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。     

农牧交错带土地利用类型对土壤风蚀的影响

[目的]研究农牧交错带不同土地利用类型对土壤风蚀的影响,为干旱沙区土地资源的合理利用及经营耕作提供科学依据。[方法]通过气象资料和野外风蚀试验,分析该区不同土地利用方式下的土壤风蚀状况。[结果]不同土地利用类型对土壤风蚀的影响显著,在不同利用类型的人工草地中羊草地较苜蓿地减蚀效果显著,天然草地中滨草地减蚀效果优于蒿草地,人工草地较天然草地显著降低土壤风蚀量。农田用地中耕翻地土壤风蚀量最高,未留茬免耕玉米地较耕翻地风蚀量减少46.7%~48.6%;作物留茬地土壤减蚀效果显著,且留茬作物不同,减蚀效果差异明显,玉米留茬较耕翻地风蚀量减少了58.1%~63.5%,荞麦留茬较耕翻地减蚀率为50.5%~54.6%。在不同地形坡地中迎风坡风蚀量高于背风坡3.12~3.73倍。[结论]应在该地区适宜增加人工草地种植面积,减少冬春季节耕翻地面积,减少迎风坡土地的开垦利用,在冬春季节采取地表覆盖或者作物收获后留茬的保护措施,以降低土壤风蚀程度。     

土地利用类型对侵蚀黄壤腐殖质及土壤酶的影响

[目的]研究土壤侵蚀条件下,土地利用类型对黄壤不同土层深度的腐殖质(胡敏酸、富里酸和胡敏素)和4种重要土壤酶的影响,为保持土壤肥力提供科学依据。[方法]采用锯齿形布点法,采集土壤表层至30cm深度的3个土层土壤样品,用3次4分法淘汰多余样品,再测定相应指标。[结果](1)保持土壤肥力最好的是灌丛和园地,耕地最容易受侵蚀;土壤肥力高低与胡敏素的含量有直接关系。(2)土壤侵蚀导致水分和氮元素流失会影响胡敏酸的含量;林地、园地和耕地土壤表层的富里酸易流失,而草地仅对于土壤表层肥力保持有作用。(3)耕作对土壤表层的脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性的不利影响较大;土壤侵蚀导致的土壤pH值改变对土壤酶的影响也很明显。(4)相关性分析表明腐殖质各组分含量与4种土壤酶都有着密切的联系且互相影响。[结论]黄壤受侵蚀下,土地利用类型对腐殖质及土壤酶有明显不同的影响。     

不同母质类型发育土壤颗粒组成分形特征

为探讨母质类型对土壤粒径分布非均匀性和土壤结构异质性的影响,采用激光粒度分析方法和分形理论,研究了冲积物﹑花岗岩残积物﹑第四纪红黏土及浅海沉积物四种母质类型发育土壤的颗粒组成﹑分形特征及土壤理化性质对颗粒组成及分形参数的影响。结果表明:(1)花岗岩残积物以及浅海沉积物发育的土壤粒径分布范围大,大颗粒含量高,非均匀性较小。冲积物和第四纪红黏土发育的土壤颗粒集中分布在2～200μm的细颗粒区域,异质性较大。(2)从土壤颗粒体积单分形维数(D值)看,母质类型对不同发生层颗粒组成的均匀性影响有所差异。冲积物和花岗岩残积物发育的土壤颗粒分布的不均匀性从A层向C层递减,浅海沉积物发育的土壤从A层向C层,颗粒分布的不均匀性递增,第四纪红黏土发育的土壤三个发生层颗粒分布的均匀性相近;从D0值看,母质类型对不同发生层颗粒组成的分布范围影响较小。(3)不同母质类型土壤的pH﹑CEC﹑游离氧化物﹑蛭石及高岭石含量等与土壤粒径分布的异质性和分布范围表现出的差异一致(P<0.05)。以上结论表明,母质类型对土壤粒径分布及分形特征影响显著。     

