高光谱遥感土壤有机质信息提取研究

土壤反射光谱特征分析是反演土壤信息参量的基础资料。本文阐述了使用航空成像光谱仪OMIS- Ⅰ数据并 结合ASD FieldSpec FR(350~2500nm)便携式光谱仪获取野外光谱数据, 对山东省烟台市招远东良乡原状农用土有 机质含量进行反演, 从而实现有机质填图。通过对土壤原反射率对数一阶微分变换并确定其与SOM的相关性, 最 终建立相应的多元线性回归方程。分析认为土壤有机质的测定选用762nm、874nm 及1667nm 波段在本次研究中效 果最佳。该模型也可作为土壤有机质估测和评价的参考。     

黑土区土壤有机质和全氮含量遥感反演研究

以东北典型黑土区耕地为研究区,以Sentinel-2A（全球环境与安全监测计划的第二颗卫星,于2015年6月23日发射）影像作为数据源,构建光谱指数,分别采用多元逐步线性回归（Multiple Stepwise Linear Regression, MSLR）和随机森林（Random Forest, RF）算法建立土壤有机质（SOM）和土壤全氮（STN）预测模型,并采用十折交叉验证方法评估模型的性能。研究对比分析了不同气候、土壤类型和地形下土壤有机质和全氮的空间分布差异。研究表明：① 海伦示范区的SOM和STN含量最高,其年均温最低,高程最高,年降水量多,SOM含量升高,其年均温最低,年降水量多,STN含量升高;② 与基于多元逐步线性回归算法建立的SOM和STN预测模型相比,随机森林算法建立的SOM和STN预测模型,有着更高的精度和稳定性;③ 运用RF算法建立的SOM反演模型的R²为0.96,均方根误差为5.49 g/kg,STN反演模型的R²为0.95,均方根误差为0.27 g/kg; ④ 不同示范区统一建立SOM和STN预测模型,有助于提高预测精度,实现跨区域建模与制图。     

基于多元成土因素的土壤有机质空间分布分析

以陕西省蓝田县2013年667份土壤有机质样本为对象,运用GIS空间分析及遥感数字图像处理收集整理土壤类型、地形、植被等成土因子,利用多元线性回归分析集成所有成土因子对土壤养分进行空间分布预测。结果表明:通过分级统计均值定权法和像元线性拉伸法将所有成土因子统一为相对度量值,并根据成土因子与有机质含量的相关性显著程度进行因子取舍,有利于集成各类成土因子构建多元线性回归模型。预测结果定性分析表明:多元线性回归预测结果与kriging法预测结果在宏观上具有一致的空间分布趋势;但多元线性回归预测结果土壤有机质空间分布特征带有各种成土因子的变化特征,从视觉效果上,克服了传统插值法中存在的斑块状分布现象,更精细的描述了本区域内有机质空间分布趋势; MPE和RMS定量精度分析显示,在集成多元成土因素对有机质进行空间分布分析时,本文方法优于常用kriging插值法,该法可作为集成多元成土因子对土壤养分空间分布预测的有效方法。本区域内土壤有机质高值区域主要集中在地势低平、坡度缓和、湿度适中的农耕区,地势较高、坡度陡的山区有机质含量低。     

土壤粗有机质的研究进展

土壤粗有机质是土壤中较为活跃的组分, 其密度组分对土壤有机质总矿化量有着重要贡 献, 可以作为评价管理措施转变引起土壤有机质短期变化的敏感性指标。分别介绍了按照不同的 物理分组方法划分的土壤有机质各物理组分的概念、土壤粗有机质及其分离方法, 探讨了影响土 壤粗有机质数量的主要因素( 管理措施、土地利用方式、土壤质地和气候条件) 和当前在研究土壤 粗有机质过程中存在的问题: ( 1) 各影响因素引起的土壤有机质变化的机制还不确定; ( 2) 土壤粗 有机质的分离方法还有待深入研究; ( 3) 粗有机质对土壤有机氮矿化的贡献认识还存在分歧。指 出探求更好的土壤粗有机质的分离方法和粗有机质对各影响因素的响应机制, 揭示土壤粗有机 质对土壤氮矿化的贡献是今后的主要研究方向。     

