基于高光谱分析技术的桉树叶片黄化识别

桉树黄化病是一种较特殊的生理性病害,存在一定的突发性和随机性,及时发现并补充养分可大幅减少病害带来的损失。采集桉树黄化叶片、未发病叶片和正常叶片,采用高光谱仪测定不同叶片的光谱特征,基于偏最小二乘法判别分析(Partial Least Squares Discriminant Analysis,PLS-DA)和正交偏最小二乘法判别分析(Orthogonal Partial Least Squares Dis-criminant Analysis,OPLS-DA)方法,分别建立判别分析模型,对比模型判别效果。结果表明,不同叶片光谱反射曲线呈相同趋势,反射率差异明显,差异较大的波段主要为近红外波段800~1260、1400~1720和2000~2400 nm,受病害影响叶片的原始光谱反射率明显高于正常叶片;对数变换可在一定程度上减少光谱数据冗余量,突出差异;两种线性判别分析方法均能识别潜在黄化叶片,Log-OPLS-DA的判别效果更好,模型R2为0.91,RMSE为0.203。高光谱分析技术结合OPLS-DA对桉树黄化叶片具有一定的预测和识别潜力。

不同类型肥料对油茶人工林土壤生态化学计量特征的影响

以不同类型肥料对油茶人工林土壤养分状况及碳氮磷化学计量学特征的影响,以期为广西油茶人工林科学管理提供基础数据参考。设置有机肥、纯化肥、有机-无机复合肥3种处理并以不施肥为对照,采集土壤样品进行化学性质测定,分析不同类型肥料处理油茶人工林土壤碳、氮、磷化学计量比的差异特征。结果表明:各处理的土壤pH值普遍呈酸性(3.86~4.06)但差异不显著。土壤有机碳含量范围为9.34~13.58 g·kg^(-1),以纯化肥处理最低。有机-无机复混肥处理土壤碱解氮(66.3 mg·kg^(-1))、有效磷(4.1 mg·kg^(-1))、速效钾(66.7 mg·kg^(-1))含量均处于较高水平。有机-无机复混肥处理能够显著降低土壤的C∶N和C∶P,提高磷素的有效性同时还能保持氮素和磷素的相对平衡,有利于油茶的生长。纯化肥处理对C∶P和N∶P的影响较小。

广西人工林不同类型土壤肥力质量评价及环境驱动因子分析

为明确广西人工林土壤肥力指标环境驱动因子,综合评价土壤肥力水平,本文通过系统收集人工林土壤现状数据,分析主要土壤肥力指标的空间分布规律,并制作全区人工林土壤肥力指数空间分布图。利用典范对应分析方法对土壤肥力指标和环境因子进行分析,获取广西主要土壤类型人工林土壤肥力指标的环境驱动因子。结果显示:全区90%以上人工林的土壤肥力指数处于0.20~0.50,不同土壤类型人工林土壤肥力指数由大到小依次为黄棕壤、黄红壤、黄壤、红壤、石灰岩土、赤红壤、砖红壤。赤红壤人工林土壤碱解氮与有机质和年均气温相关性高,土壤有效磷与有机质和pH相关性高,土壤速效钾与环境因子坡度、海拔、降水量、积温和坡向相关性高。红壤人工林土壤碱解氮与坡度和海拔相关性高,土壤有效磷与积温和降水量相关性高,土壤速效钾与pH相关性高。石灰岩土人工林土壤碱解氮与坡度和有机质相关性高,土壤有效磷与积温和降水量相关性高,土壤速效钾与pH相关性高。综合来看,广西人工林土壤肥力整体偏低,不同土壤类型人工林土壤肥力指标的环境驱动因子各有区别。

不同有机肥对桉树人工林生态和经济效益的影响

为维持桉树(Eucalyptus spp.)人工林长期生产力,设置林下间种山毛豆(Tephrosia candida)(T1)、林下间种田菁(Sesbania cannabina)(T2)、有机肥全替代(T3)和单施化肥(CK)4个模式,综合评价不同模式对桉树人工林的营养物质积累、土壤保育功能和价值及经济效益的影响。结果表明,T1和T2模式能提高人工林营养物质积累量和营养物质积累价值;T1、T2和T3模式土壤固土价值增量分别为18.31、21.80和14.08元/hm^(2),土壤保肥价值增量分别是CK的3.12、2.18和2.22倍,土壤保育功能价值增量分别比CK高出223.99%、130.23%和131.18%,均可有效提升土壤固土、保肥功能和价值。T3和T1模式的利润分别比CK高出2279.15和1425.06元,T3和T1模式经济效益显著。

