广义线性地统计模型在典型亚热带丘陵区数字土壤制图中的应用

数字土壤制图(DSM)在当前的应用越来越广泛,其方法主要包括环境相关模型、空间自相关模型,以及这些模型的混合模型。理论上,混合模型相对单一模型具有明显的优势。广义线性地统计模型(GLGM)也是一种混合模型,相对于最常用的混合模型——回归克里格(RK),又具有能加入随机效应来解决土壤变异的非平稳性等优势。然而,GLGM因计算繁琐等缺点,在国内外应用较少。本文以广西南宁高峰林场内一小面积(3.03km2)丘陵为研究区,以14个地形因子为预测变量,使用GLMM及其与普通克里格(OK)相结合的模型(GLGM),对土壤有机碳(SOC)、pH、黏粒和阳离子交换量(CEC)的空间分布进行预测,并与常用的多元线性回归(MLR)、地理加权回归(GWR)、回归森林(RF)、普通克里格(OK)、RK和广义可加模型(GAM)进行比较。结果表明：GLMM在预测黏粒上准确度较高;GLMM和GLGM在预测CEC上准确度中等;GLMM和GLGM在预测SOC和pH上准确度较低。综合线性回归模型的调整决定系数、块金效应和全局莫兰指数,本文认为,当土壤属性与环境变量具有较低的线性回归调整决定系数(即小于5%)、土壤属性具有较弱的空间自相关性(即块金效应大于71%)和较强的局部空间变异(即全局莫兰指数小于0.09)时,GLMM和GLGM具有较高的适用性,例如本文中的黏粒。反之,GLMM和GLGM的适用性不好,例如本文中的SOC和pH。鉴于土壤空间变异的高度异质性和多尺度性,本文认为GLMM和GLGM具有较好的应用前景。但是,在未来的研究中还需要进一步研究如何提高GLMM和GLGM的模拟效率。     

秸秆还田对土壤质量与作物生长的影响研究进展

在提倡低碳、高效和生态农业的需求下,秸秆还田作为一项有效的生态农业措施得以大力推广。本文在介绍了秸秆还田的基本方式后,结合近年来国内外秸秆还田的研究成果,综合阐述了秸秆还田对土壤理化性质、土壤肥力质量、土壤微生物与酶活性、土壤碳平衡、土壤温室气体排放、土壤与作物重金属含量、作物产量及其构成等影响,进一步揭示了秸秆还田在农业生态系统中及其重要的现实意义,可为当前我国新的农业生产模式下,秸秆还田技术的进一步深入发展提供参考依据。     

粮田土壤磷、钾养分的垂直分布特征

本文研究了粮田土壤磷、钾养分垂直分布特征。结果表明 ,0～ 2 0 cm土层 N( NH4 - N)、P、K、Mn、Zn、Fe、Cu等主要养分速效含量明显高于 2 0～ 4 0和 4 0～ 60 cm土层 ,其中 0～ 2 0 cm土层 P含量数倍高于 2 0～ 4 0和 4 0～ 60 cm土层 ,显示磷肥应尽可能深施 ,以提高下部土层 P素肥力 ,2 0～ 4 0和 4 0～ 60 cm土层养分含量差异不大。不同施肥措施对上部土层 ( 0～ 2 0 cm) P、K等养分含量有较明显影响 ,而对下部土层 ( 2 0～ 4 0和 4 0～ 60 cm) P、K等养分含量影响较小     

作物秸秆配施生物菌肥对宁南山区新修梯田土壤理化性状的影响

针对宁南山区新修梯田有机培肥存在的问题,选择宁夏西吉县作为典型研究区,研究了作物秸秆配施生物菌肥对宁南山区新修梯田土壤理化性状及微生物学性状的影响情况。结果表明:施入生物菌肥可有效改善新修梯田土壤理化性状、增加土壤微生物数量,增加土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶的活性,从而可促进作物秸秆有机物质的快速分解,弥补作物秸秆翻压还田后有机物质分解速度慢、长期施用化肥带来环境污染的缺陷;生物菌肥推荐施用量为2 250~3 000 kg/hm~2。     

基于地形因子的土壤有机碳最优估算模型

基于数字地面模型(Digital Terrain Model,DTM),同时考虑因子组合和分辨率构建土壤有机碳(SOC)最优估算模型。在7 100 km2范围内,选取了71个分辨率和22个地形因子中不多于5个因子的所有可能组合,构造了2 514 820个模型。采样点随机分为两组,6 362个训练样点构造数据挖掘模型,其他2 208个为验证样点。根据模型相关系数r值大小从中选取了不同个数因子组合以及相应分辨率的最优模型,并根据这些模型生成对应的土壤有机碳图。结果表明:单个地形因子模型和栅格大小之间的关系表现出多样化,并不是分辨率越高模型结果越好。单因子模型r值的大小并不能决定其在因子组合模型中的重要性。不同的因子及其组合有其特定的最适分辨率,最佳分辨率范围约为60~150 m。综合数据的存储空间和计算量、模型复杂度、预测精度以及空间表达能力,该地区最优模型由相对坡位、高程、归一化高程及多尺度山谷平坦指数等4个变量组成,对应分辨率为121.6 m。同时与多种克里格空间插值方法生成的土壤有机碳空间分布图进行了对比分析,发现无论几个变量的组合,其空间预测能力均较克里格空间插值方法更能表达SOC的空间变化,预测精度也较高。     

