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.     

人工植被对崇明东滩滨海盐土水盐空间异质性的影响

运用经典统计学和地统计学相结合的方法,于2012年6月研究了上海市崇明东滩滨海盐土上3种人工植被表层土壤(0～20cm)水盐的空间异质性.结果表明:不同样地的土壤含水量大小顺序为:落羽杉林>狗牙根草丛>夹竹桃灌丛,其变异系数分别为13.9%、13.4%和12.9%;土壤电导率为:夹竹桃灌丛>落羽杉林>狗牙根草丛,其变异系数分别为79.2%、55.4%和15.9%;二者均属中等程度变异.不同样地土壤水盐的理论变异模型各不相同,其中土壤电导率的拟合效果更好,R2在0.97～0.99.当植被从夹竹桃灌丛→狗牙根草丛→落羽杉林,土壤含水量的空间异质性程度由弱变强,其中夹竹桃的变异性是随机的;植被从狗牙根草丛→夹竹桃灌丛→落羽杉林,土壤电导率的空间异质性由中等相关变为强相关.不同植被下土壤电导率空间自相关性多为正相关,土壤水分多呈负相关.狗牙根草丛的土壤水盐均呈条带状分布,落羽杉林地土壤水盐均呈大斑块连续状分布,而夹竹桃灌丛的土壤水分呈小斑块破碎状分布,盐分呈条带状分布.     

有机物料对黄河三角洲滨海盐土的根际效应：Ⅱ.盐分效应

采用根际袋法研究腐熟有机物料对滨海盐土水稻淹水层及土壤的盐分和植株元素吸收的影响．结果表明,在不排水条件下,施用有机物料使淹水层盐分上升,土壤盐分也高于对照,但其根际富集程度降低;植株Ｋ吸收增强,Ｎａ则明显下降,Ｃａ、Ｍｇ含量略增,但变化没有１价元素明显．     

有机物料对黄河三角洲滨海盐土根际效应的影响Ⅰ.养分和酶生物学…

采用根际袋法研究腐熟有机物料对滨海盐土水稻根际养分和酶活性特征的影响,结果表明,施有秀机物料可增加土壤有效Ｎ、Ｐ、Ｋ,Ｆｅ和Ｚｎ的含量增强土壤尤其根际土壤的转化酶、碱性磷酸酶和脲酶活性,可加速土壤有机Ｃ、Ｎ、Ｐ的代谢作用,增加水稻养分吸收,改善生长发育,增强耐盐性。     

不同尺度流域日径流分形特征

基于分形理论和实测流域日径流长序列资料,研究了中尺度流域（武水流域）和小尺度流域（贞福流域和双溪流域）日径流的分形特征.结果表明：相同时间尺度和不同日径流门限值条件下,相同空间尺度流域间和不同空间尺度流域间日径流均具有显著的分形特征,具有自相似性.随着门限值的增大,不同空间尺度流域间日径流的分形盒维数均逐步减小;当时间尺度在120～150 d时,不同空间尺度流域日径流的分形维数点集均逐渐趋向饱和,当时间尺度大于该值时,就有出现一定门限值径流的可能性.     

水稻上部叶片叶绿素含量的高光谱估算模型

叶片叶绿素 (Chl) 状况是评价植株光合效率和营养胁迫的重要指标,实时无损监测Chl状况对作物生长诊断及氮素管理具有重要意义.以不同生态点、不同年份、不同施氮水平、不同类型水稻品种的4个田间试验为基础,于主要生育期同步测定了水稻主茎顶部4张叶片的高光谱反射率及Chl含量,并计算了350～2500 nm范围内任意两波段组合而成的比值(SR[λ1,λ2])和归一化(ND[λ1,λ2])光谱指数以及已报道的对Chl敏感的光谱指数,进一步系统分析了叶片Chl含量与上述光谱指数之间的定量关系.结果表明,红边波段的比值和归一化光谱指数可以较好地预测水稻上部4叶的Chl含量(R~2>0.9),但对于不同Chl指标其最佳组合波段有所差异.估算叶绿素a (Chla)、叶绿素总量(Chla+b)和叶绿素b (Chlb)的最佳比值光谱指数分别为SR(724,709)、SR(728,709)和SR(749,745),方程拟合决定系数R~2分别是0.947、0.946、0.905;最佳归一化光谱指数分别为ND(780,709)、ND(780,712)和ND(749,745),R~2分别是0.944、0.943、0.905.引入445 nm波段反射率对上述光谱指数进行修正,可以降低叶片表面反射差异的影响,提高模型的应用范围.利用不同年份独立的试验资料对所建模型进行了检验,结果表明,修正型比值光谱指数 mSR(724,709)、mSR(728,709) 和 mSR(749,745),以及修正型归一化光谱指数mND(780,709)、mND(780,712) 和 mND(749,745) 预测 Chla、Chla+b 和 Chlb 的效果更好,其测试的RMSE分别为 0.169、0.192、0.052、0.159、0.176、0.052,RE分别为8.18%、7.74%、13.01%、8.26%、7.59%、12.96%,均较修正前降低,说明修正后的光谱指数普适性更好.     

