基于多光谱遥感影像的富川县表层土壤有机质含量反演

土壤有机质是影响土壤光谱特性的一个重要因素。本文以富川县为研究区,探索分析土壤有机质与LandsatTM影像光谱DN值之间的回归关系。结果表明土壤有机质与波段3、5、7呈极显著负相关,与波段4呈极显著正相关,与波段比值(b5-b7)/b7的回归方程决定系数为0. 631,且回归方程和回归系数经统计检验为极显著,表明回归方程较为合理。通过建立土壤有机质和光谱反射率之间的关联性可以估测有机质含量,为农业土壤施肥及生产管理提供参考。     

干旱区绿洲农田土壤重金属含量高光谱反演

对新疆渭库绿洲土壤样本的As、Hg、Pb、Cr、Zn和Cu共6种重金属含量与高光谱关系进行分析,基于逐步回归方法筛选出特征波段,采用地理加权回归(GWR)和普通最小二乘法回归(OLS)构建土壤重金属的高光谱反演模型.结果显示:1)研究区的6种重金属元素含量存在一定的差异,土壤中的平均重金属含量依次为Zn>Pb>Cr>Cu>As>Hg,均未超过国家土壤背景值.研究区的Pb平均含量高于当地(新疆)土壤背景值,即研究区表土层中的Pb元素明显富集;2)不同的光谱变换使土壤重金属的光谱特征均得到了增强,但强度有所差异,经过二阶微分变换(SD)和一阶立方根微分变换(CRFD)的土壤光谱相对于原始光谱增强最显著;3)从模型验证来看,在反演6个土壤重金属元素含量时,GWR的R²高于OLS,其中Zn的R²接近0.8,Cu的R²接近0.6,表明模型有一定预测能力,而As、Hg、Pb和Cr的R²均依然低于0.5,模型预测能力并不理想;4)两种模型预测的6种土壤重金属含量的空间分布表现出一定的...     

城市交通绿地土壤重金属含量的高光谱反演

以交通绿地区土壤Cr、Pb、Zn为研究对象,分析重金属元素与土壤光谱在一阶、二阶等微分变换下的相关性,突出特征波段,通过多元线性逐步回归(MLR)和偏最小二乘回归(PLSR)方法,建立光谱与重金属元素含量的最佳模型,并进行精度检验与模型预测。结果表明:光谱微分变换可以有效地提高土壤重金属含量与土壤光谱反射率间的相关性,土壤Cr、Pb、Zn的最大特征波段分别在1 289.41、1 408.35、1 411.9 nm;从模型稳定性和精确性来看,土壤Cr、Pb、Zn在PLSR模型中的R~2分别为0.986、0.809、0.629,依次是MLR模型的1.32、1.14、1.12倍,土壤Cr、Pb、Zn在PLSR模型中的建模RMSE均低于MLR模型,PLSR模型效果较优;与土壤Cr相比,土壤Pb、Zn的MLR和PLSR模型效果较差,这可能与人为因素影响有关。     

通风及营养元素对多环芳烃污染土壤修复影响

文章在无外源接种体的条件下,评估了强制通风(通风量为1.51 L/min)与营养元素对土壤中多环芳烃(PAHs)降解的交互作用。结果表明:仅靠合适的营养液配方和长时间通风可以刺激污染土壤中的土著微生物生长,并影响微生物菌群的形成。通风同时添加营养液有利于好氧菌生长、加快PAHs的降解;与通风相比,添加营养元素是影响PAHs降解的主要因素。通风和添加营养元素对3环PAHs降解影响不显著,但可促进4环、5环和6环PAHs污染物降解。60 d内,仅通风、仅添加营养元素、同时通风和添加营养元素处理的PAHs分别降解了52%、59%、67%。     

