基于高分五号高光谱影像的干旱区盐渍化土壤盐分含量估算

目前星载高光谱传感器较少,基于高光谱影像的土壤盐分含量估算研究仍处于探索之中。高分五号(GF-5)是目前国内光谱分辨率最高的卫星。目的是研究高分五号高光谱影像大面积估算干旱区盐渍化土壤盐分含量的可行性。选择新疆焉耆为研究区域,采集了198个土壤样本。首先,检测土壤样本中的全盐量、Na^(+)、Ca^(2+)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-)的含量,利用ASD FieldSpec3地物光谱仪在实验室测定土壤样本的光谱反射率。然后,对实验室土壤光谱进行SG(Savitzky-Golay)平滑预处理,采用竞争自适应重加权采样法选择土壤盐分的特征波段,再利用偏最小二乘、岭回归和支持向量机建立土壤盐分含量的回归模型,发现实验室光谱反演土壤盐分的模型精度较高,五种土壤盐分反演模型的校正集决定系数均大于0.97,预测集决定系数均大于0.90。接着,获取土壤采样同期的高分五号高光谱影像数据并进行预处理,根据采样点位置在影像上提取了198个土壤样本的光谱曲线,使用与实验室光谱相同的反演方法,建立了高分五号影像光谱与土壤盐分的反演模型,五种土壤盐分(全盐量、Na^(+)、Ca^(2+)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-))反演效果最好的模型预测集决定系数分别是0.76、0.66、0.76、0.63、0.77。最后,根据高分五号影像光谱对土壤盐分的反演结果,选择精度最高的特征波段组合和建模方法,用于整个研究区域的土壤盐分含量估算。估算结果按盐渍化等级划分,研究区盐土占比76%,土地已无法耕作,非盐渍土占比16%,可种植农作物,弱盐渍土、中盐渍土和强盐渍土分布面积较小,共占8%。五种土壤盐分的估算图与全盐量插值图的空间分布趋势一致。结果表明,高分五号高光谱影像估算本研究区域的土壤盐分含量结果可信度较高。

保护地蔬菜栽培不同灌水方法对表层土壤盐分含量的影响分析

基于保护地蔬菜栽培试验,对多种灌溉方式的土壤盐分积累情况开展对比分析。从盐分含量情况来看,沟灌最高,滴灌最低。相比于其他两种灌溉方式,滴灌土壤pH值下降范围较低。0~20 cm土层中,地表处全盐含量最大,伴随深度变深呈现递减趋势;pH值伴随土层变深呈现增加态势。从可溶性盐来看,阴离子主要是NO_(3)-,阳离子主要是Ca^(2+)。这表明选取科学灌水方式是避免土壤退化、增加作物产量的可行举措。

羊粪堆肥提取液对小油菜生长及土壤盐分含量的影响

【目的】探索羊粪厌氧、好氧堆肥提取液对小油菜生长、产量、品质及土壤盐分含量的影响。【方法】以小油菜为供试作物,采取温室内盆栽试验,设不施有机肥和化肥(CK)、单施复合肥(T1)、羊粪厌氧堆肥提取液(T2)、羊粪好氧堆肥提取液(T3)、腐熟羊粪堆肥(T4)5个处理,比较分析小油菜的生长、产量、品质及土壤盐分含量。【结果】T1处理的土壤全钾含量为21.30 g/kg、有效氮含量为232.00 mg/kg,较其他处理差异显著(P<0.05);T2处理的小油菜株高为22.25 cm、硝酸盐含量为4022.00 mg/kg、蛋白质含量为3.06 g/100 g、VC含量为45.80 mg/100 g,较其他处理差异显著(P<0.05);T3处理的小油菜单株重为23.65 g/株、产量为31545.00 kg/hm2,土壤全氮含量为2.92 g/kg,较其他处理差异显著(P<0.05)。【结论】施用羊粪厌氧堆肥提取液和好氧堆肥提取液后,小油菜生长旺盛、产量较高、品质有所改善,对温室中土壤次生盐渍化的改良也起到了积极作用。

