宁夏银北地区龟裂碱土盐分特征研究

为探明龟裂碱土的基本盐分状况,并建立在滴灌利用条件下基于电导率的土壤主要盐分性质的预测模型,本文在野外调查、取样和化学分析的基础上,利用经典统计分析方法,对我国宁夏银北地区龟裂碱土盐分特征进行了研究.结果表明,龟裂碱土剖面内盐分含量总体呈现“表聚”现象,主要盐分离子含量随深度增加逐渐降低.Cl-和Na+是该土壤中最主要的阴阳离子,且在上层土壤中表现尤为突出,HCO3+含量在100 cm以下的土层中逐渐增加.表层土壤钠吸附比(SAR)值较大,均在15(mmol/L)0.5以上,pH值在8.5～10之间.Na+与Cl-的相关性最强,相关性系数为0.902 (P＜0.01),Na+与SO42-、HCO3-的相关性次之.土壤饱和浸提液电导率(ECe)和Cl-、Na+、可溶性总盐(TSS)含量及SAR值显著正相关(P＜0.01).土壤Cl-、Na+、TSS含量及SAR可由自变量为ECe的数学回归方程来表达,且预测精度可靠,可快速、经济地模拟和预测该地区土壤Cl-、Na+、TSS含量及SAR值,为本区域滴灌精准改良利用条件下龟裂碱土的盐渍化状况评价提供参考.     

龟裂碱土对植被冠层光谱特征及长势预测的影响

为了通过统一土壤背景来量化龟裂碱土对其上覆植被冠层光谱的影响,通过野外原位测定,系统分析了龟裂碱土上覆植被在自然和覆盖条件下5个典型生育期冠层光谱特征、光谱反射率与叶片叶绿素值和叶面积指数（leaf area index,LAI）之间的关系,进而建立了不同条件下2个生理指标的预测模型。结果表明：覆盖条件下向日葵三对叶期冠层光谱反射率较自然条件下在400～520和1 027～1 130 nm平均降低了0.10,在521～1 026 nm平均降低了0.18;其他生育期覆盖条件下冠层光谱反射率较自然条件下在可见光波段下降,在近红外区域增加（其中七对叶期在720～1 050 nm平均增幅为11.29%）。自然条件下三对叶期冠层光谱反射率与叶绿素值和LAI平均相关系数分别为0.68和0.47,开花期、乳熟期光谱反射率与叶绿素值和LAI与三对叶期相关性相似;其他2个生育期冠层光谱反射率自然条件下在可见光波段与2个生理指标平均相关系数分别为-0.27和-0.52,在近红外区域分别为0.53和0.69,覆盖条件下相关系数明显高于自然条件。三对叶期建立的叶片叶绿素值和LAI预测方程决定系数最小,现蕾期最大。除三对叶期外,其他时期对2个生理指标的预测模型的拟合度都较高（RSPAD为0.61～0.88,RLAI为0.72～0.92）,预测能力也较强;引入土壤pH值可以增强模型的稳定性和预测能力。研究结果可为该地区龟裂碱土上覆植被长势估测提供理论依据。     

砾石暗沟提高脱硫石膏改良龟裂碱土效果及油葵产量

针对龟裂碱土质地黏重、透水性差、难以改良利用等瓶颈问题,该研究采用砾石暗沟改良技术,在统一施用脱硫石膏22.5 t/hm2和淋洗定额4 500 m~3/hm~2的基础上,研究不同暗沟间距(3、6、9 m)及砾石垫层厚度(25、30、35 cm)对龟裂碱土理化性质、盐分离子浓度、油葵产量的影响。试验结果表明:1)灌水洗盐过程中砾石暗沟的设置有利于提高土壤渗透性,保持脱盐状态,暗沟间距越小脱盐效果越显著;2)砾石暗沟处理下土壤Na~+、CO_3~(2-)、HCO_3~-、Cl~-浓度显著减少,其中Na~+是最主要阳离子,其Cl~-的相关性最大,其次为SO_4~(2-);3)在暗沟间距3 m、砾石层厚度35 cm的处理下(T3),第1年0~40 cm土层pH值、碱化度分别比CK(无暗沟处理)降低11.6%、32.2%,第2年分别降低12.4%、39.6%;4)T3处理油葵出苗率和产量最高,第1年产量为CK的2.87倍,第2年为CK的3.44倍。因此,砾石暗沟能促进脱硫石膏改善龟裂碱土理化性质,提高作物产量。     

