新疆北部不同类型土壤光谱特征及对有机质含量的预测

对北疆地区淡栗钙土、冷钙土、石灰性黑钙土、石膏灰棕漠土等4种土壤类型的反射光谱进行分析,研究土壤有机质含量与光谱反射率之间的关系。结果表明,石灰性黑钙土的反射率明显低于其它土壤类型。有机质含量高于14 g·kg^-1时光谱反射率与有机质含量呈负相关,有机质含量很低（<8 g·kg^-1）时,土壤的光谱反射率与有机质含量之间呈正相关。分别采用593.6 nm波段的原始光谱反射率、661 nm波段的反射率去除包络线和547.4 nm波段反射率的一阶微分与土壤有机质含量建立回归模型,经检验三种模型均能较好地预测有机质的含量,其中光谱的一阶微分预测精度相对较高,可较好地预测北疆主要类型土壤的有机质含量。     

新疆阜康荒地土壤有机质高光谱特征及其反演模型研究

针对干旱区荒地土壤贫瘠且有机质含量少,难以快速、准确测定的问题,以阜康中部荒地土壤为研究对象,对64个样点野外光谱进行测定和室内土壤样品农化分析,在原始反射率(R)基础上,利用ENVI5.1软件提取光谱反射率一阶微分(R')、倒数的对数(lg(1/A))、倒数的对数一阶微分(lg(1/A)')、去包络线(CR)等4种光谱反射率,分析了5种光谱反射率的变换形式与土壤有机质含量的相关性,基于全波段(450～2 350 nm)和显著性波段(相关系数通过P=0.01水平检验),利用偏最小二乘法回归(PLSR)建立土壤有机质含量的高光谱预测模型。结果表明:(1)对不同有机质含量的土壤光谱去包络线后,光谱曲线吸收特征差异更加显著,且土壤有机质含量越多,土壤光谱反射率越低。(2)土壤反射率经过数学变换后提高了与有机质含量的相关系数。(3)在全波段的PLSR中,CR、R'和lg(1/R)'模型的RPD均大于2.0,表明预测能力极好。其中以CR的预测精度最为突出,其模型R2和RMSE分别为0.79、4.12,RPD为2.18。在显著性波段的PLSR中,虽然R'和CR的模型RPD均大于2.0,可以准确预测有机质含量,但CR的R2,RPD更高;基于全波段PLSR模型精度均略优于显著性波段,但其使用数据量大,增加了计算量。同时,其CR模型的RPD仅比显著性波段模型的高0.03。因此,选择显著性波段CR模型作为估测该荒地土壤有机质含量的模型更为简洁、科学、可行。     

毛乌素沙区土壤养分含量特征及其生产性能反应——以乌审旗为例

对乌审旗土壤养分测定结果表明,水成土和半水成土(沼泽土、草甸土),有机质含量高,潜在肥力强,速效养分差;地带性土壤(栗钙土)、初育土(黄绵土、风沙土),有机质含量低,但速效养分较高。产生上述现象的原因,决定于环境因素和土壤资源利用的管理水平,特别是水热条件的作用很大。 通过乌审旗土壤养分分析,可以看出毛乌素沙区,土壤养分含量较低。除沼泽土和草甸土有机质含量可作为一级肥力外,分布面积广阔的风沙土,黄绵土,肥力水平均属二级以下,必然影响农作物和牧草的产量。     

基于Landsat8吉林中北部地区土壤有机质定量反演研究

以Landsat 8 OLI遥感影像为数据源,以吉林省中北部黑土过渡区为研究对象,对研究区进行土壤实地采样并化验土壤有机质含量,采用多元回归分析的方法,建立土壤有机质含量的反演模型,反演研究区土壤有机质含量。结果表明:研究区土壤反射率与有机质含量呈负相关,其中,第5波段达到最大值,为-0.827;将反射率进行倒数、对数等变换后可以显著提高与有机质含量的相关性;以第4、第5、第6波段反射率倒数为自变量,利用多元回归分析方法建立起来的反演模型,模型判定系数R2=0.860,总均方根误差RMSE=0.229,反演研究区土壤有机质含量获得了良好的效果。本研究成果实现土壤有机质含量监测的准确性与时效性,为我国黑土区土壤光谱分析提供借鉴,为区域土壤生态环境监测提供数据支持。     

