滨海盐土土壤水分的高光谱参数及估测模型

基于滨海盐土5个试验点的土壤含水量和室内土壤表面高光谱反射率,综合分析了350~2500 nm波段范围内土壤含水量与土壤光谱之间的关系,并基于比值光谱指数(RSI)、归一化光谱指数(NDSI)和差值光谱指数(DI)确定了光谱参数,进而构建土壤含水量估测定量模型.结果表明:滨海盐土原始光谱反射率与土壤含水量呈显著负相关关系,且最大负相关出现在1930 nm(r=0.86)附近.对RSI、NDSI和DI的直线回归方程、幂函数回归方程进行对比,以RSI(R_(1407),R_(1459))为自变量构建的土壤含水量指数函数线性回归方程决定系数最大(0.780),标准误较小(0.016),拟合方程为y=0.00001e~(9.72053 x).估测模型能够更好地监测滨海盐土土壤水分状况.基于RSI(R_(1407),R_(1459))构建的模型可实现对江苏省滨海盐土土壤水分的精确监测.     

一种估测土壤有机质含量的近红外光谱参数

通过系统分析我国中、东部地区5种不同类型土壤风干样本的有机质含量与近红外(1000～2500 nm)光谱反射率和一阶导数两波段构成的比值、差值及归一化指数之间的关系,构建了适合土壤有机质含量估测的光谱参数及定量反演模型.结果表明：用多元散射校正及Savitzky-Golay平滑方法对原始光谱反射率进行预处理后,其两波段组成的光谱参数与土壤有机质含量的相关性明显优于原始光谱反射率组成的光谱参数,而由上述预处理后的反射率一阶导数的两波段构成的光谱参数介于二者之间;不同类型光谱参数构成形式中,以差值指数的预测性最好,其次为比值和归一化指数;与土壤有机质含量相关程度最高的光谱参数,是以近红外合频区1883和2065 nm 2个波段的反射率经多元散射校正和Savitzky-Golay平滑后构建而成的差值指数DI(CR₁₈₈₃, CR₂₀₆₅),两者呈极显著的直线相关.经不同类型土壤的观测资料检验,模型的决定系数为0.837,均方根误差为4.06;与偏最小二乘法的全谱建模结果相比,尽管DI(CR₁₈₈₃, CR₂₀₆₅)的预测精度略低于后者,但该指数只使用了2个波段的反射率,且所建模型比较简单,能为便携式监测仪的研制提供更有效的信息,可作为一种良好的土壤有机质估测光谱参数.     

基于棉花功能叶高光谱参数的土壤电导率监测模拟

通过2008-2009年在江苏南京农业大学牌楼试验站的盆栽试验,选择耐盐棉花品种中棉所44和盐敏感性品种苏棉12号为材料,模拟5种不同含盐水平的滨海盐土(0、0.35％、0.60％、0.85％和1.00％),分析了棉花生育期棉田土壤电导率与棉花功能叶光谱反射率和高光谱参数的关系,并建立了棉田土壤电导率(EC)的定量监测模型.结果表明:棉花功能叶光谱反射率在近红外和中红外区域均随土壤盐分水平的升高而升高;以敏感波段1350nm和2307 nm构建的归一化光谱指数NDSI(R1350,R2307)与土壤电导率的决定系数最高,基于此构建了基于NDSI(R1350,R2307)的棉田土壤EC监测模型:EC=-42.899NDSI(R1350,R2307)+27.338;在光谱微分参数中,以TM影像第5个波段的光谱反射率(TM5-SWIR)与棉田土壤EC的决定系数最高,构建了基于TM5-SWIR的棉田土壤EC监测模型:EC=0.0574 TM5-SWIR2-2.5928 TM5-SWIR+ 30.021.以NDSI(R1350,R2307)和TM5-SWIR为自变量的监测模型的预测精度均较高,分别为0.887和0.814,根均方差均较小,分别为1.09和1.29 dS·m-1.利用棉花功能叶NDSI(R1350,R2307)和TM5-SWIR均能较好地监测棉田土壤电导率.     

