基于近地多光谱和OLI影像的黄河三角洲冬小麦种植区盐分估算及遥感反演——以山东省垦利县和无棣县为例

黄河三角洲是我国重要的后备土地资源区,而土壤盐渍化对该区的农业生产影响巨大,因此,及时获取该区农作物种植区土壤盐分含量及其分布具有重要意义。论文利用ADC便携式多光谱相机和EC110便携式盐分计,采集该区近地多光谱相片和土壤表层含盐量数据,结合两期遥感影像提取黄河三角洲冬小麦种植区面积分布,构建基于近地多光谱植被指数的土壤含盐量估算模型,进而将模型拟合反演到黄河三角洲OLI影像,得到黄河三角洲冬小麦种植区土壤盐分含量空间分布图,对麦区土壤盐分状况进行了分析。结果显示,土壤含盐量最佳估算模型为以SAVI为因变量的线性模型（Y=-0.754x+0.870,n=80）,估测R²为0.747,精度达到81.44%;研究区冬小麦分布由西南部内陆至东北部沿海呈明显递减的空间趋势;麦田土壤盐分含量主要集中在1.5~3.0 g/kg之间,占种植总面积的76.90%,而含盐大于3.0 g/kg的麦田占14.09%,宜采取针对性栽培管理措施。该研究探索了基于近地多光谱数据和OLI影像的土壤含盐量估算方法,为黄河三角洲麦田管理和土壤盐分含量估算提供了快速有效的技术手段。     

GF-5高光谱遥感影像的土壤有机质含量反演估算研究

本文基于高光谱遥感影像对土壤有机质含量进行反演估算,以哈尔滨与兴安盟交界处的平原地表土壤为试验对象.首先,基于辐射和几何校正等预处理的高分五号（GF-5）高光谱遥感影像,依据五点采样法采集影像覆盖范围的地表土壤样本共100组,在实验室内进行理化分析等一系列处理获取样本土壤有机质含量数据.然后,运用偏最小二乘法建立高光谱影像土壤沙化指数、土壤退化指数、归一化亮度指数和土壤盐分指数反演土壤有机质含量的估算模型.比较基于原始反射率数据、一节微分反射率数据和4种土壤指数构建的反演模型的预测精度,通过65%的建模样本和35%的预测样本验证表明,反演模型中基于土壤指数建立的反演模型的预测验证精度最高,预测集验证中ρ为0.816,RMSE为1.7287.并将该反演模型运用到高光谱影像的土壤有机质含量的反演估算,实际测量的SOM与影像反演SOM含量变化趋势一致,相关性达到80.023%以上,验证了模型的反演估算精度.     

焉耆盆地天然植被与地下水关系研究

根据不同水分、盐分梯度,将焉耆盆地分为河畔区、荒漠区和湖畔区。调查不同区天然植被种类、数量、盖度等因子与不同水分、盐分的关系,结果表明：河畔区从第一分水枢纽到开都河下游70km范围内,土壤水分无明显梯度变化,土壤盐分、地下水矿物质含量则呈明显增加趋势;随盐分梯度变化,乔、灌、草植被盖度与土壤含盐量呈指数关系;适宜植被生长的地下水埋深范围为0.5~2.4m,当地下水矿物质含量为0.62g/L时,河畔区植被生长最好。荒漠区（西区、南区、北区）从西北到东南方向,土壤水分、盐分均呈增加趋势;不同盐分条件对植被盖度有明显影响,当土壤含盐量在6~10g/kg之间时,随土壤含盐量增加,植被覆盖度降低,植被种类明显减少。湖畔区离湖1~3km范围,随离湖距离增加,土壤水分减小,盐分增大;随土壤含盐量增加,灌、草植被盖度逐渐减小,适宜植被生长的地下水埋深范围为0.5~5.7m;当地下水矿物质含量0.5g/L左右时,湖畔区植被生长最佳;地下水矿物质含量3~5g/L时,盐漠植被仍生长良好。     

黄河三角洲碱蓬湿地土壤有机碳及其组分分布特征

应用物理分组方法研究了黄河三角洲典型碱蓬湿地土壤有机碳及其组分分布特征.结果表明,研究区土壤重组有机碳是土壤有机碳的主要组成部分,土壤重组有机碳含量、土壤颗粒有机碳含量与土壤总有机碳含量都显著正相关.研究区土壤轻组组分比例和含量范围分别在0.008%～0.15%和0.10～0.40 g·kg-1,颗粒有机碳分配比例范围为8.83%～30.58%,说明黄河三角洲碱蓬湿地土壤有机碳中非保护性组分较低,碳库相对稳定.     

