克里雅河流域土壤盐分光谱定量分析

本文对克里雅河流域进行野外调查、采集土壤样品及其光谱反射特性的测量,通过比较不同光谱预处理的方法建立偏最小二乘回归(PLSR)模型,并利用决定系数(R2)、均方根误差(RMSEP)、残留预测偏差(RPD)对模型的稳定性和预测能力进行检验。结果表明:反射率一阶微分是预测土壤样本盐分含量的最佳光谱指标。PLSR模型在建立土壤光谱与盐分含量关系时较为适用,R2、RMSE和RPD分别为0.77、0.25和1.88。利用反射光谱估算土壤中盐分含量,通过各种光谱预处理方法可以提高估算精度,可以为该区土壤盐渍化评价和生态环境调查提供依据。     

基于表观电导率与实测光谱的干旱区湿地土壤盐分监测

以新疆艾比湖滨盐渍化土壤为对象,利用磁感应电导仪和光谱仪测得的盐渍土表观电导率和可见光/近红外光谱数据,选取与EM38解译的土壤盐分相关性最好的光谱变换形式和特征波长,分别建立多元逐步回归、偏最小二乘回归和支持向量回归的土壤盐分监测模型。结果表明：（1）表观电导率两种模式相结合建立的盐分含量解译模型的拟合优度达到0.91,即在该区域内电磁感应技术可用于土壤盐分含量的间接监测。（2）一阶微分处理优于二阶微分,经一阶微分变换后的光谱可以较好地预测土壤盐分含量。（3）3种建模方法中,支持向量回归的建模精度最高,偏最小二乘回归和多元逐步回归次之。干旱区湖滨湿地土壤盐分含量的估测模型宜选取基于平滑后的原始一阶微分光谱数据建立的支持向量回归模型。     

地下水深埋区咸水灌溉对土壤盐渍化影响的初步研究——以民勤绿洲为例

 针对民勤绿洲近几十年来大量开采地下水造成地下水位急剧下降,同时大规模开采地下劣质咸水用于农业灌溉的现状,采用咸水沟灌大田试验,就绿洲地下水深埋区（＞5 m）咸水灌溉对土壤盐渍化的影响进行了研究。结果表明,在地下水深埋区,灌溉水带入的盐分是土壤表层盐分积累的主要来源;播种前大定额淡水灌溉,土壤明显脱盐,但随着生长季内咸水灌溉及灌溉定额的减少,土壤开始返盐,到生长季末,根区土壤显著积盐,2 g·L-1和5 g·L-1咸水灌溉下土壤的积盐率分别为22.67%和35.30%;高垄覆膜种植方式下,膜上沟灌对沟下土壤盐分淋洗明显,但是在行间非覆膜区盐分强烈聚集;咸水灌溉导致根区土壤pH值升高,碱化度增大,绿洲土壤存在着明显的碱化趋势。     

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。     

乐安河流域土壤重金属含量高光谱间接反演模型及其空间分布特征研究

选取江西省乐安河及其支流流域作为研究区域,探讨了使用土壤高光谱数据间接反演其重金属(Cu、Zn、Pb)含量的方法。选用偏最小二乘模型对土壤有机质含量进行高光谱反演,引入人工神经网络回归模型建立土壤有机质含量与重金属含量的相关关系,从而提取出土壤中痕量级的重金属元素,并针对其空间分布情况进行关联分析和对比分析。实验结果表明,此方法在反演Cu、Zn元素时可有效反映其空间分布特征,具有在类似泛滥平原区域推广的适宜性,也为该区域土壤及水文生态环境监测提供了相关参考。     

基于半监督模糊识别的土壤含水量高光谱估测模型研究

快速估测土壤含水量对发展精准农业具有重要意义。为提高土壤含水量光谱估测精度,该文基于山东省泰安市周边的94个棕壤样本光谱与含水量实测数据,首先对原始光谱进行对数倒数一阶微分变换,利用最大相关性原则选择特征因子,然后利用半监督模糊识别模型建立土壤含水量光谱估测模型。实验结果表明:以波段655 nm、1 235 nm、1 497 nm、1 677 nm、2 059 nm的对数倒数的一阶微分变换数据作为特征因子,所建土壤含水量光谱估测模型的精度较高,其中18个检验样本的平均相对误差为4.406%,模型的决定系数R~2=0.977;半监督模糊识别模型充分利用了训练样本的确定性及不确定性信息,可有效用于土壤含水量估测。     

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。     

基于高光谱遥感的新疆北疆地区土壤砂粒含量反演研究

 土壤砂粒含量是表征土壤质量的重要指标,探索建立基于高光谱遥感的区域土壤砂粒含量反演方法对区域土壤质量监测具有重要意义。通过野外采集的高光谱数据与MODIS影像相结合,遴选出土壤砂粒含量的敏感波段与反演方程,进行干旱区裸地土壤砂粒含量遥感反演研究。结果表明：430 nm为土壤砂粒含量的敏感波段,原始光谱经变换后的数值与土壤砂粒含量的相关系数在430 nm处达到最大值0.76;基于MODIS第3波段中心波长460 nm处的土壤原始光谱的反演精度最高,达到89.30%,与实际情况吻合较好,表明MODIS第3波段可以应用于干旱区裸地土壤砂粒含量的遥感反演。     