渭北旱塬区不同坡向土地利用类型对土壤性质的影响

为了研究不同坡向土地利用类型对土壤性质的影响,以渭北旱塬区5种土地利用类型(不同坡向)为研究对象,系统分析该区不同坡向土地利用类型剖面土壤物理、化学和生物性质的差异。结果表明:(1)除土壤pH和土壤颗粒组成外,5种土地利用类型土壤含水量、总孔隙度、有机质、全氮、微生物量碳和氮含量总体随土层加深呈下降趋势,土壤容重则相反。(2)0-30cm土层,阳坡农用地土壤含水量、黏粒含量和pH最高,粉粒和全氮含量最低;人工草地砂粒和全氮含量最高,黏粒含量最低;人工林地土壤总孔隙度、土壤有机质、微生物量碳和氮含量最高,土壤含水量、土壤容重和pH最低;天然草地土壤容重和粉粒含量最高,总孔隙度和砂粒含量最低;退耕地有机质、微生物量碳和氮含量最低。阴坡农用地土壤含水量、粉粒含量和pH最高,黏粒和全氮含量最低;人工草地土壤容重、黏粒和微生物量氮含量最高,土壤总孔隙度、粉粒、砂粒和有机质含量最低;人工林地有机质含量和微生物量碳含量最高;天然草地土壤总孔隙度、砂粒和全氮含量最高,土壤容重和pH最低;退耕地土壤含水量、微生物量碳和氮含量最低。(3)5种土地利用类型中,土壤容重、细黏粒、粗黏粒、细粉粒、粗砂粒、土壤pH和有机质(退耕地除外)表现为阳坡阴坡,土壤含水量(退耕地和农用地除外)、总孔隙度、粗粉粒、细砂粒、土壤质地粗化度、全氮(人工草地除外)、土壤微生物量碳和氮含量则为阴坡阳坡。     

江西省红壤地区主要土壤类型的高光谱特性研究

土壤光谱是土壤理化性质的综合反映,研究江西省红壤地区主要土壤类型的高光谱特性,对土壤的精准管理和土壤数字制图有重要意义。选择有代表性的吉安县、余江县、兴国县和湾里区,采集443个土壤表层土样,采用ASD光谱仪测量了其可见-近红外反射高光谱(350~2 500 nm)。对光谱进行连续统去除和二阶导数处理后,对四种主要红壤亚类及其土属的高光谱特性进行研究。然后选取反映成土母质、氧化铁(针铁矿和赤铁矿)、土壤有机质含量、黏土矿物等的光谱特征表现变量及高光谱反射率等共19个特征变量,对光谱进行Fastclus聚类分析。结果表明:红壤地区土壤不同亚类光谱反射率差异明显,620 nm~740 nm的特征吸收面积黄红壤红壤棕红壤红壤性土,420 nm和447 nm的二阶导数差值黄红壤棕红壤红壤红壤性土。棕红壤光谱在可见光-短波近红外光谱区域土壤反射率较高,位于1 900 nm范围的吸收强度较其他亚类宽浅。红壤性土光谱曲线最为陡峭,在近红外光谱区域土壤反射率最高,在1 400 nm、1 900 nm有较强的尖锐吸收峰,在2 200有超强吸收峰。红壤亚类光谱曲线整体走势与红壤性土亚类相似,但在900 nm、1 400 nm、1 900 nm和2 200 nm的吸收强度较红壤性土弱,反射曲线位置较高。不同亚类水稻土由于水淹时间的不同,其光谱特征差异较为明显,光谱反射率表现为淹育型水稻土潴育型水稻土潜育型水稻土,620 nm~740 nm的特征吸收面积潜育型水稻土潴育型水稻土淹育性水稻土,420 nm和447 nm的反射率二阶导数差值为淹育型水稻土潴育性水稻土潜育型水稻土,但均高于红壤。选取的特征变量对土壤进行亚类分类的准确率为86.23%,分类的准确度较高,而土属的准确率仅为66.37%。可见-近红外土壤光谱特征可以作为江西红壤地区主要土壤亚类划分的定量参考指标。     

不同土壤类型的土地利用景观多样性分析

以朱溪河流域为例,将地理信息系统、景观生态学和数量分析方法相结合,运用ArcGIS以及Fragstats软件,探讨红壤地区不同土壤类型下土地利用方式的多样性。结果表明：①受人类活动干扰较小的土地利用类型,如林地、园地、草地、水域及未利用地主要分布在酸性岩侵蚀红壤、酸性岩红壤、泥沙土以及黄泥沙田地区;而与人类活动密切相关...     