闽江河口湿地土壤全磷高光谱遥感估算

磷是湿地生态系统必需和限制性元素,利用高光谱遥感数据对其进行估算对实现湿地土壤磷素快速和准确定量具有重要意义。选取闽江河口湿地作为研究区,于2013年5月,采集16个土壤剖面80个样本作为估算与验证模型样本;基于光谱指数建立土壤全磷(TP)含量估算模型,其中光谱指数包括原始光谱反射率(R)、比值土壤指数(RSI)、归一化土壤指数(NDSI)和有机质诊断指数(OII)。此外进一步分析反射光谱与不同形态磷,TP与有机质之间关系,以期初步揭示河口湿地土壤TP估算的机理。研究结果表明,闽江河口湿地土壤TP含量与R相关系数较高的区域分布在360-560 nm,并在406 nm处达到最大值-0.816;光谱指数RSI(R_(430),R_(830))、RSI(R_(460),R_(810))、RSI(R_(560),R_(580))、NDSI(R_(430),R_(830))、NDSI(R_(460),R_(830))、NDSI(R_(560),R_(580))和OII(R_(446))与土壤TP含量均有较高的相关系数,能较好的用于TP含量的估算;各估算模型决定系数(r~2)和均方根误差(RMSE)分别在0.657-0.805和0.052-0.067之间;验证模型r~2和RMSE分别在0.606-0.893和0.037-0.044之间。分潮滩建立TP含量估算模型是可行的,并且能提高部分光谱指数的估算精度。土壤TP含量的估算精度与磷素的组成有关,其中与铁吸附态磷关系较为密切,钙吸附态和铝吸附态磷关系较弱。土壤TP与有机质和氧化还原环境的存在密切关系可能是湿地土壤TP含量估算的重要机理。     

估测水稻叶层氮浓度的新型蓝光氮指数

基于不同氮素水平与品种类型的多个田间试验,综合分析了水稻冠层高光谱植被指数与叶层氮浓度的定量关系.结果表明：对氮反应最敏感的波段为红光665～675 nm、蓝光490～500 nm和红边区域波段680～760 nm.400～2500 nm波段范围内两波段植被指数与水稻叶层氮浓度相关性最好的是550～600 nm与500～550 nm,属绿光波段组合,决定系数（R²）最高的是比值指数SR(533,565).以3个蓝光波段构建的光谱参数R₄₃₄/(R₄₉₆+R₄₀₁)（蓝光氮指数）与水稻叶层氮浓度呈极显著的直线相关关系,与SR(533,565)相比,该参数显著提高了对叶层氮浓度的预测性.独立资料检验结果显示,R₄₃₄/(R₄₉₆+R₄₀₁)对水稻叶层氮浓度具有较好的预测性,检验根均方差（RMSE）和相对误差（RE）值分别为9.67%和8%,是一种适合于水稻叶层氮浓度估测的良好高光谱植被指数.     

基于减量精细采样法估算小麦叶片氮积累量的最佳归一化光谱指数

基于6个小麦品种、5个施氮水平、4年田间试验条件下不同生育时期的小麦叶片高光谱反射率和相应的氮含量及生物量,采用减量精细采样法,系统构建了350～2500 nm范围内所有两两波段组成的归一化光谱指数［NDSI（i, j）］,综合分析了小麦叶片氮积累量(LNA, g N·m^-2)与NDSI（i, j）的定量关系,确定了估算叶片氮积累量的新高光谱特征波段和光谱指数,进而建立了小麦叶片氮积累量监测模型.结果表明：估算小麦叶片氮积累量的敏感波段主要存在于可见光区和近红外区,最佳特征波段组合为720 nm和860 nm;基于NDSI(860,720)的叶片氮积累量监测模型为LNA=26.34×［NDSI(860,720)］^1.887（R²=0.900,SE=1.327）.利用独立试验资料的检验结果表明,基于NDSI(860,720)建立的回归模型对小麦叶片氮积累量的估测精度为0.823,RMSE为0.991 g N·m^-2,模型预测值与观察值之间的符合度较高.可利用新的归一化高光谱参数NDSI(860,720)来估算小麦叶片氮积累量.     

淹水胁迫下棉花叶片高光谱特征及叶绿素含量估算模型

为即时监测淹水胁迫下棉花功能叶叶绿素含量,确立叶绿素含量与单叶光谱特征参数的定量关系,本文以遮雨棚内蕾期淹水胁迫下的盆栽棉花为研究对象,淹水后每 3 d对棉花叶片进行测定、取样,综合分析叶绿素含量与高光谱特征参数的相关性,并构建和验证叶绿素含量的估算模型.结果表明: 随着淹水胁迫程度的加重,叶片叶绿素含量下降;叶片原始光谱反射率、一阶微分光谱反射率分别在580、697 nm波段附近与叶绿素含量呈显著负相关;利用差值指数和归一化指数建立的估算模型优于单波段线性模型,其中以植被指数(DR₆₉₇-DR₇₃₈)/(DR₆₉₇+DR₇₃₈)为自变量建立的模型棉花单叶叶绿素含量估算值与实测值拟合度最好,拟合系数为0.814,可用于淹水胁迫下棉花单叶叶绿素含量的估测.     

