不同盐结皮光谱特征及其盐渍化信息预测研究

盐碱地是我国重要的后备耕地资源,为及时、准确获取土壤盐渍化信息,以宁夏银北地区不同盐结皮土壤为研究对象,运用土壤学和地统计学方法,以土壤野外原位光谱数据和室内盐分指标测定数据为基本信息源,系统分析不同盐结皮光谱特征,确定对结皮层pH值、电导率（EC）和盐分离子含量最敏感的土壤光谱反射率转换形式、波段和光谱盐分指数,进而建立并验证基于敏感盐分指数的盐分指标预测模型。结果表明：研究区白碱结皮光谱反射率在450～1050nm波段最高,马尿碱结皮次之,黑油碱结皮最低。通过野外光谱反射率可以将研究区主要盐结皮类型进行分类。反射率平滑后再经过一阶微分、倒数对数一阶微分、连续统去除和连续统去除一阶微分转换后,最大相关系数比只作平滑处理的反射率显著增大。与pH值、EC和CO2-3、Mg2+含量相关性最强的转换方式是连续统去除一阶微分,与SO2-4、Ca2+、K+含量相关性最强的转换方式是倒数对数一阶微分,与HCO-3、Cl-、Na+含量相关性最强的转换方式是一阶微分。整体上连续统去除一阶微分与各盐分指标的相关性最强。整体来看,盐分敏感区域在蓝光450、470、485nm附近,绿光501、575nm附近,红光680nm附近和近红外多个波段。与各盐分指标相关性最强的盐分指数分别为：pH值为盐分指数S1,Cl-、K+含量为盐分指数SI3,SO2-4、Mg2+量为盐分指数S2,EC和HCO-3、Na+含量为盐分指数S3,CO2-3、Ca2+含量为盐结皮指数SCI。除CO2-3含量外,利用敏感盐分指数可以准确预测土壤结皮层pH值、EC和其他盐分离子含量,其中对Na+含量的拟合度最大。该研究可为银北地区不同盐结皮土壤分类及盐渍化信息的准确预测提供科学依据。     

潍北平原土壤盐渍化特征及其影响因素

了解和掌握沿海地区土壤盐分分布特征、盐渍化程度及其主要影响因素,可为规划区工程桩基防腐措施制定和区域生态环境改良提供科学依据。以潍北平原为研究区,通过野外调查采样与室内测试分析获取土壤盐分数据,采用统计学方法和地理信息系统技术分析了土壤盐分和盐渍化指标的平面分布特征,识别了土壤盐渍化的主要影响因素,并提出了盐渍化的防治建议。结果显示,研究区土壤盐渍化总体处于低-中等水平,约20%的面积处于弱至中等盐渍化等级,土壤盐渍化程度呈现出由东北向西南逐渐降低趋势。土壤盐渍化类型主要为氯盐渍化和亚氯盐渍化,NaCl是盐分存在的主要形态。土壤盐分含量受多种因素的影响,其中土壤固有盐分的含量受沉积相(土壤成因)背景控制,地下水咸化是土壤盐分积聚的最主要影响因素。     

掺沙对盐渍化土壤水盐分布及其蒸发特性的影响

为了探明盐渍土水盐分布和土壤蒸发特性对掺沙的响应特征,以山东省滨州市无棣县"渤海粮仓"科技示范区土壤为研究对象,分析了不同掺沙量(沙-土质量比为0,10％,30％,50％和70％,分别以处理CK,T1,T2,T3和T4表示)对盐渍土水盐运移特征和土壤蒸发的影响.结果表明,0～5000 min,处理T1和T2表层0～1 ...     

灌区土壤盐渍化发展模拟预测与对策研究

以秦王川灌区观测和调查资料为依据,采用目前广为实用的MODFLOW地下水模拟软件,对灌区地下水动态进行了预测和分析,并对地下水质的发展趋势作出评价。灌溉实施以来,秦王川灌区地下水位逐年上升。未来10年内盐沼区面积扩大约为28 km2,并且将继续增加,地下水埋深0~2 m的面积达31.4 km2,占灌区面积的比例约为6%。未来20年地下水埋深0~2 m的面积达47 km2,占灌区面积的比例为10%左右。根据地下水位的变化特征,对控制土壤盐渍化发展的因素和对策进行了分析,提出以明沟排水为主,加大灌区下游地下水排泄能力;以渠灌为主,适度发展井灌,大力推行田间节水灌溉技术等对策。     

