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土壤含水量对探地雷达探测植物根系构型精度的影响

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干旱区研究 2024年第3期41卷 456-466页

作者：王勃张建军赖宗锐赵炯昌胡亚伟杨周李阳卫朝阳北京林业大学水土保持学院北京100083 山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站山西吉县042200

根系是评价植被生态服务功能的关键基础要素,但快速、精确、无损确定根系的测量技术和方法是目前生态系统评估中的瓶颈。探地雷达是一种高效无损的地球物理学技术,可以在无损状态下获取土壤中的根系信息。但是探地雷达检测和识别根系的... 详细信息

根系是评价植被生态服务功能的关键基础要素,但快速、精确、无损确定根系的测量技术和方法是目前生态系统评估中的瓶颈。探地雷达是一种高效无损的地球物理学技术,可以在无损状态下获取土壤中的根系信息。但是探地雷达检测和识别根系的精度受土壤含水量、根系含水量、根径大小、根系埋藏深度等诸多因素影响,导致其在野外根系探测中适用性受限,为了探究土壤含水量对探地雷达探测根系精度的影响,本研究采用野外预埋根系的控制实验,根据探地雷达波速、振幅和根点反射系数的变化,分析了不同土壤含水量条件下根点识别率及根点距离均方根误差。结果表明:(1)根系探测中,探地雷达波速和振幅是判断土壤含水量变化的重要参数;(2)随着土壤含水量的增大,探地雷达波速减小,雷达振幅趋于平缓;(3)不同土层深度上随着根系直径的增大,探地雷达波速增大,雷达振幅趋于激烈;(4)根点识别率与土壤含水量成负相关(P土壤含水量为15%~25%时探地雷达对活根的识别效果最佳。本研究表明探地雷达可以作为植物根系生物量无损和快速测定、评估的方法,但在利用探地雷达测定土壤中根系时,应在土壤含水量相对较低的时间段进行。

关键词：探地雷达根系土壤含水量无损探测晋西黄土区

不同尺度的土壤含水量主被动微波联合反演方法研究

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地学前缘 2024年第2期31卷 42-53页

作者：刘奇鑫顾行发王春梅杨健占玉林中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学北京100049 北华航天工业学院遥感信息工程学院河北廊坊065000

土壤含水量是水文、农业和气象等领域的关键参数,而微波遥感是目前监测土壤含水量最有效的手段之一。本文利用主动微波与被动微波数据,结合其他多源遥感数据,运用随机森林算法分别在主动微波数据分辨率尺度和被动微波数据分辨率尺度下... 详细信息

土壤含水量是水文、农业和气象等领域的关键参数,而微波遥感是目前监测土壤含水量最有效的手段之一。本文利用主动微波与被动微波数据,结合其他多源遥感数据,运用随机森林算法分别在主动微波数据分辨率尺度和被动微波数据分辨率尺度下完成主被动微波数据的土壤含水量联合反演。首先对被动微波尺度的地表覆盖类型与归一化植被指数(NDVI)参数进行空间分辨率优化,再利用回归ReliefF方法对两种尺度所用的输入变量的重要性进行评估,并对输入变量进行优选,最后对比主被动微波数据土壤含水量联合反演和单独利用主动/被动微波数据进行反演的精度,分析主被动微波联合反演方法的有效性。结果表明:在主动微波尺度,主被动微波联合反演的精度相比单独利用主动微波数据反演的精度有所提升,相关系数r由0.691升至0.744,RMSE由0.0848 cm^(3)/cm^(3)降至0.0796 cm^(3)/cm^(3);在被动微波尺度,主被动微波联合反演的精度反而比单独利用被动微波数据反演的精度更低,相关系数r由0.944变为0.939,RMSE由0.0435 cm^(3)/cm^(3)变为0.0451 cm^(3)/cm^(3)。因此在主动微波尺度更适合进行主被动微波的联合反演。