基于水稻冠层植被指数的龟裂碱土盐碱化信息预测研究

土壤盐碱化是危及农业生产的重大生态环境问题,遥感技术可以通过植被冠层光谱来估测土壤的盐碱化程度。试验结果表明:土壤pH与ESP(exchangeable sodium saturation percentage)之间有极显著相关关系;随着生育期的推移,水稻冠层NDVI逐渐增大,RVI逐渐减小,孕穗期水稻冠层NDVI值最高,RVI值最低。从拔节期到乳熟期的水稻冠层NDVI和RVI与相应时期的土壤pH和ESP都有较好的相关性,而且随着作物生长期的延伸,NDVI估测土壤pH和ESP的准确性有增加的趋势;返青期和分蘖期相关性不稳定。NDVI和RVI对pH和ESP估测的精度无显著性差异,但NDVI对ESP的估测效果更好一些。所以,从拔节期到乳熟期,通过水稻冠层植被指数可以较准确地预测龟裂碱土的碱化程度。     

脱硫石膏糠醛渣对新垦龟裂碱土的改良洗盐效果

为了探讨脱硫石膏及糠醛渣对新垦龟裂碱土改良洗盐效果,在统一施用脱硫石膏（28 t/hm2）的基础上,该文于2012年在宁夏平罗县西大滩农场,研究了不同淋洗水平（3 600、4 500和4 800 m3/hm2）和不同糠醛渣施用量（0、15、22.5和30 t/hm2）对新垦龟裂碱土碱化度、总碱度、pH值、全盐及盐分离子分布特征、油葵出苗生长及产量的影响。结果表明：在淋洗水量4 500 m3/hm2和施用糠醛渣（22.5 t/hm2）的条件下,土壤0～20 cm深的pH值由初始的9.65降到了7.6（P＜0.05）,碱化度、总碱度和全盐分别下降了60.2%、39.2%和69.1%,油葵产量3 195.8 kg/hm2,碱土改良效果明显,表明适当的脱硫石膏、糠醛渣、淋洗量可降低土壤盐分增加油葵产量。结果可为新垦龟裂碱地的改良利用、水盐调控提供依据。     

脱硫石膏施用下宁夏龟裂碱土水盐运移特征

通过室内土柱淋洗试验,开展了脱硫石膏施用下不同淋洗水量对宁夏龟裂碱土水盐运移影响的研究,结果表明：脱硫石膏施用下龟裂碱土随着入渗时间的增加,湿润锋深度和累积入渗水量呈先急剧增加再缓慢增加的趋势;0~20 cm土层土壤pH值、碱化度和全盐量均有较大幅度的降低;连续淋洗条件下,最大脱盐深度位于40~60 cm土层;0~40 cm土层,随入渗水量的增加土壤脱盐率缓慢增加,其中0~20 cm土层处理1到处理4土壤脱盐率分别为79.72％、89.88％、91.93％和92.22％;随淋洗水量的增加,0~20 cm土层主要盐分离子易于溶脱的顺序为Mg2＋>Cl－>SO2－4>Na＋> HCO3－, Mg2＋溶脱率最大,可达到100％,20~40 cm土层主要盐分离子易于溶脱的顺序为Na＋>Cl－>Mg2＋, Na＋溶脱率最大,可达到91.42％, HCO3－和SO2－4含量则先增加后降低,0~40 cm土层Na＋、 Cl－、 Mg2＋随淋洗水量的增加淋洗效果更为明显。     

干旱区典型绿洲土壤有机质的反演及影响因素研究

为了大面积、高精度地反演土壤有机质含量,为农业可持续发展提供数据支撑。以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,采用波段平均法将实测高光谱窄波段拟合为Landsat 8 OLI遥感影像的宽波段,建立土壤有机质含量的估算模型,并将最优估算模型应用到经过波段校正的Landsat 8OLI遥感影像中。结果表明:(1)反射率进行倒数、对数、平方、一阶微分等数学变换后与有机质含量的相关性显著提高;(2)土壤有机质的高光谱估算模型拟合度较高,最优估算模型的决定系数R2为0.852,采用比值法对多光谱波段反射率进行校正,校正后的遥感影像反演结果得到了较大提高,检验样本的决定系数R2从0.711提升至0.849。从反演结果来看,将高光谱估算模型应用到经过订正的多光谱影像,土壤有机质反演模型的精度得到了大幅度提高,运用此方法可以实现高精度的土壤有机质区域化反演。(3)有机质的分布受土地利用类型、土壤颗粒组成、土壤质地的影响,其中土壤质地对有机质的空间分布影响最为显著。     