不同类型盐荒地蒸发能力与水盐变化特征研究

盐荒地通过强烈蒸发产生的干排作用是干旱半干旱灌区土壤盐分均衡和盐渍化防治的重要途径。为探究盐荒地的利用方式对干排作用的影响,本研究以内蒙古河套灌区为背景,在同一地点选择木本、草本、裸地三种植被类型盐荒地,开展了为期5个月的灌溉季节盐荒地蒸发能力与水盐变化特征的试验研究。结果表明,盐生植物不仅能够有效抑制盐荒地土壤表层的蒸发,还能够通过蒸腾作用促进土壤水分运动,使得土壤盐分在空间上分散,有效地发挥干排系统中盐荒地聚集盐分的能力。研究成果可为灌区干排水控盐系统的规划设计提供理论依据。     

设施灌溉条件下不同次生盐渍化土壤盐分离子迁移特征

通过在设施灌溉条件下的室内土柱模拟试验,研究了灌水对不同次生盐渍化水平设施土壤盐分离子迁移特征的影响.结果表明:Ca2+与NO3-在灌水后5～15d表现出随时间的推移剖面分布呈“双峰”特性,随着次生盐渍化水平的升高,Ca2+与NO3-淋洗速度变慢同时其返盐时间也较迟.地下水对K+迁移影响不显著,使得K+在灌水后剖面分布呈“单峰”特性,SO24-在所有次生盐渍化水平下一次性灌水很难将其淋洗出耕层.从环境因素看,Ca2+在土层的表层和底层以及灌水后期都表现出与水分和温度较好的耦合效应,并且两者对Ca2+运移具有协同作用.K+在0 ～ 20 cm土层运移主要受水分的影响,而30 ～ 50 cm土层主要受温度的影响,从灌水时间看,在灌水后5～15d内主要受温度影响,而灌水20 d后主要受水分影响.NO3-和SO24-不论从土层还是时间看主要受水分的影响较大.     

不同盐渍化程度土壤种植棉花滴灌保苗技术研究

如何提高棉花幼苗保苗率是夺得农业增产丰收的重要前提条件.本文以新疆孔雀河流域为例,对不同灌溉方式与出苗水量对棉花幼苗保苗情况的影响进行了系统分析,结果表明:在高盐渍化土壤采用750m3/hm2出苗水量与滴水出苗方式,其保苗率最高,达70%;在低盐渍化土壤采用750m3/hm2出苗水量与双膜覆盖方式,保苗率最高,达89%.研究结果为指导当地棉花灌溉方式的合理选择及棉花种植业发展提供了重要参考.     

区域土壤水盐动态人工神经网络预测研究

根据黄河河套灌区多年的区域水盐监测资料 ,比较了 ANN三层、四层 BP网络不同学习速率下的收敛效果 ,拟合精度 ,应用四层 BP网络模型对灌区的年内不同时期的土壤水分、盐分的动态变化进行了模拟预测。研究表明 ,BP网络可以用于区域土壤水盐动态预测 ,方法简便可行 ,有较高的精度 ,是对传统的区域水盐动态模数值拟预测方法的补充。     

不同盐分棉田土壤水盐运移及其干物质积累的研究

研究选择2种不同盐分含量土壤（中度盐渍化EC25：3～7dS/m和轻度盐渍化EC25：1～3dS/m）,通过对棉田整个生育期的土壤盐分和水分含量测定,研究棉田不同土层水分、盐分变化及其对棉花干物质积累的影响。结果表明：两种不同盐分含量土壤,盐分降幅较大的在0～20,40～80cm土层为膜下滴灌棉田盐分积累区,中度和轻度土壤在0～20cm土层分别下降1.73dS/m和1.04dS/m。整个生育期土壤盐分变化趋势相似,都表现为土壤盐分前期（现蕾期）快速下降后期有所增加,中度土壤和轻度土壤的各层含盐量都有着极显著的差异;中度盐渍化和轻度盐渍化棉田的单株干物质积累量在生长前期差异显著,后期差异不显著。     

区域土壤水盐动态人工神经网络预测研究

根据黄河河套灌区多年的区域水监监测资料，比较了ANN三层、四层BP网络不同学习速率下的收敛效果，拟合精度，应用四层BP网络模型对灌区的年内不同时期的土壤水分、盐分的动态变化进行了模拟预测。研究表明，BP网络可以用于区域土壤水盐动态预测，方法简便可行，有较高的精度，是对传统的区域水盐动态模数值拟预测方法的补充。     