黄河三角洲芦苇湿地土壤有机碳储量沿盐分梯度的变化特征

以黄河三角洲芦苇湿地为研究对象,于2019年6月自海向陆沿盐分梯度采集土壤和植物样品,研究了不同盐度条件下芦苇湿地土壤有机碳含量和储量的空间分布特征及其与土壤属性和植物地下生物量的关系.结果 表明,黄河三角洲芦苇湿地100 cm深土壤有机碳储量为4.46～7.65 kg·m-2,平均值为6.24 kg· m-2.表层浓...     

不同干扰程度下土壤盐分和有机质空间变异特征

为明确人类活动影响下土壤盐分和有机质的空间变化特征,对新疆阜康市土壤实地定点取样,基于GIS和地统计学方法,分析不同人为干扰程度下土壤盐分和有机质的相关性及空间变异特征。结果表明:1)随干扰程度的增加,土壤盐分含量逐渐增加,有机质含量逐渐减小,两者变异系数在15.45%～60.19%,均属中等变异;2)各干扰程度下土壤盐分和有机质的相关性为:相对无人为干扰区>人为干扰区>重度人为干扰区,相关系数分别为:-0.614、-0.412、0.043;3)干扰程度越大,土壤盐分和有机质受随机因素作用越来越强,相对无人为干扰区两者块基比为12.5%和9.68%,具有强烈的空间相关性;4)Kriging插值结果为:相对无人为干扰和人为干扰区土壤盐分高、有机质低分布区域具有一致性,重度人为干扰区两者分布复杂,关系不明显。研究结果可为盐渍土的改良利用及人类合理适度开垦提供参考。     

县域棉花信息遥感提取与棉田精确化管理分区研究

棉田信息化的精确管理是提高棉花生产管理水平及我国数字农业发展的客观需求。论文以山东省夏津县为研究区,选取棉花4个不同生长期的HJ-1卫星遥感影像,通过物候历分析和主要农作物的光谱特征,确定棉花识别最佳时相,建立提取模型,获取棉花种植区信息。建立棉花花铃期遥感影像的特征光谱指数,并与实测的5种主要土壤养分数据结合,运用相关分析、 主成分分析和K均值聚类分析方法,划分棉花管理区,并对分区结果的合理性进行差异显著性评价分析。结果显示:棉花种植区提取的最佳时相为蕾期,提取精度达到93%以上;优化土壤调节植被指数(OSAVI)能够较好地反映棉花的长势信息,同时与土壤养分具有显著的相关性;利用主成分分区指标将研究区棉田划分为3个管理区:管理一区占总棉田面积的24.67%,土壤有机质和氮磷钾含量最高,棉花长势旺盛;管理二区占47.02%,土壤养分含量中等,棉花长势一般;管理三区占28.31%,土壤肥力最低,棉花长势较差;各管理分区内土壤养分的变异系数都显著减小,分区间土壤养分和光谱指数均值差异显著,显示了分区的合理性。该研究可为实时准确的棉花栽培管理与决策提供科学依据。     

黄河口滨岸潮滩湿地植物-土壤系统有机碳空间分布特征

了解黄河三角洲滨海湿地有机碳状况是开展我国典型砂质和淤泥型海滩湿地生物地球化学过程及湿地生态修复研究的基础,通过对黄河三角洲自然保护区新生滨海湿地植物-土壤系统有机碳的空间分布特征及其影响因子的研究表明,不同类型湿地植物碳含量差异性不大,而植物碳密度变化幅度较大,且其空间变化趋势与植物生物量空间分布格局相似,均呈M型.表层土壤有机碳含量范围在0.75～8.35 g·kg-1之间,明显低于淡水沼泽湿地生态系统, 土壤有机碳密度分布趋势与土壤有机碳含量基本一致.相关分析表明,pH值与土壤有机碳密度呈负相关,土壤TN、C/N、含盐量与土壤有机碳密度呈线性正相关性,而土壤有机碳密度、土壤TN、C/N、pH值、含盐量与植物碳密度相关性不显著.     