土壤盐分含量对落羽杉营养吸收的影响

土壤盐分含量直接影响着落羽杉的营养吸收。基于此,以一年生落羽杉实生苗为试验材料,分析土壤盐分含量对其根、茎、叶这3种器官吸收N、P、K、Ca这4种营养的影响。为落羽杉种植中有效控制土壤盐分含量提供数据参考,让落羽杉在生长中吸收充足的营养,能够更好地生长。

土壤调理剂对滨海盐碱地土壤盐分含量及夏玉米产量的影响

研究不同类型土壤调理剂对滨海盐碱地夏玉米田0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm土层土壤盐分含量、玉米根系形态和籽粒产量的影响,为滨海盐碱地区夏玉米田适宜土壤调理剂的选用提供理论依据。试验于2022—2023年夏玉米季在山东省滨州市滨海盐碱型农田进行。采用完全随机区组设计,以不施土壤调理剂为对照(CK),设置3种不同类型的土壤调理剂,分别为硅钙钾镁型调理剂(T1)、硅钙钾镁沸石型调理剂(T2)和硅钙钾镁聚丙烯酰胺(PAM)型调理剂(T3)。研究不同类型土壤调理剂对0~40 cm土层土壤盐分含量、玉米根系形态、叶面积指数、地上部干物质积累量、氮素积累量及籽粒产量的调控效应。结果表明,与CK相比,玉米拔节期(V6)T1、T3处理20~30 cm土层土壤总盐含量和Na+含量分别降低6.88%和23.00%、28.82%和17.44%,土壤HCO3–含量分别升高10.97%、5.66%;吐丝期(R1)T2处理10~40 cm土层土壤总盐含量、Na+含量分别平均降低9.07%、14.11%,土壤HCO3–含量平均升高21.35%。土壤总盐含量降低有利于根系和地上部生长。与CK相比,吐丝期T1、T2和T3处理0~40 cm土层玉米单株平均根系长度分别提高17.56%、74.83%和33.53%;T2和T3处理单株平均根系表面积分别提高33.35%和27.44%,单株平均根系干重分别提高14.58%和11.93%。与CK相比,T1、T2和T3处理显著提高了玉米的叶面积指数,植株地上部干物质积累量以及氮素积累量,最终提高了夏玉米产量。2022年T1、T2和T3处理籽粒产量分别提高3.81%、8.22%和4.72%;2023年分别提高8.08%、18.88%和15.95%。综合分析可知,本试验条件下硅钙钾镁沸石型调理剂可有效降低玉米吐丝期土壤盐分含量,减轻盐分胁迫,促进玉米根系生长和对氮素的吸收,增加地上部氮素积累量和干物质积累量,显著增加籽粒产量,是滨海盐碱地降低盐碱胁迫促进夏玉米生长的最佳土壤调理剂类型。

红砂叶片ABA含量与土壤水分、盐分含量及其相关关系研究

通过对额济纳荒漠区3个不同红砂样地的土壤水分量、土壤盐分含量及红砂叶片ABA含量的测定,分析红砂叶片ABA含量对土壤含水量、含盐量的响应以及红砂叶片ABA含量与土壤水分、盐分含量的相关关系。结果表明：3个不同红砂样地土壤含水量介于0.22%~3.30%之间,平均含水量为1.70%;土壤含盐量最低值为2.45 g/kg,土壤最高含盐量为6.96 g/kg,含盐量均值为4.28 g/kg;红砂叶片ABA含量在33.7~88.1 ng/g范围内,叶片ABA平均含量为61.05 ng/g。在土壤含盐量均值为4.35 g/kg、土壤平均含水量最高为2.58%的样地中,红砂叶片ABA平均含量为68.5 ng/g。但在土壤含水量均值最低为0.86%、含盐量均值最高为4.79 g/kg的样地中,ABA含量却仅为64.5 ng/g,说明在不同样地中红砂叶片ABA对双重逆境胁迫产生的积累程度表现不同。通过对红砂ABA含量与土壤盐分、水分含量的相关关系分析表明,ABA含量与土壤含水量呈显著负相关,相关系数为R=-0.621（p〈0.05）;与土壤含盐量呈显著正相关,相关系数为R=0.786（p〈0.05）。

