基于高频探地雷达的土壤表层含水量测定

高精度快速探测土壤表层水分状况,对于精准农业生产、水资源精确管理及防治坡耕地水土流失具有重要意义。现有探地雷达(ground penetrating radar,GPR)低频探测技术不能满足表层土壤含水量高精度要求,需要发展和应用高精度探测技术。本研究采集江宁某蔬菜地水稻土表层(0~20cm)土壤(粉砂质黏壤土),通过室内模拟试验,利用高频(1 GHz和2 GHz)探地雷达在不同土壤含水量状况下进行探测,获取GPR数据图像信息,提取电磁波谱特征参数,分析其与土壤含水量之间的定量关系。结果表明:1 GHz和2 GHz频率GPR探测的土壤介电常数ε与实测土壤含水量θ拟合的ε~θ模型决定系数R2分别为0.94与0.97,高频探地雷达技术预测粉砂质黏壤土表层土壤含水量是可行的;与低频探地雷达技术相比,高频探地雷达技术能够高精度探测表层土壤含水量。     

生物质炭对旱地红壤理化性状和作物产量的持续效应

以江西进贤旱地红壤为供试土壤,连续3a观测施用生物质炭(0t/hm2,2.5t/hm2,5t/hm2,10t/hm2,20t/hm2,30t/hm2和40t/hm2)后土壤容重、孔隙度、饱和导水率、土壤pH、有机碳、阳离子交换量及油菜和红薯产量的变化。结果表明:生物质炭连续3a降低土壤容重,提高了土壤孔隙度和土壤饱和导水率,提升了土壤pH,增加了土壤有机碳和阳离子交换量;油菜和红薯产量均随生物质炭施用量的增加而增加,且红薯产量增幅大于油菜。随种植年限的延长,作物产量增幅越大。高施用量(40t/hm2)处理在旱地红壤上的改良效果和增产效应最好,施用生物质炭后第3a其土壤容重下降了0.17g/cm3,土壤孔隙度和饱和导水率分别增加了11.71%和126.57%,土壤pH、有机碳和阳离子交换量分别提高了7.25%,47.88%和44.61%,油菜和红薯产量分别增加了1.23t/hm2和14.83t/hm2。在连续3a内,旱地红壤施用生物质炭对改善土壤理化性状,维持作物增产具有持续效应,为生物质炭在红壤地区的大规模推广应用提供了科学依据。     

轮作模式对滩涂土壤有机碳及团聚体的影响

通过3年的田间试验,对比研究了在不施肥及施等量氮肥处理下,水旱轮作、旱旱轮作方式对苏北滩涂轻度盐渍化农田土壤脱盐、土壤有机碳、土壤团聚体的影响。结果表明:相同盐分背景条件下,水旱轮作、旱旱轮作两种利用方式下土壤盐分平均分别下降30%和10%,p H分别下降3%和0,水旱轮作更有利于滨海滩涂轻度盐渍化土壤的快速脱盐及降碱。两种轮作模式下土壤有机碳及大团聚体(2.0 mm)含量均随耕作年限而增长,且在不施肥和施肥的情况下,水旱轮作0~10 cm土层的土壤有机碳增长分别高于旱旱轮作约83%和75%;而大团聚体含量相比旱旱轮作分别高出11%和26%。水旱轮作模式对滨海滩涂盐渍化土壤的脱盐、增碳以及结构改良上均显著好于旱旱轮作模式。     

低场核磁探测水稻田改蔬菜地土壤水分的相态变化

为了解水稻土转变为设施蔬菜地后土壤水分的相态变化,该研究在田间土壤调查的基础上,结合低场核磁测氢技术,评价了田间状态的水稻土和不同转化年限设施蔬菜地土壤水分的相态分布情况。结果表明:随着转化时间的延长,耕层土壤大孔隙吸持的自由水比重下降,土壤小孔隙吸持的束缚水比重上升,犁底层土壤水分的相态分布却无明显变化,土壤水分吸持性能在转化时间序列上呈现下降的趋势,但长期施用有机肥可以优化耕层质量,提升土壤大孔隙吸持自由水的能力,改善土壤水分供释性能;水稻土转化为设施蔬菜地土壤2 a后,出现新犁底层,使得原有的耕层土壤变薄,土壤水分吸持性能下降。核磁共振作为一种新的技术手段,可以实现实时、快速、准确地检测土壤水分的相态变化,可为设施农业的可持续管理提供新的技术支持。     

磷酸一钙施用模式对水稻有效性及土壤中有效磷分布的影响

利用温室盆栽试验研究了磷酸一钙不同施用模式对水稻的有效性及土壤中有效磷(P)分布的影响,并提出了水田中P肥的施用模式。结果表明:P肥撒施时,表层水中总P浓度最高,达4.8mg/L,而其他施肥模式下表层水中总P浓度可满足GB3838-2002Ⅲ类水水质要求;混施可为水稻提供立体的吸收空间,有效性高;沟施时,肥料P主要集中在施肥带上下约3cm的范围内;在水田中,施用P肥时应优先考虑混施,若土壤中P素有效性相对较高,应尽量在旱作时施用。     