天山西部伊犁河流域土壤盐分特征

采用相关分析法与主成分分析法研究了伊犁河流域土壤盐分特征.结果表明:研究区域耕层(3～20 cm)土壤53.68%样地为非盐渍化土壤,18.38%为轻度盐渍化,13.97%为中度盐渍化,8.82%为重度盐渍化,5.15%为盐土;土壤盐渍化类型以硫酸盐渍土为主,占68.41%.盐分组成中,阴离子以SO₄2-和Cl-为主,阳离子以Na+和Ca2+为主;土壤盐分与Cl-和SO₄2-分别呈极显著、显著正相关关系,揭示了土壤盐分大小与w(Cl-)和w(SO₄2-)有关;表层(0～3 cm)土壤盐分平均值占0～60 cm土层盐分平均值的60.19 %,即土壤盐分垂直分布呈现强烈表聚性.主成分分析结果表明,盐分,w(Cl-),w(SO₄2-),w(Mg2+)与w(Ca2+)可作为研究区域土壤盐渍化状况的特征因子.不同土地利用类型条件下,耕层土壤盐分平均值从高到低依次为草地、旱田、稻田、林地.不同灌溉条件下,井灌农田耕层土壤盐分平均值为1.12 g/kg,渠灌农田耕层土壤盐分平均值为0.73 g/kg,渠灌农田耕层土壤盐分平均值比井灌农田小0.39 g/kg.不同时期耕层土壤盐分平均值从高到低依次为非灌溉期、夏灌期、秋灌期.      

典型设施环境条件对土壤活性磷变化的影响

采用室内强化模拟试验,研究了90d培养期内环境温度、土壤酸化和盐渍化3种典型设施环境条件对土壤易解吸磷（CaCl₂-P）、有效磷（Olsen-P）、微生物生物量磷（MB-P）以及微生物生物量碳磷比（MB-C/P）等活性磷的影响.结果显示,设施土壤MB-P含量随着环境温度的升高而显著上升;10℃培养结束时土壤CaCl₂-P和Olsen-P含量比4℃对照分别提高15.6%和2.7%.酸化促进设施土壤CaCl₂-P及Olsen-P含量增加,而使土壤MB-P含量显著下降.培养结束时,与pH值为6.89的对照土壤相比,pH值为6.11和5.30的酸化处理土壤CaCl₂-P含量分别提高26.7%和156.1%,其Olsen-P含量分别增加14.1%和91.5%,其MB-P含量的降幅分别为13.3%和16.3%.盐化对土壤CaCl₂-P和Olsen-P含量的影响均不显著,土壤MB-P含量在12d后随盐化程度加重而显著下降.培养结束时,与土壤可溶性盐分为1.90g/kg的对照相比,可溶性盐分为3.05g/kg和5.01g/kg的土壤MB-P含量分别下降42.2%和45.8%.另外,设施环境温度提升、酸化和盐化使土壤MB-C/P在40d后整体上均呈下降趋势.综上所述,在4~25℃范围内提升环境温度,减缓土壤pH值从6.89降至5.30的酸化过程,阻控土壤可溶性盐分从1.90g/kg升至5.01g/kg盐化进程,可保证设施土壤磷素供应,降低土壤磷素流失风险,增强微生物调控土壤有效磷库的潜力.     