荒漠绿洲的土壤异质性分析——以银川平原为例

以银川平原为例,分析了荒漠绿洲主要土壤类型即淡灰钙土、灌淤土、风沙土、潮土的地带性分布、机械组成及分维数、肥力特征等异质性表现。各土壤类型的平均分形维数大小顺序是:灌淤土>潮土>淡灰钙土>风沙土;分维数的大小确切地反映了银川平原主要土壤的组成和质地。0-80cm范围内各土壤类型的垂直分维特征表现为:淡灰钙土和风沙土随着土壤深度增加,分维值也随之变大;潮土分维值的垂直分异则表现为0-40cm的分维值较高,土壤深度>40cm后分维值随之下降;灌淤土质地均匀一致,分维值变化很小。灌淤土和潮土的全N含量明显高于淡灰钙土和风沙土,除风沙土外,其它3种土壤类型的全P含量相差不大,荒漠土壤的全K含量都比较高。除风沙土,灌淤土、潮土、淡灰钙土的土壤有机质含量从表层向下基本上呈下降趋势,而且灌淤土和潮土的土层厚。主要土壤类型的形成和发育之间存在着一定的联系。最后针对土壤的异质性特点,提出土地利用的分区建议。     

极端干旱区绿洲土壤盐分特征及其影响因素

选择克里雅河流域于田绿洲为靶区,以灌漠土、棕漠土、盐土和风沙土4种不同土壤类型为对象,结合通径分析开展了土壤表层盐分特征及其影响因素研究。结果表明：4种土壤类型表层全盐含量以盐土最高（60.62 g•kg-1）,并且显著高于其他3种土壤类型（盐土>棕漠土>风沙土>灌漠土）;各类型土壤盐分离子组成主要为SO2-4、Cl-和Na+。地下水埋深是影响该区域各类型土壤表层全盐含量的主要因子;此外,灌漠土与土壤水分和总碱度、棕漠土与土壤容重、风沙土与总碱度对各类型土壤表层全盐含量均有直接的正效应。     

基于室内高光谱数据的多种类型土壤有机质估算模型比较

基于高光谱数据的土壤有机质反演是土壤遥感及精准农业的重要研究内容,然而不同的光谱处理及建模方法使得模型的估算能力及精度差异明显,限制了模型之间的通用性。为了构建陕西省土壤有机质含量估算的最优模型,以陕西省9种主要土壤类型的216个土样的光谱反射曲线和土壤有机质含量为数据基础,将光谱反射曲线进行一阶微分d(R)、倒数对数log(1/R)、倒数对数一阶微分d[log(1/R)]和包络线去除N(R)4种变换,结合一元线性回归(SLR)、偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机回归(SVR)3种建模方法构建了不同的土壤有机质含量估算模型。结果显示:不同类型土壤的反射光谱曲线总体态势基本一致,吸收特征位置基本相同,且土壤有机质含量与光谱反射率呈负相关态势;基于d [log(1/R)]光谱变换构建的SVR估算模型精度最高,建模集和验证集的判断系数(R~2)分别为0.9210、0.8874,验证均方根误差(RMSE)为2.18,相对分析误差(RPD)达到2.8751,是估算陕西省土壤有机质含量的最优模型,PLSR次之,SLR最差。     

准噶尔盆地人工林地土壤全盐的高光谱反演

随着高光谱遥感技术的快速发展,通过其定量估测土壤化学成分具有很好的可行性。使用ASD Pro FieldSpec3便携式光谱仪,测量准噶尔盆地人工林地风干土壤样品的可见光-近红外光谱,利用土壤反射光谱值预测全盐的含量。首先,通过皮尔森相关系数分析方法,计算土壤全盐与土壤反射光谱之间的相关性,其中土壤光谱值的二阶导数与土壤全盐的相关系数最高为0.806,均方根误差最小为1.508。其次,在基于光谱反射率的基础上,通过多元统计回归分析,表明土壤光谱在1 130 nm、1 430 nm和1 930 nm波段的全盐反演模型预测的效果较好,可以利用这3个波段建立回归方程,对土壤全盐进行反演估算。     

土壤参数的光谱实时分析

使用ASDFR2500便携光谱仪对国家精准农业示范区原状土土壤水分、有机质、NO3-、EC和pH等参数进行了野外测定测评。用原反射率倒数的对数(A值)分别与各土壤参数建立的直线相关模型均取得较好相关结果。分析认为土壤有机质的测定选用762nm波段,NO3-光谱吸收波段在431nm时相关性最好,电导率选用1414nm作为测定波段为最佳。这些模型可作为土壤参数估测和评价的参考。     