土壤有机质可见光-近红外光谱预测样本优化选择

土壤有机质可见光-近红外光谱预测中建模样本的优化选择对提高有机质模型估算精度具有重要作用。本文以湟水流域土壤有机质为例,采用基于土壤单一属性信息考虑的建模样本选择方法:浓度梯度法、Kennard-Stone(KS)方法,以及基于土壤多种信息考虑的建模样本选择方法:Rank-KS(RKS)法、土壤类型结合浓度梯度法以及土壤类型结合KS法。通过偏最小二乘回归建模,探索可见光–近红外光谱预测青海湟水流域有机质的最优样本集。结果表明:不同级别样本数的最佳建模样本选择方法不同,整体表现为基于土壤多种信息挑选的建模样本集的模型精度相比土壤单一信息均较高,特别是KS方法结合土壤类型后的建模样本集模型精度明显提高且在样本数较少时更为明显。土壤类型可以优化建模样本选择方法提高模型预测精度。在保证固定验证样本模型预测精度的情况下,土壤类型参与建模样本的选择可以有效减少建模样本数,进而降低了建模成本。     

澜沧江上游不同土地利用类型土壤氮含量与土壤酶活性研究

通过对地处澜沧江上游滇西北山区大理洱源县炼铁乡的6种不同土地利用类型土壤氮含量与土壤酶活性变化进行分析,探讨他们的变化及其相互关系,为退化山地土壤的恢复与可持续利用提供理论依据.结果表明:(1)不同土地利用类型下土壤氮含量、土壤酶活性均存在较大差异.旱冬瓜林地聚积了丰富的养分,土壤生态环境良好,土壤氮含量、土壤酶活性均大于其他土地利用类型.不同土地利用类型土壤氮含量、土壤酶活性的差异,能比较客观地反映出退化程度的不同.(2)无论是哪一种土地利用类型均表现出土壤氮含量越高,土壤酶活性越高.在氮素循环转化的过程中,氮素营养逐渐衰减,土壤酶活性也随之降低,土壤发生不同程度的退化.(3)从土壤垂直剖面上看,土壤氮含量与土壤酶活性均随土层加深呈明显下降趋势,可以看出土地利用类型、人为活动对土壤氮含量与土壤酶活性的影响主要集中在表层(A层).(4)土壤氮含量与土壤酶活性存在一定相关.土壤氮含量和土壤酶活性的降低均会导致土壤退化程度的加深.     

杭嘉湖平原土壤中孢粉和微体古生物反映的母质类型及古地理环境探讨

对抗嘉平原８１个土样进行了孢粉和微古测定，其中有孢粉组合的样品４９个，检出有孔虫的样品１３个，按此划分为河口海湾相、泻湖相、湖沼相、平原河流相四大母质类型。并分析了全新世中期以来的平原古地理环境。     

黄河三角洲不同土地利用方式对土壤的改良效应

通过对黄河三角洲地区棉田、果园、林地和荒地4种不同土地利用方式下土壤样品的采集与理化指标的分析,研究了该区域不同土地利用方式对轻度盐渍化土壤的改良功能。结果显示:果园土壤的容重、pH值和全盐含量等物理性状要优于其它3种用地方式;棉田土壤有机质与全N、全P和全K含量超过果园与林地土壤,而速效N和速效P含量以果园土壤最高,速效K含量以棉田最高,果园土壤最低;果园土壤C/N比值明显高于其它3种用地方式,以荒地土壤的C/N比值最低。综合分析认为:种植果树对土壤的物理性状改良效果较好,种植棉花对土壤的化学性状具有较好的改良效果。     

