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利用CARS-CNN模型的土壤有机质含量高光谱预测
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作者 李浩 于滈 +3 位作者 曹永研 郝子源 杨玮 李民赞 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2303-2309,共7页
卷积神经网络(CNN)在数据特征提取方面具有巨大优势,能充分获取数据特征,相较于传统模型具有更好的泛化性。基于CNN开展了土壤有机质(SOM)含量高光谱预测方法及模型研究。以北京市昌平区上庄实验站的320个土壤样本为研究对象,提取可见光... 卷积神经网络(CNN)在数据特征提取方面具有巨大优势,能充分获取数据特征,相较于传统模型具有更好的泛化性。基于CNN开展了土壤有机质(SOM)含量高光谱预测方法及模型研究。以北京市昌平区上庄实验站的320个土壤样本为研究对象,提取可见光-近红外(VIS-NIR)350~1700 nm内的807个光谱波段,通过多元散射校正(MSC)和一阶微分变换进行光谱数据去噪和变换。分别使用连续投影算法(SPA)、竞争性自适应重加权算法(CARS)筛选敏感波长实现光谱数据降维。为解决传统手段泛化性差以及深层CNN网络复杂且负载过大的问题,基于CARS与SPA算法,提出一种基于6层卷积层的浅层CNN模型预测,并对比具有不同卷积尺寸和卷积数量的1D-CNN1、1D-CNN2以寻找最优网络参数。通过对比VGG16、支持向量回归(SVR)、最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)建立预测模型在特征波长以及全波段的表现确定最佳模型。结果表明,相比于全谱波段和SPA筛选算法,基于CARS筛选特征波长建立的模型整体表现更好,波段数量被压缩至全波段的8%,有效实现了光谱数据的降维。对比全波段数据,基于CARS筛选波长的1D-CNN1、1D-CNN2的表现更好,模型预测R2分别提升了0.028,0.018;RMSE分别降低了0.150和0.107 g·kg^(-1)。整体上,基于CARS的1D-CNN1模型表现最好,预测R2=0.846,RMSE=3.145 g·kg^(-1),降低了网络负载的同时提高了模型精度,同时也证明了小尺寸卷积的表现优于更多数量的大尺寸卷积,能够更好的获取数据特征。通过CARS筛选特征波长结合浅层CNN建立SOM含量预测模型,为建立高精度的SOM含量预测模型提供了方法与参考。 展开更多
关键词 土壤有机质 卷积神经网络 高光谱 精细农业
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集约化稻田土壤有机碳稳定性及碳库保护综述
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作者 徐美花 韦翔华 +5 位作者 胡钧铭 马洁萍 李婷婷 张俊辉 郑富海 莫书权 《江苏农业科学》 北大核心 2024年第14期1-7,共7页
以化肥过量投入的集约化稻作生产方式,严重影响了土壤碳库资源及其稳定性,系统评价集约化稻田土壤有机碳的稳定性有利于促进农田碳库保护和绿色低碳稻作转型发展。根据集约化稻作及土壤碳库环境特征,通过查阅国内相关研究文献,系统梳理... 以化肥过量投入的集约化稻作生产方式,严重影响了土壤碳库资源及其稳定性,系统评价集约化稻田土壤有机碳的稳定性有利于促进农田碳库保护和绿色低碳稻作转型发展。根据集约化稻作及土壤碳库环境特征,通过查阅国内相关研究文献,系统梳理稻田土壤有机碳组分及碳库输入、输出及平衡稳定机制。集约化稻作生产影响粮食安全和气候变化,从集约化稻田土壤碳排放及土壤有机碳稳定性角度,系统梳理了稻作生产中土壤无机碳、土壤团聚体、土壤pH值、土壤养分、土壤微生物等环境因素及土壤无机碳组分和热敏感性对土壤有机碳物理结构稳定性、化学稳定性、生物稳定性的影响,并分析了土壤有机碳稳定性评价方法,探讨了土壤有机碳稳定性和碳库稳定性在土壤物理性状、土壤生物、土壤化学组分3个方面的研究不足,展望了集约化稻作低碳优化路径及土壤碳库保护措施。不同稻作生产模式下土壤有机碳固持能力、稳定性及稳定机制明显存在差异,保护性稻作有利于平衡土壤结构与碳排放。 展开更多
关键词 集约化稻作 土壤 碳组分 有机碳稳定性 低碳模式 碳库保护
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轮作模式和氮肥处理对稻田土壤有机碳储量及其结构的影响 被引量:1
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作者 周子榆 王孟佳 +10 位作者 冯向前 覃金华 王爱冬 马横宇 褚光 刘元辉 徐春梅 章秀福 王丹英 郑希 陈松 《中国水稻科学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期577-590,共14页
【目的】探讨不同水旱轮作模式与水稻季施氮水平在稻田土壤固碳(有机碳储量及其官能团特征)中的作用。【方法】依托中国水稻研究所水-旱轮作长期定位试验(2003年至今),研究4种轮作模式[水稻-冬闲(RF)、水稻-紫云英(RC)、水稻-小麦(RW)... 【目的】探讨不同水旱轮作模式与水稻季施氮水平在稻田土壤固碳(有机碳储量及其官能团特征)中的作用。【方法】依托中国水稻研究所水-旱轮作长期定位试验(2003年至今),研究4种轮作模式[水稻-冬闲(RF)、水稻-紫云英(RC)、水稻-小麦(RW)和水稻-稻草覆盖种植马铃薯(RP)]与2个水稻季氮肥处理[不施氮(N0,0kg/hm^(2))和正常施氮(N1,135kg/hm^(2))]对稻田土壤有机碳储量(0-50cm)和有机碳官能团特征(0-20cm)的影响。【结果】1)在土壤浅耕层(0-20 cm)内,轮作能够在一定程度上提高有机碳含量,表现为RP>RC>RW或RF;但对于全耕层(0-50、0-40和0-30cm)土壤有机碳储量而言,冬作(RP,RC和RW)与冬闲(RF)无显著差异,而施氮更有利于土壤固碳。2)水稻季不施氮处理下:相较于RF,冬作模式显著增加包括烷基碳和芳香碳在内的难降解组分,而抑制以烷氧碳为主的易降解组分,明显提高了土壤腐殖化指数、芳香性和疏水性,助力浅层土壤(0-20 cm)总有机碳储备的增加。其中,腐殖化指数和疏水性与还田秸秆C/N比值关系密切,这在浅层土壤固碳上具有重要意义。【结论】相较于轮作,适度施氮对全层土壤有机碳储备更有意义;而周年水旱轮作中全量秸秆还田对土壤有机质积累的效应仅停留在浅耕层,对全土层土壤有机碳储备的作用则被高估。秸秆碳在稻田的去向还有待进一步探索。 展开更多
