基于电磁感应仪数据的南疆棉田土壤电导率反演模型研究

土壤盐渍化是南疆棉田优质高产的主要障碍因素,定额灌溉可有效改良土壤盐渍化,EM38-MK2可快速、动态获取土壤盐渍化数据,适时监测土壤盐渍化,为棉田定额灌溉提供数字依据。针对电磁感应仪(EM38-MK2)的发射圈和接收圈设计了不同采样方案,在同一条田内采集了6个不同时期的土壤表观电导率数据及相应的剖面土样,分析了不同土壤采集方案及土壤含水量对表观电导率模型精度的影响,对比了以单一时期数据建模的局部模型和6个时期整体数据建模的全局模型的反演精度。结果表明,由单点采集电磁感应仪发射线圈位置土样所构建的模型精度更高,稳定性更好,能有效减少由采样带来的误差。当土壤含水量低于10%时,表观电导率与实测电导率之间的相关性较低,决定系数为0.58,反演模型只具备粗略估计实测电导率的能力;当土壤含水量高于10%时,表观电导率与实测电导率具有很好的相关性,决定系数达到0.80以上,反演模型具有较好的预测能力。EMH+EMV多测定模式下表观电导率与实测电导率之间的模型精度高于EMH或EMV单一测定模式,确立EC_h0.375+(EC_h0.75+EC_v0....     

基于电磁感式大地电导率仪的南疆干旱区土壤电导率反演研究

土壤盐渍化是南疆农业和生态环境可持续发展的主要障碍因素。本文以南疆阿拉尔地区不同程度盐渍化土壤区域为研究对象,分析不同程度盐渍化及不同土壤水分含量区域土壤电导率电磁感应反演模型的差异,旨在为电磁感应技术应用于区域尺度土壤盐渍化监测提供有效的参考和借鉴。通过EM38-MK2电磁感应仪采集3个不同程度盐渍化土壤的电磁感应数据并同步采集土壤剖面样品,采用局部建模和全局建模的思路构建了土壤电导率的电磁感应反演模型。结果表明,土壤电导率电磁感应的线性模型、指数模型、对数模型和乘幂4种模型中,线性模型的精度最高。基于表观电导率数据所构建的土壤电导率局部模型精度优于全局模型,0～20、20～40、40～60 cm等不同深度土层局部模型的R2在0.78～0.89之间,全局模型则在0.70～0.80之间。土壤含水率对电导率电磁感应反演模型精度有明显影响,当土壤含水量小于10%时,土壤电导率电磁感应模型的R2为0.73,10%～20%时为0.85,大于20%为0.86。研究结果为同类地区土壤盐渍化的电磁感应监测提供了良好的借鉴。     

基于EM38的滨海棉田土壤表观电导率空间变异与利用研究

土壤盐渍化和次生盐碱化是制约黄河三角洲农业可持续发展的关键障碍因子,了解和评估耕地土壤盐分的时空动态是对其进行科学利用和改良的前提。本文以黄河三角洲滨海盐碱地棉田为研究对象,在降水集中月份前后用EM38-MK2大地电导率仪测量了棉花两个关键生育期土壤根系层0~0.375 m和0~0.75 m剖面的土壤表观电导率,深入分析了棉花根区土壤表观电导率在空间上的分布特征与影响因素。结果表明:1)在降雨前后,黄河三角洲滨海土壤盐分空间变异较大,达到或超过中等变异水平;2)通过对大地电导率进行校正,排除影响其读数的干扰因素影响,大地电导率能快速表征0~0.375 m/0~0.75 m两个关键层次土壤盐分状态,可有效用于滨海棉田的土壤盐渍化的监测和评估;3)结合黄河三角洲地区地形地貌特征、降水蒸发、作物综合长势等因素的区域调查,作者认为在区域尺度上,优化土地利用格局,加强农田基本水利建设;在田间尺度上,加强土地平整和灌排配套等措施是治理和改良滨海盐碱土的基础。     

