滨海盐土盐分空间分布的条件模拟和不确定性研究

以海涂围垦区为例,利用普通克立格插值法和序贯高斯条件模拟方法对土壤盐分的空间分布进行估值和模拟,并利用序贯指示条件模拟进行不确定性评价。结果表明,样区东南区域土壤盐分含量较高而北部区域盐分含量低。由普通克立格法得到的土壤盐分的空间分布整体比较连续,具有明显的平滑效应,估值结果数据的分布频率趋于平缓。序贯高斯条件模拟结果整体分布相对离散,突出了原始数据分布的波动性,其模拟结果数据的分布频率相对集中。预测精度上,序贯高斯条件模拟的预测结果精度相对较高。以评价标准204mSm-1作为土壤盐分含量的阈值进行的序贯指示条件模拟结果显示,在土壤盐分含量较高的东南部地区,超过阈值的概率超过75%,而北部很多盐分相对含量低的地区,超过阈值的概率值都低于25%。以超阈值概率为0.9、0.85和0.8三个值来选取盐分的高值风险区进行空间不确定评价,结果表明,联合概率比单点统计的概率更为严格,在划分较大范围高盐风险区域时,最好同时采用联合概率来进行信度评价。     

种植年限对设施大棚土壤次生盐渍化与酸化的影响

以京郊设施大棚为研究对象,分析了不同种植年限设施大棚土壤盐分含量、离子组成和pH值状况。结果表明,新建设施大棚在第3或第4年就出现了土壤次生盐渍化,5年以上的老设施大棚土壤电导率超标(0.5 m S·cm~(-1))率远高于新建设施大棚。设施大棚土壤盐分在0~20 cm表聚明显,盐分含量随着土层的加深而逐渐降低。盐基离子以SO_4~(2-)为主,其次是C~(2+);盐基离子含量大小顺序:阳离子为Ca~(2+)Na~+K~+Mg~(2+);阴离子为SO_4~(2-)HCO_3~-Cl~-。设施大棚土壤pH值随着种植年限的延长而下降;连续种植15年后,设施大棚土壤盐分平均增加了1.25倍,pH值平均下降9.3%。土壤次生盐渍化与酸化两者伴随出现,已成为限制设施生产可持续发展的重要障碍。     

Soil Salinity Dynamics under Drip Irrigation and Mulch Film and Their Effects on Cotton Root Length

A field experiment based on a monolith method using flooding irrigation under mulch film (FI) as a control was conducted to investigate soil salinity dynamics under drip irrigation with mulch film (DI) and its effects on cotton root length. The average soil salinity increased with duration of irrigation, but salt distribution in the soil profile was uneven and showed strong accumulation in the soil between adjacent mulch films. With advancing growth of cotton plants, the area of salt accumulation gradually expanded, especially from 110 to 125 days after sowing (DAS), when salinity distinctly increased in the 0- to 40-cm soil depth and at distances 30–70 cm from drip lines; the electrical conductivity (EC) under DI in all soil samples was at least 3 mS cm^?1 and in some cases exceeded 5 mS cm^?1. Root length declined significantly by 18.1% from 110 to 125 DAS under DI. The soil area showing the greatest decline in root length under DI coincided with the main site of salt accumulation. Correlation analysis of soil EC and root length density indicated the root length declined when soil salt content exceeded 2.8 mS cm^?1. However, under FI salt accumulation barely exceeded 2.8 mS cm^?1 and no reduction in root length was observed. The results indicated that the main reason for decreased root length in cotton under DI was localized accumulation of salinity.     