基于实地调查和高光谱数据的浑善达克沙地中部植物alpha多样性遥感估测

植物群落物种多样性的快速无损估测一直是近几十年生态学领域的热点研究问题。相对于大尺度的卫星遥感数据,高光谱遥感数据具有光谱和空间分辨率高的优势。采用ASD HH2便携式高光谱仪,收集浑善达克沙地中部120个样方的高光谱数据,并对样方的alpha多样性指数进行同步测定。对高光谱遥感数据进行预处理,采用相关性分析、主成分分析和经验波段筛选法,从数百个波段中选择敏感波段。采用90个样方的高光谱数据作为训练样本,对筛选的敏感波段进行多元线性逐步回归分析,获得12个回归模型。采用另外30个样方的高光谱数据作为验证样本,对回归模型的拟合效果进行检验。结果发现,采用主成分分析法提取敏感波段的回归模型拟合效果最好,Pielou指数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数拟合均达到显著水平。对我国植物物种多样性微尺度的快速评估和高光谱遥感具有一定参考意义,并对未来植物多样性高光谱遥感研究提出了建议。     

基于高光谱的苹果果期冠层光谱特征及其果量估测

苹果冠层光谱特征是苹果树遥感生理监测和生产管理的重要依据。对栖霞市苹果果期的冠层反射光谱进行实测,结合数码照相技术探明了苹果果期的反射光谱特性和敏感波段,并通过敏感波段与果树比指标建立回归模型,实现了对苹果冠层果量(果树比)的无损估测。结果表明:苹果树果期冠层光谱曲线总体表现为对蓝光和红光的吸收及对绿光的反射,在近红外750—1300nm之间表现为强烈的反射,且在1650nm和2200nm附近呈现两个反射峰。选择435、670、730、940、1140nm和1480nm等6个波段为苹果果期的敏感波段。利用这些波段分别构建了差值、比值及归一化植被指数,筛选了最佳光谱参数,进而构建了果量(果树比)估测模型,经筛选验证确定苹果果量的最佳估测模型为:y=0.0086[NDVI(940,730)]2-1.0934NDVI(940,730)+0.3209。模型为苹果果期果量的精确估测提供了比较快捷的方法途径。     

有机物料对黄河三角洲滨海盐土根际效应的影响Ⅰ．──养分和酶生物学效应

采用根际袋法研究腐熟有机物料对滨海盐土水稻根际养分和酶活性特征的影响．结果表明,施用有机物料可增加土壤有效Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｆｅ和Ｚｎ的含量,增强土壤尤其根际土壤的转化酶、碱性磷酸酶和豚酶活性,可加速土壤有机Ｃ、Ｎ、Ｐ的代谢作用,增加水稻养分吸收,改善生长发育,增强耐盐性．     

烟蚜为害特征的高光谱比较

利用手持式高光谱仪测定不同蚜量为害后烟草冠层光谱反射率的变化,同时使用叶绿素计测量叶绿素含量。结果表明,烟草光谱呈现标准植被光谱曲线,烟蚜Myzuspersicae(Sulzer)为害造成烟草光谱反射率下降,近红外波段反射率下降更为明显。和健康烟株相比,轻度(单株顶尖和上部5片叶蚜量≤15头)、中度(15头<单株顶尖和上部5片叶蚜量≤50头)、重度(单株顶尖和上部5片叶蚜量>50头)危害在绿光波段反射率分别下降12%,27%,52%,在近红外波段分别下降15%,20%,38%。对反射率曲线进行微分分析,健康烟株、轻度、中度和重度为害后的一阶导数最大值分别为0.031,0.022,0.026和0.019,其值随着蚜量增加而下降,对应的波长重度为害为718.45nm,其它为716.91nm,红边位置向长波方向移动1.46nm。蓝光、绿光、红光和近红外4个波段反射率和叶绿素含量SPAD值存在良好的线性回归关系,相关系数都达到极显著,绿光波段反射率对叶绿素含量的回归关系尤为显著;同时SPAD值越大,光谱反射率越高。该研究对于应用遥感技术大面积监测烟草生产中病虫害的发生,确定防治适期以及适宜的防治措施具有重要的应用前景。     

种植盐地碱蓬改良滨海盐渍土对土壤微生物区系的影响

利用盐生植物盐地碱蓬对天津河口滨海盐碱地进行生物修复,研究了其对土壤微生物区系的影响.结果表明,种植区碱蓬根系土壤的可溶性盐分与对照土壤相比下降了41%（重量法）和37%（电导法）;根系土壤的微生物数量明显增加,其中细菌、放线菌和真菌分别较对照增加了2.3倍、4.3倍和71倍,与对照相比均为显著性差异.根系微生物的耐盐性结果显示,随着土壤盐分的降低,根系微生物生长的最适盐度也随之降低,耐盐性较低的微生物种群已逐渐成为优势种群.系统发育分析表明,枯草杆菌属成为植物修复后土壤中的优势种群.     