基于ResNet-MHAM模型的山区耕地土壤有机质含量高光谱反演

针对贵州喀斯特山区耕地土壤有机质（SOM）含量高光谱遥感预测的精度和泛化能力不足的问题,提出了结合残差网络（ResNet）和多头注意力机制（MHAM）的一维高光谱反射数据模型（ResNet-MHAM）.首先,采集贵州13个县市区188个土壤样品并检测光谱信息;其次,基于不同层数（34、50、101和152层）的ResNet结构并结合MHAM进行优化构建模型;最后,使用30%的数据集和十折交叉验证进行模型验证.实验结果显示,50层ResNet结构与MHAM的结合模型,在决定系数（R²）达到0.917 2,均方根误差（RMSE）为7.454 9 g·kg^-1,表现出优于BPNN、SVM、PLSR、GPR和RF模型的准确性和泛化能力.研究结果为贵州山区SOM含量的高光谱预测提供了新的有效方法 .     

湖北恩施地区土壤重金属高光谱反演模型研究

文章以恩施地区土壤重金属As、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn为研究对象,利用ASD地物光谱仪采集土壤光谱数据,在光谱预处理和相关分析的基础上,采用偏最小二乘回归(PLSR)方法,构建土壤重金属含量与光谱的反演预测模型.结果 表明,平滑处理、一阶导数、去趋势、归一化处理散射校正(SNV)4种光谱处理方法组合使用可以有效地提高模型反演精度;通过对PLSR模型RMSEC、RMSECV、RMSEP、R2Cal 、R2CV 、R2Pred、6种参数分析发现,As、Pb、Cu相比Cd、Cr、Zn在PLSR模型中的测误差值较小且模型的相关性较高,说明模型可以预测As、Pb、Cu 3种元素,该研究为后期采用高光谱遥感影像数据快速监测恩施地区土壤重金属污染情况提供了技术参考.     

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.     

基于连续小波变换、SHAP和XGBoost的土壤有机质含量高光谱反演

针对土壤有机质含量高光谱反演中存在的光谱有效信号薄弱和光谱信息冗余问题,提出结合连续小波变换、SHAP和XGBoost的土壤有机质含量高光谱反演框架.以北京市延庆区和房山区永久基本农田土壤为研究对象,首先,基于连续小波变换处理的土壤光谱反射率数据构建初始XGBoost模型;然后,利用SHAP方法分析模型中各波段的贡献度以筛选特征波段;最后,基于特征波段重新构建和优化XGBoost模型,实现土壤有机质含量高光谱反演.发现连续小波变换尺度为25 时,利用SHAP方法选取的40个特征波段构建的XGBoost模型准确性最高,有机质含量反演值和实测值之间的R2为0.80,RMSE为3.60 g·kg-1;随着连续小波变换尺度的增大,R2呈现先升高后降低的趋势,25尺度下的R2比21尺度的高0.37;SHAP方法选取的特征波段比Pearson相关分析法少682个,RMSE低0.69 g·kg-1;XGBoost模型的R2分别比随机森林和支持向量机模型高4%和8%.验证了结合连续小波变换、SHAP和XGBoost在土壤有机质含量高光谱反演中的有效性,为快速、准确监测土壤有机质含量提供技术支撑.     

浙江湖州地区土壤营养元素分布状况和丰缺评价

本文对浙江湖州地区土壤营养元素氮、磷、钾的全量和有效态含量分布状况作了详细介绍，在此基础上评价了土壤营养元素的丰缺特点，认为湖州地区土壤中营养元素氮含量大多在丰富级-极丰富级之间，基本无需施加氮肥；磷和钾有近三分之一区域处于缺乏状态，近三分之一区域处于中等偏下状态，应视情作及时增补。     