典型龟裂碱土光谱特征分析及碱化程度预测

以宁夏银北地区典型龟裂碱土为研究对象,表层土壤光谱反射率选择平滑、倒数等7种数据处理方式,采用全回归、逐步回归和偏最小二乘三种回归方法,分析龟裂碱土光谱特征,筛选对土壤pH值和ESP的敏感波段,建立龟裂碱土碱化信息的预测模型。结果表明：龟裂碱土的光谱反射曲线属于缓斜型;土壤表层反射率与土壤pH值和ESP在研究波段内均呈极显著正相关关系;反射率倒数对数的一阶微分和反射率的一阶微分在特征波段范围表现较好;反射率与土壤pH值的相关性优于与土壤ESP的相关性。从拟合度和选用敏感波段的多少整体考虑,采用偏最小二乘回归来拟合土壤pH值和ESP的方程最佳,拟合度分别达到0.93和0.8367。     

黄土高原藓结皮覆盖土壤导水性能和水流特征

生物结皮具有特殊的水文物理性质,为探究其对土壤水分渗透性和水流特征的影响,以黄土高原风沙土和黄绵土上3种典型地表覆盖类型(裸地、藓结皮、藓结皮-草本植物混合)为对象,采用环刀法和染色示踪法对其导水性质与水流特征进行探究。结果表明:藓结皮对2种土壤类型0~5 cm土层土壤理化性质影响较大,与裸地相比土壤容重降低了9.85%~10.00%,土壤黏粒含量增加了1.01~1.29倍,表层有机质含量提高了2.73~3.02倍;藓结皮使0~5 cm土层土壤饱和导水率降低了61.32%~88.89%,而在5~10 cm土层饱和导水率则有明显上升。另外,由于草本植物的影响,藓结皮-草本植物0~5 cm土层与藓结皮土壤相比土壤饱和导水率提高了1.32~6.43倍;黄绵土藓结皮与藓结皮-草本植物的染色面积比均高于裸地,且水分下渗深度增加了10 cm,而风沙土藓结皮与风沙土裸地的染色面积比差异不明显。综上所述,藓结皮和藓结皮-草本植物的存在改变了表层土壤水分渗透性以及水流运动特征和水分下渗深度,影响着黄土高原土壤水分保持和生态恢复。     

干旱风沙灌漠土玉米田树脂包衣尿素施用效果研究

田间试验对比研究了树脂包衣尿素和普通尿素在灌漠土和风沙土两种土壤上种植玉米的肥料投入产出效益和产量差异。结果表明:树脂包衣尿素在灌漠土和风沙土两种土壤的玉米产量效应上均有良好的表现,与等氮量的普通尿素相比,灌漠土玉米增产6.4%,风沙土玉米增产15.4%。而在灌漠土和风沙土上分别施用是常规氮肥用量50%和67%的包衣尿素,则可获得与普通尿素相等的产量。灌漠土上施用树脂包衣尿素的经济效益好于普通尿素。风沙土上施用等氮量包衣尿素时,经济效益最好,施用67%包衣尿素时,经济效益略低。灌漠土与风沙土两个试验点比较,风沙土试验点不但施氮量比灌漠土高出127.5 kg/hm2,而且其产量还略低于灌漠土试验点。     

Effects of aeolian processes on nutrient loss from surface soils and their significance for sandy desertification in Mu Us Desert,China: a wind tunnel approach

Mu Us Desert, a region with high aeolian activity, is at extremely high risk of sandy desertification. Using surface soil samples collected from Mu Us Desert of northern China, we evaluated the effects of aeolian processes on nutrient loss from surface soils by employing wind tunnel experiments. The experiments were conducted using free-stream wind velocities of 14, 16, 18 and 22 m/s. Our results showed that the fine particles(50 μm in diameter; 12.28% of all transported materials) carrying large nutrient loadings were exported outside the study area by aeolian processes. After the erodible fine particles were transported away from the soil surfaces at low wind velocity(i.e. 14 m/s), the following relatively high wind velocity(i.e. 22 m/s) did not have any significant effect on nutrient export, because the coefficients of variation for soil organic matter, total phosphorus, total nitrogen and available potassium were usually 5%. Our experimental results confirmed that aeolian processes result in a large amount of nutrient export, and consequently increase the risk of sandy desertification in arid and semi-arid ecosystems.     

宁夏银北地区盐化土壤改良成效研究

系统分析了利用系列专用改良剂对宁夏银北盐化土壤的改良效应,结果表明:施用专用改良剂后土壤容重平均降低6.44%,孔隙度增加6.62%,土壤粘粒含量减少,粉粒、砂粒含量普遍增加;土壤pH和全盐均有不同程度的下降;土壤有机质和养分含量、产量都有较大幅度的增加,其中施用改良剂Ⅲ的增幅最大,改良剂Ⅳ次之,但考虑改良剂原料成本后施用改良剂Ⅱ当年最终经济效益最大.     