脱硫石膏与结构改良剂配合施用对龟裂碱土理化性状和水稻生长的影响

[目的]筛选出最适宜宁夏回族自治区银北灌区盐碱地水稻生长的土壤结构改良剂施用量,为中国同类型地区盐碱地的改良应用提供科学依据。[方法]设置田间定位试验,研究银北灌区龟裂碱土在施用不同剂量土壤结构改良剂(0,150,270,375kg/hm~2)与统一施用定量脱硫石膏(22.5t/hm~2)对土壤基本理化性质及水稻生长的影响。[结果]在施用不同剂量结构改良剂后,0—20cm土层的土层容重、全盐量和pH值呈降低趋势,总孔隙度和水稳性团聚体则呈增加趋势。在0—20cm土层,各处理改良效果均较显著,当深度大于40cm时,所有处理的改良效果不明显。施加改良剂增加了水稻的成活率、株高和产量,且各处理间均差异显著(p0.05)。[结论]脱硫石膏与结构改良剂配合施用能显著改善龟裂碱土理化性状,促进水稻成长。综合考虑经济因素,脱硫石膏(22.5t/hm~2)+土壤结构改良剂(270kg/hm~2)的施用量效果最佳。     

长期施用有机肥对草甸碱土土壤酶活性及养分特征的影响

依托东北农业大学盐碱土改良长期定位试验站,以松嫩平原草甸碱土为研究对象,探讨不同年限有机培肥措施下草甸碱土酶活性变化趋势、有机质和养分提升状况及其相互关系。结果表明:长期施用有机肥,草甸碱土脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性含量均显著提高,长期施用有机肥对过氧化氢酶活性影响较小。草甸碱土有机质、全氮、全磷及碱解氮、有效磷含量均显著提高,土壤pH值显著降低。施用有机肥5年后,草甸碱土的改良效果显著。经相关分析,土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶与土壤有机质和养分间呈显著或极显著正相关,过氧化氢酶则无显著相关性。     

基于高光谱特征的盐渍化土壤不同土层盐分离子含量预测

为了利用高光谱技术准确预测不同土层土壤盐渍化程度,该研究以宁夏银北地区不同层次土壤为研究对象,以土壤实测光谱数据和室内盐渍化指标测定数据为基本信息源,系统分析不同类型盐渍化土壤光谱特征,确定与土壤pH值、电导率(electricconductivity,EC)和可溶性盐分离子相关性最强的反射率转换方式,筛选0～5 cm和0～20 cm土层盐分指标敏感波段,然后建立并验证不同土层不同土壤盐分指标的预测模型。结果表明:研究区不同类型、不同盐渍化程度土壤光谱特征曲线变化趋势相似,盐土光谱反射率最高,轻度硫酸盐型土壤反射率最低。在所有盐分指标中,单波段反射率与0～5 cm土壤SO42-的相关性最强(相关系数为0.910 4);反射率与CO32-、HCO3-、Cl-含量相关性不显著。土壤单波段反射率与0～20 cm土层SO42-的平均相关系数比0～5 cm土层降低了0.232 2,但Cl-、K+、HCO3-和EC的相关系数都有所增大。反射率通过不同方式转换后,敏感波段与各盐分的相关性有不同程度的增强,尤其是一阶微分和连续统去除后一阶微分转换。在0～5 cm土层反射率经过平滑后一阶微分转换后与土壤pH值、SO42-、K+、Mg2+相关性最强;反射率经平滑后连续统去除一阶微分转换与土壤EC、CO32-、HCO3-、Cl-、Na+、Ca2+的相关性最强。0～20 cm土层中,平滑后连续统去除一阶微分与土壤pH值、Cl-相关性最强,平滑后倒数对数一阶微分与EC、HCO3-、SO42-、Na+、Ca2+的相关性最强,而平滑后一阶微分与CO32-、K+、Mg2+相关性最强。不同土层相同盐分指标敏感波段不同。利用偏最小二乘回归建立的预测模型中,0～5 cm和0～20 cm敏感波段对10个盐分指标预测平均决定系数分别为0.820 8和0.890 7,其中0～5 cm敏感波段对SO42-的预测模型决定系数达0.967 6。采用逐步回归与偏最小二乘回归相比模型引入敏感波段减少,但R2降低。验证结果表明模型对0～20 cm土层SO42-和CO32-的预测能力不及0～5 cm;但对其他8个盐分离子的预测能力明显高于0～5 cm。研究结果可以为该地区土壤的盐渍化信息预测及植物格局配置提供科学依据。     