黄河三角洲盐碱地混交林土壤电导率的空间异质性

为了研究黄河三角洲盐碱地混交林土壤盐分在旱季和雨季的空间分布特征,以黄河三角洲新造的由11个树种组成的混交林为研究对象,利用经典统计学和地统计学相结合的方法,绘制上层（0 ～ 15 cm）和下层（15～30 cm）土壤电导率的随机性和结构性的半方差图以及空间分布图,研究春季和秋季不同深度土壤电导率的空间变异特征.结果表明：1）土壤电导率平均值在春季和秋季有显著差异,不论是上层还是下层,春季均大于秋季.春季上层和下层土壤电导率变化范围分别为1.12 ～5.18和0.83～3.72 mS/cm,变度分别为4.06和2.89 mS/cm.秋季上层和下层土壤电导率变化范围分别为0.85 ～2.91和0.62～3.05 mS/cm,变度分别为2.06和2.43 mS/cm.春季土壤电导率变异系数较大,而秋季则较小.2）春季混交林上层和下层土壤电导率均有强烈的自相关性,变程分别为13.47和12.72 m.秋季上层和下层土壤电导率变异函数的半方差图几乎为直线,变程分别为213和71m,超出了取样范围,表明在该取样尺度下没有自相关性.3）Kriging插值结果表明,混交林地春季土壤电导率斑块化程度高于秋季.     

Characterization of field‐scale dryland salinity with depth by quasi‐3d inversion of DUALEM‐1 data

To understand the limitations of saline soil and determine best management practices, simple methods need to be developed to determine the salinity distribution in a soil profile and map this variation across the landscape. Using a field study in southwestern Australia, we describe a method to map this distribution in three dimensions using a DUALEM‐1 instrument and the EM4Soil inversion software. We identified suitable parameters to invert the apparent electrical conductivity (EC_a – mS/m) data acquired with a DUALEM‐1, by comparing the estimates of true electrical conductivity (σ – mS/m) derived from electromagnetic conductivity images (EMCI) to values of soil electrical conductivity of a soil‐paste extract (EC_e) which exhibited large ranges at 0–0.25 (32.4 dS/m), 0.25–0.50 (18.6 dS/m) and 0.50–0.75 m (17.6 dS/m). We developed EMCI using EM4Soil and the quasi‐3d (q‐3d), cumulative function (CF) forward modelling and S2 inversion algorithm with a damping factor (λ) of 0.07. Using a cross‐validation approach, where we removed one in 15 of the calibration locations and predicted EC_e, the prediction was shown to have high accuracy (RMSE = 2.24 dS/m), small bias (ME = ?0.03 dS/m) and large Lin's concordance (0.94). The results were similar to those from linear regression models between EC_a and EC_e for each depth of interest but were slightly less accurate (2.26 dS/m). We conclude that the q‐3d inversion was more efficient and allowed for estimates of EC_e to be made at any depth. The method can be applied elsewhere to map soil salinity in three dimensions.     

Utilizing a DUALEM‐421 and inversion modelling to map baseline soil salinity along toposequences in the Hunter Valley Wine district

In the oldest commercial wine district of Australia, the Hunter Valley, there is the threat of soil salinization because marine sediments underlie the area. To understand the risk requires information about the spatial distribution of soil properties. Electromagnetic (EM) induction instruments have been used to identify and map the spatial variation of average soil salinity to a certain depth. However, soils vary with depth dependent on soil forming factors. We collected data from a single‐frequency and multiple‐coil DUALEM‐421 along a toposequence. We inverted this data using EM4Soil software and evaluated the resultant 2‐dimensional model of true electrical conductivity (σ – mS/m) with depth against electrical conductivity of saturated soil pastes (EC_p – dS/m). Using a fitted linear regression (LR) model calibration approach and by varying the forward model (cumulative function‐CF and full solution‐FS), inversion algorithm (S1 and S2), damping factor (λ) and number of arrays, we determined a suitable electromagnetic conductivity image (EMCI), which was optimal (R² = 0.82) when using the full solution, S2, λ = 3.6 and all six coil arrays. We conducted an uncertainty analysis of the LR model used to estimate the electrical conductivity of the saturated soil‐paste extract (EC_e – dS/m). Our interpretation based on estimates of EC_e suggests the approach can identify differences in salinity, how these vary with parent material and how topography influences salt distribution. The results provide information leading to insights into how soil forming factors and agricultural practices influence salinity down a toposequence and how this can guide soil management practices.     

