典型龟裂碱土土壤光谱特征影响因素研究

为了提高基于土壤光谱特征预测土壤盐渍化程度的准确性,需要研究土壤光谱特征的因素影响。该文通过对野外、室内预处理、不同含水率、粒径和粗糙度条件下龟裂碱土表层土壤光谱的测定,系统研究了不同因素对龟裂碱土光谱特征的影响。结果表明:土壤碱化程度越强表层土壤光谱反射率越高,在450~925 nm范围内,碱土表层野外光谱反射率比重度、中度、轻度碱化土壤和非碱化土壤野外光谱反射率高7.36%、23.18%、32.10%和39.97%;765、945和974 nm附近是龟裂碱土盐渍化信息的敏感波段;相同土壤经过室内预处理后反射率明显低于野外土壤,且预处理后不同碱化程度土壤间光谱反射率差异也小于野外光谱。土壤含水率较低时,随着土壤含水率的增加土壤光谱反射率逐渐降低,但当含水率高于田间持水率时土壤反射率随土壤含水率的增加而增加,在整个研究波段含水率为26.45%时土壤反射率较含水率为22.33%和25.39%的反射率平均分别升高39.68%和19.79%。土壤粒径越小反射率越高,较大粒径土壤在760~768 nm形成独特的"双峰"现象。土壤粒径越大反射率受表面粗糙度的影响越小,且土壤表面越粗糙光谱吸收率越大。整体来讲,在450~1000 nm波段范围内,不同碱化程度的龟裂碱土野外表层土壤光谱特征差异显著;室内经过预处理后的龟裂碱土土壤光谱特征差异主要取决于土壤含水率,而碱化程度和土壤表面粗糙度的变化对其影响较小。该研究可以为龟裂碱土盐渍化信息的准确预测提供科学依据。     

基于土壤光谱特征的宁夏银北地区盐碱地盐分预测研究

对宁夏回族自治区银北地区盐碱地野外土壤表层光谱反射率和土壤全盐及盐分进行定量分析,筛选出各土壤盐分指标的敏感波段,然后采用全回归和逐步回归的方法建立各盐分的预测模型。结果表明：表层土壤高光谱反射率r,及其平滑去嗓处理后的值R,lg(R)与全盐含量呈极显著正相关关系,1/R,lg(1/R)与全盐呈极显著负相关关系,(R)'和〔lg(1/R)〕'在特定单波段处表现较佳;土壤表层光谱反射率与CO₃^2-的相关性最强,其次是SO₄^2-;土壤光谱反射率与Na⁺的相关性在各种变换方法下均较强,其次为Mg²⁺,与Ca²⁺的相关性最弱。基于R的逐步回归方程为全盐含量预测的最佳模型;基于土壤光谱反射率拟合土壤CO₃^2-的准确度略高于对土壤HCO₃^-;敏感波段估测土壤SO₄^2-含量的决定系数明显高于其他阴离子;采用〔lg(1/R)〕'逐步回归得到的方程拟合土壤Na⁺,K⁺和Mg²⁺含量相对于其他变换方式效果更理想。预测模型中对土壤全盐和Na+的模型精度较高,预测能力强;光谱对土壤SO₄^2-和Mg²⁺的预测能力也较强;对土壤Cl^-和Ca²⁺的预测稳定性、预测能力和精度都较差。     

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。     

滴灌枸杞对龟裂碱土几种酶活性的改良效应

在盐碱地改良利用过程中,有必要研究土壤酶活性变化,以评价土壤环境质量的改善。龟裂碱土重度盐碱荒地主要分布在我国西北旱区,该土壤碱化度高,结构差,导水率极低。2009年,采用滴头下设置沙穴的方式滴灌种植枸杞,开垦利用该盐碱荒地。2011年枸杞生长季末,在不同种植年限地块土壤剖面上网格状密集取土,进行土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性的测定。结果表明,未种植土壤3种酶活性极低;滴灌种植之后,随着根区土壤水盐特性和养分状况的改善,土壤酶活性显著增加。就整个土壤剖面而言,土壤酶活性自根区向四周逐渐降低,表现出较大的空间变异性。相关性和通径分析结果显示,土壤p H始终是影响该土壤酶活性的主要因子,且在p H7.38~10.00的范围内,3种酶活性随土壤p H的增大呈指数式减小(p0.01)。总之,滴灌种植枸杞之后,龟裂碱土重度盐碱荒地土壤生物学性质得到显著改善。     