脱硫石膏改良宁夏典型龟裂碱土效果及其安全性评价

脱硫石膏是燃煤烟气湿法脱硫的副产物,已广泛应用于盐碱地改良。宁夏地区龟裂碱土质地坚硬、渗透性差,不易改良利用。为了评价脱硫石膏改良宁夏地区典型龟裂碱土的有效性和可行性,以早熟粳稻"吉特605"为试验材料,在大田试验条件下,研究了脱硫石膏对土壤特性、水稻产量和品质的影响,以及脱硫石膏作为盐碱地改良剂的安全性。结果表明:施用脱硫石膏降低了土壤的pH值和碱化度;显著提高水稻产量(P0.05),2013年水稻产量由2 333.3提高到3 317.4 kg/hm~2;脱硫石膏对稻米品质的影响主要体现在整精米率、垩白度、垩白粒率、胶稠度和直链淀粉上,2013年加工品质中的整精米率由52.6%提高到59.7%;比较施用脱硫石膏和未施用脱硫石膏的籽粒中的重金属含量的变化,施用脱硫石膏的籽粒中重金属除Cr含量较高外,Cd、As、Hg、Pb含量均比对照低,且都符合联合国粮农组织和国家食品标准规定的人类摄入标准。综合评价脱硫石膏施用效果,以施用量3.15×104 kg/hm~2作用效果显著。该研究为脱硫石膏改良龟裂碱土,提高资源利用率提供参考。     

典型绿洲区土壤盐分的空间变异特征

针对绿洲区存在的土壤盐化制约干旱区农业可持续发展问题,应用面域土壤信息调研采集,结合地统计学与GIS技术对新疆典型绿洲区土壤盐分空间变异特征进行研究。研究结果表明：0～30 cm耕层土壤盐分呈现强变异性,30 cm以下土层呈现中等变异。各土层土壤盐分均呈现中等空间自相关性,空间相关距离在24～28 km范围内。各等级盐化土在不同深度土层的分布方位基本一致。各土层非盐化土面积均占主导地位,都占研究区总面积的69%以上;其次为轻度盐化土面积,占研究区总面积的19%～30%;各土层中度盐化土面积都在3.4%以下;重度盐化土仅在0～30 cm土层有极少量分布。随着土层深度的增加,非盐化土和中度盐化土的面积逐渐减小,轻度盐化土面积逐渐增大。本研究对于指导干旱区绿洲农业生产、保障区域土壤资源可持续合理利用具有重要的理论价值和明确的实际应用前景。     

苏北典型滩涂区土壤盐分动态与水平衡要素之间的关系

为获知苏北滩涂区土壤水盐动态行为,从而为后续的节水灌溉和滩涂区农田水管理策略提供理论依据,该文选取典型滩涂区,进行土壤水、盐和地下水埋深的长期连续监测,并根据大丰市气象站提供的降水、地表蒸散数据,对土壤盐分变化和水平衡要素之间的关系进行探讨。结果表明：土壤表层盐分最高,波动最为剧烈,随深度不断增加,盐分逐渐降低,且波动趋缓。试验区夏季降水丰富,蒸散量相对较低,土壤含水率高,地下水埋深浅;冬季降水少,蒸散量较高,土壤含水率下降,地下水埋深较深。地下水埋深和水补充量是0～40 cm土层土壤盐分的主要影响因子;地下水埋深和蒸散量是60～80 cm土层土壤盐分的主要影响因子。地下水盐分是土壤盐分累积的主要来源,降水脱盐作用仅对0～40 cm表土作用显著,蒸发积盐作用则在整个土壤剖面上具有影响。该研究为消减苏北滩涂区土壤盐渍化灾害提供了科学依据,对指导农业生产具有重要意义。     

再生水灌溉对亚热带典型土壤干缩裂缝演变特征的影响

为揭示再生水灌溉对亚热带土壤干缩裂缝及其发育过程的影响,该研究选取红壤、潮土、紫色土、水稻土作为供试土壤,采用再生水原液(RW)及稀释2倍(RW-2)、4倍(RW-4)、6倍(RW-6)4种不同浓度再生水进行持续模拟灌溉,并进行脱湿开裂试验,提取干缩裂缝参数.结果表明:1)再生水灌溉抑制红壤及促进其余3种土壤干缩裂缝形...     

采用探地雷达频谱分析的复垦土壤含水率反演

快速、准确、无损获取采煤塌陷区复垦土壤含水率分布情况是实现精准灌溉的基础和关键.该研究以安徽省淮北市某塌陷复垦区土壤为研究对象,借助探地雷达系统对试验区土壤进行探测,并对周围未复垦区域设置对照组,通过线性调频Z变换频域细化法(Chirp-Z-Transform,CZT)寻找特征频率,结合瑞利散射原理分析不同土壤体积含水...     

