基于实测高光谱与Sentinel-2B数据的银北土壤Na+含量估测

为了探讨不同传感器对土壤Na⁺含量的估测能力,本研究以宁夏银北地区典型样点土壤实测光谱和Sentinel-2B影像光谱为对象,运用逐步回归(SR)和主成分回归分析(PCA)方法对光谱数据进行敏感参量筛选,然后采用偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机(SVM)和反向传播神经网络模型(BPNN)分别建立实测光谱和影像数据的土壤Na⁺含量估算模型。结果表明: 除Band9外,实测重采样数据与影像数据呈极显著相关。基于SR筛选方式建立的模型估算精度普遍高于PCA(SVM模型除外),PCA-SVM模型为影像最佳Na⁺含量估算模型,预测精度为0.792;SR-BPNN模型为实测最佳Na⁺含量估算模型,预测精度达到0.908。经重采样实测光谱模型校正后的SR-PLSR影像光谱土壤Na⁺含量估算模型精度从0.481提高到0.798,有效提高了较大尺度下的土壤Na⁺含量估算精度。本研究实现了遥感监测土壤Na⁺含量由点向面的空间转换,为Sentinel-2B影像监测盐渍化土壤Na⁺含量提供了科学参考。     

不同光谱类型对银川平原土壤含盐量反演精度的影响与校正

土壤盐渍化是导致土壤质量下降、耕地减产的重要因素之一。为准确快速评价银川平原土壤含盐量,本研究对野外高光谱数据和室内高光谱数据进行一阶微分(FDR)变换,逐步回归(SR)筛选特征波段,利用偏最小二乘回归(PLSR)与支持向量机(SVM)进行建模,明确适用于本地区土壤含盐量准确反演的光谱类型,并对较差光谱类型进行分段校正与全局校正,尝试提高土壤含盐量反演精度。结果表明: 基于野外光谱的土壤含盐量反演模型精度比室内光谱平均高58.9%;对室内光谱进行分段校正、全局校正后反演精度均有提高,其中,PLSR以分段校正精度更高,建模决定系数(R_c²)、验证决定系数(R_p²)和相对分析误差(RPD)分别为0.790、0.633和1.64,而SVM以全局校正精度更高,R_c²、R_p²和RPD分别为0.927、0.947和3.87;SVM模型的反演精度高于PLSR,其中,野外光谱建模效果最佳,室内全局校正光谱与室内分段校正光谱次之,室内光谱最差。因此,野外高光谱可实现对银川平原土壤表层含盐量的定量反演,经校正的室内光谱对土壤含盐量反演精度显著提升,均可为粮食安全与生态环境高质量发展提供保障。     

宁夏西吉县养牛场粪污和周边土壤重金属及细菌群落特征

为了解宁夏肉牛养殖场粪污和周边土壤中重金属及细菌群落状况,在宁夏最大的肉牛养殖区西吉县采集了不同养殖期(哺乳期、犊牛期、育成期、育肥前期和育肥后期)的牛粪、施用牛粪蔬菜地及养殖场周边不同距离土壤样品,以远离养殖场的荒地土壤为对照,测定了7种重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As)含量和细菌群落组成及多样性。结果表明: 1)牛粪中Cu、Zn、Cd、Pb和Hg含量较全国平均值低33.8%～95.8%,而As含量比全国平均值高94.7%。随着养殖期的推移,牛粪中各重金属含量变化趋势不完全相同,育肥前期Cu、Cd、Hg和Cr含量高于其他4个时期,育肥前期和育肥后期牛粪重金属综合污染指数较大。2)施用牛粪的土壤Cu、Zn和Hg含量显著高于对照土壤,Zn含量与养殖场周边土壤差异显著,其他元素无显著差异,所有土壤重金属污染指数均在安全范围内。3)随着养殖期的推移,牛粪细菌多样性指数无特定变化趋势。施用牛粪的土壤序列、分类单元、Chao1指数显著高于养殖场周边土壤。4)牛粪中厚壁菌门的相对丰度最大,其次为拟杆菌门和变形菌门;育成期厚壁菌门的丰度显著低于其他养殖期,其他各菌门的丰度在不同养殖期间无显著差异。养殖场的存在对其周边土壤细菌群落的影响不明显,但施用牛粪后土壤Gp6、芽单胞菌属、溶杆菌属和Subdivision3_genera_incertae_sedis的数量显著高于对照和养殖场周边土壤。5)牛粪中有机质、pH、电导率、全氮、全钾、Cd、As含量对细菌多样性和各组分丰度的影响较显著;养殖场周边土壤pH、全磷和Hg含量对细菌多样性和各组分丰度的影响较显著。整体来讲,牛粪和土壤的理化性质对细菌群落的影响比重金属更显著。研究结果可为当地肉牛养殖饲料和兽药种类的选择、用量及有机肥的科学利用提供参考。