长期不同耕作措施对土壤团聚体特征及微生物多样性的影响

以豫西丘陵地区15年的保护性耕作试验为平台,研究了不同耕作措施对土壤水稳性团聚体分布及稳定性和土壤细菌、古菌及真菌多样性的影响.结果表明: 与传统耕作相比,免耕、深松覆盖和小麦-花生两茬耕作处理增加了>2000 μm粒级团聚体的相对含量,减少了<53 μm粒级团聚体的相对含量;显著提高了土壤团聚体平均质量直径(MWD),提高幅度分别为18.0%、12.2%和50.4%.免耕、深松覆盖和两茬耕作处理均可提高细菌、古菌和真菌的Shannon指数(H),细菌分别提高0.3%、0.3%和0.6%,古菌分别提高20.2%、40.5%和49.1%,真菌分别提高23.7%、19.5%和25.8%.土壤细菌和古菌的H指数与大团聚体含量(R_0.25)和MWD显著相关,而真菌的H指数与R_0.25和MWD相关性不显著.综上,采用免耕、深松结合小麦秸秆覆盖以及小麦-花生轮作等措施均可改善土壤团聚体状况,提高土壤微生物多样性指数.
     

典型龟裂碱土土壤水分光谱特征及预测

以不同含水量的宁夏典型龟裂碱土为研究对象,系统分析了土壤光谱与土壤含水量的相关性,并建立了含水量预测模型.结果表明:随着含水量的增加,土壤光谱反射率逐渐降低,当土壤含水量高于田间持水量时,土壤光谱反射率随着含水量的增加呈增加趋势.土壤光谱反射率原始数据(r)、平滑后的反射率(R)和反射率对数(lgR)与龟裂碱土水分含量呈极显著负相关关系,整个波段R与土壤水分含量的相关系数平均比r和lgR分别高0.0013和0.0397;反射率倒数(1/R)和反射率倒数的对数[lg(1/R)]2种变换形式与龟裂碱土水分含量呈正相关关系,在950~1000 nm的相关系数平均比400~950 nm高0.2350;3种一阶微分变换形式与土壤水分的相关性不稳定.基于r、lg(1/R)、反射率的一阶微分R’和反射率对数的一阶微分(lgR)’采用不同回归模式建立的龟裂碱土含水量预测模型平均决定系数分别为0.7610、0.8184、0.8524和0.8255,其中R’的幂函数模式决定系数高达0.9447,该模型预测的土壤含水量与室内实测值拟合度为0.8279,说明该模型预测精度最高,采用r建立的模型预测精度最低.研究结果可为龟裂碱土含水量预测和当地农田灌溉提供科学依据.     

植被叶片及冠层层次含水量估算模型的建立

利用LOPEX'93数据库中7个鲜叶片含水量(Cw)和光谱反射率实测数据,基于光谱指数法,在叶片层次,用47个随机样本建立Cw与不同光谱指数的统计模型,并用另外20个样本验证.结果表明,Cw的两种表征形式相对含水量FMC和等价水深EWT在提取叶片Cw时差异较大,EWT与各光谱指数的相关性较FMC高,但FMC对叶片Cw的反演精度高于EWT.而反演精度更高的是基于最优子集回归建立的光谱指数线性模型.Ratio₉₇₅是叶片层次提取Cw的普适光谱指数.冠层层次,利用PROSPECT+SAILH耦合模型,模拟在不同叶面积指数LAI和Cw下的冠层光谱.为了剔除背景影响,更好地提取冠层Cw,提出用近红外和短波红外波段反射率构造土壤可调节水分指数(SAWI),该指数与其他光谱指数的比值能明显地剔除土壤背景影响,更准确地提取冠层Cw.Ratio₉₇₅的改进型光谱指数(Ratio₉₇₅-0.9)/(SAWI+0.2)能用来提取叶面积指数LAI从0.3到8.0,Cw从0.0001cm到0.07cm的冠层Cw,研究表明精度较高.     