滨海盐渍土壤中不同类型盐生植物富集镉的效应

为了利用被镉污染的滨海盐渍土壤,通过实验对比分析3种不同类型盐生植物对盐渍土中镉的富集效应,以期初步探明不同类型盐生植物在镉污染盐渍土壤修复中的效果。选择的3种盐生植物类型是:聚盐盐生植物,泌盐盐生植物和避盐盐生植物。通过温室盆栽实验,将植物在不同镉含量的盐渍土壤中种植培养60 d,测定和分析不同类型盐生植物对镉的生物浓缩因子、转移系数以及植株内地上部分和根部生物量和镉含量的变化。结果表明,不同镉含量的土壤对碱蓬和芦苇的生长影响较小,对二色补血草的生长影响较大。不同镉含量的土壤中,芦苇地上部分镉的生物浓缩因子变化差异不显著,并且其地上部分吸收镉的百分率较高。碱蓬和芦苇的转移系数大于二色补血草的转移系数,并且碱蓬的转移系数在不同镉含量的土壤中变化不显著;二色补血草的转移系数随着土壤中镉含量的增加而显著增大。3种盐生植物中,碱蓬最具修复镉污染盐渍土壤的潜力,这可能和它是聚盐盐生植物的生理类型有关。芦苇整个植株的地上部分富集镉的总量在3种植物中是最高的,因此,芦苇在镉含量较低时也可以做为镉污染盐渍土壤的修复材料。     

卫星土壤水分产品在青藏高原地区的适用性评价

为了分析土壤水分产品在青藏高原地区的可靠性和适用性,利用青藏高原地区地下5 cm深度的地面实测土壤水分数据,结合多种评价指标(相关系数R、均方根误差RMSE、偏差Bias和无偏均方根误差ubRMSE)对土壤水分主动-被动探测卫星(SMAP)、高级微波扫描辐射计2(AMSR2)、风云三号(FY-3B)土壤水分产品,从时间和空间两个方面进行了适用性研究。结果表明:(1)土壤水分产品均能反映青藏高原的土壤水分变化,在降水较多的季节,三种产品精度均有不同程度的下降。(2)土壤水分产品在夏季和秋季反演效果好于冬季和春季,并且在秋季与实测值更接近。其中,SMAP产品在各个区域都能反映土壤水分的季节变化趋势,并普遍在夏季高估、冬季低估;AMSR2产品在夏季低估,冬季明显高估;FY-3B产品在夏季普遍低估。(3)土壤水分产品在那曲和狮泉河地区反演结果较好,在那曲地区与实测值相关性最高;在玛曲地区表现出较大的不确定性,虽然相关系数较高,但RMSE和Bias同样较高,整体精度较差;SMAP产品在阿里地区满足目标精度。综合来看,SMAP产品在青藏高原地区反演结果较为稳定,受气候和环境的影响较小,具有相对较大...     

施用生物炭和聚丙烯酰胺对海涂围垦区盐碱土水力性质的影响

通过圆盘入渗试验,探讨不同改良剂施用量下土壤入渗特性的变化,揭示添加生物炭和聚丙烯酰胺(PAM)对海涂围垦区盐碱土水力学参数、孔隙特征及不同级别孔隙水流贡献率的影响.结果表明: 单施2%生物炭,土壤饱和导水率比对照增加46.4%;盐碱土饱和导水率随PAM施用量增加而减小.单施2%生物炭使土壤总有效孔隙度和半径>100 μm的有效孔隙度分别增加8.3%和10.2%.单施PAM时,土壤总有效孔隙度和不同半径孔隙有效孔隙度均有减小趋势,其中,PAM梯度为1‰时最明显,减幅高达88%以上.施用生物炭和PAM后,半径<100 μm的孔隙的水流贡献率呈下滑趋势,半径>500 μm的孔隙对土壤水流运动起主导作用.     