基于热红外光谱的干旱区土壤盐分监测研究

土壤盐渍化是新疆最常见的土地退化过程,已经严重威胁到了当地的农业生产、生态稳定和经济发展。通过对渭库绿洲土壤含盐量和土壤热红外光谱分析,探讨了土壤含盐量与热红外发射率之间的定量关系。结果表明：（1）盐渍化土壤的发射率随着含盐量的变化而发生变化,当土壤盐分增加时,发射率也随之增大。（2）土壤含盐量与热红外发射率光谱数据相关性在8.5～9.5 μm波段范围内表现尤为显著,相关系数超过0.8,最高为0.90,对应波段范围9.259～9.271 μm。（3）运用回归模型一阶导数变换形式下建模效果和预测精度都是最优的,R²达到了0.899,RMSE最小为1.734。热红外光谱技术可以反演土壤含盐量,为利用热红外遥感识别土壤盐分信息提供技术支撑。     

基于光谱混合分解的民勤生态治理效果评价

作为退化绿洲典型,甘肃民勤生态治理效果的评价对全球干旱区土地退化防治具有重要借鉴作用。使用Landsat系列遥感数据,基于光谱混合分解模型,采用土地覆被/利用分类后比较和端元丰度值差值的方法,对民勤生态工程第二阶段初期(2010—2015年)的治理效果进行了定性和定量研究。结果表明:民勤县土地退化面积为39 712.14hm^2,恢复面积为101 503.44hm^2,恢复面积大于退化面积,呈现出恢复的态势。沙地面积减少,沙地的沙化程度降低;盐碱地面积虽有增加,但盐碱地的盐渍化程度有所下降;林草地相较耕地、夏作耕地相较春作耕地成为当地优势植被地类;水域面积虽有减少,但水域的水含量有所增加。民勤经过近20年的生态修复治理,已经进入良性修复阶段。     

坏囿矿化度地下水灌溉对民勤土壤环境的影响

通过野外试验和室内分析相结合的方法,研究了民勤绿洲农田不同矿化度(0.8g·L-1、2.0g·L-1和5.0g· L-1)地下水灌溉对土壤环境的影响.结果表明:随着灌溉水矿化度的增加,生长季水分消耗量逐渐降低,土壤总孔隙度和土壤有机质含量逐渐下降,而土壤有效水含量和土壤电导率则逐渐增加.当灌溉水矿化度为0.8g·L-1时,收获后土壤中上层(0～60 cm)电导率比播种前明显降低,而底层(60～90 cm)电导率略有增加,即淡水灌溉的淋溶作用明显;当灌溉水矿化度为2.0g,L-1时,生长季中的灌水依然对土壤盐分有淋溶作用,但明显弱于淡水的淋溶效果,收获后土壤盐分有明显的表聚现象;当灌溉水矿化度为5.0g·L-1时,收获后在0～60 cm深度电导率明显增加,在60～90 cm深度没有明显变化.     

甘肃省民勤县土地荒漠化现状及动态

依托甘肃省第4次荒漠化监测结果,研究了民勤县荒漠化土地现状和空间分布状况,对区域内荒漠化类型、程度、分布特点等展开系统阐述,并结合第3期监测结果,就相关指标的动态进行了分析。结果表明：（1）民勤县荒漠化土地总面积1 445 208.3 hm²,其中风蚀荒漠化1 319 134.3 hm²,盐渍化126 074.0 hm²。2004—2009年荒漠化年转化率为-0.019%,总体呈逆转趋势,具体表现为轻度略增加,中度和重度呈较快增长,极重度大幅递减。（2）民勤县土地荒漠化程度整体呈减轻的趋势,土地荒漠化变化受人为因素和自然因素的共同作用,其中人为因素占主导地位。     

民勤县荒漠化影响因素定量分析

通过对民勤县荒漠化影响因素的考察,以年末农村人口、耕地面积、粮食产量、造林面积、机电井眼数、小麦单产量、农村用电量、地下水矿化度、上游来水量、沙尘天数、降水量11个指标的逐年变化数据,利用因子分析法对各影响因素的内在结构及各类因子对荒漠化进程的影响程度进行了分析。结果表明,1989—2003年间,该县荒漠化发展进程中人为因素占82%,自然因素占18%。     