滴灌沙枣防护林土壤盐分分布特征

利用3年(2008-2011年)的野外对比试验与长期实地监测数据,分析喀拉米吉绿洲滴灌沙枣(Elaeagnus angustifolia)防护林地的土壤盐分及动态情况。结果表明:(1)林地在滴灌与不滴灌条件下,土壤盐分含量差异显著(p<0.05)。在不同灌水量条件(单株单次灌水18,30,48L)下的林地土壤盐分含量与分布特征不相同,其中单株单次灌水48L处理与对照相比,土壤盐分含量差异达极显著水平(p<0.01);3种不同灌水量处理(18,30,48L)分别使30cm以上土层、50cm以上土层、整个根系土层的盐度值低于1.4mS/cm;(2)在沙枣生育期内,土壤盐分呈现逐渐上升的趋势,且通过了显著性水平;不同深度(20,40,60cm)的土壤盐分上升趋势有差异,其中40cm深处土壤盐分上升趋势最显著,20cm与60cm深处趋势水平差异不大;(3)在1个灌溉周期内(20d),林地土壤盐分动态表现为集中-均匀-集中的过程。停水后第2天,上层土壤盐分含量明显下降,滴灌将盐分压于30cm以下,并集中于40-60cm土层;停水后第4～8天,整个观测范围内的剖面土壤盐分明显下降,原聚集于中土层的盐分基本消失,从而使停水后第4～8天土壤盐分淋洗效果最显著;停水后第12天,剖面高盐分土层又重新出现,然后随着时间的延续高盐分土层愈加明显。因此,随着1个灌溉周期的结束,高含盐量土层的位置逐渐上移,其范围逐步扩大;(4)本试验中,在种植的第2～3年,水分供给不足是沙枣成活率低、生长量低的主要原因,而影响沙枣第1年成活率的是土壤次生盐渍化(盐分高达5～9mS/cm)。滴灌洗盐只是局部,建议滴灌防护林1年采取1次大水漫灌。     

白银市日光温室土壤养分累积特征及重金属污染现状评价

以甘肃省白银市的日光温室土壤为研究对象,调查分析了土壤剖面养分累积状况和土壤电导率、pH值的变化;对土壤重金属Cd、As、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni含量进行了测定,采用单项质量指数与综合质量指数相结合的方法对土壤重金属的环境质量状况进行了评价。结果表明,日光温室土壤有机质、硝态氮、速效磷和速效钾含量显著高于农田土壤,其中速效磷在0-40 cm土层和速效钾在0-60 cm土层累积尤为明显。温室栽培条件下土壤电导率高于农田土壤,雒家滩温室土壤表层EC值为0.94 mS·cm-1,超过蔬菜的生育障碍临界点（EC〉0.50 mS·cm-1）。大部分温室土壤Cd含量超过国家土壤环境质量三级标准,其中雒家滩温室土壤Pb、Zn、Cd、As含量超过温室蔬菜地土壤环境质量评价标准（HJ 333—2006）限量值。根据各重金属的单项与综合质量指数,靖远日光温室土壤环境质量为2级,属于尚清洁水平,而雒家滩和重坪日光温室土壤环境质量为3级,属于超标水平,不适宜发展无公害蔬菜。     

灰色评估模型定量评价于田绿洲土壤盐渍化风险

针对土壤盐渍化这一干旱区重大生态环境问题,以新疆维吾尔自治区于田绿洲为研究靶区,在野外踏探、室内试验的基础上,将土壤电导率作为评价盐渍化风险生态终点,选择地面蒸散发、地表温度、地表反照率、地面高程、地下水埋深、地下水电导率、地上生物量、叶面积指数、归一化植被指数、表层土壤pH值、表层土壤含水率、土地利用/覆被类型、人口密度和人均耕地面积共14个评价指标作为主要盐渍化风险源,通过遥感与GIS技术获取这些评价因子空间数据集,同时进行数据标准化、叠加并生成相应的栅格图层集,采用Pearson相关性分析法确定评价因子风险权重,引入灰色系统分析法构建研究区盐渍化风险灰色评价模型,构建了土壤盐渍化风险评价模型,并对研究区的盐渍化风险进行定量评价与分析。结果表明:整个研究区盐渍化风险值介于0.053～0.747之间,平均值达到0.190。总体以一般风险为主,盐渍化高度风险占23.37%,虽然分布面积不大,但对绿洲北部区域的生态环境和农业生产影响深远。研究可为干旱区绿洲的土地资源管理、农田系统的合理布局及农业可持续发展中的风险决策提供数据基础与参考依据。     