桂南红壤区多代连栽桉树对土壤肥力的影响

以桂南红壤区4个代次桉树人工林土壤为研究对象,采用空间替时间的方法,对新造林(Ⅰ)、萌芽一代林(Ⅱ)、萌芽二代林(Ⅲ)、萌芽三代林(Ⅳ)土壤的15个指标进行测定,通过显著性比较分析3种综合指标评价法(模糊数学法、内梅罗指数法和灰色关联度分析法)对不同代次桉树人工林土壤肥力质量进行评价,并进行回归性验证。结果表明:土壤pH值在多代连栽后有所降低,Ⅳ林(4.41)比Ⅰ林(4.71)低,呈现出一定的酸化趋势,而有机质和有效磷、锌等元素含量也均有所下降;内梅罗指数法和模糊数学法的评价结果趋势一致,而灰色关联度分析法的评价结果则和前2种方法不一致;进一步通过回归性验证发现,内梅罗指数法和模糊数学法的综合评价结果符合实际生产情况,而灰色关联度分析法反映的结果失真。连栽土壤肥力质量变化为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ>Ⅳ,土壤肥力从Ⅲ林开始出现衰退现象,需要及时补充缺失养分,维持土壤肥力质量稳定。

南亚热带桉树人工林土壤肥力障碍因子评价

长期经营条件下,南亚热带区域桉树人工林土壤障碍问题频发。按土壤类型对桉树主产区进行土壤肥力障碍因子识别与评价,并给林权业主们制定区域化相应的经营、施肥策略,可针对性为提升土壤肥力提供理论依据,对保障广西人工林产业高质量、可持续发展经营具有重要意义。本文采集并分析近3年桂北地区桉树人工林主要种植区红壤、黄壤、赤红壤等土壤类型的典型样品共计298个,运用聚类分析法结合主成分分析法,从15个土壤肥力因子中筛选主要障碍因子,同时引入障碍度模型对不同土壤类型的肥力障碍因子进行定量化分析。结果表明:不同土壤类型的主要障碍因子不相同。红壤中,重度障碍因子有4个,分别为pH、全磷、有效锰、有效硼,其中pH障碍度最高(28.20%),而土壤全氮为轻度障碍因子;黄壤中,pH、全氮、有效锰、有效锌为重度障碍因子,pH障碍度最高(36.53%),全钾为轻度障碍因子;赤红壤中,重度障碍因子有3个,分别是全钾、有效镁、有效锌,其中障碍度最高的因子为有效镁(40.72%),轻度障碍因子为有机质、有效锰。由于广西短周期人工林经营普遍施用配方肥料,该区域内3种主要土壤类型的速效N、P、K养分供应较为充分,土壤障碍集中表现为酸化、低磷、部分微量元素缺失等共性问题。但因不同区域立地条件不同,建议林权业主在土壤管理过程中因地制宜,结合土壤类型制定区域化经营策略以减少土壤障碍的发生。

长期连作下广西杉木人工林主产区土壤肥力演变特征与评价

【目的】研究长期高强度多代连栽对杉木人工林土壤肥力演变的影响,对解决广西人工林地力衰退、林分生产力下降、病虫害增多等实际生产经营问题有重要意义,旨在充分了解广西杉木人工林主产区土壤肥力情况及演变特征,为杉木人工林生态、高效、可持续经营提供理论依据。【方法】以广西长期连作杉木人工林为研究对象,基于25 a以来长期监测土壤肥力指标数据,改变传统的“以空间代时间”的研究方法,辅以因子分析法与模糊数学法分别进行土壤肥力评价,利用两种评价方法对比验证评价结果,探讨长期连作对广西杉木人工林土壤肥力演变的影响。【结果】经过25 a长期连作下杉木人工林土壤全磷、有效磷含量分别下降了37.83%、25.11%,全钾含量下降了35.02%,土壤pH值显著升高。土壤肥力指数(IFI)介于0.34~0.53之间,土壤肥力指数随种植时间的增长而缓慢提高。两种土壤肥力评价方法除2006年评价结果有差异外,其余年份均一致,说明土壤肥力评价结果可信度较高且两种方法均适用于土壤肥力质量评价。【结论】杉木轮作期较长,长期连作并未导致广西杉木人工林土壤肥力的退化,但是由于长期不合理施用化肥与树种对土壤养分的选择性吸收,导致土壤中部分养分元素缺失严重。在今后的杉木人工林经营中,应积极开展林业测土配方施肥工作,合理施肥,在杉木速生期及时补充磷、钾等养分元素,保证杉木人工林高产高效、可持续经营。

