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。     

20年来部分黑土耕层有机质和全氮含量的变化

黑土有机质含量的变化一直倍受社会关注。根据第二次全国土壤普查的采样记录,2001年在吉林省黑土区采集了27个土壤样品,分析测定了耕层土壤(深度与第二次土普数据相同)的有机质和全氮含量。与第二次土普查数据对比发现,过去20年间,吉林省黑土土壤有机质和全氮含量有增有减,但平均水平无明显变化。与已有的研究对比分析,高产玉米生产条件下的根系碳输入量可能抵消矿化损失的有机质量,使水土流失不严重区域的黑土土壤有机质水平维持平衡,有机质含量下降的土壤可能是水土流失的结果。而在水土流失不严重地区土壤有机质则可能增加。     

湿地土壤有机质和全氮含量分布特征对比研究——以向海与科尔沁自然保护区为例

研究了土壤有机质及全氮在霍林河中下游的科尔沁和向海两个自然保护区湿地表层土壤中的水平分布及其在土壤剖面中的垂直分布特征。结果表明，与科尔沁自然保护区相比，向海自然保护区的空间分异程度较高，其表层对有机质及全氮的持留作用较强，碳的固定速率比氮累积更慢一些；盐碱化程度较高，湿地植被净化效应较显著；pH值对有机质和全氮的影响也更为显著。     

松嫩平原玉米带土壤有机质和全氮的时空变异特征

采用地统计学和GIS相结合的方法,研究了松嫩平原玉米带1980～2005年间土壤有机质和全氮的时空变异特征.结果表明:去除异常值后,土壤有机质和全氮均符合对数正态分布,两个时期土壤有机质的平均含量分别为2.14%和2.54%,土壤全氮的平均含量均为0.12%.通过变异函数分析,两个时期土壤有机质和全氮均符合高斯模型,1...     

基于随机森林算法的土壤有机质含量高光谱检测

为了探讨既能保留光谱信息又能准确对土壤有机质含量进行快速检测。以新疆南部渭干河—库车绿洲内部73个土壤样点及其对应的高光谱数据为研究对象,采用小波变换与数学变换进行光谱数据预处理,分析各小波分解重构光谱在不同有机质含量与不同土壤类型下光谱曲线差异,通过相关分析确定最大小波分解层并筛选敏感波段,结合灰色关联分析与随机森林预测分类模型对各小波分解特征光谱进行重要性分析,最后基于最优特征光谱建立多元线性预测模型并进行分析。结果表明：（1） 耕作土壤与林地土壤光谱曲线波段相较盐渍土壤和荒漠土壤光谱曲线变化较为平缓,同时在水分吸收波段处,盐渍土壤光谱曲线吸收谷最深。（2） 小波变换分解光谱与土壤有机质含量的相关性随着分解层数增加呈现先减后增趋势,在第6层中,特征光谱曲线与敏感波段数量变化趋于稳定,确定为小波变换最大分解层。（3） 随机森林模型相比灰色关联分析对于各小波分解层因子的筛选符合预期,按照对土壤有机质含量影响从高到低排序为L3-(1/LgR)′、L4-(1/LgR)′、L6-(1/LgR)′、L5-(1/LgR)′、L2-(1/LgR)′、L0-1/LgR、L1-1/LgR。（4）在小波分解光谱中,中频范围特征光谱对干旱区土壤有机质含量的估测能力优于高频与低频范围特征光谱,同时基于L-MC建立的模型精度最高。研究表明：基于机器学习分类方法结合小波分解的土壤光谱有机质含量监测,可以有效的减少噪声波段干扰,并提高特征波段的分类预测精度。     

祁连山青海云杉(Picea crassifolia)林浅层土壤碳、氮含量特征及其相互关系

为阐明祁连山青海云杉(Picea crassifolia)林分布带对其土壤碳、氮含量的影响,以分布在祁连山东段和西段的典型青海云杉林为研究对象,通过野外取样和室内分析,论述了青海云杉林浅层土壤碳、氮含量特征及其相互关系。结果表明:(1)祁连山东、西段土壤剖面有机碳含量均随土壤深度的增加而减小,但不同土层差异显著性不同,0~40cm含量分别为73.57±17.17g·kg-1和45.85±11.93g·kg-1;东、西段土壤剖面有机碳储量没有明显的变化规律,0~40cm有机碳储量分别为205.51±39.44t·hm-2和134.93±25.80t·hm-2。(2)祁连山东、西段土壤全氮含量随土层深度变化和不同土层差异显著性变化规律同土壤有机碳含量,0~40cm全氮含量分别为4.56±0.88g·kg-1和2.81±0.66g·kg-1;东、西段土壤全氮储量亦同土壤有机碳储量变化规律,0~40cm储量分别为12.77±2.08t·hm-2和8.38±1.56t·hm-2。(3)祁连山东、西段土壤剖面不同土层C/N比差异显著性变化规律相同,其C/N值分别为15.92±1.24和16.10±2.07;C/N比值大小主要取决于有机碳含量;线性分析表明,土壤有机碳与全氮含之间呈极显著的正相关关系,可用乘幂曲线模型Y=aXb较好地描述(p0.01)。上述研究结果可为祁连山水源涵养林建群种青海云杉林的经营和管理提供理论依据和数据支撑。     

