滴灌精准施肥装置棉田施氮配肥能力研究

在SPAD营养诊断氮素施肥模型基础上,确定滴灌棉花不同生育期的最佳施氮量;结合单次灌溉时间、轮灌区面积的相关研究,确定不同规格配肥盘的配肥时间。通过对比配肥盘单位时间配肥量与施肥量之间的关系,确定滴灌精准施肥装置的施氮配肥能力。结果表明:滴灌棉田单位时间施肥量只与单井出水量Q和特定棉花生育时期的施氮量Nd有关。该装置100、200、300 g 3个规格配肥盘无论在任何单井出水量情况下,都无法满足棉花全生育期追施氮肥的需要,400 g与500 g规格的配肥盘也只能满足特定单井出水量条件下的棉花追氮任务,并在此基础上对装置的优化与改进进行了阐述。

不同粒径处理的土壤全氮含量高光谱特征拟合模型

采集新疆北疆棉田385个自然土壤样本,将筛选出的土壤样品分别过2、1、0. 5、0. 15 mm筛并测定其原始光谱反射率,利用支持向量机(Support vector machine,SVM)、偏最小二乘回归(Partial least squares regression,PLSR)和多元逐步线性回归(Stepwise multiple linear regression,SMLR)方法对土壤原始光谱及其12种光谱变换数据分别构建土壤全氮含量的估测模型,并对模型精度进行检验。结果表明,土壤原始光谱特征在各个波段与全氮含量相关性都较差,不同形式的数据变换均能够提高光谱反射率与全氮含量的相关性,同一种数据变换形式在不同粒径处理中最大相关系数所对应的波段位置差异不大。从不同粒径处理的拟合精度来看,过筛粒径越小对全氮含量的估测精度越高,3种方法的最优拟合模型都是过0. 15 mm筛的处理,其中SVM方法采用(lgR)'变换后,构建模型R2c为0. 898 7,RMSEc为0. 018 1,RPD为2. 704 9,PLSR和SMLR方法均采用R'变换,构建模型的R2c分别为0. 852 0和0. 819 6,RMSEc分别为0. 041 3和0. 043 6,RPD分别为2. 554 9和2. 437 4,3种方法在该过筛处理下均能够很好地估测土壤全氮含量。用未参与建模的样本对3种最优模型进行验证,SVM、PLSR和SMLR模型的检验R2分别为0. 822 9、0. 771 5和0. 705 4,SVM方法优于PLSR和SMLR,模型具有较好的精度和稳定性,从模型的预测误差来看,土壤全氮含量越低其预测误差也越大,在氮素含量较低的情况下无法直接通过光谱反射特征准确反演。

便携式X射线荧光光谱仪实验室异位检测法的实用性研究

采用分步取样法验证便携式X射线荧光光谱仪的实验室异位检测法的实用性,以ICP-AES法为基准,对土壤重金属Cr、Cu、As、Pb的含量进行测定,试验中选用70%土壤样品建立一元线性校准模型,30%土壤样品进行校准模型的验证。结果表明,便携式X射线荧光光谱仪实验室异位检测法的检出限分别为Cr 17.7 mg/kg,Cu 10.4 mg/kg,As 5.4 mg/kg,Pb 6.2 mg/kg,均低于国家土壤环境质量一级标准。对国内外标准物质进行多次重复测定,RPD在–8.9%~7.9%,说明仪器在异位测定重金属含量时具有较好的精密度与准确度。分析PXRF法与传统方法测定建立的拟合方程,其决定系数分别为0.817 3、0.787 0、0.673 3和0.722 1,表明PXRF室内异位法可用于土壤重金属Cr、Cu、As、Pb的快速测定;二次采样建立的验证模型R2分别为0.912 4、0.897 9、0.772 3、0.872 9,逐渐靠近理想模型,充分验证PXRF异位法的实用性和校准曲线的准确性,可适用于农田土壤Cr、Cu、As、Pb的快速测定、污染筛查,为土壤重金属速效测定提供有力依据;但仪器在异位测定As元素时准确性降低,建议异位测定时需进行数据校准。