有机物料对强酸性茶园土壤的酸度调控研究

通过室内培养的方式,研究了不同添加剂量下,不同C/N与灰化碱含量的有机物料对酸性茶园土壤的改良能力.试验结果表明:有机物料的添加可以有效地减少土壤交换性酸、铝饱和度,增加土壤交换性碱基,但是在调节土壤pH能力上并非一定有效.初始阶段,“灰化碱”的释放与有机氮的矿化提高了土壤的pH,随后pH由于硝化作用出现不同程度的下降.C/N高的作物秸秆(小麦和水稻秸秆)能够有效地抑制硝化,使pH下降幅度较小;而C/N低的作物秸秆(花生秸秆和菜籽饼)促进硝化,使pH大幅度下降.最终土壤pH与其C/N呈正相关性(y=0.00343x+4.14,r=0.977),而与其灰化碱含量无关.并且随着秸秆添加剂量的加大,C/N高的作物秸秆最终调剂pH的能力是显著提高的(P＜0.05),而C/N低的作物秸秆最终调剂pH的能力没有显著提高(P＜0.05).因此,C/N高的作物秸秆可能更适合土壤酸度的长期调节,与其相关的田间试验需要进一步进行证实.     

土壤属性和作物生长对生物炭施用的响应和反馈研究进展

生物炭作为一种土壤改良剂,近年来在提升土壤质量和作物产量方面效应良好。在全面梳理生物炭施用效果方面的最新研究基础上,总结了土壤理化性质、作物生长和产量对生物炭施用的响应和反馈规律。结果表明：(1)生物炭的来源、是否酸化、施用年限及施用量决定了施用后的土壤属性及作物产量变化幅度。一般来说,施用量增加、土壤容重降低,土壤孔隙度增加、土壤水力性质及入渗性能改善,土壤温度也增加。(2)由于土壤物理性质改变,施用生物炭最终降低了土壤表层的盐分表聚。生物炭对土壤pH的调节效果取决于两者pH的差异。此外,随着生物炭施用量增加,有机质含量呈线性增加趋势,而有效氮、有效钾和有效磷呈先增加后减小的趋势。(3)适宜施用生物炭使作物长势更好、产量更高;而过高的施量既不经济、增加成本,又对作物产量提升无益,适宜生物炭施用量为10～40 t/hm²。(4)总体上,虽然土壤属性和作物生长对生物炭施用的响应和反馈因试验条件、土壤质地和作物类型、气候条件差异而表现出响应幅度不同,但大部分结果证实,土壤属性和作物生长对生物炭施用具有正面响应。今后在生物炭施用的科学认识和生产实践中需因地制宜制定施用策...     

施用改良剂对苏打盐化草甸土土壤性状及水稻产量的影响

为改良苏打盐碱土定向开发了土壤改良剂,探讨土壤改良剂的改良机制。本文用水稻栽培田间试验的方法,研究改良剂改良苏打盐化草甸土的效果及机制,并用16S rRNA基因Illumina MiSeq高通量测序技术探讨了改良剂对土壤细菌群落组成及功能多样性的影响。田间试验设常规施肥(CK)和常规施肥加改良剂(T)两个处理。与CK相比,T处理水稻产量提高124.4%(P <0.01),土壤不同粒级水稳性团聚体数量增加、代换性钠离子含量下降,但土壤电导率上升;测序共获得286528条有效序列读数,T处理土壤OTUs6343个,较CK的7539个显著降低;T处理Chao和ACE指数显著低于CK处理,而Shannon指数高于CK对照;T处理的变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、不动杆菌属(Acinetobacter)、沙壤土杆菌(Ramlibacter)、新鞘脂菌属(Novosphingobium)、假单胞菌属(Pseudomonas)、粉色科工委属(Cesiribacter)...     