基于土壤电导率控制的养分供给对设施番茄生长、产量和品质的影响

我国设施蔬菜生产中缺乏有效决策指标来引导养分的科学投入,过量施肥已成为设施农业可持续发展的主要瓶颈。选用土壤电导率（EC）作为控制养分投入的决策指标,探索不同土壤EC对番茄生长、产量以及品质的影响,为未来智能化设施生产提供科学依据。通过在设施番茄体系实地试验,运用可视化电导率传感器对土壤进行实时监测,并结合水肥一体化设备进行养分投入,通过测定不同土壤EC对应的番茄生长、产量以及品质指标来分析最适合番茄生长的土壤EC。结果表明,番茄的株高、茎粗、叶片SPAD值等指标与土壤EC呈二次曲线关系,通过营养生长末期建立的二次曲线拟合得出株高在EC为4.03 mS/cm时达到最大值,茎粗和叶片SPAD值分别在EC为2.93和2.54 mS/cm时达到最大值;干物质累积量和产量也与土壤EC呈二次曲线关系,通过模型拟合得出番茄干物质累积量在EC为2.97 mS/cm时达到最大值,单果重在EC为3.19 mS/cm时达到最大值;外形品质和营养品质多个指标也与土壤EC呈二次曲线关系,模拟结果显示番茄商品果率在EC为2.77 mS/cm时达到最大值,番茄可溶性糖、有机酸、维生素C分别在EC为2.94、3.1...     

土壤盐分的原位测定方法

在干旱半干旱地区,土壤盐溃化是制约农业生产的重要因素.土壤盐分的测定和诊断是土壤盐渍化研究工作中的重要内容,传统上一般通过测定土壤浸提液电导率来测定土壤盐分,过程繁琐,费时费事,不可避免地要破坏原土样.在提倡精准农业的今天,土壤盐分的快速、有效和可靠的原位测定显得非常重要.土壤盐分原位测量方法有多种,在原理上可分为土壤...     

基于环境变量的渭干河-库车河绿洲土壤盐分空间分布

土壤属性的数字制图对精准农业生产和环境保护治理至关重要。为了在大尺度上尽可能精确的监测土壤盐分空间变异性,该文使用普通克里格(ordinary kriging,OK)、地理加权回归(geographically weighted regression,GWR)和随机森林(random forest,RF)方法,结合地形、土壤理化性质和遥感影像数据等16个环境辅助变量,绘制渭干河-库车河绿洲表层土壤盐分分布图。基于决定系数(R^2)、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)验证模型精度。结果表明:不同方法预测的盐分分布趋势没有显著差异,大体上从研究区的西北向东南部方向增加;结合辅助变量的不同预测方法中,RF方法预测精度最高,R^2为0.74,RMSE和MAE分别为9.07和7.90 mS/cm,说明该模型可以有效地对区域尺度的土壤盐分进行定量估算;RF方法对电导率(electric conductivity,EC)低于2 mS/cm时预测精度最高,RMSE为3.96 mS/cm,很好的削弱了植被覆盖对电导率EC的影响。     

Mapping soil salinity in 3‐dimensions using an EM38 and EM4Soil inversion modelling at the reconnaissance scale in central Morocco

Large areas of Morocco require irrigation and although good quality water is available in dams, farmers augment river water with poorer quality ground water, resulting in salt build‐up without a sufficient leaching fraction. Implementation of management plans requires baseline reconnaissance maps of salinity. We developed a method to map the distribution of salinity profiles by establishing a linear regression (LR) between calculated true electrical conductivity (σ, mS/m) and electrical conductivity of the saturated soil‐paste extract (ECe, dS/m). Estimates of σ were obtained by inverting the apparent electrical conductivity (ECa, mS/m) collected from a 500‐m grid survey using an EM38. Spherical variograms were developed to interpolate ECa data onto a 100 m grid using residual maximum likelihood. Inversion was carried out on kriged ECa data using a quasi‐3d model (EM4Soil software), selecting the cumulative function (CF) forward modelling and S2 inversion algorithm with a damping factor of 3.0. Using a ‘leave‐one‐out cross‐validation' (LOOCV), of one in 12 of the calibration sites, the use of the q‐3d model yielded a high accuracy (RMSE = 0.42 dS/m), small bias (ME = ?0.02 dS/m) and Lin's concordance (0.91). Slightly worse results were obtained using individual LR established at each depth increment overall (i.e. RMSE = 0.45 dS/m; ME = 0.00 dS/m; Lin's = 0.89) with the raw EM38 ECa. Inversion required a single LR (ECe = 0.679 + 0.041 × σ), enabling efficiencies in estimating ECe at any depth across the irrigation district. Final maps of ECe, along with information on water used for irrigation (ECw) and the characterization of properties of the two main soil types, enabled better understanding of causes of secondary soil salinity. The approach can be applied to problematic saline areas with saline water tables.     