坡地赤红壤不同利用模式对土壤磷和酶的影响

试验采用广东东莞花岗岩发育的坡地赤红壤为样品进行研究表明 :在坡地赤红壤的 4种利用模式中 ,旱地种植花生 ,荔枝可以有效地改善土壤的酸性 ,提高土壤肥力 ;提高土壤Al-P和Fe -P的含量 ,减少O -P的所占的比例 ,提高坡地赤红壤磷酸盐的有效性 ;增加土壤表层的脲酶和蛋白酶的活性 ,可能使土壤的磷酸酶的活性降低     

土地利用方式对雅江中游土壤理化性质及 颗粒分形特征的影响

采取野外调查和室内试验相结合方法,分析了雅江中游4种土地利用方式基本理化性质,并运用土壤颗粒体积分形维数模型研究了不同土地利用方式土壤颗粒分形特征及与土壤粒径、性状关系。结果表明:(1)不同土地利用方式0~30 cm土壤理化性质差异显著(P0.05),土壤容重表现为稀疏灌丛农耕地荒草地人工林地,随着土壤层次增加,土壤容重呈增大趋势。总孔隙度、毛管孔隙度、饱和持水率、毛管持水率均与容重规律相反;(2)4种土地利用方式主要以粉粒、砂粒为主,黏粒含量仅占到0.36%~4.27%,土壤质地偏砂性;(3)0~30 cm土壤颗粒体积分形维数平均值的顺序为:农耕地荒草地人工林地稀疏灌丛。人工林地具有较好的土壤结构,相对疏松、通透性好。而稀疏灌丛受到砾石影响,分形维数最小,但在保水保肥能力上最弱;(4)土壤颗粒体积分形维数与砂粒体积百分含量呈极显著负相关(r=–0.873,P0.01);与粉粒体积百分含量呈极显著正相关(r=0.860,P0.01);与黏粒体积百分含量呈极显著正相关(r=0.913,P0.01)。这表明,一定程度上,研究区分形维数可作为评估水土流失的指标;(5)土壤颗粒体积分形维数与各土壤单一物理性质具有不同程度相关性,其中与总孔隙度、毛管孔隙度、饱和含水量、毛管含水量均为正相关关系,而与容重、有机质呈负相关关系。     

不同土地利用下黑土磷素肥力特征的研究

通过对海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站内3种土地利用下共5个处理(裸地、草地、无肥耕地、施化肥耕地、施化肥和有机肥耕地)的典型黑土中的磷素进行了测定,结果表明经过20年长期定位试验后,3种土地利用方式下的土壤中草地全磷含量比裸地高17.5%,速效磷含量比裸地高22.9%;无肥耕地土壤全磷含量比裸地高7.9%,速效磷含量比裸地高80.1%。施化肥耕地全磷含量比无肥耕地高17.1%,速效磷含量是无肥耕地的3.3倍;施化肥和有机肥耕地全磷含量比施化肥耕地高46.3%,速效磷含量是施化肥耕地的3.3倍。土壤无机磷分级结果表明,不同土地利用下土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量差异显著,而O-P、Ca10-P含量无明显变化,其中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P的含量,草地与裸地相比分别提高了30%、38%、17%、6.2%;无肥耕地与裸地相比提高了110%、75%、7.7%、-25%,与草地相比提高了62%、27%、-7.8%、-29%。施化肥耕地与无肥耕地相比,土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P的含量分别提高了13%、153%、124%、92%;施化肥和有机肥耕地与施化肥耕地相比分别提高了341%、357%、136%、69%。对土壤磷的吸附性能测定结果表明,3种土地利用下土壤对磷的吸附能力为:无肥耕地>草地>裸地;耕地的3个处理中施化肥和有机肥可明显提高土壤对磷的吸附能力。     