基于GIS的土壤全氮空间分布估算——以江西省兴国县为例

运用GIS的空间分析技术和DEM,在区域范围内,可以表征基于母岩和地形因子的土壤-景观模型。本次研究根据兴国县151个样点数据,分析TN和地形因子的相关关系,建立回归模型,进行估算。结果表明:表层土壤中TN含量平均值为1.06g/kg,千枚岩发育的土壤中TN的平均含量最高,为1.35g/kg ;砂页岩发育的土壤中TN的平均含量最低,为0.88g/kg 。空间分布上:TN含量在0.5g/kg~1.0g/kg的面积最大,为1580km²,TN含量在2.0g/kg以上的面积最小,为127km²。地形变量中坡向对TN含量影响最大,TN含量和母岩、海拔、坡向存在着正相关关系,坡度和TN含量的相关关系不明显。利用回归分析模型和DEM(30m×30m),估算TN的空间分布,R²为0.637。     

扎龙湿地克钦湖表层沉积物中有机质、全氮和全磷含量分布特征

为了了解扎龙湿地克钦湖沉积物中营养物质的分布状况,在扎龙湿地克钦湖设置了21个采样点,于2016年7月9日,采集了0?5 cm深度的沉积物样品,测定了表层沉积物样品中有机质、全氮和全磷含量;利用克里金插值法,绘制表层沉积物有机质、全氮和全磷含量的空间分布图,并分析了其空间分布特征及影响因素.研究结果表明,克钦湖0～5 ...     

基于SHAP值方法的乌拉特梭梭(Haloxylon ammodendron)林保护区土壤表层碳氮储量及其影响因素研究北大核心CSCD

土壤碳氮储量对陆地生态系统碳氮循环及全球变化研究具有重要意义。为了阐明乌拉特梭梭(Haloxylon ammodendron)林国家级自然保护区土壤碳氮储量分布与变化规律,利用相关性分析、随机森林与SHAP解释方法确定影响土壤碳氮储量的关键因子。本研究采用可通行路线网格布点法,在保护区内布设61个调查点,采集表层土壤(0~20 cm),测定土壤碳氮储量,分析其主要影响因素。结果表明:乌拉特梭梭林保护区内土壤全碳和全氮储量在空间上均呈现西高东低、北高南低的特点,其中核心区的全碳储量(1429.91 g·m^(-2))显著高于缓冲区(1194.09 g·m^(-2))和试验区(986.36 g·m^(-2));不同区域的全氮储量差异不显著(P>0.05),核心区、缓冲区、试验区分别为76.79、62.39、51.28 g·m^(-2);pH、电导率、梭梭树高度、物种丰富度、植被盖度和草本生物量在3个区域差异显著(P<0.05)。影响梭梭林保护区表层土壤全碳储量的关键因子为土壤全碳、土壤全氮、土壤含水率、电导率、容重、梭梭树高度、植物密度和pH,SHAP分析表明土壤容重、pH与土壤全碳储量呈负相关,其余因子与土壤全碳储量均呈显著性正相关;影响土壤全氮储量的关键因子为土壤全氮、土壤全碳、电导率、容重、土壤含水率、梭梭树高度、植被盖度、碳氮比和植物密度,SHAP分析表明土壤容重、碳氮比与土壤全氮储量呈负相关,其余因子与土壤全氮储量均呈显著性正相关;基于SHAP值计算的平均因子贡献率表明,保护区内较低的植物密度是限制土壤碳氮储量的关键因素。本研究同时发现,当梭梭树的平均高度高于2 m时对土壤碳氮储量的贡献有显著提升,因此加强对保护区内梭梭林的管理对提升土壤质量具有积极作用。     