电磁感应仪用于土壤盐分空间变异性的指示克立格分析评价

运用磁感式大地电导率仪EM38及其移动测定系统,结合非参数地质统计学的单元指示克立格方法,对黄河三角洲地区200 hm2典型地块上两个比较关键季节的土壤盐分进行空间变异性的分析,给出了同一区域不同时段土壤盐分满足一定标准的条件概率图。结果表明,土壤表观电导率与盐分呈极显著相关性;各时段土壤表观电导率均呈近似的对数正态分布,且存在特异值;各时段土壤表观电导率的指示半方差均较符合球状套合模型;结构性因素导致秋季时段土壤盐分的空间变异性呈各向同性;随机性因素使春季时段土壤盐分的各向异性增强,尤其在南北、东西方向。由不同季节时段土壤盐分风险概率图看出,研究区土壤盐渍化程度总体较高,旱季条件下土壤盐分的表聚型是导致该现象最主要因素。电磁感应仪与指示克立格方法的结合运用为不同尺度(从农田到区域)上土壤调查与质量评价提供了新的途径,并为农业水土资源的决策管理提供指导。     

土壤含水量和电导率对芦苇生长和种群分布的影响

在对芦苇小区调查取样的基础上，利用Pearson关联分析法研究了土壤水、电导率与芦苇生长和种群分布的关系。结果表明土壤电导率空间变率明显，最大值是最小值的2倍。芦苇小区土壤电导率超过110mS／m，且pH值大于10时，芦苇由单一种群落转变成伴生种群落（芦苇＋碱茅）。并随着电导率和pH值的增加，碱茅所占的比例增加。土壤电导率与芦苇生长指标（覆盖度、平均株高、生物量干重、鲜重）呈显著性相关（P〈0．01），说明土壤盐分是影响芦苇种群特征的重要因素。表层土壤含水量（10cm剖面）与芦苇生长指标中的覆盖度、生物量呈显著性相关（户〈0．05）。深层含水量（100cm剖面）与芦苇生长指标均呈显著性相关（P〈0．05），因此表层水和深层水对芦苇的生长具有重要作用。     

基于电磁感应仪的黄河三角洲地区土壤盐分时空变异特征

针对黄河下游三角洲土壤盐渍化的空间复杂性与发生反复性,运用磁感式大地电导率仪EM38及其移动测定系统,结合GIS与地统计学方法,对该地区典型地块两个关键季节土壤盐分的时空变异特征进行了分析.结果表明,土壤表观电导率与盐分呈极显著相关性;各时段土壤盐分都表现出多层次空间结构的复合尺度效应,且短程变异构成了土壤盐分空间异质性的最主要部分;土地利用方式差异使得秋季时段土壤盐分呈弱各向异性,地形因素导致春季时段土壤盐分各向异性比在全步长域波动,但在整个研究尺度上仍为各向同性.空间分析表明,结构性因素主导了土壤盐分空间分布格局,随机性因素是加快该分布格局形成的重要因素;春季时段研究区总体表现出积盐趋势,且盐分变动幅度主要集中在10.0g/kg范围内.电磁感应仪与GIS的结合运用为不同尺度土壤调查与质量评价提供了新的途径,并为农业水土资源的决策管理提供指导.     