L-半胱氨酸对水稻根系吸收亚硒酸盐的影响

硒是人和动物体内必需的微量营养元素。许多地方性疾病如克山病、大骨节病等均与环境中硒水平低有关[1]。硒对人和动物健康从有益到有害的范围很窄[2-4],摄入过量硒会引起人畜中毒[5-6]。由于人体内的硒主要通过植物性食物获得[7-8],因此探讨根外环境中影响植物吸收硒的因素,进一步通过施肥措施调节植物对硒的吸收以及调控植物性产品可食部分硒含量,确保食用安全和人体健康是非常必要的。在土壤中,硒主要以元素硒(Se0)、硒化物(Se2-)、亚硒酸盐(SeO32-)、硒酸盐(SeO42-)和有机态硒[(CH3)Se]五种形态存在。其中可以被植物根系直接吸收利用的无机硒主要有硒酸盐和亚硒酸盐[8]。研究表     

运用模糊隶属度进行土壤属性制图的研究——以黑龙江鹤山农场研究区为例

通过传统土壤类型图所得的土壤属性图已不能满足精准农业和生态环境模型所需土壤属性的精度,而目前应用较多的统计方法和地统计方法均存在一定的局限性。鉴于此,本文探索了一种采用模糊聚类获取模糊隶属度进行土壤属性制图的方法。首先,采用模糊c均值聚类(Fuzzyc-means clustering,FCM)方法对环境因子进行聚类,通过野外采样(称为建模点)建立土壤-环境关系知识;然后,计算区域内各像元点对土壤类型的模糊隶属度;最后,对模糊隶属度采用加权平均的方法获取土壤属性值。将该方法应用于黑龙江鹤山农场老莱河流域的研究小区,以土体厚度和表层有机质为例进行土壤属性制图。为了评价该方法的有效性,将其与采用环境因子所建立的多元线性回归模型进行比较,通过野外验证点集评价两种模型所得的土壤属性,评价指标为观测值和预测值的相关系数、平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和准确度(AC)。结果表明,尽管通过建模点建立的多元线性回归方程R2较大,但该方程并不适用于研究区内的其他样本点,这表明多元线性回归方法在该区具有一定的局限性。与之相比,模糊隶属度加权平均的方法则可以通过较少的建模点得到更好的预测效果。     

不同利用年限红壤水稻土有机碳和养分含量的粒级分布变化

通过田间采样结合沉降法分级提取,研究了不同利用年限红壤水稻土有机碳和养分含量的粒级分布变化特征。结果表明,红壤水稻土有机碳和养分含量随土壤颗粒粒径的增大而下降,但在各粒级中的分布比例存在显著差异。<0.002mm、0.002～0.02mm、0.02～0.05mm、>0.05mm粒级的有机碳占全土有机碳的比例分别是29.2%、30.7%、11.9%、15.4%,氮的相应数值为36.7%、31.9%、10.2%、14.0%,磷为49.2%、26.5%、11.1%、12.4%,钾为36.9%、33.4%、12.9%、20.0%。总体来说,黏粒和粉粒中有机碳和养分的分布比例较高。红壤水稻土有机碳和养分含量及分布比例还随利用年限而有明显变化。开垦利用不到10a的水田土壤,有机碳和养分含量较低且主要集中在<0.002mm粒级中;而利用超过10a的水稻土,有机碳和养分在粉粒中(0.002～0.05mm)的比例大于50%。各利用年限的红壤水稻土多以0.02～0.05mm粒级的C/N为最高,并随利用年限延长而下降。红壤水稻土各粒级有机碳和养分含量及分布状况随利用年限的变化反映了土壤肥力熟化和养分有效性的提高过程。     

低浓度镉对大白菜苗期生长及营养元素吸收积累的影响研究

在实验室用水培模拟轻度污染土壤,研究低浓度 Cd(5 1.μmol/L)对不同Cd耐性的4个大白菜品种苗期生长及营养元素吸收积累的影响.结果表明,低浓度Cd对耐性强的品种的生长有促进作用,对耐性差的品种的生长有抑制作用.5umol几Cd显著促进大白菜根系对S、Cu的吸收,分别增加22.0%～58.0%、45.9%～116.0%,但抑制S、Cu向地上部转运;大白菜地上部K、P、Ca、Mg、Mn、Zn含量受到Cd的较强抑制,且抑制程度存在品种差异.     

青海省表层土壤属性数字制图

对于土壤景观复杂的大区域,样点往往较为稀疏,如何准确地进行土壤预测制图仍是一个需要研究的问题。本文以青海省为研究区,基于近年采集205个土系调查点数据,采用随机森林模型,分别建立了表层(0～20 cm)土壤全氮、有机碳、粉粒含量和pH四个基本土壤属性与环境协同变量(海拔、坡度、地形湿度指数、年降水量、年平均气温、归一化植被指数、地表温度和地表反射率)之间的定量关系模型,对该地区进行了土壤多要素预测制图,分析了影响土壤空间变异的控制性因素。交叉验证结果显示,全氮、有机碳、粉粒含量和pH的R~2分别是0.61、0.53、0.47和0.54,这说明随机森林模型可解释47%以上的土壤空间变异。表层土壤全氮和有机碳空间分布趋势东南高,西北低,pH呈现出相反的空间模式;粉粒含量东高西低,预测结果高值出现在柴达木盆地和南部玉树、果洛地区。环境变量的重要性分析表明,年降水量对表层土壤全氮、有机碳、pH空间分布模式具有控制性影响,夜间地表温度与表层土壤粉粒含量空间变异具有较强的协同关系。