水盐调控措施改良龟裂碱土提高油葵产量

针对龟裂碱地土质坚硬、渗透性差和改良利用难等问题,该文研究水盐调控措施对宁夏龟裂碱土改良效果及种植油葵的产量影响。在统一施用脱硫石膏28 t/hm2、糠醛渣22.5 t/hm2和淋洗定额4500 m3/hm2的基础上,通过3 a的田间对比试验,研究了添加黄沙、深松、土槽、黄沙+深松、黄沙+土槽、深松+土槽和黄沙+深松+土槽7个不同处理对龟裂碱土的土壤理化性能及种植油葵生长的影响,并与不添加脱硫石膏和糠醛渣只采取淋洗措施(淋洗定额4500 m3/hm2,CK)的改良效果进行比较。试验结果表明:在黄沙+深松+土槽的条件下,第1年土壤0~40 cm的pH值、电导率及碱化度比CK pH值、电导率和碱化度分别下降了22%、95%和71%,第3年分别下降了36.6%、98.2%和88.7%;0~40 cm土层的渗透率、pH值、电导率和碱化度降低程度:黄沙+深松+土槽深松+土槽黄沙+深松深松黄沙+土槽土槽黄沙,各处理与CK相比效果显著(P0.01)。黄沙+深松+土槽处理的油葵产量比深松+土槽、黄沙+深松、黄沙+土槽、深松、土槽和黄沙处理分别增加16%、19%、15%、28%、20%和21%。综上,黄沙+深松+土槽措施可显著改良龟裂碱土,为龟裂碱地荒地开发利用水盐调控提供高效的技术支撑和可持续发展具有指导意义。     

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。     

散水介质滴灌龟裂碱土水盐运移规律

【目的】探究散水介质滴灌条件下龟裂碱土水盐运移规律。【方法】室内设置土柱试验研究散水介质滴灌条件下龟裂碱土水分、电导率和pH的变化规律。【结果】一维垂直入渗条件下散水介质滴灌较定水头入渗水分扩散速率更快,稳定入渗阶段散水介质滴灌垂直湿润峰扩散速率提高了50.3%,两种灌溉方式水盐分布规律基本一致。二维条件下垂直方向湿润峰扩散速率高于水平方向,水分再分布过程中以散水介质和龟裂碱土界面处碱土表层土壤为中心向外扩散;散水介质水平距离10 cm时,相邻灌水器形成的湿润体在96 h逐渐搭接整体向外淋洗盐分;电导率<2 dS m^-1的脱盐区pH <9,电导率介于2～4 dS m^-1的脱盐区土壤pH值较原土逐渐降低,脱盐区边缘电导率介于4～10 dS m^-1,pH值显著高于原土,积盐区边缘pH值较原土略下降。【结论】散水介质滴灌能够显著增加龟裂碱土的水分入渗速率,并在灌水器下方快速形成脱盐区,脱盐初期土壤碱化现象明显且与脱盐程度密切相关,生产实践中应采取相应的措施避免pH值过高影响植物生长。     

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。     

Effect of moisture variation on sulfate concentration in a buck solonetz soil

Abstract

Sulfate concentration in the equilibrium solutions of a black solonetz soil was different at each moisture content. In the sub‐surface horizons a decrease in soil moisture up to about 35 percent resulted in a gradual increase of sulfate concentration. However, with further decrease in moisture the sulfate concentration increased abruptly. Variation of sulfate concentration appears to alter significantly certain cation ratios in the equilibrium solutions.     

利用多源光谱信息反演宁夏银北地区干湿季土壤含盐量

土壤盐渍化是导致全球荒漠化和土壤退化的主要诱因之一。为确定高光谱和多光谱遥感反演干湿季土壤含盐量的最优模型,该研究以宁夏银北平罗县为例,以干季(4月)和湿季(10月)实测高光谱和Landsat 8 OLI多光谱以及干湿两季实测土壤含盐量为基础数据源,利用相关系数法、灰度关联法和逐步回归法筛选敏感光谱数据,分别采用偏最小二乘、支持向量机、岭回归、BP神经网络和地理加权回归建立干湿两季土壤含盐量反演模型。结果表明:1)银北地区土壤盐渍化较为严重,干湿季含盐量均表现为强度变异,且干季变异程度大于湿季;2)在不同土壤含盐量条件下,重采样后的高光谱波段反射率和影像波段反射率具有显著相关性;3)对比相关性分析、灰度关联和逐步回归三组变量筛选方法下各模型R2和RMSE,逐步回归组模型整体效果较好;4)5种土壤含盐量反演模型中地理加权回归模型精度较高,支持向量机算法和BP神经网络算法在基于不同变量组的模型中表现较为接近,岭回归表现最差,偏最小二乘回归模型出现了较严重的"过拟合"现象。局部模型在土壤含盐量反演方面更具优越性。干季以实测灰度关联组-地理加权回归模型效果最佳,其验证决定系数Rp2和相对分析误差RPD分别为0.94和4.49;湿季以影像相关系数组-地理加权回归模型反演效果最好,其验证决定系数Rp2和相对分析误差RPD分别为0.96和4.83。研究结果可为当地及同类地区土壤盐渍化的识别、防治提供理论依据。     