小流域数字地面模型(DTM)的建立及其在水土保持遥感动态监测中的应用

以陕北安塞纸坊沟流域为研究区,采用航测精密立体测法建立了全流域1975年和1987年两期20m×20m格网数字高程模型和6条5m×5m断面的数字高程模型,利用Foxpro数据库系统建立了相应的DTM数据库,基于DPP测绘软件包和ARC/INFO、APSIS地理信息系统软件平台,分别绘制了多幅两期全流域和三条典型小沟的监测专题图件。通过对产生的图件和DTM数据进行定量和定性分析,对沟谷的扩张、下切及溯源侵蚀进行了较精确的动态监测。初步建立了地面三维数据采集→DTM数据库→监测专题图件→动态监测先进而又实用的科研技术系统,为较高精度和信息化小流域动态监测,提供了比较理想的技术方法和工作基础。     

作物生长指标与土壤水分状况及地温关系研究

作物生长指标与土壤水分、地温的关系是制定灌溉制度的重要依据,对于提高水分利用效率、改善作物生长状态具有重要的意义。根据试验资料重点分析土壤水分、土壤温度以及采用覆膜、保水剂等农艺措施对青贮玉米株高、茎粗和产量的影响,结果表明:对于喜热、喜水的青贮玉米使用覆膜技术最好,覆膜能同时提高地温和保持土壤水分,其次是使用保水剂浸种比使用沟施保水剂效果好;影响地温变化的主要因素是气温和土壤水分,充分灌溉在提供作物生长所需足够水分的同时,降低了地温,不利于作物生长,因此对于水资源相对紧缺的北方寒冷地区,可适当采用非充分灌溉。     

新修梯田对土壤理化性质及作物产量的影响

通过对新修梯田不同部位土壤理化性质研究，发现切土和填土部位有显著差异，对作物产量产生很大的影响。填土部位物理性质好，养分含量高，作物产量高，但保墒能力差；切土部位物理性质较差，底土非常黏重，养分贫乏，造成作物的减产。建议在修筑水平梯田时针对两部位的差异采取措施，以充分发挥梯田的效益。     

Development of Resin Disc Soil Testing in Rice Crop in Relation to Kinetics of Nutrient Adsorption on Resin

The aim of this investigation was to develop a durable, rigid, and reusable resin disc for soil testing with the hypothesis that a uniformly shaped disc of cation/anion exchange resin placed in direct contact with the soil will accumulate ions from the soil by processes similar to those for living plant roots in the natural soil–solution–plant continuum. To develop regression equations for the relationship of resin-adsorbed quantity (RAQ) to yield of rice, soils were collected before sowing from different plots of a rice field where a fertility gradient had been created in the previous year by growing rice with different doses of fertilizers. For resin-disc soil testing, a soil sample is made into a saturated paste and placed in intimate contact with the resin disc. After 24 h (as decided from the kinetic experiment), the resin disc–soil assembly was dismantled. Ammonium, phosphate, sulfate, and potassium ions were extracted from the discs. Rice was grown in those plots without any fertilizer, and yields were recorded. Regression analysis was done between yield and nutrients adsorbed by the resin (NAR). The same soils were also analyzed for organic carbon, phosphate, sulfate, and potassium by the conventional chemical extraction method. Multiple regression analyses of grain yield (Y) as the dependent variable and resin-adsorbed N (RN), resin-adsorbed P (RP), resin-adsorbed K (RK), and resin-adsorbed S (RS) as independent variables produced the following relationships: Y = 5.95 + 5.13RN + 23.85RP – 2.4RK + 1.05RS, multiple R² = 0.793. The resin-disc method gave much better regression with rice yield than the conventional chemical extraction method.     

应用数值地形模型萃取上游森林集水区河川网路之研究

应用数值地形模型萃取河川网路时,面积门槛值常会影响到河川网路萃取结果,改变河川网路密度。本文旨在探讨不同的面积门槛值对上游陡坡森林集水区河川网路萃取之影响,以台湾南部中寮溪及扇平溪集水区为研究对象。结果显示,河流级序、支数及长度均随面积门槛值增加而减少,河溪数目比、河溪长度比及河溪面积比与面积门槛值无明确趋势可循,变动范围较大。排水密度与河川频率则随面积门槛值增加而减少,成幂函数关系递减,其相关判定系数（R     

不同比例尺数字高程模型对土壤侵蚀强度分级的影响

基于1∶5万和1∶50万2种不同比例尺的数字高程模型(DEM),结合土地利用类型、植被覆盖度等指标,对试验区土壤侵蚀强度进行了分级,并对不同比例尺DEM求算的坡度差异及其对土壤侵蚀强度分级的影响进行了分析。结果表明:1∶50万DEM较1∶5万DEM综合了大量信息,求算的坡度整体上偏小而使分级结果多集中在微度侵蚀区;不同地貌单元受DEM信息综合的影响不同,地形平坦的山前岗地区受影响最大,而地形复杂的中山区受影响相对较小。     

覆盖作物根系对砂姜黑土压实的响应

轮作直根系的覆盖作物被认为是缓解土壤压实的有效手段,但不同覆盖作物对土壤压实的适应性在不同气候和土壤条件下存在较大差异.为筛选更适宜缓解砂姜黑土压实的覆盖作物品种(模式),在安徽典型砂姜黑土设置不压实(Non-compacted,NC)与压实(Compacted,C)处理,通过种植不同覆盖作物(休闲、苜蓿、油菜、萝卜+...     