关键词 稻田 水旱轮作 土壤有机碳储量 官能团组分 ^(13)C核磁共振
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宁夏黄土区典型坡面表层土壤有机碳含量的空间变化特征及尺度效应
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作者 韩新生 刘广全 +5 位作者 许浩 董立国 郭永忠 安钰 万海霞 王月玲 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期19-31,共13页
【目的】定量认识土壤有机碳(SOC)含量在坡面上的空间异质性及尺度效应,探索“由点及面”估算坡面平均SOC含量的精确便捷途径,为细致刻画坡面土壤资源状况、全面理解生态系统碳循环、制定土壤高质量管理方案提供科学基础。【方法】在宁... 【目的】定量认识土壤有机碳(SOC)含量在坡面上的空间异质性及尺度效应,探索“由点及面”估算坡面平均SOC含量的精确便捷途径,为细致刻画坡面土壤资源状况、全面理解生态系统碳循环、制定土壤高质量管理方案提供科学基础。【方法】在宁夏半干旱黄土丘陵区,选择3个相邻的由退耕还林工程形成的典型坡面,从坡顶向坡脚设置连续样点,调查各样点的土地利用、植被特征、立地条件及表层(0^20 cm)SOC含量,分析其坡向差异、坡位变化;以“离坡顶的水平距离或相对距离”为自变量,以表层SOC含量的顺坡滑动平均值为因变量,定量描述坡面尺度效应;再以坡面上任一样点表层SOC含量与坡面平均值的比值为因变量,实现由“点”到“面”的尺度上推。【结果】研究区表层SOC含量存在明显的坡向差异、坡位变化、尺度效应。表层SOC含量的坡面平均值在南坡(7.60 g·kg^(-1))最高,东坡(6.42 g·kg^(-1))次之,西坡(5.65 g·kg^(-1))最低,其坡位间变幅在东坡(15.95 g·kg^(-1))最大,其次为西坡(11.34 g·kg^(-1)),最小为南坡(9.72 g·kg^(-1)),说明东坡的坡面效应最强,其次为西坡,南坡最弱。东坡、西坡、南坡表层SOC含量的坡位变化大致相同,均由坡顶向下逐渐减小,至离坡顶水平距离200、150、280 m(相对距离0.73、0.45、0.76)后趋于稳定,主要与坡面“上部为自然状态的坡地+林草植被+恢复年限长、下部为人工梯田+林农植被+扰动频繁”的空间格局有关。在东坡、西坡、南坡上,距坡顶水平距离每增加100 m,SOC含量的滑动平均值分别变化-3.40、-2.50、-1.51 g·kg^(-1);距坡顶相对距离每增加0.1,SOC含量的滑动平均值分别变化-0.96、-0.75、-0.55 g·kg^(-1)。构建3个坡向不同坡位样点表层SOC含量与坡面平均值的比值随离坡顶水平距离或相对距离增加而变化的数量关系(R^(2)>0.7,P<0.001),籍此可由坡面上任一样点表层SOC含量精确便捷地估算坡面平均值。将所有位点数据融合得出,离坡顶相对距离0.4的位点表层SOC含量最接近坡面平均值。【结论】半干旱黄土丘陵区坡面表层SOC含量沿坡从上至下基本呈先减小后稳定的变化,与土地利用类型、植被类型、恢复年限的坡面分布格局有关。以顺坡(相对)水平坡长增加为尺度变量可较好地定量刻画表层SOC含量的坡面变化特征及尺度效应,藉此可实现坡面表层SOC含量平均值的精确便捷推算。 展开更多
关键词 黄土丘陵区 立地条件 土地利用 土壤有机碳含量 坡面变化 尺度效应
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褐土全氮含量Vis/NIRS组合预测模型的构建
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作者 张秀全 马世兴 +2 位作者 李志伟 郑德聪 宋海燕 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2310-2317,共8页
准确掌握农田土壤全氮含量对于评估土壤肥力,合理施用氮肥具有重要意义。为综合利用各个单预测模型的优势,提升整体预测性能、降低模型方差,提高鲁棒性,以农田褐土土壤为研究对象,基于近红外-可见光高光谱数据,提出了一种基于标准差的... 准确掌握农田土壤全氮含量对于评估土壤肥力,合理施用氮肥具有重要意义。为综合利用各个单预测模型的优势,提升整体预测性能、降低模型方差,提高鲁棒性,以农田褐土土壤为研究对象,基于近红外-可见光高光谱数据,提出了一种基于标准差的预测有效度组合预测模型(CPM),用于预测土壤全氮含量。对原高光谱数据采用Savitzky-Golay平滑和一阶微分变换,采用树模型进行特征波段提取,利用决策树回归(DTR)(模型1)、高斯核回归(GKR)(模型2)、随机森林回归(RF)(模型3)、LASSO回归(模型4)、多层感知器回归(MLP)(模型5)5个单预测模型,通过单预测模型的线性组合建立组合预测模型。结果表明:(1)通过广义简约梯度优化算法求得组合预测模型中5个单预测模型的权重分别为ω_(1)*=0.407,ω_(2)*=0.378,ω_(30*=0.215,ω_(4)*=0,ω_(5)*=0;(2)对于所有数据,基于5种单预测模型和组合预测模型对土壤全氮含量预测的预测有效度分别为M_(1)=0.855,M_(2)=0.856,M_(3)=0.847,M_(4)=0.785,M_(5)=0.796,M_(CPM)=0.880;与单模型预测有效度最大值相比,组合预测模型预测有效度提高了2.924%;(3)对于所有数据,基于5种单预测模型和组合预测模型对土壤全氮含量预测的预测精度和标准差分别为E(A_(1))=0.924,σ(A_(1))=0.075,E(A_(2))=0.928,σ(A_(2))=0.077,E(A_(3))=0.923,σ(A_(3))=0.082,E(A_(4))=0.882,σ(A_(4))=0.109,E(A_(5))=0.889,σ(A_(5))=0.104,E(A_(CPM))=0.937,σ(A_(CPM))=0.066,与单模型预测精度最大值相比,组合预测模型预测精度提高了0.970%,模型稳定性提高了12.000%,且为优性组合预测。组合预测模型可用于可见光-近红外光谱数据的农田褐土土壤全氮含量的有效估测,可为农田土壤全氮含量的快速监测提供依据和参考。 展开更多