基于通量和光谱观测的中亚热带人工针叶林光能利用效率的反演

利用光谱反射率测量的光化学植被指数（PRI）估算植被光合作用的光能利用效率（LUE）,能够更好地为生态系统总初级生产力的估算及尺度扩展提供重要的技术支撑.本研究以中国通量网（ChinaFLUX）千烟洲通量观测站为研究区域,2013年9月和12月在通量塔上测量了中亚热带人工针叶林的植被反射光谱,并获取了通量塔上同步观测的气象数据和涡度相关通量数据,对两者进行回归分析.结果表明： PRI-LUE相关关系（R²=0.20,P<0.001）优于NDVI LUE.在整个观测期内,土壤水分含量（SWC）与PRI组合的二元回归模型能够提高LUE的估算精度（日间观测R²=0.29,P<0.001;正午观测R²=0.30,P<0.01）,而在秋季,饱和水汽压差（VPD）与PRI组合的二元回归模型能较好地估算正午LUE（R²=0.448, P<0.001）,表明环境因子SWC和VPD是影响PRI-LUE关系的重要因素,不同季节的二元回归模型所选择的最佳环境变量有所不同.     

基于挺水植物高光谱信息的再生水总氮含量估测——以北京市门城湖湿地公园为例

高光谱信息是探测植物体内氮素含量状况的重要手段,而植物体中的氮素与水体含氮量息息相关.本研究区为以再生水为主要补给水水源的北京门城湖湿地公园,通过获取区内典型的再生水氮净化挺水植物芦苇和香蒲叶片的高光谱数据,并在室内测定对应样点的水体总氮含量指标, 探讨基于典型湿地挺水植物高光谱数据对水体总氮进行遥感探测的可行性.采用4种高光谱参数(光谱指数、归一化差值指数、“三边”参数及吸收特征参数)分别建立一元线性模型、逐步多元回归模型和偏最小二乘模型,根据决定系数(R²)和均方根误差(RMSE)进行模型精度检验.结果表明: 逐步多元回归和偏最小二乘模型的预测精度高于一元线性模型. 3种模型对芦苇的拟合效果均优于香蒲.偏最小二乘模型对芦苇的拟合效果最优(R²=0.854,RMSE=0.647).500～700 nm是反映水氮含量的最佳波段范围,绿峰与红谷反射率的比值与水体总氮含量具有较强的相关性,尤其是吸收特征参数能够较好地预测水体总氮含量.     

基于20 cm蒸发皿蒸发量制定的华北地区温室黄瓜滴灌灌水制度

试验分别于2013和2014年在中国农业科学院新乡综合试验基地进行,以20 cm蒸发皿蒸发量（E_p -20）为灌水依据,设置5种水面蒸发系数（K_cp1:0.25;K_cp2:0.5;K_cp3:0.75;K_cp4:1.0;K_cp5:1.25）代表5种灌水水平,分析了不同水量（I_r）对温室黄瓜滴灌耗水量（ET）、产量、品质以及水分利用效率（WUE）的影响,探讨了以E_p -20制定温室滴灌灌水计划的可行性.结果表明：温室滴灌黄瓜整个生育期内的耗水量在129~314 mm,耗水量随着灌水量的增加而增加.当灌水量超过0.75E_p 20时,各处理之间的产量无差异,平均单果质量、单株瓜条数和平均瓜长对灌水量的响应均存在一个阈值（0.75E_p 20）;品质方面,可溶性固形物、维生素C和可溶性糖含量均随着灌水量的增加而降低,而可溶性蛋白质含量为：K_cp2＞K_cp3＞K_cp4＞K_cp1＞K_cp5;采用修正后的Penman Monteith公式计算温室滴灌黄瓜参考蒸发蒸腾量所得结果与E_p -20呈极显著线性相关关系.可见,在华北地区日光温室黄瓜的滴灌灌水制度选用0.75倍的20 cm蒸发皿水面蒸发量作为灌水依据简单可行.     

长江口近岸水域棘头梅童鱼资源现状的评估

为了评估长江口近岸水域棘头梅童鱼的资源状况,利用2012—2013年底拖网调查数据,基于体长频率分布的方法研究了长江口近岸棘头梅童鱼的生长和种群参数.采用FiSATⅡ软件中的ELEFAN模块计算了长江口棘头梅童鱼的Von Bertalanffy生长参数,结合Pauly经验公式估算其自然死亡系数,并建立Beverton-Holt动态综合模型预测其资源变化趋势.结果表明: 2012—2013年共采集到棘头梅童鱼样本4201尾,体长范围18~155 mm,其生长系数(K)和极限体长(L_∞)分别为1.1和162.75 mm,种群总死亡系数(Z)、自然死亡系数(M)和捕捞死亡系数(F)分别为4.040、1.683和2.357.当前长江口近岸水域棘头梅童鱼的资源开发率(E)为0.583,大于F_opt (0.5),年平均资源数量为1.33亿尾,对应的资源量为576.02 t.目前长江口水域棘头梅童鱼资源已处于过度捕捞状态.
     

