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。     

井渠轮灌下秸秆还田对土壤含盐量与玉米产量的影响

为探究井渠轮灌下不同秸秆还田的耕作模式对土壤含盐量及玉米产量的影响,设置“渠井渠”灌溉模式下无秸秆还田的常规耕作（CK）、秸秆表覆旋耕（BF）、秸秆深埋深翻（SM）和秸秆混拌旋耕（HB）4种处理,于2018年和2019年在河套灌区开展了井水与渠水轮灌下不同秸秆还田方式的田间试验。结果表明,井渠轮灌下各处理收获后1m土体均积盐,秸秆还田处理均显著降低土壤积盐率（P<0.05）,BF、SM和HB处理积盐率较CK处理分别下降8.7、12.4、6.9个百分点,SM处理积盐率最小,仅为3.2%,且在20~40cm土层形成脱盐区;收获后CK处理不同土层饱和浸提液的钠吸附比（SAR）较初始值提高10.2%~53.3%,土壤钠质化风险很大;秸秆还田处理有效降低了SAR,SM处理收获后不同土层的SAR最小,较初始值下降了0.4%~73.0%,可有效缓解土壤钠质化。通径分析表明,玉米产量主要决策因子是穗长,限制因子是秃尖长。BF、SM和HB处理分别较CK增产11.2%、19.8%、11.6%,水分利用效率提高18.4%、36.1%、21.2%,SM处理综合效果较好。该研究可为河套灌区地下微咸水安全利用和秸秆资源化利用提供理论依据。     

基于遥感数据同化的土壤含盐量估算方法

为探究同化遥感数据对监测区域尺度土壤含盐量时空信息的适用性,以河套灌区沙壕渠灌域为研究区,以高分一号卫星影像为数据源,通过灰度关联法筛选光谱指数,采用岭回归法构建不同深度的土壤含盐量反演模型,使用集合卡尔曼滤波同化算法将遥感数据应用于HYDRUS-1D模型中,开展区域尺度不同深度土壤含盐量的同化研究。结果表明,基于不同深度土壤含盐量的岭回归法模型,其R²均在0.64以上,RE为0.14～0.22,反演精度较高,得到的反演值较为准确;在单点尺度上,与模拟值、反演值相比,同化值更接近实测值,其EFF为0.84～0.93,NER为0.61～0.73,均为正数,且RMSE降低到0.006%～0.011%,提高了HYDRUS-1D模型模拟精度;在区域尺度上,不同深度同化值的r均为0.94以上,NER为0.61以上,优于模拟值和反演值,且同化精度随着深度的增加而降低。本文基于遥感数据和HYDRUS-1D模型的集合卡尔曼滤波同化研究,提高了土壤含盐量的模拟精度,对提高监测区域尺度土壤含盐量时空信息的精度具有一定的参考价值。     

渭-库绿洲土壤剖面盐分分布特征及驱动因子分析

[目的]监测渭-库绿洲土壤盐渍化的空间分布特征,探究驱动因子作用机理,对当地因地制宜进行土壤盐渍化调控。[方法]采用决策树、克里金插值和灰色关联度分析研究了渭-库绿洲土壤盐渍化的剖面分布特征,着重分析了样本点海拔、植被覆盖度、地下水位、TW( I 地形湿度指数)、地下水矿化度5个驱动因子对土壤盐渍化的影响。[结果]①研究区表层土壤(0~10 cm)属于重度盐渍化土壤,10~20、20~40、40~60 cm各深度剖面土壤属于中度盐渍化土壤。土壤EC1:5有强的空间变异性,其分布格局受灌溉等人为驱动因素的影响较大。②绿洲内部(即耕作区)表层土壤属于非盐渍化区域,绿洲东部10~20、20~40、40~60cm土层有轻、中度的盐渍化现象。绿洲内部表层以下土壤盐分高于表层,绿洲存在潜在的盐渍化风险。耕作区外围绿洲-荒漠交错带区域各剖面层均属于盐渍化区域,随着剖面深度的增加,盐渍化程度在不断减弱。③样本点海拔、植被覆盖度、地下水位、TWI、地下水矿化度与土壤EC1:5的灰色关联度大小次序为:0~10 cm土层:地下水矿化度>TWI>样本点的海拔>植被覆盖度>地下水位;10~20、20~40 cm土层:地下水矿化度>样本点的海拔>TWI>植被覆盖度>地下水位。[结论]渭-库绿洲土壤盐渍化主要分布在绿洲-荒漠交错带区域,土壤盐分表聚强烈,地下水矿化度是造成该研究区土壤盐渍化问题的首要原因。     