节水改造工程对灌区土壤盐渍化的影响

为了探明节水改造措施对盐渍化灌区土壤盐分含量的影响效果,通过设置点位取样测量的方式,对比不同土层深度、不同区域以及不同时间下土壤中的盐分含量。结果表明,在未进行节水改造时,表层土壤在秋浇之前盐分含量较高,为3.44g/kg,而秋浇之后各深度土壤含量依次减小29%、28.7%、20.9%,表明对土壤盐分的淋洗起到很好的效果;0~10cm、10~30cm以及30~50cm土层深度的变异性,依次为强变异性、中等变异性和中等变异性;缓冲区内土壤盐分含量与渠道距离呈线性负相关的关系,即随着距离的增长,土壤含盐量逐渐降低;距离增长时,与0~30cm深度土层相比,30~50cm深度土层内盐分含量减小程度更快。在采取节水改造措施后,短期缓冲区土壤盐分含量平均值减小速度低于长期改造区;在经历秋浇之后,缓冲区对土壤含盐量的解释能力得到提高,表明秋浇可以在一定程度上缓解盐分在土壤中的表聚作用。

内蒙古阿拉善左旗红砂荒漠土壤盐分离子含量与其含水量相关关系研究

对内蒙古阿拉善左旗红砂荒漠土壤盐分离子含量和土壤含水量的分布规律进行了研究,并对两者之间做了相关和回归分析。结果表明,阿拉善左旗红砂荒漠土壤中盐分离子的含量,阳离子以Na+为主,阴离子以SO42-为主。在垂直分布上,Mg2+、Na+、Cl-和SO42-含量随着土层深度的增加而增加,而K+、CO32-和HCO3-含量随着土层深度的增加而减少。阿拉善左旗3个地区(乌力吉、长流水和孪井滩)的土壤含水量介于1.39%～8.01%之间,平均含水量为5.02%。3个地区中,红砂荒漠土壤所含盐分离子中的Mg2+、Cl-和SO42-均与其土壤含水量之间存在明显的线性关系。

滨海涂区水稻黄熟期不同排水时间对土壤盐分及水稻产量的影响

在浙江上虞涂区研究了水稻黄熟期不同排水时间对1 m土层盐分含量、水稻地上部Na含量及水稻产量的影响。结果表明:该时期的稻田土层盐分含量随土层深度的增加而增加。水稻黄熟期排水后,0～80cm土层中盐分含量呈上升的趋势,且排水越早,土层中盐分含量上升的幅度越大,但80～100 cm土层盐分含量变化不显著。黄熟期水稻地上部Na含量随时间的推移而逐渐增高,且排水越早,水稻地上部Na含量增幅越大。以当地常规排水时间(10月7日)为对照,提前排水12 d,水稻产量下降8.2%,而延期排水14 d则可使水稻产量提高18%,同时千粒重和水稻穗实粒数也显著提高,但延期排水29 d与延期排水14 d相比,水稻产量并未显著增加。由此可见,滨海涂区水稻黄熟期延期排水14 d可作为保证水稻稳产的有效技术措施之一。