关键词：土壤含水量微波遥感联合反演随机森林空间优化重要性评估

土壤含水量对树番茄苗木生长及非结构性碳水化合物的影响

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经济林研究 2024年第1期42卷 178-188页

作者：韦兴兰李树萍王元友赵启泽郑绍傑董琼西南林业大学林学院云南昆明650224

【目的】为树番茄苗木水分管理提供参考。【方法】采用双因素随机区组试验,以1年生的树番茄苗木为研究对象,设置4个水分处理,即适宜水分含量处理、轻度亏水处理、中度亏水处理、重度亏水处理,土壤含水量分别为26.83%~30.41%、21.46%~25.... 详细信息

【目的】为树番茄苗木水分管理提供参考。【方法】采用双因素随机区组试验,以1年生的树番茄苗木为研究对象,设置4个水分处理,即适宜水分含量处理、轻度亏水处理、中度亏水处理、重度亏水处理,土壤含水量分别为26.83%~30.41%、21.46%~25.04%、16.10%~19.67%、10.73%~14.31%,比较树番茄苗木在经过不同胁迫时间(15、30、45、60 d)后生长量、各器官生物量和非结构性碳水化合物(NSC)含量及积累量的变化规律,了解土壤含水量对树番茄苗木生长与NSC的关系。【结果】在适宜的水分含量和轻度亏水处理下树番茄苗高和地径持续生长,中度和重度亏水处理对苗高和地径生长有明显的抑制作用。随着土壤水分含量减少和胁迫时间的延长,茎生物量最高,各器官生物量由高到低依次为茎、叶、根;叶片可溶性糖和NSC含量逐渐增加;茎可溶性糖和NSC含量先增加后减少;根可溶性糖和NSC含量均高于叶和茎。根、茎、叶淀粉含量在适宜水分含量、轻度亏水、中度亏水处理下先减少后增加。胁迫15、30、60 d时,各处理下叶、茎可溶性糖与淀粉的含量比值高于适宜水分含量处理,胁迫45 d时,叶、茎、根可溶性糖与淀粉含量比值随土壤含水量的减少而逐渐减少。【结论】树番茄苗木生长和各器官的可溶性糖、淀粉、NSC含量随着胁迫时间延长有不同的响应,随着土壤含水量减少,树番茄苗木在一定的胁迫时间下,NSC不断积累,以此来缓解水分胁迫对树番茄苗木生存的影响。

关键词：树番茄生长土壤含水量非结构性碳水化合物

昭苏县土壤含水量高光谱建模预测及其与植被生产力的关系

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生态学报 2024年第12期44卷 5230-5245页

作者：徐浩威张飞周静茹张梦如郭立阳冯子恒浙江师范大学地理与环境科学学院金华321004 新疆大学地理与遥感科学学院乌鲁木齐830017

土壤是生态系统中不可或缺的组成部分,同时也是植物生长与发育的依托。土壤含水量直接影响土壤—植被生态系统中的水分和养分循环,从而决定植物的生长状态。因此,植被的生长状况与土壤含水量之间存在密切的关联。为了深入了解这种关系,... 详细信息

土壤是生态系统中不可或缺的组成部分,同时也是植物生长与发育的依托。土壤含水量直接影响土壤—植被生态系统中的水分和养分循环,从而决定植物的生长状态。因此,植被的生长状况与土壤含水量之间存在密切的关联。为了深入了解这种关系,本研究选取昭苏县3种优质牧草(冷蒿草、牛筋草和高羊茅)的地面实测高光谱数据作为研究对象,运用倒数、导数、对数等14种光谱变换方法,通过相关性分析找出与土壤含水量高度相关的特征波段,进行植被高光谱的土壤含水量建模预测,目的是要筛选敏感波长和最佳的反演模型。同时,利用CASA模型计算草地实际净初级生产力(ANPP),以分析土壤含水量与植被生产力的关联程度。结果表明:(1)昭苏县3种优质牧草在可见光波段光谱反射特征相似,而近红外波段差异较大,并且除25%—30%土壤含水量区间外,随着土壤水分增加,植被光谱反射率呈现明显下降趋势。(2)经过14种光谱变换后,昭苏县3种优质牧草的光谱反射率与土壤含水量间的相关性得到提高,尤其在R″、(1/R)′、(log R)′、(log 1/R)′、(R^(1/2))″等光谱变换形式下,相关性较高,且特征波段数量较多。(3)在(1/R)′、(1/R)″、(log 1/R)″、(R^(1/2))″等8种高光谱变换形式中,(R^(1/2))″和(log 1/R)″变换下土壤含水量估算模型精度较好。(4)在过去20年间,昭苏县草地ANPP呈明显下降趋势,草地退化主要集中在平原地带,而植被生产力的减少是多因素作用的结果,土壤含水量只是一个微弱的影响因子。总之,本研究为土壤含水量反演及其与植被生产力关系研究中提供新思路,为土地可持续利用和管理策略的指定提供重要参考。