微润灌对作物产量及水分利用效率的影响

为探明微润灌对作物生长及产量的影响,以夏玉米和冬小麦为研究对象,采用完全随机试验设计,对比研究微润灌不同毛管间距布置(20 cm、40 cm、60 cm)、地下滴灌和无灌溉对大田作物产量、水分利用效率和土壤电导率的影响。结果表明:与地下滴灌相比,微润灌用水量约为地下滴灌的1/4~4/5;由于灌水差异较大,作物产量有所降低,夏玉米产量显著下降(P0.05),冬小麦产量下降,但未达显著水平(P0.05);两作物水分利用效率有所提高,但差异不显著(P0.05);灌溉水分利用效率均显著提高(P0.05)。随微润管布置间距的减小,作物产量呈增加趋势,作物水分利用效率与灌溉水分利用效率均呈减小趋势。综合考虑分析,在较为缺水的塿土区微润管最佳布置间距60 cm,此时可不显著降低产量同时提高水分利用效率。此外,微润灌布置间距对土壤电导率的影响较小。采用微润灌与地下滴灌处理时,随土层深增加,作物各生育期土壤电导率无显著差异(P0.05)且变化趋势基本一致,表明微润灌与地下滴灌对土壤的影响具有一致性。微润灌下作物产量与灌浆成熟期10~20 cm土层土壤电导率和10~80 cm土层土壤平均电导率之间相关性显著。因此,采用灌浆成熟期10~20 cm土层土壤电导率或10~80 cm土层土壤平均电导率预估微润灌下的作物产量具有可行性。上述研究可为微润灌技术推广应用提供依据。     

基于电磁感应仪的土壤盐渍化剖面特征解译研究

为了快速、精准解译区域尺度土壤盐分特征,有必要建立土壤剖面盐分信息精确解译模型。以新疆农灌区不同土壤质地的盐渍化土壤为研究对象,利用电磁感应式大地电导率仪EM38获取土壤表观电导率,构建了基于EM38的两种土壤质地剖面分层盐分解译模型,并对盐分解译回归模型进行了精度检验。结果表明:两种质地的土壤剖面盐分含量变异均较大,中壤土各层电导率变异系数在58%~98%,呈现中等变异强度,而砂土表层(0~40 cm)变异系数达到100%以上,属于强变异强度,深层土壤变异系数介于76%~88%属于中度变异强度。两种质地土壤电导率与磁感表观电导率EMh、EMv间呈显著的相关关系,水平和垂直测量模式都能够对不同深度土盐层分进行预测,且以EMh+EMv为自变量的二元回归解译模型具有较高的精度,相关系数R达到0.94以上。中壤土EM38的盐分预测在不同深度土层的验证结果决定系数达到0.59以上,砂土质地土壤盐分预测验证R2达到0.36以上,预测精度与土壤剖面盐分变异性呈现显著负相关,其相关系数为-0.86,中壤土质地的解译效果优于砂土质地。分析EM38在预测不同土壤质地盐分精度上的差异性,构建了电磁感应式土壤剖面盐分含量的预测模型。研究结果引入土壤质地变量,可为大面积土壤盐渍化的快速精确测定提供理论依据。     

河套灌区玉米耐盐性分析及生态适宜区划分

为了探讨河套灌区盐碱地玉米对根区土壤盐分的生态适应性,本文基于田间定位观测,运用非线性最小二乘数值逼近法建立玉米耐盐函数模型;同时根据耐盐性分析,提出玉米在该灌区不同生态适宜区的划分标准。结果表明,盐碱地地膜覆盖在生产上有较好的控盐效果,可以使玉米苗期0～10、0～20和0～40cm土壤盐分分别降低61.2%、53.8%、41.3%,能够增强玉米对盐碱地的生态适应性;分段式耐盐函数模型和S型耐盐函数模型均能较好地反应玉米相对产量对浅层土壤盐分变化的响应关系;浅层0～40cm土壤盐分作为玉米根层盐分来分析玉米的耐盐性最具代表性,其对应中玉9号玉米的耐盐指数为6.583;根据耐盐性分析,将区域耕地划分为玉米最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区,对应玉米苗期0～20cm膜外土壤盐分分别为低于1.178、1.178～2.036、2.036～3.465和高于3.465g/kg。本研究将为当地玉米种植合理布局、高效生产提供理论指导。