磁化再生水对玉米幼苗生长及土壤盐分的影响

以玉米为研究对象,进行种子萌发试验和幼苗生长试验,研究0、1000、3000、5000、8000 Gs磁场强度磁化清水对玉米种子萌发的影响,以及磁化清水、磁化再生水对玉米幼苗生长的影响,以期为再生水的安全利用提供理论依据。结果表明,一定磁场强度(0~5000 Gs)下,磁化清水处理玉米种子的发芽势、发芽率、发芽指数提高,活力指数降低;当磁场强度达到8000 Gs时,发芽势、发芽率、发芽指数均有所降低,活力指数与未磁化处理一致,上述变化差异均不显著。与磁化清水相比,磁化再生水可提高玉米幼苗株高,但差异不显著;与未磁化再生水相比,磁化再生水灌溉对玉米幼苗株高前期抑制后期提高,尤其是磁场强度3000 Gs和8000 Gs处理。与未磁化处理相比,磁化清水、磁化再生水总体上均可提高玉米幼苗叶片含水率和SOD活性,降低土壤斥水性,中强度磁化再生水、磁化清水均会显著提高土壤盐分含量,但磁化清水、磁化再生水间差异均不显著。综合分析,磁化处理对玉米种子萌发、生长总体上有促进作用,但磁化再生水与磁化清水处理对玉米幼苗生长的影响总体上差异不显著,中强度磁化再生水、磁化清水会提高土壤盐分含量。

油葵不同灌溉模式对土壤水盐含量的影响及经济效益分析

通过研究油葵不同灌水方式对土壤水分、盐分含量的变化和经济效益比较,找出合理的灌溉模式,提高灌溉水利用率。试验设4个处理:不灌水(CK)、灌水1次(开花期)、灌水2次(开花期、灌浆期各一次)、灌水3次(现蕾期、开花期、灌浆期各一次),每次灌水量900 m3/hm^2,重复3次,随机区组排列。结果表明:灌水2次处理在降低0~20cm土层土壤盐分含量、p H方面效果最好;灌水2次处理显著提高了油葵产量和经济效益,分别比对照提高91%、117%。灌水2次处理模式有利于油葵正常生长发育,降低了土壤返盐,能抑制耕作层中盐分的表聚,显著地提高油葵产量和经济效益,是油葵最佳的灌溉模式。

农田耕作与土壤盐分的变化

雷玉平,田魁祥,孙景玉,山崎 素直,但野 利秋:农田耕作与土壤盐分的变化,《生态农业研究》,3(3)1995:71—74 采用原状土隔离池进行了盐分运移的定位试验。结果表明:含盐量0.11—0.28％的轻盐渍化或脱盐潮土处在不断脱盐过程中,平均年脱盐速率为0.0125％;小麦种植期,土壤处于返盐过程,盐分在上层积累;夏玉米种植期,土壤处于脱盐过程;盐分运动是一个盐离子的层次间传递过程,不同盐离子传递的强度不同,以氯根和钠离子变动最大,而硫酸根和钙离子变幅较小,碳酸根较稳定。

基于GRNN的ALI多光谱遥感数据土壤盐分反演研究

受环境变化和人类活动的双重影响,土壤盐渍化已经成为土壤退化的重要形式。及时展开土壤盐渍化研究对改善现状和预防其进一步发展具有重要意义。本文以黄河三角洲一处典型区域为研究对象,在野外光谱测量和实验室理化分析的基础上,采用广义回归神经网络(GRNN)方法建立了土壤盐分反演模型,模型的决定系数为0.855,均方根误差为0.119g.kg-1。将GRNN模型应用到ALI反射率图像上得到土壤盐分反演分布图。结合野外调查结果发现,GRNN方法得到的土壤盐分值的空间分布结果与实际情况一致。

压砂地土壤盐分、土壤水分及坡向对西瓜产量的影响

通过田间调查及取样的方法,研究了宁夏环香山地区土壤盐分本底值、土壤水分及坡地坡向对压砂地西瓜产量的影响,并采用独立样本T-检验的统计方法对数据进行了分析,以期为不同压砂地西瓜生产力评价提供参考依据。研究结果表明：在种植管理相同前提下,土壤盐分含量高压砂地西瓜产量比盐分含量低的增加了50.4%;土壤水分含量高压砂地的西瓜产量比土壤水分含量低增加了12.6%;旱地阴坡土壤含水率显著大于阳坡（P〈0.05）,但阴坡的西瓜产量在数值上高于阳坡,差异不显著。压砂措施具有良好的压盐作用,表现为压砂地0~80cm土壤盐分含量随深度增加而逐渐增大。

