲性随干湿交替次数增多而增大、剥蚀率则随干湿交替次数增多呈波动减小趋势;各土层平均崩解速度与干湿交替次数呈显著线性相关,Ⅲ层和Ⅵ层较大、Ⅳ层和Ⅴ层较小、Ⅰ层和Ⅱ层介于二者之间。各土层具有软硬岩层相间的发育特征,其抗蚀性在垂直方向大致呈现减小—增大—减小的趋势,该研究从土壤侵蚀的角度在一定程度上揭示了冲沟发展过程。     

不同粒径处理的土壤全氮含量高光谱特征拟合模型

采集新疆北疆棉田385个自然土壤样本,将筛选出的土壤样品分别过2、1、0. 5、0. 15 mm筛并测定其原始光谱反射率,利用支持向量机(Support vector machine,SVM)、偏最小二乘回归(Partial least squares regression,PLSR)和多元逐步线性回归(Stepwise multiple linear regression,SMLR)方法对土壤原始光谱及其12种光谱变换数据分别构建土壤全氮含量的估测模型,并对模型精度进行检验。结果表明,土壤原始光谱特征在各个波段与全氮含量相关性都较差,不同形式的数据变换均能够提高光谱反射率与全氮含量的相关性,同一种数据变换形式在不同粒径处理中最大相关系数所对应的波段位置差异不大。从不同粒径处理的拟合精度来看,过筛粒径越小对全氮含量的估测精度越高,3种方法的最优拟合模型都是过0. 15 mm筛的处理,其中SVM方法采用(lgR)'变换后,构建模型R2c为0. 898 7,RMSEc为0. 018 1,RPD为2. 704 9,PLSR和SMLR方法均采用R'变换,构建模型的R2c分别为0. 852 0和0. 819 6,RMSEc分别为0. 041 3和0. 043 6,RPD分别为2. 554 9和2. 437 4,3种方法在该过筛处理下均能够很好地估测土壤全氮含量。用未参与建模的样本对3种最优模型进行验证,SVM、PLSR和SMLR模型的检验R2分别为0. 822 9、0. 771 5和0. 705 4,SVM方法优于PLSR和SMLR,模型具有较好的精度和稳定性,从模型的预测误差来看,土壤全氮含量越低其预测误差也越大,在氮素含量较低的情况下无法直接通过光谱反射特征准确反演。     

基于优化光谱指数的土壤有机质含量估算

基于高光谱数据快速监测土壤有机质含量对于评价土壤肥沃程度具有重要意义。本文试图寻求估算土壤有机质含量的最佳光谱参数,实现土壤养分无损监测。使用ASD Field-Spec3高光谱仪对野外采集的土壤样品进行室内光谱测定,并通过重铬酸钾氧化容量法测定土壤样品有机质质量比;利用两波段优化算法对构建的新算法(SOM_(CI/ND))进行波段优化,筛选基于不同光谱数据(原始光谱反射率及其对应的4种数学变换)运算下的最敏感波段组合,从而建立土壤有机质质量比高光谱估算模型。结果表明:通过归一化光谱指数(I_(ND))和概念指数(I_(CI))比值构建的新算法(SOM_(CI/ND))优化后与土壤有机质质量比之间的相关性显著提高,在光谱原始数据及其平方根、倒数变换形式下,相关系数绝对值达到0.82,且敏感的组合波段集中在2220 nm～2240 nm和2160 nm～2195 nm。基于平方根波段优化的估算模型效果最佳,估算精度为R_p~2为0.84,RMSE_P为2.24 g/kg,RPD为2.89。因此,对光谱数据的适当数学变换有利于优化光谱指数更好地估算土壤有机质质量比,进一步实现土壤有机质质量比高精度动态监测。     

基于水分和粒度的土壤有机质特征波长提取与预测模型

为减少水分、粒度对传统方式选取特征波长建立的土壤有机质预测模型的影响,本文提出新的特征波长提取方法。采集中国农业大学上庄实验站土壤样本60份,将样本自然风干后一分为二,一份配成5个粒度梯度（粒径2~2.5mm、1.43~2mm、1~1.43mm、0.6~1mm、0~0.6mm）,另一份过0.6mm筛后配成5个水分梯度（含水率5%、10%、15%、20%、25%）。通过标准仪器分别获取土壤有机质含量真值和土壤光谱信息,使用随机蛙跳算法进行特征波长提取,每个水分、粒度梯度下分别选取7个与土壤有机质含量真值相关性较高的波长作为对应梯度下选取的特征波长,分别建立多元线性回归（MLR）、偏最小二乘（PLS）、随机森林（RF）模型,结果表明：随着含水率增高,3种模型的建模集和预测集决定系数R2基本呈减小趋势;在2~2.5mm粒度梯度下,3种模型的建模集和预测集R2最低,在0~0.6mm梯度下,建模集和预测集R2最高,其余梯度下,建模集和预测集R2接近。结合滤光片带通范围（±15nm）,挑选出水分梯度下相同或者接近的8个土壤有机质特征波长,粒度梯度下选取6个特征波长,最终结合化学键特性在水分梯度和粒度梯度下确定的14个特征波长下剔除了6个,确定8个特征波长：932、999、1083、1191、1316、1356、1583、1626nm。分别建立MLR、PLS、RF模型,结果表明：最终选取的有机质特征波长建立的3种模型建模集R2均不低于0.8、预测集R2均不低于0.75,其中PLS预测效果最佳,建模集、预测集R2分别为0.8809、0.8402。本研究所确定的有机质特征波长建立的模型具有更好的适用性和预测效果,相比于传统方式,一定程度上消除水分、粒度对预测的影响。     