作物残茬还田在改良土壤中的应用

本文就作物残茬还田在改善土壤物理性质、增加土壤微生物活性中的应用作了总结,分析了作物残茬覆盖和作物根茬对土壤物理性质的影响,对土壤微生物种群结构、数量和生物量的影响,以及作物残茬还田中应注意的问题,以期能为地震灾后恢复重建和农业生产起到一定的指导作用。     

Selection of a Suitable Soft Computing Model for Estimation of Soil Cation Exchange Capacity

ABSTRACT

Measuring of soil cation exchange capacity (CEC) is difficult and time-consuming. Therefore, it is essential to develop an indirect approach such as pedotransfer functions (PTFs) to predict this property from more readily available soil data. The aim of this study was to compare multiple linear and nonlinear regression, adaptive neurofuzzy inference system, and an artificial neural network (ANN) model to develop PTFs for predicting soil CEC. One hundred and seventy-one soil samples were used into two subsets for training and testing of the models. The model's prediction capability was evaluated by statistical indicators that include RMSE, R², MBE, and RI. Results showed that the ANN model had the most reliable prediction when compared with other models. This study provides a strong basis for predicting soil CEC and identifying the most determinant properties influencing soil CEC in the north regions of Iran. Analytical framework results could be applied to other parts of the world with similar challenges.

Abbreviations: ANFIS: Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System; ANN: Artificial Neural Network; CEC: Cation Exchange Capacity; CV: Coefficient of Variation; FFBP: Feed-Forward Back-Propagation; FIS: Fuzzy Inference System; MBE: Mean Bias Error; MF: Membership Function; MLR: Multiple Linear Regressions; MNLR: Multiple Non-Linear Regressions; MLP: Multi-layer Perceptron; OC: Organic Carbon; PTFs: Pedotransfer Functions; R²: Determination Coefficient; RI: Relative Improvement; RMSE: Root Mean Square Error; SD: Standard Deviation     

全年淹水种植茭白对水田土壤性态的影响

水田全年淹水种植茭白是南方地区一种特色的土地利用方式,为了解其对土壤性状的影响,多点分别采集了全年淹水种植茭白(5 a以上)与长期种植水稻的水田耕层土壤样品,比较了它们之间在土壤理化性状上的差异;同时以长期种植水稻的水田为对照,选择种植茭白4、12、19 a的3块同类型土壤的水田,观察分析了土壤剖面的物理、化学和形态学性状,探讨水田长期种植茭白后土壤性态的演变趋势。结果表明,水田全年淹水种植茭白后耕层土壤有机质、全氮、全磷、有效磷和速效钾均呈现明显的增加,但土壤结构逐渐退化,土壤分散性增强,并容易出现黏闭、起浆、僵硬和水气矛盾等问题。全年淹水种植茭白后,水田土壤犁底层逐渐变薄最终消失,上部软糊土层加厚,种植茭白19 a时软糊土层厚度已达40 cm;全年淹水种植茭白20～40 cm土层有机质含量明显地增加,0～40 cm土层土壤氧化还原电位下降,土色变暗,无定形氧化铁和铁的活化度显著地增加;相应地土壤类型也逐渐由水耕人为土向滞水潜育土演变。     

用^137Cs法探讨苏南坡地的土壤侵蚀

与黄土和红壤地区相比 ,学术界对苏南丘陵区土壤侵蚀的关注要少得多 ,也许是这里的土壤侵蚀的绝对数量不大 ,然而 ,苏南地区的土壤侵蚀引起的生态影响却不容忽视 ,如因土壤侵蚀造成的养分流失对水体的影响及土层减薄都远超过黄土区。为了探讨苏南土壤侵蚀的生态影响 ,首先是要了解土壤侵蚀的状况 ,在这方面 13 7Cs示踪法是一种非常有用的工具 ,可是要使用此法 ,必须要解决两个问题 ,一是确定研究区的背景值 ,二是建立估算土壤侵蚀的模型。经过较长时间的研究 ,确定苏南地区的 13 7Cs背景值为 2 2 0 0 Bq/m2 ;并根据基本物理含义 ,建立了耕地与非耕地的土壤侵蚀模型 ,用这 2个模型并借用其他学者提供的土壤沉积模型 ,对宜兴竹园及茶园两个坡地的土壤侵蚀与沉积作了估算。在此基础上 ,又尝试着简单探讨了土壤侵蚀引起的土层及养分流失的生态影响