基于地物高光谱和无人机多光谱的黄河三角洲土壤盐分机器学习反演模型

土壤盐渍化是限制黄河三角洲地区农业经济发展的重要因素,进一步阻碍了农业生产。为了探索无人机影像在地表无植被覆盖条件下的土壤盐分含量反演状况,以黄河三角洲典型区域为研究区,获取地物高光谱和无人机多光谱两种数据源与样点土壤盐分含量,通过优选敏感光谱参量,使用偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)和随机森林(Random Forest,RF)两种机器学习算法建立土壤盐分含量反演模型,实现研究区的土壤盐分含量反演。结果表明:(1)高光谱1972 nm波段与土壤盐分含量间的敏感性最高,相关系数为-0.31。(2)两种不同数据源优化后的RF模型均优于PLSR,且稳定性更好。(3)基于地物高光谱的RF模型(R^(2)=0.54,RMSEv=3.30 g/kg)优于基于无人机多光谱的RF模型(R^(2)=0.54,验证RMSRv=3.35 g/kg)。(4)结合无人机影像采用多光谱RF模型对研究区耕地的土壤盐分含量进行反演,研究区总体以轻、中度盐渍化土壤为主,对作物的耕种具有一定程度的限制。本研究构建并对比了两种不同源数据的黄河三角洲土壤盐分反演模型,并结合各自数据源的优势进行优化,探索了地表无植被覆盖情况下的土壤盐分含量反演方法,对更精准反演土地盐渍化程度提供了参考。

石膏和腐植酸配施对干旱盐碱区土壤改良及棉花生长的影响

针对试验区盐碱土特点,选择石膏和腐植酸为盐碱土壤改良剂,通过石膏、腐植酸单施与石膏和腐植酸不同用量配施试验,分析了改良剂施用后土壤盐分含量和pH变化及对棉花株高、茎粗和产量的影响,优选出适宜于该试验区的最佳改良剂。试验结果表明,石膏和腐植酸质量配比9∶1组合在3000和4500 kg/hm^2施用量情况下,0~20 cm土壤降盐效果好于单独施用石膏或腐植酸处理;而单施腐植酸处理对棉花增产效果最好,较对照增产29.8%。综合来看,该地区较优的改良剂及用量为:石膏和腐植酸质量配比9∶1混合施用3000 kg/hm^2,其可使0~20 cm土壤含盐量较对照下降24.3%,棉花增产24%。

不同矿化度滴灌水对沙漠公路防护林土壤微生物的效应分析

在塔里木沙漠公路防护林区,选取四种滴灌用水矿化度值2.58/g.L-1、5.75/g.L-1、8.90/g.L-1和13.99/g.L-1的防护林地,采集0-5cm、5-15cm、15-30cm和30-50cm土层的土壤,分析了土壤微生物在不同矿化度滴灌水作用下的变异规律,结果表明:滴灌用水矿化度值不同的防护林地土壤微生物数量差异明显,微生物数量随矿化度值增大而减少;不同土层间土壤微生物数量亦出现差异,中层土壤最大;当滴灌用水矿化度值增大时,土壤盐分含量会升高;由于高矿化度滴灌水的作用,土壤物理结构变差,从而影响速效养分的积累。由此可见,高矿化度滴灌水会使土壤积盐、板结硬化,不利于土壤团粒结构形成和养分活化积累,土壤质量下降,从而抑制土壤微生物生长和发育。