放牧对黄河低阶地盐化草场土壤水盐空间异质性的影响

选定黄河低阶地地形大致相近的放牧草场与封育草场,按实地情况分别设置长770m（放牧）、370m（放牧）和240m（封育）3条样线,采用校正后的便携式WET Sensor以10m为间隔进行土壤水盐的分层（0～10cm,10～20cm）测定,并对其进行地统计学分析.结果表明：黄河低阶地盐化草场表层土壤水盐的变异系数和相关性高于下层,土壤水分的变异系数低于土壤盐分且层间的相关性较高;放牧使土壤水盐之间的相关程度增大,变异降低,且使土壤水分存在一定的冗余.所研究草场的土壤水盐表现为中等或强烈空间自相关,封育盐化草场水盐空间相关尺度的差异较小,而放牧草场则相反.持续放牧已经成为一种稳定影响盐化草场水盐空间分布的结构性因素,使盐化草场的水盐空间异质性减弱.盐生植物在草场内随机分布且不受放牧干扰,是封育盐化草场随机作用较强的最可能原因;而放牧草场内牲畜的啃食和践踏对盐生植物和土壤结构改变所形成的反馈作用大大降低了这些植物对水分特别是盐分的再分配,进而导致放牧草场水盐的含量趋于增大且分布格局趋于简单.     

土壤水分遥感监测研究进展

土壤水分是陆地表面参数化的一个关键变量。土壤水分含量随时空的转换而变化,在地-气界面间物质、能量交换中起着重要的作用,是农作物生长发育的基本条件和农作物产量预报的重要参数。遥感技术具有大面积同步观测,时效性、经济性强的特点,为大面积动态监测土壤水分提供了可能。总结了近年来国内外遥感监测土壤水分理论、方法的发展和应用,介绍了目前几种比较成熟和广泛应用的土壤水分遥感监测方法与模型,对比分析了各种监测方法的优缺点,指出了土壤水分遥感监测方法存在的不足,指明了今后发展的方向,展望了土壤水分遥感监测方法的发展趋势。     

山东滨海盐渍区植物群落与土壤化学因子的关系

在山东滨海盐渍区选取81个样方进行植物群落调查,对土壤化学性质进行分析,研究耐盐植物分布与土壤pH、可溶性盐总量、全氮、全磷、有机质、K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-和HCO₃^-12个土壤化学因子之间的关系.结果表明: 共记录耐盐植物30科67属85种,排名前三的优势科为菊科、禾本科、藜科.群落类型分为4类,分别是芦苇-白茅+茵陈蒿群落、盐地碱蓬+芦苇-茵陈蒿+地肤群落、芦苇-香蒲+罗布麻群落和芦苇-罗布麻群落.CCA排序表明,土壤可溶性盐总量和水溶性离子含量是影响该区域耐盐植被分布的关键土壤化学因子,其次是土壤全氮含量.优势种为芦苇,同时伴生白茅和茵陈蒿的群落在4个群落类型中具有较丰富的物种多样性,所蕴含的耐盐植物资源丰富.群落的物种多样性与土壤可溶性盐总量和水溶性盐离子含量呈显著负相关,高盐分土壤会降低群落的物种多样性指数,影响群落的物种多样性.     

白洋淀湿地生态系统水分条件遥感监测方法

湿地水文条件对湿地生态系统结构和功能起到关键作用。利用遥感获取与湿地水分条件直接相关的生物物理变量,包括归一化植被指数（NDVI）和地表温度,探讨监测湿地挺水植物缺水状况的可能性,并探讨了建立湿地水分遥感监测的新方法。回归分析表明,对于同一挺水植物而言,在湿地旱化的条件下,由于植物的蒸腾作用的差异,在植被生长状况（NDVI）相同的情况下,地势较高处植物的冠层温度亦较高;在生长处高度相同的情况下,植被覆盖度高（NDVI值高）的地方,植物的冠层温度较低。这说明可以通过地表温度和NDVI来监测挺水植物的缺水程度。     

土壤水分遥感反演研究进展

土壤水分精确反演对于理解和解决农业生产、生态规划以及水资源管理中的科学与实际问题至关重要。目前,大量的反演算法被广泛用于土壤水分估算,全球土壤水分遥感反演产品不断发布,反演算法与产品数据集的应用前景亟待系统梳理。基于不同谱段遥感探测技术中的土壤水分反演方法存在各自的特点、优势和局限性。除反演方法研究外,土壤水分遥感反演研究热点可被归纳为遥感土壤水分产品评估、在相关领域的应用、数据同化3个方面。大量研究表明土壤水分遥感反演产品在生态、水文、干旱等研究中表现出巨大的潜力,且在部分研究中已经得到应用。但目前土壤水分的遥感观测与应用需求仍存在一定的差距,因此最后对土壤水分遥感反演在探测的精度和准确度两个方面及其解决方案进行了总结与展望。