民勤绿洲盐碱化退耕地植被自然演替及土壤水分垂直变化研究

采用时空互代的方法,对民勤绿洲盐碱化退耕地21个样地105个样方的自然恢复植被以及土壤水分进行调查,并对各植被群落特征和土壤水分垂直变化进行统计分析。结果表明,退耕后50 a的植被演替过程中,调查样方内共出现植物22种,分属于11科21属;退耕地植被自然恢复的过程大致经历了田旋花、独行菜、骆驼蒿、苏枸杞和盐爪爪5种群落类型的演替;在整个演替过程中,植被恢复大体分为迅速恢复期（1～2 a）、初始更替期（3～8 a）、高级更替期（9～28 a）和缓慢恢复期（29 a以后）4个阶段,同时,Margalef指数、Simpson指数和Shannon-wiener指数均呈现出波动式减小的变化趋势,Monk指数、Pielou指数和Alatalo指数则呈现出波动式增大的变化趋势。此外,不同时间退耕地土壤水分垂直变化差异显著,随着退耕时间的不断延长,土壤水分整体经历了先急剧减小后缓慢递增的变化趋势;根据其含水率大小大致分为3组:土壤含水率较低者（20世纪70年代、1978年和1999年退耕）,大部分土壤含水率低于10%;土壤含水率较高者（20世纪50年代、60年代和2004年退耕）,土壤含水率绝大部分大于10%;土壤含水率最高者（2007年退耕）,土壤含水率大部分大于20%。     

民勤天然梭梭种群特征初步研究

对民勤荒漠区新发现的天然梭梭种群进行了调查,并分析了沙地梭梭和盐碱地梭梭种群生长及其与土壤水分的关系,种群结构及其分布格局。结果表明,沙地梭梭种群生长优势明显,种群密度大,盖度高,平均为47株丛·hm-2和2.1%,盐碱地梭梭种群生长缓慢,密度、盖度较小,为24株丛·hm2和1.2%,这与土壤水分条件具有较好的一致性。沙地梭梭和盐碱地梭梭种群均属于衰退型种群,需要采取适宜的措施进行保护,否则将可能被其他更新力较强的伴生种所取代。沙地梭梭种群呈集群分布格局,盐碱地梭梭种群则为均匀分布,这不仅与梭梭种群密度不同出现种内或种间竞争的结果,也与生态环境存在着密切的关系。     

民勤县2000-2009年来水资源生态环境压力分析

 民勤县面临的水资源危机已经受到人们的普遍关注。水资源生态环境压力是指为了保护人类生存发展的生态环境、以维持整个社会经济活动的正常运行,而对水资源造成的数量和质量上的压力,简称水资源压力。通过从人口、经济和生态3个方面选取多个指标建立水资源压力指数,对民勤近10 a来水资源压力问题进行分析。结果表明,民勤水资源压力较高,属于重度缺水,人口和经济发展挤占生态需水,引起生态环境恶化。多年来通过采取节水、调水、分水等措施,水资源压力指数由2000年的0.627降到2009年0.329,虽然水资源压力有所减缓,但地下水超采和生态环境缺水严重、水资源短缺问题仍未缓解。     

民勤春季强降水过程的气候特征及其成因

干旱区春季强降水对安排春耕播种生产、缓解风沙危害和春旱、净化空气质量、改善生态环境和促进农作物生长具有十分重要的意义。以1953-2015年民勤春季3-5月降水为背景,针对2001-2015年春季日降水量≥5 mm强降水天气过程,综合运用地面、高空和云图等气象资料,以及NCEP再分析资料,通过12个春季典型干湿年对比分析,得出春季强降水过程的气候特征和成因。1953-2015年民勤春季强降水日数和降水量呈增加趋势,过程特点是降水时间长,集中在上午,多为连续降水。新疆至河西冷空气东移南下,与青藏高原低值系统、深厚湿层共同影响,生成高原云系发展北抬造成民勤春季强降水。春季强降水的发生,与欧亚纬向气流、高原低槽和东亚大槽的强度密切相关。预报关注重点是西北冷空气、高原天气系统和云系、偏南气流水汽输送。     

甘肃民勤2001-2010年沙尘暴变化特征及原因分析

根据2001-2010年民勤沙尘暴资料和《中国沙尘天气年鉴》资料,分析了民勤近10年沙尘暴特征.结果表明:近10年民勤以局地性沙尘暴为主;一日中区域性沙尘暴较局地性沙尘暴出现分散且早,区域性沙尘暴4月出现最多,而局地性沙尘暴6月出现最多,区域性沙尘暴春季出现最多,而局地性沙尘暴春季最多,夏季和春季相当,年际均呈现明显减少的趋势;从逐年强沙尘暴次数、平均持续时间、造成的损失等分析,认为沙尘暴强度没有减弱,强沙尘暴强度变化不大.用1971-2010年常规气象观测资料和典型沙尘暴个例探空气象资料分析沙尘暴减少的原因为:一是大风日数减少、平均风速减小;二是当地植被覆盖率逐年提高;三是近地层多暖平流、冷空气活动减弱.     

民勤荒漠生态区划研究

民勤属于典型荒漠化地区,20世纪50年代以来,当地以造林为主防沙治沙,然而生态环境持续恶化。民勤的荒漠化形式要求我们重新审视我们的荒漠生态对策。以民勤荒漠区为例对荒漠生态区划进行了初步探索,上与综合自然区划相衔接,下与区域规划相结合,增加了生态设计的内容,区划出了人为活动的区域、范围和干预的强度,因此更具体化、更具实际操作性。提出了一些荒漠生态区划方面必须坚持的原则,在建立指标体系时,考虑了人类活动的影响和资源利用方式,以及以节水和保护水资源为中心和以封育保护为主的荒漠生态对策。