土地利用方式和地形对半干旱区土壤有机碳含量的影响

以内蒙古赤峰市敖汉旗为研究对象,以实地调查数据为基础,结合土地利用方式与地形的变化,对敖汉旗0～100 cm深度土壤有机碳含量的空间分布特征进行了研究,旨在对地区碳储量的估算和科学利用土地资源起到积极的借鉴作用。结果表明,敖汉旗土壤有机碳含量在0～100 cm深度的土壤剖面内的变化范围为0.23～20.71 g/kg,主要集中在40 cm以上土层,且随着土层深度的增加土壤有机碳平均含量逐渐降低;各土地利用方式下土壤有机碳含量均表现为:林地农地草地。土壤有机碳含量主要富集在高海拔区的平缓地段;受土壤侵蚀的影响,当坡度10°后,不同土地利用类型的有机碳含量均显著降低。     

南京典型利用方式土壤中球囊霉素含量及剖面分布特征

采用Brad-ford染色法研究了南京市5种典型利用方式土壤不同土层中(0~10、10~20、20~40 cm)球囊霉素的含量。结果表明:土壤中总球囊霉素含量为1.96~3.12 mg/g,占土壤有机碳的12.5%~29.0%,所占比例随土壤有机碳含量的增加而降低。林地和草地土壤中球囊霉素和有机碳的含量均高于3种耕作土壤(水稻田、茶园土和菜园土)。随着土层深度(0~40 cm)的增加,5种不同利用方式土壤中总球囊霉素和有机碳的含量均减小;与其他土层相比,0~10 cm土层总球囊霉素和有机碳含量均最大。耕作土壤中易提取球囊霉素更易于向总球囊霉素转化。发现5种土地利用方式下土壤中总球囊霉素含量与土壤有机碳含量极显著正相关,与土壤p H显著负相关;易提取球囊霉素与土壤有机碳含量极显著负相关。总球囊霉素和易提取球囊霉素可作为评价土壤丛枝菌根真菌活性和土壤质量的重要指标。     

城市功能区、植被类型和利用年限对土壤压实的影响

土地利用会对土壤压实产生影响。本文通过对南京市不同功能区、植被类型和利用年限的土壤进行调查研究,了解这些利用情况对土壤压实的影响程度。结果表明:城郊菜地土壤没有被压实,而城区土壤存在不同程度的压实退化现象;城区内部只有公园土壤与道路绿化带土壤之间的通气孔隙度指标差异显著,其他功能区土壤之间压实指标差异不显著。所以,就压实状况而言,城区内并不存在所谓的功能区之间的差异。植被类型和利用年限对城市土壤的压实都有显著的影响。蔬菜地土壤与自然土壤体积质量和孔隙度相近,为无压实土壤,城区除了树下灌木土壤无压实外,其他植被类型下的土壤均有不同程度的压实退化现象,草坪和裸地土壤压实最为严重。从利用年限看,利用时间少于5年的新土压实程度远远大于利用时间在20年以上老土的压实程度。土壤压实严重与城市建设时的机械压实和草坪建成后的人为践踏密切相关,利用较久的老土壤压实较轻,主要是在无进一步人为践踏情况下,植被生长后根系和土壤生物活动有一定的修复作用。乔木和灌木搭配的修复效果最好。     

四川雨城区主要土壤母质上的耕地土壤性质变异研究

通过在四川省雨城区采集侏罗系沙溪庙组(J2s)、侏罗系遂宁组(J3s)、侏罗系蓬莱镇组(J3p)、白垩系夹关组(K2j)等地层9种母质上发育的耕地土壤样品共55个,并进行土壤性质测定及对比分析,结果表明:白垩系夹关组紫色砂岩上发育的耕地土壤较其他紫色母岩上发育的耕地砂粒含量高,pH低,养分含量低;第三系名山群及白垩系灌口组上发育的耕地土壤具有较其他母质高的土壤全钾;青衣江灰色河流冲积物发育的耕地土壤较其他母质发育的耕地土壤全磷和速效磷含量高,第四系冰水沉积物上发育的耕地土壤pH最低,粘粒含量高,土壤有机质及全氮、速效氮较其他母质发育的耕地土壤高。     