干旱区湿地土壤有机质空间分布及关系研究——以艾比湖湿地为例

通过对干旱区湿地-艾比湖湿地土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等土壤质量指标分析,结果表明:湖区土壤有机质含量呈现出盐化草甸土>盐土>灰棕漠土>风沙土的规律。湿地土壤有机质空间上表现为湖区以东、以西、以南方向上层土壤有机质依次递减,湖区以北上层土壤有机质先递减后递增。湖区以西中层土壤有机质与上层趋势一致,以北有机质含量较大,湖区以东、以南方向有机质含量较小。下层土壤样品中,湖区以西、以北位置均呈现递减趋势,以东方向有机质含量较高,以南较小。盐化草甸土有机质含量自上而下依次递减,趋势明显。盐土、风沙土、灰棕漠土有机质含量上层>中、下层,中下层含量差异较小。土壤中的碱解氮、速效磷、速效钾含量与土壤中有机质含量具有较好的相关性。     

栗钙土农田土壤养分空间变异特性及采样方法研究

以西宁市二十里铺村的农田为研究区域,采用5 m×5 m网格法,选取84个观测点取样,进行室内分析,测定土壤有机质、水解氮、速效磷、速效钾的含量,分析土壤养分的空间变异规律。研究表明,土壤有机质、水解氮、速效钾的空间变异性不太明显,速效磷的空间变异性明显;有机质、水解氮和速效钾的空间变异主要是由结构性因素引起的,速效磷的空间变异是由随机因素引起的。有机质的变异函数理论模型为指数模型,水解氮、速效磷、速效钾变异函数理论模型为球形模型。栗钙土农田采样的密度范围在1~11 m之间,将能够满足精确农业生产对这4种土壤养分的分析要求。     

人工防护林对风沙土有机碳动力学的影响

选取塔里木沙漠公路沿线定植年限为5、7、10、13、16 a的防护林,运用物理化学提取法及傅里叶变换红外光谱仪,研究人工防护林对风沙土发育过程中土壤有机碳动力学的影响。结果表明:(1)随定植年限增加,土壤碳储量变化不大;(2)土壤有机碳在0~50 cm随深度增加而降低,50 cm以下变化不大;(3)随防护林定植年限的增加,表层土壤(0~10 cm)中总有机碳(TOC)、微团聚体有机碳(OCMIA)、腐殖质有机碳(OCHS)、抗氧化性(OCNa Cl O)和抗酸解性有机碳(OCHCl)均有所升高,其中TOC、OCMIA、OCHS逐年增加,而OCNa Cl O和OCHCl在5~7 a时增加较快,以后趋于稳定,且各碳组分(OCHCl除外)在不同定植年限防护林风沙土间的差异极显著(P0.01),OCHCl差异显著(0.01P0.05);(4)所有碳组分极显著相关,其中OCMIA、OCHS与TOC的相关性比OCHCl、OCNa Cl O高;(5)惰性碳库中OCMIA和OCNa Cl O占总有机碳的比例较高,OCHS相对含量随定植年限增加而升高;(6)腐殖质结构中C=O相对含量(C=O/C-O-C)先降低后升高,脂族链聚亚甲基碳含量占末端甲基碳的比例(CH2/CH3)7 a时最高,后3个年限变化不大。因此,人工防护林引起了土壤有机碳累积,特别是惰性碳库在表层累积,腐殖化程度增加,提高了土壤固碳能力并促进了风沙土的发育。     

玛曲高寒草地沙化对土壤理化特性的影响

以玛曲高寒草地处于不同沙化发展阶段的潜在沙化地、轻度沙化地、中度沙化地和重度沙化地为研究对象,阶地作为对照,对0～60 cm土壤剖面的机械组成和土壤有机碳、全氮、全磷以及速效钾含量进行了测定,分析结果表明:1)随草地沙化程度的加剧,不同类型沙化草地的黏粒和粉粒含量迅速下降,细砂粒含量逐渐下降而粗砂粒含量逐渐上升。2)随草地沙化程度的加剧,不同程度沙化草地的有机碳和全N含量呈逐渐下降趋势。3)从不同程度沙化草地各层土壤的养分含量来看,阶地和潜在沙化地各土层有机碳和全N含量随土层深度加深逐渐下降,中度沙化地、重度沙化地各土层有机碳和全N含量呈现基本稳定的状态。