关键词 可见光-近红外 高光谱预测 全氮含量 组合预测模型
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土壤有机质空间分布预测与草莓种植分区施肥方案——以长丰县为例
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作者 杨烁楠 李玉成 +2 位作者 史杨 胡宏祥 胡宜敏 《农业资源与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期585-591,共7页
为了探究土壤有机质含量及空间分布进而实行分区施肥,本研究以安徽省合肥市长丰县的草莓产业为例,利用长丰县的测土配方项目收集了1986个土壤采样点位的有机质数据,借助普通克里格(OK)、随机森林(RF)、随机森林残差克里格(RFRK)3种预测... 为了探究土壤有机质含量及空间分布进而实行分区施肥,本研究以安徽省合肥市长丰县的草莓产业为例,利用长丰县的测土配方项目收集了1986个土壤采样点位的有机质数据,借助普通克里格(OK)、随机森林(RF)、随机森林残差克里格(RFRK)3种预测模型,结合与土壤形成相关的地形、植被等6个环境协变量,对研究区的土壤有机质空间分布进行预测,绘制空间分布图,并依据有机质含量划分施肥分区,针对各个分区提出不同的草莓施肥方案。结果表明,3种模型所预测的土壤有机质总体分布趋势基本一致,呈现北高南低的特点,有机质总体含量为8~30 g·kg^(-1)。根据土壤有机质的丰缺程度,将有机质含量为15~25 g·kg^(-1)的地区划定为中等施肥区,建议施用农家肥45.0~52.5 t·hm^(-2);有机质含量高于25 g·kg^(-1)的地区为低施肥区,建议施用农家肥37.5~45.0 t·hm^(-2);有机质含量低于15 g·kg^(-1)的地区为高施肥区,建议施用农家肥52.5~60.0 t·hm^(-2)。本研究根据预测的土壤有机质空间分布划定草莓施肥分区、制定施肥方案,为不同地区的草莓种植提供指导和参考。 展开更多
关键词 草莓 土壤有机质 预测模型 数字制图 施肥方案
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不同植被覆盖方式对土壤活性有机碳及腐殖质的影响 被引量:4
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作者 杨满元 李娟 +4 位作者 杨宁 刘慧娟 黄雯 魏甲彬 梁忠厚 《西北农林科技大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2023年第9期92-100,共9页
【目的】探讨不同植被覆盖方式对土壤有机碳和腐殖质组分的影响,为湖南衡阳不同植被恢复措施的生态效益评价提供依据。【方法】以研究区不同植被覆盖模式(自然恢复草地、人工恢复草地、灌丛草本混交地、灌丛地和乔木灌丛混交地)土壤作... 【目的】探讨不同植被覆盖方式对土壤有机碳和腐殖质组分的影响,为湖南衡阳不同植被恢复措施的生态效益评价提供依据。【方法】以研究区不同植被覆盖模式(自然恢复草地、人工恢复草地、灌丛草本混交地、灌丛地和乔木灌丛混交地)土壤作为研究对象,分析表层(0~10 cm)与亚表层(10~20 cm)土壤理化性质、土壤活性有机碳组分和土壤腐殖质组分的特征。【结果】①自然恢复草地土壤pH显著高于其他植被覆盖方式,自然恢复草地和灌丛地土壤体积质量显著高于其他植被覆盖方式,土壤有机碳、碱解氮和速效磷含量则以人工恢复草地和灌丛草本混交地显著高于其他植被覆盖方式,速效钾含量在不同植被覆盖方式间差异不显著。②人工恢复草地与灌丛草本混交地的土壤微生物生物量碳、胡敏酸、富里酸、胡敏素含量及胡敏酸/土壤有机碳、胡敏酸/富里酸显著高于其他植被覆盖方式(P<0.05)。③人工恢复草地与灌丛草本混交地的土壤易氧化有机碳、土壤微生物熵与土壤有机碳活度显著低于其他植被覆盖方式(P<0.05)。④除速效钾外,土壤微生物生物量碳、土壤易氧化有机碳、土壤微生物熵和土壤有机碳活度均与土壤腐殖质组分以及土壤理化性质存在密切的相关性。【结论】人工恢复草地与灌丛草本混交地的土壤有机碳稳定性较强,土壤腐殖化度和腐殖质聚合度更高,更有利于土壤碳的积累与土壤肥力的提高。 展开更多
关键词 植被覆盖方式 土壤有机碳 植被恢复 腐殖化度 紫色土
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Straw mulching alters the composition and loss of dissolved organic matter in farmland surface runoff by inhibiting the fragmentation of soil small macroaggregates
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作者 Shanshan Cai Lei Sun +7 位作者 Wei Wang Yan Li Jianli Ding Liang Jin Yumei Li Jiuming Zhang Jingkuan Wang Dan Wei 《Journal of Integrative Agriculture》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期1703-1717,共15页