基于支持向量机的土壤主要盐分离子高光谱反演模型

快速、无损、定量地获取土壤盐分离子组成及含量是盐渍化土壤治理、改良和利用的重要依据。以新疆盐渍化土壤为研究对象,应用高光谱分析技术获取不同区域土壤盐分离子的特征光谱,在对光谱数据去噪、数据变换基础上分析了鲜样(T1)、风干(T2)和干燥(T3)3类土壤,过2、1、0.15 mm筛处理对离子含量光谱拟合模型精度的影响,建立了基于支持向量机的土壤主要盐分离子光谱反演模型,并对模型的精度和普适性进行了检验。结果表明:土壤原始特征光谱与盐分离子含量均不存在显著相关性,最大相关系数为Na+的0.41;通过光谱数据变换能够明显增强特征波段与离子含量的相关性,K+、Na+、Mg2+、Ca2+、SO_4^(2-)、Cl-和HCO-3的最优变换形式分别为(lgR)'、(lgR)'、R'、(lgR)'、CR、R'和CR,T1处理构建的拟合模型均不能很好地反演离子含量,T3处理的模型估测精度优于T2,土壤粒径越细对土壤离子含量的光谱反演效果越好。分析各处理模型的决定系数和标准误差表明,经T3处理、过0.15 mm筛所构建的离子拟合模型预测精度最高,其中K^+、Na^+、Ca2+和SO_4^(2-)的RPD分别为2.153、2.674 5、2.051和2.786 4,以未参与建模和检验的石河子垦区土样对4种离子模型的普适性检验,其R2分别为0.621 4、0.689 7、0.614 4和0.650 7,说明构建的模型适于估算该区域土壤K+、Na+、Ca2+和SO_4^(2-)的含量。

基于不同评价方法的绿洲棉田土壤质量综合评价

【目的】了解新疆绿洲棉田土壤质量状况。【方法】采集新疆主要棉区1 355个土壤样品,测定其pH值、含盐量、黏粒量、土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾、有效硫、有效铜、有效锌、土壤重金属全量铬、铜、锌、砷、铅、重金属有效铬、有效砷、有效铅、氟乐灵残留量、二甲戊乐灵残留量以及农膜残留量共21项指标,采用模糊综合评价法(FCE)、基于内梅罗综合污染指数的加权综合污染指数法(N-PI)及土壤综合质量指数评价方法(SQI)分别对绿洲棉田土壤质量进行了综合评价,并对其评价结果进行了比较分析。【结果】新疆绿洲棉田土壤呈碱性,含盐量均值为3.44 g/kg,为轻度盐化土壤,有机质和全氮均偏低,速效磷、速效钾、有效硫及微量元素有效锌、有效铜较为丰富;Cr、Cu、Zn、As、Pb等5种重金属均未超过国家二级标准,但与新疆土壤元素背景值作比较均有累积现象;棉田土壤中重金属有效态Cr、As、Pb、氟乐灵残留及二甲戊乐灵残留量均在适宜范围内,农膜残留量均值为190.98 kg/hm2,农膜污染较为严重。利用FCE法对土壤进行评价,发现绿洲棉田土壤平均质量低;N-PI法对土壤进行综合评价,表明大部分棉田土壤已受轻度污染;利用SQI法进行评价,发现土壤质量综合指标值SQI介于0.31～0.73之间,绿洲棉田土壤综合质量总体中等偏低。不同评价方法得出的评价结果有差异,在本研究中SQI法为最优的评价方法,其评价结果更为客观、科学,符合新疆绿洲棉田土壤质量的实际状况。【结论】新疆棉区土壤质量总体较差,采用通用的评价方法对其进行综合评价,SQI评价法最合理,FCE和N-PI评价法次之。