气候因素对土壤有机质组成和性质的影响

云南省哀牢山徐家坝自然保护区不同海拔的土壤有机质组成和性质与气候因素的相关分析结果表明，土壤有机质的组成（Ｈ／Ｆ），胡敏酸的光学特征（Ｅ＿４／Ｅ＿６）和ＣａＣｌ＿２的絮凝极限（ＦＬ值），除ＦＬ和Ｅ＿４／Ｅ＿６与年均降雨量不呈显著相关关系外，其它数值均与年均温、≥１０℃积温和年均降雨量呈显著（ｐ＜０．０１，ｎ＝７）的相关关系，并服从一元二次方程Ｙ＝Ａ＋ＢＸ＋ＣＸ￣２．由此证明了气候因素对土壤有机质组成和胡敏酸的性质有显著的影响。     

小区域水平土壤有机质动态变化的评价与分析

采用动态比较的方法，分析评价了中国科学院千烟洲试验站站区范围内开垦利用后土壤有机质含量的总体变化情况及不同利用方式下变异特点。结果表明，具有我国南方低丘红壤区典型特点的千烟洲试验站在人为利用后，站区土壤有机质含量总体呈上升趋势，１１年间土壤有机质平均含量由原来１４．７８ｇ／ｋｇ上升到目前的１５．１３ｇ／ｋｇ。不同土壤之间，原土有机质含量较低的砂红壤、水稳土、潮土有机质含量分别增加了１．４１ｇ／ｋｂ     

广西土壤有机质空间变异特征及其影响因素研究

基于广西第二次土壤普查的270个土壤剖面资料,结合1∶50万数字化土壤类型图、土地利用类型图和气象监测数据等资料,利用地统计学和逐步回归分析等方法对广西表层土壤有机质空间变异特征及其影响因素进行了探究。结果表明:广西表层土壤有机质平均含量为3.11±2.19%,变异系数为70.72%,空间分布呈北高南低的趋势。广西表层土壤有机质空间分布受到自然和人为因素的共同影响,土壤类型、成土母质、海拔、土地利用、气候和坡度6个环境因子对全区土壤有机质含量变异的综合解释能力为47.9%。其中,土壤类型是最重要的影响因素,能独立解释其变异的36.0%,海拔和成土母质分别能独立解释28.5%和15.8%。气温对广西土壤有机质空间分布的影响比降水量更加显著,从而造成了广西土壤有机质整体呈南低北高的趋势。同时,土壤有机质对气温的敏感性在一定程度上受到降雨量的制约。此外,研究区农业耕作管理等因素对土壤有机质的影响也不容忽视。     

海拔梯度及典型土地利用类型对北热带山地土壤有机质和综合肥力的影响

为深入了解北热带海拔梯度各山地土壤带及典型土地利用类型（次生林、香蕉园、橡胶林）土壤有机质（SOM）、综合肥力（SIF）分布特征,以云南省金平县蝴蝶谷地区为例,区分表层（0～20 cm）和亚表层（20～40 cm）,测定SOM、pH、全氮、全磷、全钾和速效氮磷钾,采用修正内梅罗指数法评价SIF,分析限制SIF的关键因素。结果表明,研究区海拔与SOM、SIF呈显著正相关,6个山地土壤带表层和亚表层SOM、SIF排序为棕壤带>黄棕壤带>黄壤带>红壤带>赤红壤带>砖红壤带（P<0.05）。无论表层还是亚表层,SOM和SIF均以次生林最大,香蕉园次之,橡胶林最小,次生林SOM显著大于香蕉园和橡胶林（P<0.05）,SIF则无显著差异。随着海拔升高,限制SIF的因素由速效氮、速效磷转变为速效磷和速效钾,且pH的限制逐渐加强,而维持和限制低海拔不同土地利用类型SIF的因素与同海拔段内自然土壤基本一致。未来山地开发利用过程中低海拔区域应该注重补充氮肥和磷肥,中高海拔区域注重补充磷肥和钾肥,同时调节适宜的pH更有助于土壤养分释放和植物吸收利用。综上,海拔梯度和...     