Straw mulching is a widespread practice for reducing the soil carbon loss caused by erosion.However,the effects of straw mulching on dissolved organic matter(DOM)runoff loss from black soil are not well studied.How st... Straw mulching is a widespread practice for reducing the soil carbon loss caused by erosion.However,the effects of straw mulching on dissolved organic matter(DOM)runoff loss from black soil are not well studied.How straw mulching affects the composition and loss of runoff DOM by changing soil aggregates remains largely unclear.Here,a straw mulching treatment was compared to a no mulching treatment(as a control)on sloping farmland with black soil erosion in Northeast China.We divided the soil into large macroaggregates(>2 mm),small macroaggregates(0.25-2 mm),and microaggregates(<0.25 mm).After five rain events,the effects of straw mulching on the concentration(characterized by dissolved organic carbon(DoC)and composition(analyzed by fluorescence spectroscopy)of runoff and soil aggregate DOM were studied.The results showed that straw mulching reduced the runoff amount by 54.7%.Therefore,although straw mulching increased the average DOc concentration in runoff,it reduced the total runoff DOM loss by 48.3%.The composition of runoff DOM is similar to that of soil,as both contain humic-like acid and protein-like components.With straw mulching treatment,the protein-like components in small macroaggregates accumulated and the protein-like components in runoff declined with rain events.Fluorescence spectroscopy technology may help in understanding the hydrological paths of rain events by capturing the dynamic changes of runoff and soil DOM characteristics.A variation partitioning analysis(VPA)indicated that the DOM concentration and composition of microaggregates explained 68.2%of the change in runoff DOM from no mulching plots,while the change in runoff DOM from straw mulching plots was dominated by small macroaggregates at a rate of 55.1%.Taken together,our results demonstrated that straw mulching reduces the fragmentation of small macroaggregates and the loss of microaggregates,thus effecting DOM compositions in soil and reducing the DOM loss in runoff.These results provide a theoretical basis for reducing carbon loss in sloping farmland. 展开更多
关键词 dissolved organic matter black soil surface runoff AGGREGATES fluorescence spectrum
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腐殖质促进植物根和地上部生长的信号传导和串扰机制研究进展
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作者 宋鸽 胥智强 +1 位作者 孙静思 赵雪宁 《广东农业科学》 CAS 2024年第4期136-148,共13页