香溪河消落区及上缘土壤磷素的时空分布特征

采用修正的Hedley分级方法,对香溪河消落区及其上缘不同土层的土壤磷形态进行了动态监测,并分析其时空动态变化特征。结果表明,上缘(175 m上)土壤全年总磷(TP)含量在0.290~0.889 g/kg之间,总磷均值的总体趋势是春季(0.676 g/kg)夏季(0.595g/kg)秋季(0.530 g/kg)冬季(0.436 g/kg),春季与夏季间差异显著(P0.05);除残余磷(Res-P)外,其余形态磷在夏季有释放的现象。消落区及上缘的表层土壤中总磷含量(均值0.543 g/kg)及可利用磷形态(49.4%)显著高于下层土壤(TP均值0.492 g/kg;磷形态42.3%)。消落区上缘土壤总磷含量(0.636 g/kg)略高于消落区土壤总磷含量(0.567 g/kg)。消落区土壤全年(0.354~0.807 g/kg)及其上缘土壤全年(0.290~0.889 g/kg)的总磷含量除在WGS(样带3)点最低外,其余样点在香溪河沿程的分布规律均不明显;各形态磷在沿程上与总磷一样,空间异质性很大。该研究分析了香溪河磷素的时空变化特征,为三峡库区香溪河水体富营养化治理提供参考。     

连云港徐圩新区盐渍土盐分时空分布特征及其主要影响因素分析

调查分析土壤盐分的时空分布规律和变异特征,对于揭示土壤盐渍化成因、制定盐渍土改良方案、提升土地质量具有重要意义。以江苏沿海典型盐渍土分布区——连云港市徐圩新区作为研究区,应用地统计学与GIS相结合的方法,开展了研究区土壤盐分的空间分布特征研究,并基于长序列土壤水分和盐分的原位监测数据,分析了研究区土壤水盐的动态运移规律,在此基础上综合分析了影响研究区土壤盐分时空分布的主要环境因素。结果表明:随着土壤盐分含量的变化,区内土壤盐分中离子组成呈现出规律性变化特征,NaCl是土壤盐分的主要存在形式;研究区各层位土壤盐分均表现出中等程度的空间自相关性,其空间分布受随机因素和结构性因素的共同影响;研究区土壤盐分总体呈现出"东高西低"的水平向分布格局,在垂向分布上土壤盐分剖面特征表现出底聚型和表聚型两种主要类型;研究区表层土壤盐分呈现出明显的季节性变化特征,土壤脱盐-积盐过程交替发生;海岸线变迁、地下水埋深与TDS值、土地利用方式的差异是影响研究区土壤盐分空间分布的主要环境因素,气象因素是影响研究区表层土壤盐分年内动态变化的直接环境因素。     

基于热红外遥感数据和光谱混合分解模型的城市不透水面估算

不透水面的迅速增长是城市化的显著特征之一,针对大范围的城市监测,运用遥感技术迅速提取城市不透水面是当前国内外研究的热点。论文选用Landsat 7的ETM+影像,基于光谱混合分解模型,结合热红外遥感数据反演生成的地表温度,研究杭州市的不透水面分布信息的提取。通过高、低反照率、植被及土壤4类光谱端元的线性组合来表征不同城市土地类型,并利用地表温度和土壤分量分别剔除高、低反照率分量中的"噪声",综合修正后的高反照率分量和低反照率分量估算杭州市不透水面分布。结果显示,研究区中均方根误差的平均值为0.003 6,不透水面分布结果与同期Google earth上的高分辨率影像和SPOT 4影像的解译结果对比分析,绝大多数样本的估算值与解译值之差落在±0.15区间内,精度令人满意。研究表明,热红外遥感数据和光谱混合分解模型相结合,可以实现对不透水面进行快速、精确的估算。     

黄河三角洲新生滨海湿地土壤营养元素空间分布特征

根据植被分布状况,在黄河三角洲国家级自然保护区核心区新生湿地内由黄河岸边至海滩方向布设两条平行样带,研究土壤营养元素空间分布特征.结果表明,黄河三角洲新生滨海湿地表层土壤中TN、NH4+-N、NO3--N、TOC、TS和TP平均含量分别为419.37mg·kg-1、3.27mg·kg-1、0.87mg·kg-1、3.43g·kg-1、381.27mg·kg-1和500.86mg·kg-1.从黄河岸边至近海光滩区,土壤中TN、NO3--N、TOC和TS含量逐渐升高.TOC、TN、NH4+-N和NO3--N含量在剖面上均表现为由表向下逐渐降低的规律.相关分析表明,土壤中TS、NO3--N、TN含量与TOC含量之间存在着极显著的正相关,土壤含盐量和pH是影响土壤中TOC、TS、NO3--N、TN含量和碳氮比大小的主要指标.     