基于全子集-分位数回归的土壤含盐量反演研究

为提高植被覆盖条件下卫星遥感对土壤含盐量的估测精度,以河套灌区解放闸灌域为研究区,以高分一号卫星影像为数据源,同步采集不同深度土壤含盐量,通过全子集筛选法(Best subset selection)分析不同波段和光谱指数对于不同深度土壤含盐量的敏感性,并采用人工神经网络(Artificial neural network,ANN)、支持向量机(Support vector machine,SVM)和分位数回归(Quantile regression,QR) 3种方法,构建全子集筛选前后0～20 cm、20～40 cm、0～40 cm、40～60 cm、0～60 cm等不同深度下的土壤含盐量反演模型。结果表明,B4、BI、SI1、SI3是0～20 cm、0～40 cm处土壤含盐量的敏感变量组合,B4、BI、NDVI为20～40 cm、40～60 cm、0～60 cm处土壤含盐量的敏感变量组合;在各深度下,分位数回归模型的精度最高,模型的决定系数R2c1、R2v1均在0. 4以上,均方根误差RMSEc1、RMSEv1均小于0. 4%,SVM次之,ANN最差;在20～40 cm深度下QR反演模型效果优于其他深度,为本文土壤含盐量估算的最优模型,其建模和验证的决定系数R2c1、R2v1分别为0. 611和0. 671,建模和验证均方根误差RMSEc1、RMSEv1分别为0. 177%和0. 160%。本研究可为卫星遥感大范围监测植被覆盖条件下土壤盐渍化程度提供参考。     

基于指示Kriging的土壤盐渍化风险与地下水环境分析

土壤盐渍化是制约干旱区农业发展的主要障碍,而浅埋地下水区域的地下水环境是影响土壤盐渍化的直接因素。为调控合理的地下水埋深和矿化度,以防控区域盐渍化,以河套灌区永济灌域为研究区,运用指示Kriging法比较了春灌前和生育期不同阈值条件下土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度的概率分布,从概率空间分布的角度研究了不同时期防治土壤盐渍化的地下水临界埋深和矿化度。结果表明：地下水埋深属于中等变异性,土壤表层含盐量和地下水矿化度属于强变异性。春灌前较生育期土壤表层盐渍化高风险区扩大、浅埋地下水高概率区缩小、地下水矿化高风险区缩小。春灌前永济灌域土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.6、2.2 m,地下水矿化度临界值分别为2.0、2.5 g/L;生育期土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.2、1.8 m,地下水矿化度临界值分别为2.5、3.0 g/L,春灌前更易发生土壤盐渍化。春灌前较生育期土壤盐分受外界因素（气象因素和人为因素）影响小,且土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度变异性也相对较小,地下水环境对土壤盐渍化的影响更强烈。研究区北部、东南部和中部小部分区域为地下水埋深小于临界值且大于矿化度临界值的高概率区,是土壤返盐的高风险区,建议进一步完善该地区的排水系统。     