天然高分子异构混合物腐殖质(HS)是陆地生态系统的重要组成部分,其促生作用近年来被广泛研究,其中多条信号通路在HS促进植物生长发育过程中起到重要作用。该文综述了HS促进植物根和地上部生长发育的信号通路传导及串扰机制。HS在促进根... 天然高分子异构混合物腐殖质(HS)是陆地生态系统的重要组成部分,其促生作用近年来被广泛研究,其中多条信号通路在HS促进植物生长发育过程中起到重要作用。该文综述了HS促进植物根和地上部生长发育的信号通路传导及串扰机制。HS在促进根系生长过程中吲哚乙酸(Indole-3-acetic acid,IAA)、一氧化氮(Nitric oxide,NO)、脱落酸(Abscisic acid,ABA)、活性氧(Reactive oxygen species,ROS)和Ca^(2+)等信号通路传导及相互串扰过程参与其中;HS在促进地上部生长过程中细胞分裂素(Cytokinin,CTK)、ABA和硝酸盐信号通路发生复杂的传导和相互串扰过程。HS通过复杂的代谢网络调控植物生理代谢,调节机制涉及多条复杂信号通路的传导和串扰过程,其中质膜H^(+)-ATPase是HS促进地下和地上部生长机制研究中的关键节点,多条信号通路通过质膜H^(+)-ATPase介导相互级联放大的信号传导。在HS调控根系和地上部生长发育过程中,信使NO与多条信号通路间发生复杂的串扰过程,是参与HS促生作用的重要串扰信号分子。HS在触发根和地上部生长发育过程中还存在其他信号通路,其中防御信号通路水杨酸(Salicylicacid,SA)和茉莉酸(Jasmonic acid,JA)受到信号通路IAA、NO、ABA和CTK等的调节。由于HS具有分散性、异质性和生物化学研究复杂性的特点,至今尚未明确HS对植物生长短期作用机制以及在整个植物生长周期内的整体作用机制,因此需要进一步深入分析揭示促生过程中所涉及到的信号传导、交叉、串扰和整合途径,以及复杂的营养和代谢通路,为HS生理活性作用机制和农业生产应用的研究提供理论依据。 展开更多
关键词 腐殖质 地上部 质膜H^(+)-ATPase 吲哚乙酸 一氧化氮 脱落酸 活性氧
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土壤湿度对近红外光谱反演剖面有机质精度的影响
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作者 周鹏 孔一诺 +3 位作者 郝珊珊 印祥 肖新清 金诚谦 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第16期113-123,共11页
为深入分析土壤湿度对近红外光谱反演剖面土壤有机质(soil organic matter, SOM)精度的影响,该研究依据水分张力这一指标,将土壤划分为风干状态、1.500、0.330、0.100、0.033 MPa和饱和状态共6种湿度水平,在所选16个地点分别采集深度约1... 为深入分析土壤湿度对近红外光谱反演剖面土壤有机质(soil organic matter, SOM)精度的影响,该研究依据水分张力这一指标,将土壤划分为风干状态、1.500、0.330、0.100、0.033 MPa和饱和状态共6种湿度水平,在所选16个地点分别采集深度约150 cm剖面土壤芯柱为研究对象,采用7种方法对所测剖面土壤光谱吸光度进行光谱预处理,选择较佳的预处理方法。同时,采用连续投影算法(successive projection algorithm, SPA)和竞争性自适应重加权-连续投影算法(competitive adaptive reweighting-successive projection algorithm, CARS-SPA)筛选特征波长。构建基于全谱及特征波长的SOM近红外光谱反演模型,并将其与标准正态变量变化(standard normal variate, SNV)预处理方法相结合。结果表明:1)SPA-PLSR模型和CARS-SPA-PLSR模型的精度均优于基于全谱的PLSR模型;2)SNV-SPA-PLSR模型在饱和、风干状态下预测效果更好,而SNV-CARS-SPA-PLSR模型在水分张力分别为0.033、0.100、0.330和1.500 MPa时预测精度更高;3)不同土壤湿度水平近红外光谱“一对一”式预测SOM模型难以满足实际应用,经过对比研究,选用水分张力为1.500 MPa时构建的SNV-CARS-SPA-PLSR模型分别预测6组土壤湿度水平和混合样本集中SOM取得效果最好。该研究结果对各湿度水平下估算SOM含量有一定的指导作用,并为提高不同土壤湿度水平间剖面SOM近红外光谱反演模型的适用性提供参考。 展开更多
关键词 土壤湿度 有机质 近红外光谱 水分张力 竞争性自适应重加权-连续投影算法
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1984—2019年广西表层土壤有效磷含量的演变特征
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作者 韦洋 康吉利 +7 位作者 冯鑫鑫 刘文奇 谢贤胜 侯显达 王铄今 贾书刚 刘书田 侯彦林 《西南农业学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期172-181,共10页
【目的】探究1984—2019年广西表层土壤有效磷(AP)含量的演变特征,为合理制定广西农作物施肥管理措施及提高土壤肥力提供科学依据。【方法】基于广西第二次土壤普查项目(1984年)、广西测土配方施肥项目(2009年)及长期定位试验数据(2010... 【目的】探究1984—2019年广西表层土壤有效磷(AP)含量的演变特征,为合理制定广西农作物施肥管理措施及提高土壤肥力提供科学依据。【方法】基于广西第二次土壤普查项目(1984年)、广西测土配方施肥项目(2009年)及长期定位试验数据(2010—2019年),采用地统计学、动态度和分布指数等方法分析广西表层土壤AP含量的时空演变特征及其在不同海拔上的分布状况。【结果】1984—2019年广西表层土壤AP含量总体上大幅提升。其中,1984年表层土壤AP含量偏低(小于10.0 mg/kg)的土壤面积约占全区土壤总面积的80.00%,2019年表层土壤AP含量集中在10.0~40.0 mg/kg的土壤面积约占全区土壤总面积的97.00%。表层土壤AP含量为等级2(20.0 mg/kg<AP含量≤40.0 mg/kg)和等级3(10.0 mg/kg<AP含量≤20.0 mg/kg)的土壤面积所占比例分别由1984年的2.47%和4.12%提升至2019年的43.38%和48.57%。