基于高光谱的土壤全氮含量估测

基于高光谱(350~2 500 nm)数据,研究了我国中、东部地区5种主要类型土壤全氮含量与高光谱反射率之间的定量关系,构建了基于偏最小二乘法(PLS)、BP神经网络(BPNN)和特征光谱指数的土壤全氮含量估算模型。结果表明,以500~900 nm、1 350~1 490 nm区域波段反射率经Norris滤波平滑后的一阶导数光谱为基础,构建的基于PLS和BPNN的土壤全氮含量估算模型精度较高,建模决定系数分别为0.81和0.98;独立观测资料检验结果显示,模型预测决定系数分别为0.81和0.93,均方根误差RMSE为0.219 g·kg^-1和0.149 g·kg^-1,相对分析误差RPD为2.28和3.36,说明PLS和BPNN模型对土壤全氮含量具有较高的预测精度。在光谱指数的分析中,基于近红外872 nm和1 482 nm 两个波段的差值光谱指数DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂)对土壤全氮含量最敏感,建模决定系数、预测决定系数、RMSE和RPD分别为0.66、0.53、0.31 g·kg^-1和1.60。比较而言,三种方法估算土壤氮含量的精度顺序为BPNN模型＞PLS＞DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂),基于PLS和BPNN两种方法建立的土壤全氮含量高光谱估测模型具有较高的精度,可以用来精确估算土壤全氮含量;基于两波段构建的DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂)预测效果低于前两者,但也可以用来粗略估测土壤中的全氮含量。     

六价铬污染对小白菜产量、养分吸收及若干生理指标的影响

重金属铬的污染严重抑制小白菜的生长,铬的控制指标一般是根据小白菜的减产程度而得以确立的.本文讨论了六价铬污染对小白菜叶片光合作用、营养元素含量,细胞膜透性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性以及过氧化物酶(POD)活性的影响.这一工作旨在为客观地制定铬污染的控制标准提供基础和参证.     

喀斯特地区典型风化剖面重金属超标程度及元素迁移特征研究

我国西南喀斯特地区是著名的重金属元素地球化学异常区。除了人类活动所导致的土壤污染问题以外,地质背景很可能是造成土壤重金属超标的重要因素。为了弄清岩石风化和成土过程中重金属的释放规律及其环境效应,本次研究以贵州省罗甸县典型的碳酸盐岩和碎屑岩风化剖面为载体,采用实地调查、地球化学测试分析等手段,结合质量平衡系数的计算方法对研究剖面的重金属元素超标程度及元素迁移规律展开调查。研究结果表明:碳酸盐岩比泥质岩具有更高的重金属元素释放潜能,其风化和成土过程向环境中释放重金属的量与风化壳的发育程度有关。研究区石灰土剖面重金属元素超标程度严重,且以Cd和As的超标程度最大。地带性黄壤中Cr、Ni元素的富集很可能与剖面发育过程中铁氧化物的沉淀富集有关。综合分析认为岩性不同所导致的风化速率的差异很可能是造成碳酸盐岩和泥质岩剖面重金属淋失程度差异的主要原因。而且,重金属元素在风化剖面中的迁移规律受元素自身地球化学性质、母岩类型和风化壳发育程度等多重因素控制。     

辽河平原土壤背景值区域特征及分布规律

本文对辽河平原各土类、亚类、土属、区域土壤背景值含量范围和区域特征进行了探讨,并列出该区土壤元素间相互关系回归方程和相关矩阵,研究结果表明:(1)该区多数土壤元素含量处于世界土壤元素含量的下限;(2)土壤变异系数多为30—50%;(3)各剖面中元素迁移系数为0.9—1.0;(4)土壤元素背景值分布规律为东南部大于西、北部。     

天津地区土壤中微量元素含量的纵向分异

根据80个土壤剖面13种微量几素及有关理化参数实测结果,研究了大津地区土壤中微量元素含量的纵向分异结果表明,天津土壤中绝大多数微量元素含量高于全国平均含量由于淋溶较弱,发育时间较短,各微量元素含量在土壤纵向的分异不明显与受市区影响较小的远郊相比,天津近郊土壤中各微量元素含量具有明显的升高趋势,其中汞的增幅最大大津地区冲积母质土壤中微量元素含量与残积母质土壤中相应含量的比值大多在1～15之间。冲积过程中的粒径分选作用是形成这一现象的根本原因空间分析的结果证明,母质是影响天津土壤中微量元素含量的主导因素,面人为影响也一定程度上改变了土壤中微量元素含量及其空间分布     