影响海岸带盐沼土壤有机质、TN和TP含量时空变化的关键因子：潮水和植被

为了更好地理解在潮水和植被交互作用梯度上有机质、全氮和全磷分布的特殊性,分别于生长季和非生长季在苏北盐沼沿近潮沟带和远潮沟带2条样线布设9个固定采样区,采集土壤样品,测定土壤有机质、全氮和全磷的含量。结果表明：植被和潮水的交互作用是决定土壤有机质、全氮和全磷时空变化的关键因素。相对于潮水,植被的影响更为稳定和持久;盐沼土壤有机质和全氮含量具有显著的空间和月份变化,空间变化主要包括植被带（潮水）梯度上和样带间（潮流）的差异,在植被带（潮水）梯度上植被带高于光滩,而植被带间呈现由海向陆的递减趋势,即互花米草(Spartina alterniflora)>盐地碱蓬(Suaeda salsa)>獐茅(Aeluropus littoralis)>芦苇( Phragmites australis);有机质样带间差异表现为在低位盐沼远潮沟带大于近潮沟带,而中位盐沼却是近潮沟带大于远潮沟带,全磷含量时间和空间变化上均不具显著性;pH、土壤含水量和盐分含量等与潮水作用直接相关的因子与距海距离呈负相关关系,土壤有机质、全氮和全磷与距海距离也表现为负相关关系,而土壤有机质、全氮和全磷含量与pH、土壤含水量及盐分含量等因子为正相关关系,一定程度上诠释了潮水对土壤有机质、全氮和全磷含量变化的影响。     

新疆伊犁河谷新垦绿洲土壤主要养分含量特征

以长期定位试验点新疆伊犁河谷新垦绿洲灰钙土为研究对象,选择不同土地利用类型,采集上层(0～20 cm)、中层(20～40 cm)和下层土壤(40～60 cm)样品,分析土地利用类型对灰钙土土壤有机质、全氮和全磷的影响.研究结果表明:土壤有机质和全量氮磷含量表聚性特征明显;垂直分布总体变化趋势均为由上到下依次减少,且都以40 cm处为其变化转折点;从土壤有机质含量来看,以天然荒地最高,树上干杏林地和杨树林地次之,撂荒地和小麦-油葵轮作地较低;从土壤全氮含量来看,以天然荒地最高,树上干杏林地和撂荒地次之,杨树林地和小麦-油葵轮作地较低;从土壤全磷含量来看,树上干杏林地最高,天然荒地、撂荒地和杨树林地次之,小麦-油葵轮作地最低.植被类型对土壤质量影响显著,在今后的土地资源利用过程中,在施用无机化肥的同时也要注意推广秸秆还田,增加施用有机肥,做好土壤的培肥工作.     

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。     

利用可见光/近红外反射光谱估算土壤总氮含量的实验研究

利用土壤的室内反射率光谱，探讨土壤氮元素的高光谱机理。利用土壤光谱各吸收带的特征参数与总氮含量进行逐步回归运算，确定与氮元素关系比较密切的几个吸收带。计算出这几个特征吸收带内土壤反射率的变化形式：一阶导数(FDR)、倒数(1/R)、倒数之对数(log(1/R))、波段深度(Depth)，并与总氮含量进行逐步回归分析，得到比较理想的结果：建模样本的Ra^2(修正的判定系数)分别为0．789、0．753、0．736、0．699，验证样本的Ra^2分别为0．759、0．468、0．794、0．725。可见土壤的反射率光谱与氮元素含量之间存在比较明显的相关性，可见光／近红外反射光谱具有快速估算土壤中氮元素含量的潜力。     

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。     

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。     

内蒙古河套永济灌域渠道底泥有机质和总氮含量特征

排灌系统底泥特征是反映土地利用变化生态影响的重要途径,为此对内蒙古河套灌区永济灌域灌排系统底泥有机碳和总氮含量进行了系统研究。结果表明:灌域内永济给水干渠(简称永济干渠)与四号、五号排水干沟(简称四排干、五排干)表层底泥的有机质(OM)及总氮(TN)含量特征分布有所差异。其中均以五排干上游底泥中含量最高,OM与TN平均值分别为3.60%和0.35%,超出河套地区平均值的4.82倍和2.94倍;其底泥有机指数也达到重污染水平,富营养化程度较高;永济干渠底泥OM与TN含量最低,分别为1.41%和0.03%,属于清洁贫营养化级别;四排干底泥OM与TN含量介于五排干和永济干渠之间,其上游较为清洁,基本接近平均值,C/N平均在17左右。排干底泥有机质与总氮含量之间显著相关,y_(TN)=0.141x_(OM)-0.180(r=0.978;P<0.001)。     

无灌溉人工固沙区土壤有机碳及氮含量变异的初步结论

对降水量小于200mm的沙坡头无灌溉条件下人工植被固沙区土壤有机碳和全氮含量变异进行研究。结果表明, 流沙在固定过程中, 人工植被固沙体系的营建改善了成土环境, 促进了生物地球化学循环, 使土壤碳、氮的含量和分布规律发生了变化: ①固沙区土壤有机碳和全氮含量及C/N均高于流沙区, 随土层深度增加土壤有机碳和全氮含量呈逐渐降低趋势, 而C/N呈逐渐升高趋势; ②不同年限固沙区间土壤有机碳、全氮含量及C/N变异小于土层垂直方向的变异; ③不同年限固沙区土层垂直方向土壤有机碳和全氮含量及C/N变异较大, 变异主要存在于结皮层及其下土层(0~5cm); ④流沙区土壤碳、氮含量及C/N低于固沙区, 而且在土层垂直方向上基本无变异。