在变化速度方面,表层土壤AP含量为等级6(AP含量≤3.0 mg/kg)的土壤面积减少最迅速,动态度为-2.82%,等级2的土壤面积增加最迅速,动态度为47.28%,总体变化速度表现为等级2>等级3>等级1(AP含量>40.0 mg/kg)>等级6>等级5(3.0 mg/kg<AP含量≤5.0 mg/kg)>等级4(5.0 mg/kg<AP含量≤10.0 mg/kg)。在不同海拔上,土壤AP含量等级1和等级6的分布指数曲线均发生较大变动。1984年等级1的土壤面积在5个高程区的分布指数分别为0.07、2.00、2.22、1.69和0.16,2019年的分布指数分别为2.66、0.25、0、0和0;1984年等级6的土壤面积在5个高程区的分布指数分别为1.33、1.15、0.96、0.80和0.90,2019年的分布指数分别为0.12、0.08、1.94、7.95和1.76。【结论】1984—2019年广西表层土壤AP含量等级及空间分布格局均存在较大变动,大部分区域的表层土壤AP含量明显上升,主要介于10.0~40.0 mg/kg,其中,土壤类型和海拔是重要影响因素,人为干扰是导致表层土壤AP含量明显上升的直接原因。因此,广西农作物生产过程中应继续深入推进科学施肥,增加有机肥的施用比例,提高磷肥施用效率。 展开更多
关键词 表层土壤 有效磷含量 演变特征 地统计学 广西
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重铬酸钾容量法和高频红外碳硫仪法测定土壤中有机质含量的比较研究
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作者 蔡兴 王腾飞 +6 位作者 付小波 闫晓 张金燕 王凯凯 刘宗超 文田耀 孙文军 《中国土壤与肥料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期253-258,共6页
土壤有机质含量是土壤肥力的重要指标,准确测定其含量对农业生产和土壤环境监测具有现实意义。目前关于土壤有机质含量测定的方法主要有两种:一类是重铬酸钾容量法;另一类是使用高频红外碳硫仪进行测定,两种方法都是通过测定土壤中有机... 土壤有机质含量是土壤肥力的重要指标,准确测定其含量对农业生产和土壤环境监测具有现实意义。目前关于土壤有机质含量测定的方法主要有两种:一类是重铬酸钾容量法;另一类是使用高频红外碳硫仪进行测定,两种方法都是通过测定土壤中有机碳的含量,再乘以校正系数间接求得有机质的含量。选用6种含量不同的土壤和沉积物标准物质,通过两种方法分别进行测定,考察了两种方法测定数据的准确性和精密度,当样品有机质含量较低时,两种方法的精密度都较差,但重铬酸钾容量法测定结果更加稳定、准确,随着有机质含量的增加,两种方法的测定结果均表现出稳定的状态,相比较而言,高频红外碳硫仪法前处理简单,测定方便,适用于大批量土壤样品有机质的快速测定。选取豫北某地区土壤样品进行验证实验,使用重铬酸钾容量法和高频红外碳硫仪法测定的有机质含量在15.8~29.0g/kg,两种方法测定结果基本一致,相对偏差分别为0.8~1.1和0.6~1.0g/kg,精密度2.8%~6.1%和2.1%~6.2%,符合相关标准的检测要求。 展开更多
关键词 土壤有机质 容量法 高频红外碳硫仪 对比研究
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有限样本下土壤有机碳密度空间分布预测模型对比分析
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作者 袁可 张晨 +3 位作者 赵建林 汪珍亮 杨节 许中胜 《水土保持研究》 CSCD 北大核心 2024年第5期173-181,191,共10页
[目的]探讨不同机器学习模型在有限样本条件下预测表层土壤有机碳密度(SOCD)空间分布的精度和适用性,为黄土高原流域尺度碳库研究提供参考。[方法]基于延河子流域有限样本,对比多元线性逐步回归(SR)、随机森林(RF)、极端梯度提升(XGB)... [目的]探讨不同机器学习模型在有限样本条件下预测表层土壤有机碳密度(SOCD)空间分布的精度和适用性,为黄土高原流域尺度碳库研究提供参考。[方法]基于延河子流域有限样本,对比多元线性逐步回归(SR)、随机森林(RF)、极端梯度提升(XGB)、支持向量机(SVM)这4种机器学习模型对表层土壤(0—20 cm)SOCD的预测精度和稳定性。[结果](1)在有限样本条件下,4种机器学习模型均可以较好地预测流域尺度SOCD空间分布,其中SVM模型精度最优,其50次预测的RMSE,R^(2),MAE平均值分别为0.74,0.43,0.64;(2)不同土地利用类型的SOCD均值估算结果大小一致且具有显著差异,均为灌木林>林地>草地>耕地,研究区总有机碳储量(0—20 cm)为2.39×10^(6 )t;(3) SOCD空间分布预测因子重要性评价结果表明地形因子、NDVI_(max)、近红外波段地表反射率(B5)以及K-T变化中的Brightness因子对模型预测精度具有显著贡献。[结论]研究表明在有限样本条件下机器学习模型结合相关变量因子可有效应用于黄土高原流域尺度表层SOCD空间分布反演及碳库研究。 展开更多
关键词 土壤有机碳 机器学习 控制因子 黄土高原
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基于文献计量学分析黑土土壤有机质研究现状及发展趋势
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作者 王祥 霍刚 +3 位作者 关卫东 左震 肖宇胜 张晋强 《内蒙古石油化工》 CAS 2024年第2期1-5,共5页
黑土土壤是中国重要的耕地资源之一,有机质含量对土壤质量和农作物产量有重要影响。利用文献计量学分析方法,通过收集和分析发文量、期刊来源、作者、研究机构、关键词和摘要等信息,对我国黑土土壤有机质研究的现状和发展趋势进行了综述... 黑土土壤是中国重要的耕地资源之一,有机质含量对土壤质量和农作物产量有重要影响。利用文献计量学分析方法,通过收集和分析发文量、期刊来源、作者、研究机构、关键词和摘要等信息,对我国黑土土壤有机质研究的现状和发展趋势进行了综述,揭示了该领域关注焦点和研究热点。结果表明:我国黑土土壤有机质相关研究整体呈上升趋势;科研机构和高校是主要的研究力量,中国科学院东北地理与农业生态研究所与东北农业大学在该黑土地相关研究中处于领先地位;通过关键词聚类分析和共现分析,该领域研究主要集中在土壤有机质含量、土壤模型和遥感技术、有机质分解与转化、有机质对土壤质地和养分的影响等方面。未来应加强多学科的交叉合作研究,重点关注黑土土壤有机质动态变化机制机理、多尺度、多时段的遥感监测技术等研究。 展开更多