松嫩平原盐渍化水田土壤表观电导率空间变异研究

运用电磁感应仪EM38结合GPS定位,以盐渍化水田为研究对象,通过经典统计学和地统计学相结合的方法研究了盐渍土区新开水田表观电导率的空间变异特征,分析了土壤表观电导率与土壤盐碱指标关系。结果表明,经典统计分析土壤水平方向表观电导率(ECh)与垂直方向表观电导率(ECv)均为中度空间变异强度,且符合正态分布。地统计分析表明,ECh和ECv均具有强空间相关性,其变异特征主要是由结构性因素引起的,半方差拟合最优模型为指数模型。且ECh和ECv空间分布在一定范围内存在相似性,均表现为不同表观电导率的土壤呈斑块和条带状镶嵌分布。Pearson分析显示,土壤表观电导率与盐碱化指标土壤电导率(EC1︰5)和碱化度(ESP)呈正相关关系(P0.05),相关系数大于0.8。回归分析表明,土壤表观电导率与EC1︰5和ESP均为指数函数关系,决定系数大于0.76。ECh与土壤盐碱化指标相关系数和决定系数均大于ECv,因此可以用水平方向土壤表观电导率ECh来反映土壤的盐碱化程度。该研究可以为土壤盐分空间变异理论与盐碱地改良实践相结合的研究思路提供理论基础,为盐碱地实施定位、定区清除或消减土壤盐碱的均质化改良技术提供数据支持。     

电导率法在土壤盐渍化中的改进和应用进展

土壤盐渍化是常见的地质灾害之一,对土壤盐分状况及盐渍化程度的空间分布特征进行了解是有效治理的前提条件。电导率法作为一种快速稳定测定土壤盐分时空分布特性的方法被广泛应用于土壤盐渍化研究中。土壤溶液电导率(ECw)、土壤浸出液电导率(ECe)及土壤表观电导率(ECa)都可以对土壤盐渍化程度进行量化,土壤溶液电导率(ECw)可以通过原位取样器和盐分传感器进行测量,通过制备饱和土浆则可以对土壤浸出液电导率(ECe)进行测量,电阻率法和电磁感应法则可以测定土壤的表观电导率(ECa)。本文就不同电导率法的测量原理及实际测量对象、常用技术设备、优缺点进行综述。为更好的理解电导率法在土壤盐渍化中的应用提供参考     

基于土壤表观电导率的变量灌溉管理分区方法

科学划分田块管理小区是实现变量灌溉的前提,确定可快速、准确表征土壤空间变异性的指标是其中的关键环节。该研究利用Veris EC 3100大地电导率勘测仪对3块试验地的土壤表观电导率（ECa）进行了调查,获取了0～30 cm（ECash）与0～90 cm（ECadp）2种不同土层深度的数据,分析了ECa空间分布特征,并测定了土壤质地颗粒组成。研究结果表明,1～3号试验地ECa平均值变化范围分别为13.20～29.25、2.34～5.79、2.69～6.86 mS/m,对应的变异系数均值为25.60%、67.64%与64.20%。ECa与砂粒含量呈线性负相关,与粉粒、黏粒含量呈正相关。相比于ECash,ECadp与砂粒、粉粒与黏粒含量具有更强的线性关系,其R2分别可达0.83、0.90与0.86,可间接表征土壤质地分布情况。因此,可基于ECadp空间分布结果划分变量灌溉小区。在综合考虑ECadp的空间变异系数、分布特征以及喷灌系统变量灌溉控制能力的基础上,对试验地进行了变量灌溉管理小区的划分。基于Java语言开发了一款变量灌溉管理分区软件,可实现基于ECa的灌溉管理小区自动划分与实时管理。该研究为变量灌溉管理小区提供了快速、可靠、简单的划分方法。     