重庆市植烟土壤中镁的化学行为研究

采用原子吸收分光光度计测定经过连续浸提的土样中镁的化学性能。结果表明,重庆市植烟土样中水溶态、可交换态、碳酸盐结合态、有机结合态、残留态镁的含量分别为0．01、0．59、0．15、0．6、0．63cmol／kg,各形态所占的百分比分别为0．5％,29．7％,7．5％,30．3％,32％,均低于0．8—1．6cmol／kg的正常水平。植烟土壤对镁的最大吸附量为1.25mg／g,吸附作用较好,故适量施加镁肥将会促进烟叶质量的提高。     

喀斯特地区黄壤和石灰土剖面化学组成变化与风化成土过程

对西南喀斯特地区典型黄壤和石灰土剖面土壤主量和微量元素组成变化特征进行了研究,提供了有关岩石风化和土壤形成过程的信息。所研究的土壤相对于上地壳普遍富集P和Mn,而亏损Na、K、Ca、Mg元素。与黄壤相比,石灰土具有较高含量的K、Rb和较低含量的Sr元素,同时具有较高Th/Ta,Rb/Sr比值和CIA的特征,指示两类土壤成土母质的差别和石灰土较强的风化程度。不同地区同种类型土壤以及同一地区不同类型土壤的化学组成具有显著差别,反映了不同区域和不同类型土壤在成土母质、风化成土过程和程度上的差异。     

土壤元素背景值的研究——以南方某区域为例

依据南方某区域农业地质与生态地球化学调查取得的区域地球化学资料,按照不同土壤类型求取了研究区的土壤元素背景值,并分别与该区域所在省和全国平均水平进行横向和纵向比较,进而对研究区土壤中各元素及指标的丰缺状况进行分析,从而对现有土壤利用状况作出评价,为该地区土壤污染评价和治理修复提供了重要的地球化学依据,也为农业环境的规划和相应标准的制定提供了基础资料.     

河岸带地下水营养元素和有机质变化及与洪水的响应关系研究

河岸带地下水和河水存在复杂的交互作用,地下水和地表水存在明显的补排关系,洪水事件是影响河岸带地下水水质波动的重要水文过程. 以黄河湿地国家级自然保护区孟津湿地为研究对象,通过河岸带地下水营养元素指标(特别是小浪底水库调水调沙期间)野外定位观测,深入分析了河岸带地下水水质变化及其与洪水的响应关系. 结果表明,河岸滩区的农业开发存在明显的氮、磷下渗流失风险. 临近河岸的农耕旱作区,是河流与人工湿地之间一个特殊的氮污染物控制单元,对地下水和河流之间的氮迁移隔离起着极为重要的作用. 在人工湿地,农家粪作为底肥加入可能是磷下渗流失的重要源头,进入地下水中的磷顺着水力坡度还发生着显著的横向迁移,尤其在调水期横向迁移更加明显. 河岸滩区的开发类型及其耕作制度对地下水的硝氮含量产生重要的影响. 在鱼塘区,常年的土壤厌氧环境加重了氮的下渗迁移和积累;在荷塘区,春夏季节,土壤淹没呈厌氧环境,氮迁移和硝化作用显著,在秋冬季节,土壤呈好氧环境,氮硝化作用显著发生,全年氮达到相对平衡的状态;距离河岸50～200 m之间氮的硝化-反硝化作用强烈,是一个高效的微生物氮净化单元. 人工湿地施用的农家粪是有机物流失的重要源头,河岸滩区土壤质地呈沙性,渗透能力强,土壤保水保肥能力差,在此区进行农业活动,尤其是人工湿地开发中大量施用肥料,容易造成土壤表层有机质和氮磷养分因灌溉而导致的下渗流失,进而污染地下水与河水,较由降雨引起的地表径流流失显得更为突出. 距离河道50～200 m的范围是重要的污染净化单元,为典型的滩区地下水-河流的水陆交错带. 该区域的合理保护,对于保护河流水质和地下水水质十分重要.