基于高光谱遥感的镉污染潜在风险估算

为探究高光谱遥感快速监测镉污染的可行性,本文利用2002年以来农田土壤重金属镉实测数据,镉的标准原子光谱曲线数据,HSI(Hyperspectral Imaging Radiometer)高光谱遥感卫星数据,选取长江流域10个地区作为研究区,基于随机森林法估算镉污染的潜在风险空间分布值。结果表明:通过原子标准光谱曲线选择特征波段是可行的,能够极大简化特征波段选取流程;随机森林法具有估算土壤重金属镉含量的能力,预测准确度较高;长江流域镉污染超标问题普遍存在,大部分研究区超标率高于8%,其中上游地区镉污染较中下游地区更为严重,上游研究区镉污染超标率均大于20%。     

额尔齐斯河土壤重金属含量空间变异特征

以额尔齐斯河流域为研究对象,布设106个土壤采样点,采样测定表层0~40 cm土壤中重金属Cu、Zn、As、Pb及盐分含量,应用统计学和地统计学的方法分析数据的统计特征和结构特征,借助GIS技术,讨论了额尔齐斯河流域重金属及盐分含量的空间分布特征。结果表明:重金属Cu、Zn、As和Pb在土壤中的累积量分别介于17.110~157.540,56.360~2 032.980,6.370~19.880,12.19~131.520mg/kg之间,且Zn和Pb的含量远高于新疆土壤重金属元素背景值,表明了研究区Zn和Pb是区域主要污染物,具有高度累积的趋势;重金属As与Pb的块金系数最高,空间相关性较弱。而Cu与Zn的块金值相对较低,空间相关性较高,揭示重金属结构性变异和随机性变异的复合作用。土壤盐分为线性模型,主要为随机性变异,pH呈现高斯模型,结构性变异程度明显;重金属空间分布差异明显,Cu与pH、全盐的空间分布呈现较好的一致性,空间分布呈现环岛状,Zn含量分布东北多西南少,As与Pb分布北多南少,表现出较强的独立性和随机性。研究对流域重金属污染的风险评估具有借鉴意义。     

黄河三角洲典型植被潜在分布区模拟——以翅碱蓬群落为例

黄河三角洲是典型的滨海河口湿地,由于人类活动的影响及其生态系统先天脆弱性和敏感性,黄河三角洲生态环境受到严重破坏,保护当地自然植被、恢复生态系统功能为当地面临的一个主要任务。论文以当地一种典型植被类型——翅碱蓬(Suaeda heteroptera)群落为例,以广义加法模型(Generalized Additive Models,GAMs)作为分析、模拟的手段,探索黄河三角洲典型植被空间分布与环境因子之间的关系,并模拟其潜在分布区,以期为当地生态恢复提供参考。植被分布以及土壤数据通过野外调查获取,共计获取641个植物群落样方、964个土壤样品,并测定了土壤有机质、全磷、全盐和可溶性钾等理化指标。另外还收集了黄河三角洲的土壤类型、地貌类型和DEM等数据。基于收集的植被与环境因子数据,采用广义加法模型分析了植被与环境之间的关系,结果表明土壤全盐含量、地表高程和土壤全磷含量对翅碱蓬群落分布具有重要的影响。在上述分析的基础上,建立了翅碱蓬群落分布与环境因子之间的关系模型。基于建立的植被-环境关系模型,对翅碱蓬群落在更广阔范围内(植被受损区)的分布进行了预测,并生成翅碱蓬群落潜在分布区概率图,通过该图可以看出,翅碱蓬群落在地面高程较小、土壤含盐量较大的区域出现的概率较大。最后采用基于ROC曲线的方法对模拟结果进行了验证,交叉验证和单一验证的ROC曲线的AUC值都超过了0.8,模型诊断结果达到良好水平,并有很好的稳定性,模拟的结果可以为黄河三角洲的植被恢复提供较为有价值的参考。     