1993—2018年广西桉树主产区土壤肥力演变特征分析

探明长期连栽的经营方式对广西桉树人工林土壤肥力的影响以及各土壤肥力指标的演变特征,为广西桉树人工林经营制定合理的营林、施肥管理方式。以广西桉树主产区域为研究对象,选取pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾等土壤化学指标,采用模糊数学法评价广西1993—2018年桉树人工林地土壤肥力质量。结果表明,长期连栽下广西桉树人工林土壤呈酸化趋势,从最初的pH 4.83下降至pH 4.63,下降了4.14%。土壤有机质、全磷、碱解氮、速效钾的含量均有显著下降的趋势。土壤肥力质量指数(IFI)介于0.475~0.613之间,整体肥力指数较低。在实际生产中应重视土壤改良,提倡测土配方合理施肥,减少酸性肥料的使用,增施有机肥、缓释肥,保证桉树人工林生态健康、可持续发展。

南亚热带多代连栽桉树人工林根际土壤FTIR特征分析

连栽障碍是制约中国南方地区桉树Eucalyptus(桉属植物)人工林发展的重要因素之一,由此带来的生态环境问题也让桉树人工林经营备受争议。根际土壤是植物与环境交互最为频繁的区域,正确评估多代连栽对该区域土壤有机环境特征及演变趋势的影响,对于解决桉树人工林连栽问题具有重要意义。以南亚热带新造林(T0)、萌芽1(T1)、萌芽2(T2)、萌芽3(T3)代尾叶桉(Eucalyptus urophylla)人工林根际土壤为研究对象,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征各代次桉树人工林根际土壤有机组分结构及含量特征,同时对有机官能团进行半定量分析,探讨多代连栽对土壤有机环境演变趋势的影响。结果表明:不同代次桉树人工林根际土壤有机组分大致相同,酯、芳香族以及酚醇类物质占比较大,醛、多糖类物质及碳酸根离子占比较小。但不同代次桉树人工林根际土壤有机组分含量具有显著差异(P<0.05),其中高代次(T2、T3)林分土壤的红外吸收谱图2929、3423、3620 cm^(−1)处,峰面积积分显著高于T0、T1处理(P<0.05),这主要是由于酚、醇类以及脂肪烃类物质的含量差异而引起的。主成分分析结果2轴(PC1、PC2)共解释了77.59%的方差,表明上述官能团能反映土壤有机官能团分布特征。T3处理中,主效官能团为2929、3423、1631、3620、469 cm^(−1),官能团分布相对T0、T1、T3处理更集中。综上,多代连栽促进了土壤中酚、醇类物质及脂肪烃类物质的增加,同时高代次桉树人工林土壤有机组分主效官能团逐渐由饱和态向不饱和态(C=C、C=O)演变,有机官能团结构趋于单一。该结果可为进一步阐明根际土壤有机组分结构演变对微生物群落结构的影响以及与植物根系交互作用提供前期理论基础。

1990—2015年广西人工用材林土壤肥力演变特征

分析25年广西人工用材林造林树种的结构变化与土壤肥力的演变特征,探讨连续种植对林分养分及土壤肥力的影响,以期为广西人工用材林地力维持与可持续经营提供理论依据。结果表明,25年间桉树人工林土壤p H值下降了7.82%,土壤酸化明显;有机质、全磷、碱解氮和速效钾含量分别下降了15.86%、13.27%、19.44%和39.32%。杉木人工林土壤pH值上升了8.45%,有机质、全氮和碱解氮含量提高显著,全磷和速效磷含量分别下降了15.06%和24.50%。松树人工林土壤养分无明显变化。25年间桉树、杉木和松树人工林土壤肥力指数为0.64~1.49,松树人工林土壤肥力指数偏低。在人工用材林经营与抚育中,应重视合理施肥,减少酸性化肥的使用;延长桉树人工林轮伐期至8~12年;提高有机肥的施用比例,增强土壤保肥和保水能力,保证其高效和可持续发展。