不同含盐量土壤对盐柳1号苗木生长影响

为研究土壤盐分对盐柳1号(Salix psammophila‘Yanliu-1')苗木生长发育进程的影响,在3种不同盐分含量的土壤上栽植该树种,把株高和地径生长累积量变化作为主要因子,各选20株从萌芽开始每隔约10d左右测量1次株高和地径,至其生长值停止增长为止,对测量结果进行分析比较,探讨土壤含盐量对苗木生长的影响。结果表明:1)该树种在3种不同盐分含量的土壤上,苗木成活率和保存率都很高,分别≥95%、≥93%,其耐盐碱能力较强,具有一定的抗盐碱特性,适宜本地栽植;2)该树种在2种低含盐量的土壤上,苗木生长量基本接近,无明显差异,与高含盐量土壤上栽植的苗木相比,生长量差异极其显著,株高是后者的2.13~2.18倍,地径是后者的1.78~1.88倍;3)该树种株高和地径的生长规律符合S型生长曲线,对Logistic方程分析均达到了极其显著的水平,苗木4月29日萌芽,7月30日左右进入生长高峰期,10月13日后转入生长停止增长期,整个苗木的生长期约为180d;4)应用Logistic方程深化分析后可知,3种不同含盐量的土壤对该树种苗木的生长期影响不明显,各生长阶段基本上相互重合,即土壤盐分含量过高,它对苗木株高和地径生长的负面作用时间较长,基本上涵盖了全生育期;5)在3种不同盐分含量的土壤上栽植苗木后,土层0~20cm内土壤全盐含量明显降低,土层20~50cm内土壤全盐含量略有降低,而土壤pH值、养分含量变化不明显。总之,该树种具有较强的耐盐碱特性,适宜当地栽植,要使该树种苗木快生快长,关键是做好苗木速生期的栽培管理工作。

保护地栽培土壤生产性能变化及对策研究

保护地栽培是近几年发起的一场农业新技术革命,在很大程度上它打破了传统农业的生产模式和生产布局,对当今特别是今后农业生产必将产生深远的影响。随着保护地栽培的迅猛发展,目前保护地栽培的土壤生产性能出现了两个比较突出的变化:一是次生盐碱化日趋严重,土地生产性能下降,最终变的不适宜进行保护地栽培;二是土壤微生物区系变得单一,病源微生物趋于活跃,作物病虫害较重,严重影响了生产效益。因此找出土壤的水盐运动状态及规律和土壤微生物区系的变化情况,并在此基础上找到保护地土壤的管理模式,人为改变保护地土壤的水盐运动状态,达到降低和消除次生盐碱化的目的;调整土壤微生物区系,让有益微生物处于优势状态,达到预防和降低作物病虫害的发病率的目的。

基于遗传算法优化BP神经网络的土壤盐渍化反演

应用于土壤盐分含量(Soil Salinity Content,SSC)反演的BP神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)较少关注对模型精度影响较大的结构参数和初始权重的优化。该文利用Landsat-8 OLI、Sentinel-1 SAR影像数据及SRTM高程数据,基于谷歌地球引擎(GEE)平台构建反演参数,并建立3种反演模型:先利用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)同步优化输入层反演参数子集和隐含层神经元数量,再优化初始权重的BPNN(GA-BP)模型;将变量投影重要性(Variable Importance in Projection,VIP)算法分割阈值分别设为1和0.5,优化出两组输入层反演参数子集并将其分别代入GA优化隐含层神经元数量,再优化初始权重的BPNN(VIP1-GA-BP、VIP2-GA-BP)模型。在玛纳斯流域和三工河流域各选一靶区进行SSC反演,对比分析GA-BP、VIP1-GA-BP、VIP2-GA-BP模型的反演精度,并统计各类盐渍土的面积比例,结果表明:1)两靶区3组模型反演精度由高到低排序均为GA-BP、VIP1-GA-BP、VIP2-GA-BP;2)盐分指数和植被指数在SSC反演中起到重要作用,同一模型筛选的反演参数存在空间分异性,但高程适用于不同的筛选模型,具有较强的鲁棒性;3)两靶区3组模型反演的SSC值域范围与实际采样点SSC值域范围的差异均较小,各子区GA-BP反演的SSC空间分布地物轮廓最清晰,且地物内SSC的均质性最好;4)玛纳斯靶区和三工河靶区面积占比最大的盐渍土类型分别为盐渍土和中度盐渍土。研究结果为构建具有一定推广性的干旱区土壤盐分含量反演模型奠定了基础。