三江平原不同土地利用方式下土壤有机碳的动态变化

以三江平原不同开垦年限的水田及旱地为研究对象,并以沼泽化草甸和天然林地为对照,分层采集土样,测定其土壤有机C含量、pH值及全N含量。在此基础上借助SPSS软件和统计分析技术,探讨了不同土地利用类型各层土壤中有机C含量的垂直分布特征及其与pH值、N素的相关关系。结果表明:土壤有机C的垂直分布随土壤深度和土地利用类型的变化而变化;与沼泽化草甸相比,开垦10年和25年的水田表层土壤有机C含量分别减少49.3%(P<0.01)和14.3%(P<0.05),开垦5年和18年的旱地表层土壤总有机C量比对照分别减少81.9%(P<0.01)和68.3%(P<0.01);林地及开垦18年的旱地土壤pH值均与土壤有机C含量呈显著负相关,相关系数分别为-0.578(P<0.05)和-0.965(P<0.01);农田开垦前后,土壤有机C含量与全N含量呈显著正相关,相关系数均在0.580(P<0.05)以上。     

不同土地利用方式对岷江流域土壤团聚体稳定性及有机碳的影响

采用湿筛法测量了岷江流域不同土地利用方式下不同土层（0—10,10—20,20—30 cm）土壤大团聚体（> 2 mm）、中间团聚体（0.25~2 mm）、微团聚体（53 μm~0.25 mm）以及粉+黏团聚体（<53 μm）的质量分数及各粒径团聚体中的有机碳含量,并探讨了各粒径土壤团聚体的有机碳储量。结果表明,土地利用方式对土壤团聚体稳定性及其有机碳具有重要影响;土壤养分均呈现出一致性规律,大致表现为撂荒地 > 次生林 > 人工林 > 灌草丛 > 坡耕地,土壤全磷差异并不显著（p>0.05）;林地的开垦行为会导致大团聚体的破碎化,灌草丛及坡耕地>0.25 mm的大团聚体含量较林地低,土壤结构趋于恶化;而坡耕地闲置为撂荒地后,则会促使粉+黏团聚体向粒径大的微团聚体及中间团聚体转化,使土壤结构趋于改善,在0—30 cm土层内,灌草丛及坡耕地土壤颗粒的MWD（平均质量直径）和GMD（几何平均直径）值均显著低于林地和撂荒地（p<0.05）,坡耕地撂荒后,MWD和GMD值均显著升高（p<0.05）,表明林地开垦为坡耕地导致土壤团聚体的稳定性降低,而坡耕地弃耕撂荒会增强团聚体的稳定性,提高土壤抵抗外力破坏的能力。不同土地利用方式下各粒径土壤团聚体有机碳含量均随土层深度的增加而降低。在0—30 cm土层深度内,不同土地利用方式下各粒径土壤团聚体有机碳储量表现为:大团聚体有机碳储量为林地 > 撂荒地 > 灌草丛 > 坡耕地,中间团聚体有机碳储量为撂荒地 > 林地 > 灌草丛 > 坡耕地,微团聚体有机碳储量为撂荒地 > 林地 > 灌草丛 > 坡耕地;粉+黏团聚体有机碳储量为撂荒地 > 林地 > 灌草丛 > 坡耕地。各粒径土壤团聚体内有机碳储量均为林地和撂荒地高于果园和坡耕地,表明将林地开垦为坡耕地后,将导致各团聚体组分内有机碳的损失,而坡耕地撂荒则有助于土壤有机碳的恢复和截存;林地和撂荒地土壤有机碳主要蓄积在中间团聚体内,而坡耕地则主要蓄积在粉+黏团聚体内,表明在土地利用变化过程中,粒径较大的团聚体有机碳不稳定,更容易发生变化。