关键词 黑土 土壤有机质 文献计量 研究热点
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燕山南部典型农业区土壤有机碳储量及影响因素研究
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作者 刘亚静 刘红健 《华北理工大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第1期79-88,共10页
土壤有机碳是土壤肥力乃至土壤质量的重要基础物质,了解其分布及驱动因子对农业发展具有重要意义。以唐山遵化市西部典型农业区为例,根据实验数据,探究其土壤有机碳分布及影响因子。结果显示,(1)研究区有机质含量较差,指标均表现为中等... 土壤有机碳是土壤肥力乃至土壤质量的重要基础物质,了解其分布及驱动因子对农业发展具有重要意义。以唐山遵化市西部典型农业区为例,根据实验数据,探究其土壤有机碳分布及影响因子。结果显示,(1)研究区有机质含量较差,指标均表现为中等变异,存在明显的空间正相关性,且存在不同程度的空间变异性。(2)遵化市西部土壤有机碳分布表现为北低南高的分布,其0~30 cm表层土壤的碳储量约为4.377 Tg。(3)土壤有机碳密度的影响因素中,有效磷和有机质是土壤特性主要影响因素,年均气温、海拔、年均降水和NDVI是地形因子主要影响因子。综合来看,研究区土壤有机碳表现出明显的空间差异性,且受到多种因素影响,应注重对土壤性质的动态监测。 展开更多
关键词 土壤有机碳 地理探测器 空间分布特征
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土壤腐殖质对作物生长及土壤环境的影响
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作者 解丽萍 《中国果业信息》 2024年第4期89-91,94,共4页
土壤中的腐殖质是土壤有机物的关键部分,对农作物的生长和土壤的生态环境产生了长远的效应。土壤中的腐殖质既供给植物必需的养分,又改良土壤结构、提高水分保持能力、促进微生物活动。但土壤退化、现代农业活动和气候变化等因素对腐殖... 土壤中的腐殖质是土壤有机物的关键部分,对农作物的生长和土壤的生态环境产生了长远的效应。土壤中的腐殖质既供给植物必需的养分,又改良土壤结构、提高水分保持能力、促进微生物活动。但土壤退化、现代农业活动和气候变化等因素对腐殖质的治理提出了挑战。为了优化腐殖质的管理,必须增加有机肥料的施用,实行保护性耕作和施用土壤改良剂等措施,同时要加强监测和管理知识的宣传。 展开更多
关键词 土壤腐殖质 作物生长 土壤结构
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长期秸秆和地膜覆盖对旱作冬小麦农田土壤碳组分的影响 被引量:5
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作者 邢文超 王俊 +3 位作者 朱少青 谈光野 温萌萌 豆莹 《干旱地区农业研究》 CSCD 北大核心 2023年第6期107-115,共9页
地表覆盖秸秆和地膜是我国西北旱作农田土壤固碳的重要田间管理措施,但其对土壤碳组分的长期影响尚不明确。基于田间定位试验,设生育期高量秸秆覆盖(9 000 kg·hm^(-2),HSM)、生育期低量秸秆覆盖(4 500 kg·hm^(-2),LSM)、夏闲... 地表覆盖秸秆和地膜是我国西北旱作农田土壤固碳的重要田间管理措施,但其对土壤碳组分的长期影响尚不明确。基于田间定位试验,设生育期高量秸秆覆盖(9 000 kg·hm^(-2),HSM)、生育期低量秸秆覆盖(4 500 kg·hm^(-2),LSM)、夏闲期秸秆覆盖(9 000 kg·hm^(-2),FSM)、生育期地膜覆盖(PM)和无覆盖对照(CK)共5个处理,研究了秸秆覆盖和地膜覆盖12 a和13 a后旱作冬小麦农田土壤总有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)、潜在矿化碳(PCM)和微生物量碳(MBC)含量的变化规律。2 a平均结果表明:与CK相比,HSM和LSM处理均显著提高了0~10 cm土层各碳组分含量以及10~20 cm土层SOC、POC、MBC含量,同时还显著提高了0~20 cm土层POC和MBC占SOC的比例;而FSM和PM处理对各土层土壤碳组分含量及其占SOC的比例均无显著影响。土壤碳组分含量相互之间均存在极显著正相关关系。综上可知,长期生育期秸秆覆盖能有效提高旱作冬小麦农田耕层土壤有机碳及其组分含量,且提高覆盖量有助于促进土壤碳固存。 展开更多
关键词 秸秆覆盖 地膜覆盖 土壤有机碳 颗粒有机碳 潜在矿化碳 微生物量碳
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施用生物质炭对黑土腐殖质组成及水稳性团聚体分布的影响 被引量:1
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作者 王琪 朱莹雪 +6 位作者 许连周 陈柏杨 马献发 元野 高珊 焦玉生 胡继军 《土壤》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期605-611,共7页