有机质对青藏高原多年冻土活动层土壤持水性能的影响

土壤水分特征曲线描述土壤基质势ψ和含水量θ之间的函数关系,表征土壤的持水性能,是研究土壤水分入渗、蒸发、土壤侵蚀及溶质运移的关键。高寒气候特征使有机质在青藏高原地区大量积累,为确定多年冻土活动层土壤持水性能的影响因素,尤其是有机质的影响,在长江源北麓河地区采样分析。结果表明：相比于土壤粒度分布,容重和有机质是影响土壤持水性能的主要因素,其中高基质势下（0~-30 kPa）以容重影响为主,低基质势下（-100~-1 500 kPa）以有机质影响为主;有机质通过改变土壤结构和增强土壤的吸附性而影响土壤持水性能,同时影响程度取决于有机质的多少,土壤持水性与有机质含量呈正相关关系。本次研究有助于认识高寒地区土壤水文特征,对展开土壤水文过程的研究提供理论基础。     

基于典型点的目的性采样设计方法及其在土壤制图中的应用

鉴于经典采样和空间采样存在的局限性,提出了一种旨在寻找典型点的目的性采样设计方法。该方法通过分析与目标地理要素空间分布具有协同变化关系的环境因子,提取地理要素空间变化的典型模式,进而在典型模式上布设样点,即可获得典型点,从而减少所需样本量。以位于黑龙江鹤山农场的2个研究区为例,分别选择土壤厚度和表层有机质2个土壤属性,通过对土壤属性空间变化的4个协同环境因子进行模糊c均值聚类,获得对应土壤属性空间变化模式的环境因子组合;根据其模糊隶属度结果设计典型点并进行采样,最后结合典型点的属性值与环境因子组合模糊隶属度结果,采用加权平均模型得到土壤属性空间分布图,反映了土壤属性随地形变化的连续性分布。基于独立野外验证点,选择了4个评价指标对所得属性图进行定量评价。结果表明：2个研究区验证点集的预测值和观测值一致性指数均较高,可见本研究提出的方法是一种有效的样点布设方法。研究还对在每一环境组合类设计不同数量典型点所得土壤属性制图结果的差异进行了讨论,认为典型点增多并不一定能提高土壤属性空间推测的精度。     

颗粒分选与有机质因子对复合指纹识别泥沙来源的影响

泥沙来源研究作为土壤侵蚀研究的关键内容之一,对水土保持措施的科学布设具有重要意义.复合指纹识别法是目前研究泥沙来源的较先进方法之一,在泥沙来源研究中具有较大的应用潜力.然而,颗粒分选作用对运用复合指纹识别法判别沉积物来源的准确性有重大影响.加之,有机质等代表的土壤属性(指纹因子)随颗粒分选在不同粒径范围发生富集或贫化也...     

基于HJ1A-HSI超光谱影像的耕地有机质遥感定量反演

以环境小卫星超光谱影像为主要数据源,在耕地有机质实测样本的支持下,开展光谱反射率及其变化形式与有机质的相关性分析,筛选耕地有机质响应的敏感波段与特征组合算法,利用多元回归分析方法,建立基于HSI影像的耕地有机质定量反演模型。研究结果表明,耕地有机质的HSI影像响应波段均位于可见光与近红外波段间,其中以540～860nm范围最佳,相关系数均在0.5左右;HSI反射率对数一阶微分预测模型精度最高,模型及其检验的决定系数都在0.7以上,均方根误差在0.2%左右,可用于顺义区耕地有机质全覆盖空间填图。因此,环境小卫星的超光谱影像对耕地有机质含量具有较好的光谱响应能力,其空间覆盖能力有助于开展县域尺度的耕地有机质遥感反演和空间填图。     

黄土丘陵沟壑区县域土壤有机质空间分布特征及预测

分析、预测土壤属性空间变异及其动态是区域土地质量评价和可持续土地利用的一个重要组成部分。在陕西省横山县采集了254个耕层(0~20cm)土样,利用数字地形与遥感影像分析技术,提取了相关地形与遥感指数,分析不同土地利用类型、不同地形条件下土壤有机质空间变异及分布特征,并利用相关因子进行回归预测分析。结果表明,县域土壤有机质平均含量很低,变异性较大。不同土地利用类型土壤有机质差异显著,其中以水稻田有机质含量最高,而林地和灌木林地相对较低。不同土地利用类型土壤有机质含量次序为:水稻田>川地>梯田>坝地>荒草地>坡耕地>林地>灌木林地。不同坡度分析表明,“0~3°”这一坡度等级有机质含量显著高于其它坡度等级;不同坡向有机质含量差异不显著,但不同坡向有机质含量存在一个明显的趋势,阴坡有机质含量整体上要比阳坡高。相关分析表明土壤有机质与高程h呈现负相关关系,与坡向的余弦值COSα正相关,与复合地形指数CTI正相关;土壤有机质和修正后的土壤调节植被指数(MSAVI)以及湿度指数(WI)正相关。利用相关环境变量及遥感指数进行多元线性逐步回归分析,预测结果不甚理想,存在一个平滑效应,对于残差解释相对较低,须进一步研究以更好的解释残差。     