渭-库绿洲土壤盐渍化空间分布特征研究

为了研究渭-库绿洲土壤盐渍化空间分布特征,根据野外调查取样土壤数据,应用地统计分析方法中的普通克里格插值完成半变异函数计算以及理论模型的拟合,分析研究区土壤盐分空间分布特征。以土壤中的SO_4~(2-)、Cl~-、HCO~-_3、CO_3~(2-)、Mg~(2+)、Na~+、Ca~(2+)、K~+等盐分离子作为解释变量,以土壤含盐量,电导率,纳吸收比,pH等作为响应变量,对土壤土层进行冗余分析(Redundancy Analysis,RDA),解析解释变量和响应变量的对应关系。最后利用Moran散点图和LISA集聚图,来探索研究区土壤含盐量空间自相关性特征。研究结果表明:研究区随土壤深度的增加,含盐量逐渐减少,呈重盐渍化到非盐渍化趋势;土壤含盐量东部高于西部,各土层盐分分布呈现出一定的区域差异性;Na~++K~+是阳离子中主控离子、SO_4~(2-)-Cl~-是阴离子中主控离子;土壤含盐量较高的区域和土壤含盐量较低的区域呈现出两极集聚。     

生物结皮发育对毛乌素沙地土壤粒度特征的影响

以宁夏盐池荒漠生态系统定位研究站域内藻、地衣、苔藓3种不同发育阶段生物结皮及裸沙地为研究对象,应用激光衍射粒度分析技术测定土壤粒度组成,计算分析平均粒径、标准偏差、偏度、峰态值和分形维数等土壤粒度特征参数,研究结果显示:研究区土壤粒度组成以砂粒为主,约占土壤颗粒体积分数的80%~95%,而粘粒、粉粒含量较少;土壤粒度分布较为集中,分选状况较差,偏度状况为极正偏度,峰态值为很尖窄、尖窄;土壤分形维数分布于2.15~2.30之间,且从大到小依次为苔藓结皮、地衣结皮、藻结皮、裸沙地。在生物结皮发育过程中,土壤粘粒、粉粒等细粒物质不断增加;粒度组成不断优化,整体呈现向均匀和对称分布演化趋势。生物结皮能够有效改良土壤结构,促进土壤发育,但速度十分缓慢。     

基于Albedo-MSAVI特征空间的渭库绿洲土壤盐渍化研究

选取新疆塔里木河流域渭库绿洲为研究区,以landsat 8 OLI和野外调查为基础数据,分析盐渍化土壤与反照率(Albedo)和修改型土壤调节植被指数(MSAVI)的关系,并提出Albedo-MSAVI特征空间概念,构建监测土壤盐渍化不同指数模型SDI。结果表明:Albedo-MSAVI特征空间分布呈现明显的规律性,即地表反照率与修改型土壤调节植被指数在第1象限呈双曲线分布,且盐渍化与非盐渍化土壤分异明显;SDI模型与土壤含盐量的决定系数为0.96,能够较好地反映绿洲盐渍化情况;不同盐渍化程度的SDI平均差异与非盐渍化SDI平均差异特征明显,其差值为0.12~0.34。因此SDI指数可以作为盐渍化信息快速提取的指标,且SDI模型的构建有利于干旱区大尺度定量监测和评价土壤盐渍化工作。     

瓯江口盐水入侵预测模式研究

从一维恒定对流扩散方程出发,通过简化变形推导出河口盐度和河口距离相关的指数型经验公式,以瓯江口为具体研究区域,运用实测资料进行验证,推求盐水入侵的最大距离,探讨河口盐水入侵与潮汐、径流等各种因素的影响关系,建立瓯江口最大咸潮入侵的快速预报模式。     

黄土高原生物结皮斥水性及其沿降水梯度变化特征研究

为探明黄土高原生物结皮土壤斥水性的影响因素及其沿降水梯度的变化特征,在黄土高原沿降水梯度布设了8个采样区,每个采样区选择恢复年限相近的草地或林地,采用滴水穿透时间法和微型盘式入渗仪法测定了生物结皮与无结皮土壤的斥水时间和斥水系数,分析了生物结皮对斥水性的影响及其与结皮特性、土壤属性和年均降水量的相关性。结果表明,与无结皮土壤相比,黄土高原生物结皮土壤的斥水时间和斥水系数分别增加了54.85倍和5.80倍,但两者沿降水梯度的变化规律相似,均呈自南向北先减小、后稳定的变化趋势,且生物结皮土壤斥水性的空间变异性高于无结皮土壤;生物结皮土壤的斥水时间和斥水系数与结皮厚度、粉粒含量、黏粒含量、有机质含量、年均降水量呈显著的正相关关系(P≤0.032),与苔藓生物量和砂粒含量呈显著的负相关关系(P≤0.030);非线性回归表明,生物结皮土壤的斥水时间和斥水系数均可用结皮厚度和苔藓生物量进行模拟(R2=0.97,NSE不小于0.99)。研究表明,黄土高原生物结皮的发育显著增加了土壤斥水性,且斥水性沿降水梯度从南到北呈先减小、后逐渐稳定的空间变化趋势,年均降水量主要通过改变生物结皮厚度、苔藓生物量和有机质含量等理化性质而间接影响土壤斥水性。     