土壤斥水性与有机质质量分数的变化关系研究

土壤有机质质量分数是影响土壤斥水性的最主要因素之一,为研究二者之间的关系,选用以色列3类不同质地斥水性土壤为对象,分别在田间和实验室测定土壤斥水性和有机质质量分数,并绘制土壤斥水性和有机质质量分数的等值线图和关系图。结果表明,对于粘性土壤和沙质土壤,土壤斥水性随有机质质量分数成幂指数关系,但对于壤土,二者之间没有非常明显的线性关系。研究结果可为分析不同土壤的斥水性影响因素和土壤改良提供理论依据。     

不同秸秆隔层材料对河套灌区土壤水盐运移及玉米产量的影响

通过在内蒙古河套灌区设置秸秆隔层试验,研究小麦、玉米2种秸秆隔层材料对土壤水盐运移及玉米产量的影响。结果表明,秸秆隔层处理在整个玉米生育期0～40cm土层土壤含水率变化波动较大,且土壤含水率总体低于不设隔层的对照处理,不同秸秆隔层处理在玉米生长前期土壤含水率差异不明显,但后期玉米秸秆隔层处理土壤含水率低于小麦秸秆隔层。40～80cm土层不同处理土壤含水率变化趋势与0～40cm正好相反,含水率大小依次为玉米秸秆隔层、小麦秸秆隔层、对照。秸秆隔层处理抑制了土壤盐分随水分的向上运移,同时延缓了水分的下渗过程,增强了盐分淋洗效果,玉米秸秆隔层的控抑盐效果好于小麦秸秆隔层。秸秆隔层处理没有明显增产优势,玉米秸秆隔层处理较小麦秸秆隔层处理的玉米产量要略高。     

土壤有机质对烤烟品质的影响

土壤有机质含量作为土壤的重要化学性质之一,对烟草品质有非常重要的影响.从提高烤烟的产量和品质角度出发,阐述土壤有机质与烤烟品质之间的关系,分析种植烤烟的最佳有机质含量,为提高烤烟种植水平提供理论参考.     

长期免耕对不同土层土壤结构与有机碳分布的影响

为探明长期翻耕与免耕条件下不同土层深度土壤结构稳定性及其有机碳分布特征,在长期定位试验中分层(0~10 cm、10~20 cm、…、90~100 cm)采集免耕和常规耕作处理下混合土样和原状土样进行土壤结构与有机碳的测定,结果表明:(1)随着土层的加深,0.5~2.0 mm和大于2.0 mm粒级团聚体含量表现为逐渐降低的趋势,而其他粒级团聚体含量呈增加趋势。免耕更利于提高大粒级团聚体(0.5 mm)的含量,且土壤结构的稳定性显著提高,其作用深度在50 cm以上。(2)随着土层的加深,土壤总有机碳和活性有机碳均表现为先增加后降低再趋于稳定的趋势。免耕处理在0~80 cm土层的土壤总有机碳和活性有机碳均高于常规耕作处理。(3)随着土层的加深,不同粒级团聚体总有机碳含量呈降低趋势,大粒级团聚体中含有较高的有机碳。免耕更利于0~40 cm土层不同粒级团聚体总有机碳含量的提高。随着土壤团聚体粒级的降低,土壤活性有机碳含量呈降低趋势。与常规耕作相比,除0.053~0.250 mm粒级团聚体外,免耕提高了0~20 cm土层各粒级团聚体中活性有机碳含量。(4)随着土层的加深,各粒级团聚体中有机碳对土壤总有机碳的贡献率表现为先降低后增加再降低的趋势。不同粒级团聚体中,大于2.0 mm和小于0.053 mm粒级团聚体有机碳贡献率在0~100 cm土层均低于其他粒级团聚体。在0~20 cm、30~40 cm和90~100 cm土层,免耕处理各粒级团聚体有机碳累积贡献率均高于常规耕作。     

河套灌区畦田内不同位置土壤入渗特性及影响因素分析

为明确河套灌区畦田田块不同位置土壤的入渗特性,通过野外试验和室内检测对试验区田块不同位置土壤理化性质和入渗过程进行分析,并基于土壤入渗模型对试验区田块不同位置的土壤入渗过程进行拟合,同时探讨影响土壤入渗过程的影响因素.研究结果表明:试验区田块内不同位置土壤理化性质及入渗特性具有一定差异性且不同位置土壤入渗特性与土壤理化...     

土壤有机质检测自动化前处理平台设计与试验

针对传统人工土壤检测方法存在检测过程复杂、处理周期长、工作效率低等问题,提出了土壤有机质检测自动化前处理平台整体设计框架,基于此构建了土壤有机质检测自动化前处理平台,该平台以均一、稳定的机器操作完成土壤有机质含量的精确检测.平台主要由搬运机械手、温控消解装置、无损转移装置、电气控制系统等构成,同时通过构建组态软件调度系...     

凤城市耕地土壤有机质时空变化研究

为掌握凤城市耕地土壤的肥力状况,对比分析近25 a的土壤有机质含量变化情况。结果表明:近25 a凤城市各乡镇(区)土壤有机质平均含量由较缺乏转化为中等水平;随着耕作年限的增加,较小比例的五级(缺乏)水平耕地消失。