我国中亚热带山地土壤有机质研究

本文研究中亚热带地区湖南连云山、万洋山各垂直地带的A层土壤的有机质某些性质的垂直变化规律.TC、TN、Kos、HA/FA、总酸度、羧基和酚羟基含量均表现为随海拔的增高而增加的趋势,E4/E6的结果则相反.Ca键腐殖质变化不明显,Fe.Al键腐殖质、紧结态腐殖质均随海拔的升高而增加.G0%和G1%含量随海拔的升高而减小,G2%含量随海拔的升高而增加,G1/G2比值表现为基带土壤＞0.5,而山地土壤＜0.5.基带土壤中G2组有机碳在复合体有机碳总量中所占的比例较小,山地土壤中G2组有机碳占的比例却最大,都超过50%.聚类分析表明海拔高度对低海拔和高海拔地带土壤的有机质性质的影响小于中间过渡地带.     

亚热带森林土壤氮磷钾和有机质的空间格局及其对森林经营的启示（英文）

土壤氮磷钾和土壤有机质明显影响森林生长。但是,这些土壤特性具有空间异质性,这使得进行可持续森林经营变得更加复杂。因此,必须深入了解土壤氮磷钾和有机质的空间分布及其变异状况。在本研究中,我们在中国广西壮族自治区西南部的热带林业实验中心,布设了181个样点并进行了采样,应用地统计学方法研究了土壤中氮磷钾和有机质的空间变异性。块金值与基台值的比值表明土壤中氮具有很强的空间依赖性,主要受内在因素影响（如土壤质地、母质、植被类型和地形）,而土壤中有机质、磷钾具有中等的空间依赖性,受内在因素和外在因素（如栽培技术、施肥和种植模式）共同影响。在土壤中氮磷钾和有机质的空间变异性的基础上,本研究采用普通克里格方法进行空间插值,制作了土壤氮磷钾和有机质空间分布图。模型验证表明,土壤性质空间分布图能够可靠地指导森林经营活动。     

莱州湾海岸带土壤光谱分析与有机质反演研究

利用土壤光谱反射率预测海岸带典型土壤有机质含量。对莱州湾海岸带典型地区97个土壤样本的光谱反射率特性进行分析,把光谱曲线划分为4个区域,提取每个区域的代表性特征参数,与土壤有机质含量进行相关性分析,最终选用458～587.1nm区间的挠度(相关系数达0.87)作为自变量进行模型回归,并利用均方根误差(RMSE)和预测残差(RPD)进行模型检验与评价。结果表明,以458～587.1nm区间的挠度作为自变量建立的对数函数预测模型具有较高的精度和稳定性,经验证计算出其RMSE为0.39,RPD为2.5,该模型应用效果较好。     

贡嘎山东坡土壤有机质及氮素分布特征

对贡嘎山东坡自然垂直带土壤有机质和氮素的分布特征的研究表明,贡嘎山东坡表层土壤有机质和全氮含量随海拔升高有上升趋势,但在针阔混交林以上出现波动,在群落过渡带处出现显著峰值,气候和植被类型的综合作用决定了有机质和氮素的空间分布。土壤有机质和氮素在土壤剖面中的垂直分布趋势一致,凋落物层和土壤A层高于B、C层,这与动植物残体在土壤中的垂直分布格局类似。群落过渡带在腐殖质A层出现氮素累积峰。土壤碳氮比介于7~25之间,相对较低,利于土壤腐殖质化和有机氮矿化。碳氮比随海拔升高而升高,在土壤剖面中的分布随植被类型不同而有所差异。土壤中的氮素主要以有机氮的形式存在于土壤有机质中,土壤碳氮比与有机质含量显著相关。