为探究生物质炭对土壤腐殖质组成和团聚体特征的影响,以东北黑土区植烟土壤为研究对象,于2019—2020年在田间设置了3个处理,包括连续施用低量(5 t/hm^(2),C1)、高量(25 t/hm^(2),C2)生物质炭和不施生物质炭(CK)处理,分析了不同用量生物... 为探究生物质炭对土壤腐殖质组成和团聚体特征的影响,以东北黑土区植烟土壤为研究对象,于2019—2020年在田间设置了3个处理,包括连续施用低量(5 t/hm^(2),C1)、高量(25 t/hm^(2),C2)生物质炭和不施生物质炭(CK)处理,分析了不同用量生物质炭对土壤腐殖质组分及水稳性团聚体分布的影响,并利用傅里叶红外光谱(FTIR)和^(13)C核磁共振(^(13)C-NMR)对土壤胡敏酸化学结构进行了表征。结果表明:C1和C2处理分别使土壤富里酸减少了16.90%和40.85%,胡敏酸含量显著增加了14.86%和33.78%,胡敏酸在腐殖酸中占比也显著增加;FTIR和^(13)C-NMR结果显示,C2处理的土壤胡敏酸I_(2920)/I_(1620)吸收峰强度比值降低了11.82%,脂族碳/芳香碳比值降低了13.04%,表明高量生物质炭使胡敏酸芳构化程度增强,脂肪结构比例降低;生物质炭的添加促使土壤大团聚体(>0.25 mm)比例增加,C2处理提升大团聚体的作用更显著。结合相关性分析发现,胡敏酸含量与0.25~2 mm大团聚体含量显著正相关,胡敏酸分子的脂肪族官能团特征与>2 mm粒级团聚体显著正相关。此外,C1和C2处理显著提高了烟叶产量。综上,生物质炭能提升土壤腐殖质中胡敏酸的含量和结构,有利于土壤大团聚体形成,提高土壤固碳潜力,对作物有一定的增产效果。 展开更多
关键词 生物质炭 腐殖质组成 胡敏酸结构 光谱分析 水稳性团聚体
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福鼎茶园土壤团聚体有机碳分布与分子结构特征
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作者 葛茂泉 王纯 +6 位作者 许宏达 杨发峻 吴梓炜 林少颖 张永勋 李先德 王维奇 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2023年第6期201-208,共8页
以福建省福鼎市白琳镇(BL)、点头镇(DT)、磻溪镇(PX)、管阳镇(GY)和太姥山镇(TMS)的茶园土壤为研究对象,研究其团聚体组成及稳定性,各粒级团聚体有机碳含量、固碳贡献率及有机碳红外光谱,旨在从团聚体尺度揭示茶园土壤有机碳分布及其分... 以福建省福鼎市白琳镇(BL)、点头镇(DT)、磻溪镇(PX)、管阳镇(GY)和太姥山镇(TMS)的茶园土壤为研究对象,研究其团聚体组成及稳定性,各粒级团聚体有机碳含量、固碳贡献率及有机碳红外光谱,旨在从团聚体尺度揭示茶园土壤有机碳分布及其分子结构特征。结果表明:(1)不同采样地土壤团聚体组成存在差别,但随土层加深,大团聚体(0.25~2 mm)和微团聚体(0.053~0.25 mm)含量均减少,而粉—黏粒团聚体(<0.053 mm)含量增大;(2)随土层加深,所有采样地平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)减小,分形维数(D)增大,团聚体结构稳定性降低;(3)各粒级团聚体有机碳含量随土层加深而减小,固碳贡献率主要受团聚体含量的影响,大团聚体固碳贡献率相对更大;(4)各粒级团聚体有机碳均主要来源于多糖碳或脂肪碳,0—15 cm土层土壤粉—黏粒团聚体比大团聚体和微团聚体有机碳更稳定,15—30 cm土层各级团聚体均比0—15 cm土层对应粒级团聚体有机碳更稳定。研究成果可为茶园土壤有机碳的科学管理提供理论参考。 展开更多
关键词 团聚体组成 有机碳 有机碳官能团 红外光谱 茶园土壤
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基于近红外-可见光高光谱的堆叠泛化模型褐土有机质预测 被引量:4
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作者 张秀全 李志伟 +2 位作者 郑德聪 宋海燕 王国梁 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期903-910,共8页
准确预测农田土壤有机质含量有助于评估农田肥力状况,为精准农业提供数据依据。为解决单模型实现快速估测农田土壤表层有机质含量精度较低和泛化能力较弱的问题,以山西省典型褐土农田表层土壤为研究对象,基于近红外-可见光高光谱数据,... 准确预测农田土壤有机质含量有助于评估农田肥力状况,为精准农业提供数据依据。为解决单模型实现快速估测农田土壤表层有机质含量精度较低和泛化能力较弱的问题,以山西省典型褐土农田表层土壤为研究对象,基于近红外-可见光高光谱数据,提出了一种堆叠泛化模型(SGM)用于预测有机质含量。首先对原高光谱数据采用小波平滑,对平滑数据进行倒数一阶微分、对数倒数一阶微分变换,采用相关系数与递归特征消除法进行特征波段提取。同时,引入机器学习中的集成学习随机森林Random Forest(RF)、梯度提升决策树Gradient Boosting Decision Tree(GBDT)、极限梯度提升eXtreme Gradient Boosting(XGBoost)、AdaBoost 4个初级机器学习器模型通过5折交叉验证对有机质含量进行预测,在初级学习器预测结果基础上,采用随机梯度下降SGD(stochastic gradient descent)作为元学习器建立SGM堆叠泛化模型。突破单模型精度较低和不稳定的制约,实现有机质含量的快速稳定检测。结果表明:倒数一阶微分变换后的光谱信息与有机质含量具有较好的相关性,相关性最大值达到了-0.611;相比单模型,堆叠泛化预测模型的决定系数(R^(2))和相对分析误差(RPD)分别为0.819和2.256,较其他算法平均决定系数(R^(2))和平均相对分析误差(RPD)分别提高了0.055和0.323;平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)分别为1.742和2.308 g·kg^(-1),较其他算法平均绝对误差(MAE)和平均均方根误差(RMSE)分别降低了0.406和0.389 g·kg^(-1),优化效果明显,可用于农田土壤表层有机质含量的有效估测。研究成果可为农田土壤表层有机质含量的高光谱快速检测提供依据和参考。 展开更多
关键词 可见光-近红外 高光谱预测 有机质含量 堆叠泛化模型
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