不同含盐土壤圆盘入渗特征试验

不同含盐土壤水分入渗特征是获得准确的土壤水力参数的基础。该文通过圆盘入渗试验,分析了4种土壤在5个（-1、-3、-6、-9和-12 cm）负水头下的入渗特征。结果表明,随着水头的减小,4种土壤的吸湿率线性减小,稳定入渗率和非饱和导水率呈不同程度减小。随土壤含盐量增加稳定入渗率和导水率呈增大规律。根据实测资料确定了不同负水头下非饱和导水率的Gardner指数模型参数,为盐渍化土壤水力参数的确定提供理论参考。     

土石混合介质导气率变化特征试验

土壤中碎石的存在改变了土壤结构和孔隙分布,进而影响土壤通气性能。该文通过对碎石单粒径土石混合介质导气率变化特征研究,旨在探讨单粒径土石混合介质导气内在机理,为进一步研究复杂的野外土石混合介质的导气特性提供基础。为了研究土石混合介质中碎石对导气率的影响,该文通过试验研究,分析土壤颗粒小于2mm的样本(砂土、砂壤土、黏壤土)、碎石质量分数(10%、20%、30%、40%、50%)和碎石粒径(2～3、>3～5mm)对土石混合介质导气率的影响。结果表明:在土壤颗粒小于2mm的样本条件下,土壤导气率呈砂土>砂壤土>黏壤土;在相同碎石质量分数的土石混合介质中导气率呈砂壤土>砂土>黏壤土;碎石的存在改善黏壤土的导气性能,使黏壤土碎石混合介质的导气率大于黏壤土的导气率;降低了砂壤土和砂土的导气性能,且砂土的降低幅度远大于砂壤土;在砂壤土中碎石粒径2～3mm的导气率大于>3～5mm的导气率;在砂土中碎石质量分数30%之内,碎石粒径>3～5mm的导气率稍大于2～3mm的导气率,在40%则相反,但两种粒径下混合介质导气率差异不是很明显。     

土壤颗粒分布体积分形维数与数量分形维数之间的关系

土壤的体积颗粒分布(PSD)可用于同时确定数量分形维数(DN)和体积分形维数(DV)。以往的试验和理论研究均未直接比较DV和DN的关系。为建立DV和DN的关系并分析其参数的敏感程度,在中国各地取了12种不同质地土壤,利用激光粒度仪进行了测定。提出了含3个参数Rupper(颗粒半径的上限),Ri(第i个半径)和Rlower(半径下限)的DV-DN理论关系,该关系可说明为什么DN可能大于3。在未调整的幂定律范围内(PLR),DV的幂定律半径为38.6～85.8μm,DN的幂定律半径为53.2～358μm,估算的DV值(2.18～2.69)比DN值(2.38～3.19)小。调整后的PLR比未调整的窄。在调整的PLRs范围内,估算的DV值变化范围为2.11～2.56,而DN变化范围为2.28～3.02。调整和未调整PLRs得出的DV和DN的差异说明,Rupper,Rlower,Ri和Rlower/Rupper均可能影响DV与DN关系,有必要进行参数的敏感性分析。进行敏感性分析可基于敏感系数(C)来鉴别DV-DN关系中各参数改变所引起的DV和DN相对变化,从而找出对该关系影响最大的参数。就不同情况下计算的C值而言,Rupper是影响DN值的最重要参数,小的Rupper值可能导致估算DN的准确度降低。PLR范围越大,DN的估算越准确。根据DV估算DN的相对误差的绝对值在12%范围内,说明得出的DV-DN理论关系是正确的。     

苹果花期冠层反射光谱特征

苹果花期是果树生产与管理的关键阶段,对冠层反射光谱特征研究具有重要的理论和现实意义。该文以山东省栖霞市为研究区,通过实测的120棵苹果花期冠层反射光谱数据,在分析不同累计样本容量冠层反射光谱特征的基础上,用方差分析和相关分析的方法,系统地研究了苹果树有花与无花、不同花量、花期不同阶段、不同树龄及不同品种的冠层反射光谱特征。研究结果表明,随着累计样本容量的增加,冠层反射光谱曲线趋于稳定、平滑。有花与无花冠层光谱反射率在431～500、591～680、761～1 300 nm波段方差分析结果极显著（α=0.01）;不同花量的冠层与391～513、598～687、711～1 193 nm波段的反射率显著相关（p＜0.05）;在670 nm“红谷”附近,反射率随花量的增加而增大,在近红外761～1 300 nm波段,反射率随花量的增加而减小;不同品种之间,除嘎啦外,红富士、金帅和新红星之间不易区分。研究结果揭示了高光谱遥感在苹果花期信息获取方面的巨大潜力,为今后遥感反演模型的构建提供了依据。