基于森林气候与土壤类型的广西人工林土壤分区及其肥力演变

为给广西人工林土壤管理和施肥策略制定提供理论依据,保证林业产业高效和可持续发展,基于土壤类型、广西森林气候分区及土壤养分特征等林地土壤环境数据,对广西人工林土壤进行分区及区域化肥力评价。首次将广西人工林地分为7个区,分别为北热带季雨林赤红壤西区、北热带季雨林赤红壤东区、南亚热带常绿阔叶林赤红壤区、半湿润南亚热带常绿阔叶林红壤区、中亚热带常绿阔叶林红壤西区、中亚热带常绿阔叶林红壤东区和南亚热带常绿阔叶林石灰(岩)土区。区域化肥力评价结果显示,各区域土壤pH均值比历史均值均有不同程度下降,其中红壤东区下降幅度最大(17.14%);各区土壤有机质含量均值均比历史均值高,其中南亚热带赤红壤区上升幅度最大(59.63%);各分区土壤碱解氮和有效磷含量均值均比历史均值高,其中南亚热带赤红壤区碱解氮含量上升幅度最大(103.89%),半湿润红壤区和赤红壤西区有效磷含量上升幅度较大,分别为160.29%和155.41%;大部分区域土壤速效钾含量均值比历史均值高,高纬度两个分区(红壤东区和红壤西区)上升幅度较大,分别为106.89%和121.68%。

25年长期经营下广西松树人工林土壤养分特征与质量评价

本文基于广西25年松树人工林土壤历史数据,探究长期种植松树人工林土壤养分演变特征,并对土壤肥力质量进行评价。结果表明:长期种植松树人工林对土壤pH、有机质有较显著的提升作用,全氮、全磷含量在25年间分别提升了12.98%、7.82%,碱解氮、有效磷含量分别提升了19.25%、48.67%。土壤肥力评价结果显示,除1990、2005年土壤肥力指数显著低于平均值0.70,其余年份松树人工林土壤肥力质量均处于较高水平。松树作为广西本土树种,有较强的经济与生态价值,可以作为促进广西桉树人工林改造的替代树种,为广西人工林生态、可持续经营保驾护航。

不同土壤培肥处理对桂南桉树产量及土壤肥力的影响

为解决桂南地区桉树高代次纯林投入产出比逐年提高及土壤酸化严重、有机质含量和土壤肥力下降等问题,采用林下套种山毛豆(Tephrosia candida)和田菁(Sesbania cannabina)(T1和T2)、剩余物还林(T3)、施用有机肥(T4)、测土配方施肥(T5)和常规施肥(CK)6种不同处理,研究不同处理下桉树人工林产量和土壤肥力的变化,综合评价各处理对桉树人工林的影响。结果表明,T1~T5处理下,除T5处理的平均树高增量外,桉树的平均胸径、树高和蓄积增量较CK处理均有一定程度的提升。T1处理的桉树平均蓄积增量最大,其次为T5处理。T1、T2、T3和T5处理均能提高人工林土壤有机质含量和土壤肥力,T4处理对土壤有机质含量和肥力的短期促进效应不显著。在实际生产过程中,林下套种绿肥和剩余物还林处理在可操作性和适用性上欠佳,施用有机肥和测土配方施肥处理是广西桉树人工林林地生产力提升和土壤提质增效的较好选择。

中红外光谱技术在土壤环境研究中的进展综述

土壤是农林业生产的基础,高效、全面地获取土壤信息对于土壤管理意义重大。由于土壤有机组分较为复杂,采用传统的化学分析方法难以全面地获取土壤有机组分信息。中红外光谱(MIR)分析技术作为一种无损、实时、高通量的分析手段,具备高效、准确地获取土壤有机环境信息的能力,可为土壤环境监测、数字制图、农林业生产提供大量基础数据,有助于实现土壤环境实时监测和农林业信息化。笔者简述了中红外光谱技术获取土壤环境光谱信息的检测过程和光谱数据处理方法,综述了近年来国内外学者在土壤中红外光谱特征提取、影响因素等方面的研究进展,并针对该技术深入研究土壤学的意义及未来的发展方向进行了讨论。

长期施用袋控缓释肥对南方红壤中磷素形态及有效性的影响

磷供应不足是南方红壤区农、林业生产所面临的主要问题,为探究施用袋控缓释肥是否对提高磷素有效性及有效磷组分含量有显著正向效应,以广西国有高峰林场桉树人工林红壤为研究对象,设计袋控缓释肥常规施肥(G1)、袋控缓释肥减量施肥(G2)、传统复混肥(G3)、施用基肥(G4)、不施肥(G5)等不同肥料种类与施肥量对比试验,采用土壤磷分级方法测定土壤中磷素各组分含量,以冗余分析方法研究各组分对林木生长量的影响。结果表明:(1)相比传统施肥,袋控缓释肥处理显著提升了土壤中AP、Pi、FeP等组分含量;(2)G2、G1的磷活化系数显著高于其余3个处理,PAC排序顺序为G2>G1>G4>G5>G3;(3)冗余分析结果表明,PAC、Fe-P提升对植物生长量均有显著正效应。在南方红壤区桉树人工林经营过程中施用袋控缓释肥可以促进土壤中磷素的累积并提高磷活化率。袋控缓释肥具有较高磷素利用效率的机制可能是通过磷元素的持续输入以及阻隔磷元素与酸性土壤的接触进而减少磷素在土壤中的固定,达到保证林木生长过程中的磷素供给。