黄河三角洲不同类型湿地土壤盐分的剖面分异特征

为探究高强度人为干扰是否改变滨海湿地土壤盐分的剖面特征,采集黄河三角洲典型自然湿地和人为干扰湿地不同植物群落下的土壤剖面样品,进行实验室测定。运用单因素方差分析、非参数检验、聚类分析等方法,对土壤剖面含盐量及理化性状进行统计分析。结果显示：由陆向海湿地土壤从轻度盐渍化向盐土过渡,盐分剖面特征受人为活动影响显著,同时人为影响因植被类型而异。总体而言,人为干扰湿地土壤盐渍化程度高于自然湿地。土壤盐分剖面类型可划分为表聚型、震荡型和均匀型三种,空间上由海向陆土壤盐分剖面类型由表聚型、震荡型向均匀型转变。人为干扰湿地中的柽柳（Tamarix chinensis）群落和裸地土壤盐分表聚特征明显,属于表聚型剖面,表聚系数为63%,均匀型剖面占比最高,达到2/3。当地人为筑坝修路等建设活动,通过直接阻断或改变地形等方式削弱了湿地潮汐的水文连通过程,进而改变土壤含水率、容重等生境要素,可能成为影响盐分剖面特征的重要因素。通过闸阀调控、生态补水工程等水文连通恢复措施,改善湿地土壤盐碱化问题,有助于推动黄河三角洲滨海湿地的可持续发展与管理。     

互花米草入侵对滨海盐沼土壤甲基汞的影响

本研究跨越11个纬度选取了4个典型滨海盐沼湿地,通过对比分析互花米草湿地和其他盐沼湿地（没有互花米草的本地种单优或者共优群落湿地）的汞（THg）和甲基汞（MeHg）含量特征及环境因子,探究互花米草入侵对我国滨海盐沼湿地土壤甲基汞的影响.结果表明：（1）4个研究区THg含量高低顺序为闽江口（（115.327±18.220）μg/kg） > 杭州湾（（37.792±3.761）μg/kg） > 黄河三角洲（（27.690±4.359）μg/kg） > 盐城（（8.843±1.688）μg/kg）;MeHg含量为杭州湾（（0.589±0.134）μg/kg） > 黄河三角洲（（0.511±0.059）μg/kg） > 闽江口（（0.361±0.065）μg/kg） > 盐城（（0.191±0.027）μg/kg）.（2）综合4个研究区进行分析发现,互花米草入侵对盐沼湿地土壤MeHg和% MeHg的均没有显著影响,但是互花米草入侵著增加了黄河三角洲的MeHg含量（95.0%）.（3）在两种湿地类型中,% MeHg（甲基化率）和THg均呈现极显著的负相关关系,且二者之间的关系存在一个临界值（20~30μg/kg之间）,当THg小于临界值时,% MeHg与环境因子相关性较弱;当THg大于临界值时,% MeHg与环境因子显著相关.本研究从较大的空间尺度回答了互花米草入侵对滨海盐沼湿地甲基汞特征的影响,为全面评价互花米草入侵对我国滨海地区的影响提供了数据支持,为研究滨海滩涂地区汞的迁移转化提供了依据.     

集约化养殖畜禽粪便农用对土壤次生盐渍化的影响评估

针对畜禽粪便中盐分残留问题,在江苏省采集分析了180个粪便样品,通过基于GIS的空间分析与基于土壤盐分累积模型的模拟预测,评估了粪便农用对土壤次生盐渍化的潜在影响.结果表明,江苏省目前畜禽粪便中盐分含量较高,最高(以干粪计)达24.2 g·kg-1;南通、盐城、连云港等沿海地区与徐州、宿迁、淮安等徐淮地区为畜禽粪便农用造成土壤次生盐渍化的高风险区;施用畜禽粪便对露天种植的土壤次生盐渍化没有显著影响,而对温室土壤影响较大,在畜禽粪便盐分含量较高(以干粪计,24.2 g·kg-1),中、高施肥量条件下[以干粪计,65～100 t/(hm2·a)],施用纯有机肥2～8 a温室土壤盐分含量增加1.0～2.5 g·kg-1,土壤可达轻度、中度甚至强度盐渍化土程度.