宁南黄土丘陵区不同植被措施的土壤水分特征

 为阐明宁南黄土丘陵区不同植被措施与土壤水分特征之间的关系,应用离心机法及定水头法分别测定土壤的水分特征曲线及土壤饱和导水率,研究该地区植被措施下土壤的水分特征。结果表明:土壤含水量与土壤水吸力之间的关系符合幂函数θ=aSb,且相关水平达极显著。参数a的大小与不同植被有一定的关系,且呈现出有规律的变化,苜蓿>沙棘>天然草>杏树>柠条>农田。土壤饱和导水率天然草与苜蓿最高,农田最低,沙棘、柠条等灌木林地居中。在同一吸力范围内,苜蓿的含水量最高,沙棘次之,天然草、柠条及杏树含水量基本相同,农田最低。在低吸力段土壤平均含水量为苜蓿>沙棘>农田>天然草>杏树>柠条,但除苜蓿及沙棘外,农田、天然草、杏树及柠条差异不大。在中吸力阶段,平均土壤含水量苜蓿>天然草>杏树,且苜蓿相对较高,随着土壤吸力的增大,土壤含水量差异逐渐缩小。凋萎含水量除苜蓿最大,其次为沙棘和天然草,柠条、杏树次之,农田最低。     

Influence of arbuscular mycorrhizal fungi and salinity on growth,biomass, and mineral nutrition of<Emphasis Type="Italic"> Acacia auriculiformis</Emphasis>

The effect of salinity on the efficacy of two arbuscular mycorrhizal fungi, Glomus fasciculatum and G. macrocarpum, alone and in combination was investigated on growth, development and nutrition of Acacia auriculiformis. Plants were grown under different salinity levels imposed by 0.3, 0.5 and 1.0 S m^-1 solutions of 1 M NaCl. Both mycorrhizal fungi protected the host plant against the detrimental effect of salinity. The extent of AM response on growth as well as root colonization varied with fungal species, and with the level of salinity. Maximum root colonization and spore production was observed with combined inoculation, which resulted in greater plant growth at all salinity levels. AM fungal inoculated plants showed significantly higher root and shoot weights. Greater nutrient acquisition, changes in root morphology, and electrical conductivity of soil in response to AM colonization was observed, and may be possible mechanisms to protect plants from salt stress.     

海河低平原不同地貌土壤盐分特征研究

以河流冲积扇、河流冲积扇与滨海平原过渡带、滨海平原3种主要地貌类型,分析了海河低平原区土壤盐分含量、盐基离子组成及电导率的变化规律。结果表明:河流冲积扇耕层虽明显脱盐,但由于底土含盐量高,仍存在土壤盐渍化的威胁,阴离子以Cl-和SO42-为主;相反,河流冲积扇与滨海平原过渡带、滨海平原表土含盐量较高,而底土含盐量较低,阴离子以Cl-为主;土壤盐分中阳离子含量以Na++K+为主,盐分组成主要的可溶性盐为NaCl,其次是Na2SO4和CaCl2。     

干旱区膜下滴灌制度对土壤盐分分布和棉花产量的影响

土壤盐渍化在干旱区越来越加重。因此在干旱区盐碱粉砂壤土中应用滴灌时,如何制定合理的灌溉制度使得灌溉水对土壤盐分的淋洗是一个关键的科学问题。本文就此问题,2007～2009年进行了3年的膜下滴灌土壤水盐运移的试验研究。结果表明,在棉花生长阶段,随着灌溉定额的增加,土壤盐分峰值位呈现下移的趋势。当灌溉定额从DIA(3 000 m3 hm-2)增加至1.6 DIA时,盐分峰值位置向垂直方向从35 cm下移至65 cm。滴灌结束之后,土壤盐分峰值的下移顺序为1.6 DIA>1.4 DIA>1.2 DIA>DIA。随着滴头流量的增加,在一定的滴水强度范围之内,土壤盐分峰值位置呈现下移的趋势,当滴头流量进一步增加时,土壤孔隙的入渗能力变得小于滴头流量,致使土壤盐分下移受水分运动的影响。灌溉结束之后土壤盐分峰值的下移顺序为2.6 L h-1>2.2 L h-1>1.8 L h-1>3.2 L h-1。在时间尺度上,灌溉结束时,随着时间的推移,土壤盐分呈现从深层到地表和从膜下到膜间的双向迁移趋势。随着灌溉定额或滴头流量的增加,棉花产量也呈现先增加后减少的趋势。由此可见,无论是水分亏缺或者过量灌溉均会降低棉花产量,同时过小或过大的滴头流量也不利于增加棉花产量。因此在干旱区的粉砂壤土中进行膜下滴灌时,要使棉花产量达到较高值,应尽量采用2.6 L h-1的滴头流量和1.4 DIA的灌溉定额处理为宜。