生菜叶片含水率光谱特征模型研究

利用便携式光谱分析仪测量生菜叶片的光谱反射率,并对其进行对数变换.通过变量筛选得到725、1 075、1 272、1 450、1 640和1 958 nm波长处的光谱反射率与生菜干基含水率呈极显著相关.为克服多重共线性影响,分别采用多元线性回归分析、主成分回归分析、偏最小二乘回归分析及偏最小二乘-人工神经网络回归分析4种方法建立了叶片干基含水率的定量分析模型.结果表明4种算法预测值与实测值相关系数分别为0.485 0、0.899 2、0.917 4和0.947 0,偏最小二乘-人工神经网络模型的预测能力优于其他模型.     

基于光谱特征和颜色特征的油菜提取研究

大区域油菜空间分布的准确提取是油菜估产、食用油保障及农业管理的基础。花期油菜不仅光谱特征发生变化,其黄色花朵与同时期植被在视觉上的差异也相当显著。本文基于2016年油菜盛花期的湖北省GF-1 WFV影像,利用NGVI表征光谱特征,HSV变换后的H、S、V分量表征颜色特征,按NGVI、H、S、V顺序逐级确定油菜和非油菜分离阈值,实现油菜提取;对提取结果首先用混淆矩阵进行精度评定,并与支持向量机方法进行精度对比,然后用农业统计数据对油菜提取面积进行验证。基于本文方法提取的油菜总体精度为94.51%,Kappa系数为0.89,分别比支持向量机方法提高约4个百分点和0.1;与统计面积相比,省级尺度油菜提取面积相对误差为-14.14%,市级、县级尺度决定系数分别为0.837(n=17)、0.738(n=83)。此外,将本文方法应用到GF-2 PMS影像上,其结果与油菜参考图相比,油菜提取面积相对误差为-8.33%,空间一致度为91.67%。本研究方法简单有效,可以为大区域油菜制图提供一种全新、高效的解决方案。     

基于高光谱反射特性的土壤水盐状况预测模型研究

为了能够及时、精准、动态地监测盐渍土水分和盐分含量变化,以新疆玛纳斯河流域绿洲农田为研究对象,应用高光谱分析技术,采用偏最小二乘回归方法(PLSR)分析土壤反射光谱特征值与水分、盐分含量间的关系,建立盐渍化土壤水、盐含量的高光谱预测模型,并对模型的稳定性和预测能力进行检验。结果表明:12种数据变换中分别采用CR、(lgR)'能够有效提高土壤盐分、含水率预测模型精度。水分预测模型中土壤盐分含量小于等于8.19 dS/m时,R2cal均大于0.79,外部验证R2val均大于0.64,RMSEP间差异不显著,预测精度较好;土壤盐分含量大于等于10.25 dS/m时,外部验证R2val不足0.45,预测精度较差。土壤盐分预测模型中当含水率小于15%时,预测R2cal均大于0.77,外部验证R2val大于0.64,RMSEP小于4.3,预测精度较好,土壤含水率大于15%时,模型预测精度较差。结果表明土壤中水分、盐分含量较大时,对水盐预测模型的估算精度均会产生影响。     

三江平原ET0时空特征及其未来情景下预测研究

参考作物蒸发量(Reference crop evapotranspiration, ET₀)的预测对作物需水量计算与田间水分管理具有重大意义,可为农业节水和水资源高效利用提供重要的科学依据。基于三江平原6个气象站1961—2010年逐日气象资料,采用Penman-Monteith(P-M)公式计算ET₀,对历史期(1961—2010年)ET₀及相关气象要素的时空特征进行分析;依据美国国家环境预报中心再分析数据以及大气环流模型(GCM)中加拿大CanESM2模式的预报因子日序列的输出数据,采用统计降尺度模型(SDSM)对未来RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下的ET₀进行预测。结果表明：历史期ET₀呈上升趋势,多年年平均气温与ET₀趋势相同,而年平均风速、相对湿度和净辐射整体呈下降趋势,空间分布上多年年平均ET₀总体表现为中部高于周边、西部高于东部的趋势;模拟精度检验方面,基于CanESM2模式下historical情景模拟的ET...