典型黑土区不同水土保持林表层土壤磷素形态及有效性

以典型黑土区人工营造的落叶松林、水曲柳林、樟子松林和美青杨林表层土壤(0～10 cm)为对象,研究不同类型水土保持林土壤磷素的形态和有效性.结果表明: 水曲柳林和美青杨林土壤全磷、速效磷和磷各组分含量均显著高于落叶松林和樟子松林;4种林地土壤磷主要以有机磷形式存在,并且中活性有机磷NaOH P_o含量最高,占土壤磷素总量的58.9%;对植物有效性相对较高的H₂O P_i和NaHCO₃ P含量较低,分别占土壤磷素总量的1.2%和6.6%;除NaHCO₃ P_o外,土壤中不同磷素形态之间以及磷各组分与土壤有机质、全磷和有效磷之间具有显著相关关系.表明研究区内阔叶林比针叶林能够显著地提高土壤磷的有效性.     

三种植被恢复树种的冠层气孔导度特征及其对环境因子的敏感性

应用Granier热消散探针,长期监测华南地区荷木、大叶相思和柠檬桉林不同径级样树的树干液流,结合同步观测的气象数据,求算冠层气孔导度(g_c),并分析其对环境因子的响应方式及敏感性.结果表明: 不同季节荷木林日间平均g_c显著高于大叶相思和柠檬桉(P<0.05)（除3月外）.在干季和湿季,g_c与光合有效辐射(PAR)呈现对数正相关关系(P<0.001),湿季g_c对PAR响应比干季更敏感.g_c与水汽压亏缺(VPD)在干湿季均呈现对数负相关关系(P<0.001),同样在湿季表现出更高的敏感性.湿季g_c与VPD的偏相关系数高于干季,VPD对气孔行为的调控作用在湿季更为明显.随着土壤含水量的降低,g_c对VPD的敏感性下降,荷木和柠檬桉林下降的幅度大于大叶相思林,荷木和柠檬桉林下降的幅度相当.通过综合分析g_c对环境因子(PAR和VPD)的敏感性及其对土壤含水量变化的响应规律,发现乡土树种荷木作为植被恢复树种比外来引种的大叶相思和柠檬桉更为适宜.     

北方温带森林不同海拔梯度土壤碳矿化速率及酶动力学参数温度敏感性

采集长白山脉龙岗支脉老秃顶子南坡3个不同海拔梯度森林(岳桦林、针阔混交林、红松林)土壤,进行室内温度梯度培养试验,研究土壤碳矿化速率(C_min)和土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(β_G)动力学参数及温度敏感性.结果表明： 海拔和温度对C_min均有显著影响,3种森林土壤C_min均随着培养温度升高而增加,且岳桦林土壤C_min最高.3种森林土壤碳矿化速率温度敏感性\[Q₁₀(C_min)\]大小为岳桦林>红松林>针阔混交林,但差异不显著.3种森林土壤β_G动力学参数最大反应速率(V_max)和米氏常数(K_m)均随培养温度升高而增加,V_max的温度敏感性\[Q₁₀(V_max)\]为1.78～1.90,K_m的温度敏感性\[Q₁₀(K_m)\]为1.79～2.00.岳桦林Q₁₀(V_max)/Q₁₀(K_m)值显著高于红松林和针阔混交林,表明高海拔岳桦林土壤有机碳水解酶动力学参数受温度升高影响最大.     

陇中黄土高原主要造林树种细根生物量分布

以2 mm为粗、细根的划分界限,采用根钻法对黄土高原安家沟流域油松、白杨、山杏、刺槐、沙棘和柠条6个主要造林树种细根分布进行研究,并测定不同林地下土壤含水率和土壤理化性质.结果表明： 在水平方向上,油松细根生物量呈先增大后减小的二次多项式分布,其他5个树种细根生物量均呈对数分布,水平根系发达,细根主要分布在冠幅半径2~3倍的范围内,表明各植被通过水平扩展来获取更多的土壤水分.在垂直方向上,随着土层深度的增加,细根生物量均呈减小趋势.6种植被细根生物量与土壤水分、容重呈显著负相关,与有机质、全N含量呈显著正相关.