盐渍化土壤水分微波雷达反演与验证

土壤介电常数是微波遥感进行土壤含水率测量的物理基础,尤其介电常数实部是必须解决的问题,土壤介电特性的研究显得尤为重要。该文目的是试验与评价C波段RADARSAT-2 SAR(synthetic aperture radar)数据模拟土壤介电特性,进而反演土壤水分的性能。以受盐渍化影响较严重的内蒙古河套灌区解放闸灌域为试验区,首先回归分析了介电常数实部与SAR四极化后向散射系数、地表粗糙度的复杂关系,并与Oh经验模型对照,其决定系数R2为0.859 7,模拟精度较高;然后验证常用的2个介电常数模型,Dobson半经验模型、Hallikainen简化实部经验模型模拟的介电常数实部与实测值的决定系数R~2分别为0.935 9、0.869,表明2个模型均能模拟地表土壤水分与介电常数实部的密切关系;最后构建了Dobson模型、Hallikainen简化实部模型反演土壤含水率的模型,并与统计回归模型比照,其模拟数值与土壤实测值的决定系数R2分别为0.803 8、0.737 4、0.842 1,均方根误差RMSE分别为5.2%、5.7%、5%。Dobson模型与统计回归模型反演结果与实地土壤墒情分布较为吻合,具有良好的精度和适用性,从而建立了一个较为完整的土壤介电特性研究体系,为微波遥感监测土壤水分奠定了基础。     

基于生物量的区域土壤水分变化量反演

为了研究作物生物量与土壤含水量之间的关系,该文以黑龙江军川农场为研究区域,建立了生物量与土壤水分的动力学模型,提出了一种基于生物量的区域土壤水分变化量反演方法。选用SEBAL模型作为参考模型,对同一时期的区域土壤水分变化量的监测结果进行了对比分析。结果表明：玉米全生育期土壤水分变化量集中在-300～-35 mm之间;通过对比基于生物量的监测结果与SEBAL模型的监测结果,发现二者的纹理特征和空间分布相似,分布规律几乎一致,从而验证了本方法能够较好地反映土壤水分的变化,是一种监测土壤水分变化的有效方法。     

基于L波段的裸土区土壤水分微波遥感反演研究

以北京市大兴区为研究区,探讨利用ALOS/PALSAR数据反演裸土土壤水分的方法。由于PALSAR的后向散射系数主要与土壤水分及地表粗糙度有关,本研究使用AIEM理论模型计算地表的同极化后向散射系数,Oh半经验模型计算交叉极化的后向散射系数;由分析可知,同极化与交叉极化的差异不随土壤水分的变化而变化,仅随地表粗糙度的增加而减少,为此可建立后向散射系数与粗糙度之间的函数关系。本文利用BP神经网络算法反演研究区的裸土土壤水分含量,并利用实测数据对反演结果进行验证,结果表明估测裸土土壤水分含量误差为0.035 m3/m3,相对误差为13.9%。因此,可以利用L波段主动微波遥感反演裸土土壤水分含量,且具有较高的精度。本研究成果可为农业灌溉、灾害监测、环境评估等提供信息支持,具有重要的现实意义与应用价值。     

基于EM38和WorldView-2影像的土壤盐渍化建模研究

在干旱半干旱地区,土壤盐渍化是常见的土地退化问题之一。本研究选取于田县克里雅河上游边缘典型盐渍化区域作为研究靶区,通过EM38大地电导率仪实测土壤表观电导率,提取不同系数下的土壤调节植被指数(SAVI),分析了SAVI指数与土壤电导率间的相关性,并利用同时期WorldView-2影像的敏感波段建立了基于高分辨率影像数据的土壤盐渍化偏最小二乘回归(PLSR)模型并进行了精度验证。结果表明:①从遥感影像提取SAVI指数时,在系数(L)调节范围内选取固定系数值,系数值(间隔为0.1)从0.1变化到1.0的过程中,相应提取的SAVI指数与土壤电导率的相关性明显提升,相关性系数(r)从0.30提高到0.50,并通过显著性检验(P0.01)。②选取的SAVI1.0、B6、B7、B8四种变量中,以SAVI1.0+B6+B8为变量组合所建立的PLSR模型为最优,该模型较其他变量组合建模的决定系数(R2p)提高了0.11,因此,在研究区该模型具有更好的预测能力,模型精度为RMSEC=0.77dS/m、RC2=0.68、RMSEP=0.79 dS/m、RP2=0.66、RPD=2.2。     