双碳背景下农林有机废弃物资源化利用模式研究

我国农林有机废弃物量大面广,但利用率偏低,探讨农林有机废弃物资源化利用模式对实现“双碳”目标有重大意义。为此,本文列举了农林有机废弃物资源化多种利用模式,分析了农林有机废弃物资源化利用过程中主要存在问题,提出了提高农林有机废弃物利用率措施,以期为加快农林有机废弃物利用及环境保护、实现“双碳”目标提供科学依据。

北京市雾霾灾害农业损失引起的部门间接经济损失评估

雾霾灾害给农业生产造成严重损失,开展雾霾影响研究有重要的科学价值和实际意义。为了评估雾霾污染造成的经济损失,利用需求和供给驱动的投入产出模型来评价雾霾引起的农业损失所造成的经济部门间接经济损失。研究发现:(1)2012年北京市雾霾引起的农业直接经济损失是415498.5万元,从需求或者供给侧面计算的农业间接经济损失是551648.439万元,占农业GDP的13.94%;(2)从需求角度,2012年北京市雾霾灾害引起农业损失导致各个经济部门的间接关联总经济损失为1313920.404万元,占当年GDP的0.735%,从供给角度,造成的总的部门间接关联经济损失为2517272.698万元,占当年GDP的1.408%。结果表明,雾霾灾害间接经济损失明显大于直接经济损失,通过供给机制对部门造成的间接经济影响比需求造成的损失严重。本研究所构建的灾害损失评估投入产出模型方法考虑了经济部门之间的需求和供给驱动机制,是对直接经济损失和间接经济损失评估方法的完善。

桂北桉树人工林红壤速效钾含量高光谱反演模型研究

以桂北桉树人工林红壤为研究对象,测定了不同土壤速效钾含量样品的光谱数据,分析其光谱特征,采用PLS法建立反演模型。结果表明:该区域红壤速效钾含量的光谱敏感波段集中于400~600、1450、2200 nm等区域。经过一阶导数变换后,能显著减少原始光谱数据中的冗余信息,提高光谱指标与土壤速效钾含量之间的相关性。R、FDR 2种光谱指标的全波段建模结果均优于显著性波段的建模结果,最优模型为全波段-FDR-PLS,模型R^(2)=0.862,RMSE=2.718。该研究结果可为广西土壤数字制图、精准变量施肥以及土壤速效钾实时监测等近地遥感推广应用服务。

桂北土壤肥力质量对尾叶桉人工林连栽连作的响应

以桂北尾叶按三代连栽连作人工林为研究对象,分析20项土壤理化性质差异,筛选出尾叶按林地土壤肥力质量评价最小数据集,并对土壤肥力进行质量评价。结果表明:第三代尾叶按人工林大部分土壤理化指标比第一、第二代林土壤显著降低,其中第三代林土壤持水量、毛管孔隙度、有机质、全磷、有效磷、速效钾、有效元素含量显著低于第一代林、第二代林。基于主成分分析及皮尔逊相关性分析筛选出毛管孔隙度、有机质、全磷、有效磷、速效钾、有效硼、有效钙和有效锌含量,建成反映桉树人工林土壤肥力质量的最小数据集。评价发现,三代连栽尾叶按人工林土壤肥力为第二代(0.785)>第一代(0.642)>第三代林(0.566),土壤肥力质量先增加后降低,尾叶按连栽两代之后土壤理化性质显著退化。因此,建议在第二代林采伐后要及时补充因连栽下降的元素,以达到桉树速生丰产的目的。

大花序桉幼苗营养吸收及分配规律研究

对大花序桉幼苗生物量及营养元素进行测定,结果表明,大花序桉苗木平均单株生物量大小排序为茎>根>叶。幼苗主要营养含量和吸收积累规律为K>N>P>Fe>Mn>Zn>B>Ca>Cu>Mg。大量元素N、P、K贮量最高的部位均为茎,根部和叶中含量相近。大花序桉苗期叶片对主要营养元素N、P和K的吸收分配间存在相互促进的关系;Mg与Ca,Cu与P、K,Zn与N、K、Cu、Fe,Fe与N呈现互相促进关系;Mn与N、Fe、K、Cu,B与P、Cu为相互抑制关系。据此,大花序桉苗期以氮、磷、钾肥为主,其中要求养分K_(2)O>N>P_(2)O_(5),并有针对性地添加铁肥、锌肥和铜肥。