高效降解有机磷农药真菌的分离鉴定及其特性研究

从有机磷农药严重污染的土壤中分离筛选出有机磷农药高效广谱降解真菌,并对其进行鉴定及降解特性研究。通过有机磷农药驯化培养、形态学和生理生化特性及其18S rDNA序列分析等试验对其进行初步鉴定,研究外界因素初始pH、培养温度、氧化乐果初始浓度等对降解菌的生长量和降解能力的影响。通过驯化分离筛选等过程从污染土壤中筛选到2株可以在高浓度氧化乐果环境下生长的真菌J4和J6,它们经生理生化和18 S rDNA序列测定初步鉴定均为黑曲霉（Aspergillus niger）。研究发现,J4和J6菌株在氧化乐果初始浓度1000 mg/L,pH值分别为6.5和6.0,温度分别为30℃和28℃,摇床转速160 r/min条件下,培养5天后降解菌可达到最佳生长量和降解能力,降解率可分别达77.83%和70.81%,耐受氧化乐果的最大浓度均为5000 mg/L,其生长量和降解能力具有正比例相关性变化趋势;并进一步研究发现,曲霉J4和J6还具有广谱降解有机磷农药的特性。     

覆膜滴灌条件下棉花根层土壤盐分时间稳定性研究

为揭示膜下滴灌棉田主根区土壤盐分的时间变异特性,基于2013—2014年田间实测数据,采用变异系数、平均相对偏差和标准差等方法研究了不同土层土壤盐分的时间稳定性,并进一步确定了可以反映各土层土壤平均含盐量的代表性测点。结果表明,研究区域0~40 cm土层土壤盐分随时间序列的变异性只有少数几个测点属于强变异,其余均属于中等变异;在棉花主根层(40 cm)内,土壤盐分的时间稳定性随土层深度增加呈现先增强后略微减弱趋势,在30 cm土层深度稳定性最强,平均相对偏差浮动范围最小、且其平均标准差最小;反映各土层平均含盐量的代表测点分布较为集中,可选取代表地块对区域土壤含盐量进行估算(决定系数R2为0.791 2~0.917 1)。棉田主根层土壤盐分时间稳定性研究有利于指导田间灌溉;选取少量且具有代表性的测点可为区域合理布设土壤盐分监测点提供理论依据。     

基于电磁感应的典型干旱区土壤盐分时空变异快速诊断

选取南疆典型干旱区研究其土壤盐分时空变异,在研究区域选取校正点测定表观电导率(ECa),并同时采集土壤样品,研究表明土壤盐分含量与大地表观电导率具有良好相关性(R =0.935),可由此建立土壤盐分电磁感应解译模型.构建移动式磁感调查系统对研究区域进行调查,获取足量表观电导率信息,结合GIS和地统计等相关知识研究土壤盐...     

不同改良剂对滨海盐渍土的改良效果

为了探究不同改良剂对滨海盐渍土的改良效果,以河北省中捷友谊农场学院路的滨海盐渍土为研究对象,试验设定5种不同的改良处理:TR1(有机改良剂+天然沸石)、TR2(园林废弃物+天然沸石)、TR3(有机改良剂+园林废弃物+天然沸石)、TR4(天然沸石)、TR5(有机改良剂)以及CK(对照),进行田间试验,分别于改良1个月后以及改良1a后取样,分析并测定土壤8大离子质量分数以及土壤全盐量。结果表明:改良1个月后,5种改良处理均能显著地降低土壤Ca~(2+)、Mg~(2+)和SO_4~(2)质量分数和全盐量;TR2处理和TR4处理能显著降低土壤中K~+质量分数;除TR5处理外,其他4种处理均能显著降低土壤中Na+和Cl-质量分数;只有TR5处理能够显著降低土壤中HCO_3~-质量分数和pH值。改良1a后,5种改良处理均能显著地降低土壤K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-、SO_4~(2)质量分数和全盐量;除TR5处理外,其他4个改良处理均能显著降低Na~+质量分数;改良后土壤pH值和HCO_3~-质量分数均无显著变化。因此,有机改良剂、天然沸石和园林废弃物作为改良土壤降盐材料均有助于滨海盐碱地改良,达到降盐效果。