Apparent Electrical Conductivity in Correspondence to Soil Chemical Properties and Plant Nutrients in Soil

Spatial variability and relationship between soil apparent electrical conductivity (EC_a), soil chemical properties, and plant nutrients in soil have not been well documented in Malaysian paddy fields. For this reason precision farming has been used for assessing field conditions. EC_a technique for describing soil spatial variability is used for soil data acquisition. Soil sampling provides the data used to make maps of the spatial patterns in soil properties. Maps are then used to make recommendations on the variation of application rates. The main purpose of the authors in this study was to generate variability map of soil EC_a within a Malaysian rice cultivation area using VerisEC sensor. The EC_a values were compared to some soil properties after delineation. Measured parameters were mapped using kriging technique and their correlation with soil EC_a was determined. Through this study the authors showed that the EC sensor can determine soil spatial variability, where it can acquire the soil information quickly.     

基于Landsat-8影像的干旱区土壤水分含量反演研究

土壤水分含量的精确监测对区域生态环境保护与可持续发展具有重要意义.本文以内蒙西部额济纳旗东南的居延泽地区为研究区,基于多期Landsat-8遥感影像和野外实测不同深度的土壤水分含量数据,构建了温度植被干旱指数(TVDI)、垂直干旱指数(PDI)、归—化干旱监测指数(NPDI)和土壤湿度监测指数(SMMI)等四种干旱指数...     

咸水灌溉条件下干旱区盐渍土壤盐分变化研究

新疆盐渍化土地面积大,在盐渍化土壤上种植耐盐小麦,利用盐化水灌溉具有重要意义。试验采用随机定位、分季节取土样、室内化学分析土壤盐分含量的方法,研究土壤盐分时空变化,其结果为:当土壤盐分含量为5~12g/kg时,盐化水多次灌溉可使土壤盐分减少,尤其在夏季晒垡灌溉后,耕作层土壤盐分可显著降低;土壤盐分降低显著与否,与本身盐分含量无关;土壤盐分变化可涉及100cm深度,但变化达显著水平的仍然是表层。     

基于电磁感应数据棉田土壤盐分剖面时空变异特征研究

针对新疆南疆塔里木河绿洲地区土壤盐渍化发生反复性与南疆水资源日益匮乏等问题,以该地区典型地块为研究对象,运用电磁感应仪快速获取土壤盐渍化信息技术,结合地统计插值对新疆塔里木河绿洲地区土壤盐分剖面类型进行研究,并用表观电导率ECv_(1.5)与ECv_(0.75)比值对研究区土壤盐分剖面进行分级并对土壤盐分剖面类型空间分布进行探讨。结果表明,不同时期ECv_(0.75)数据在空间分布上均表现为强变异强度,棉花整个生育期,土壤盐分呈现累积状态。不同时期ECv_(1.5)与ECv_(0.75)比值半方差函数均符合指数模型,土壤盐分剖面空间自相关性从棉花播种前由随机性因素作用类型过渡到棉花花铃期的随机性与结构性共同作用类型,再转变为棉花收获后土壤盐分剖面由随机性因素作用类型。不同时期土壤盐分剖面类型空间分布图表明,土壤盐分剖面类型呈现底聚型-表聚型-底聚型状态分布。土壤质地、微地形、温度、地下水埋藏深度是造成土壤盐分剖面类型分布格局最直接的因素。该研究结果对灌溉制度的科学制定具有一定的指导作用。     

浅议南疆干旱农区灌区节水的主要途径

南疆属极端干旱农业区，生态环境脆弱，是典型的绿洲农业，以灌溉为主的绿洲经济，节水有着十分特殊的意义，随着国家西部大开发战略的实施和塔里木河流域生态环境综合治理的全面启动，节水已成为本区灌溉工程的重点。节水是由节水工程措施、田间节水措施、节水农艺措施、节水管理措施等有机结合的综合技术体系，在本区目前节水大致分为：工程性节水和非工程性节水措施。     

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。