关键词：植被高光谱光谱变换土壤含水量 CASA模型实际净初级生产力

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土壤秸秆注孔对土壤含水量及作物生长的影响

水土保持通报 2024年第1期44卷 50-56页

作者：李梦琦肖辉张慧高贤彪程文娟董昱辰张余良陈坤天津市农业科学院天津300384 天津大学环境科学与工程学院天津300350 天津亚派绿肥生物科技发展有限公司天津301600

[目的]研究土壤秸秆注孔对土壤含水量及作物生长的影响,为旱作农田增加雨水蓄集能力及提高水分利用效率提供理论依据。[方法]开展玉米—小麦轮作田间试验,设置常规种植(CK)、土壤秸秆注孔2孔/m^(2)(T_(1)),4孔/m^(2)(T_(2)),8孔/m^(2)(T... 详细信息

[目的]研究土壤秸秆注孔对土壤含水量及作物生长的影响,为旱作农田增加雨水蓄集能力及提高水分利用效率提供理论依据。[方法]开展玉米—小麦轮作田间试验,设置常规种植(CK)、土壤秸秆注孔2孔/m^(2)(T_(1)),4孔/m^(2)(T_(2)),8孔/m^(2)(T_(3))4个处理。[结果]秸秆注孔所有处理均提高了整个试验期表层土壤含水量。T_(2),T_(3)处理提高了收获期深层土壤含水量,试验结束时两者底层土壤(60—80cm)含水量较CK分别提高了29.19%和28.18%。秸秆注孔处理提高了作物株高、经济产量和生物量,以及降水利用效率和水分利用效率,T_(2),T_(3)处理的提高效果最明显,且彼此差异不显著。[结论]秸秆注孔具有保水性能和增产能力,根据成本和效果综合考虑,推荐秸秆注孔4孔/m^(2)(T_(2))作为优选处理。

关键词：土壤秸秆注孔土壤含水量玉米—小麦轮作水分利用效率

华北落叶松林不同坡位土壤含水量对降雨的响应

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森林与环境学报 2024年第4期44卷 357-366页

作者：王梦飞刘泽彬于松平徐丽宏郭建斌北京林业大学水土保持学院北京100083 中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091

为明确森林坡面不同坡位土壤含水量对降雨的响应差异,选取六盘山半湿润区华北落叶松林典型坡面为研究对象,于2022年5—10月连续观测降雨等气象因子,以及不同坡位(坡上、坡中和坡下)0~60 cm根系层土壤含水量变化,分析生长季土壤含水量对... 详细信息

为明确森林坡面不同坡位土壤含水量对降雨的响应差异,选取六盘山半湿润区华北落叶松林典型坡面为研究对象,于2022年5—10月连续观测降雨等气象因子,以及不同坡位(坡上、坡中和坡下)0~60 cm根系层土壤含水量变化,分析生长季土壤含水量对不同降雨事件的响应及其坡位差异。结果表明:土壤含水量存在坡位差异,其平均值表现为坡上>坡中>坡下,且土壤含水量的波动在坡中最大;降雨对土壤含水量的补给有坡位差异,降雨补给阈值在坡中最小,为1.9 mm,在坡下最大,为2.3 mm;不同土层土壤含水量对降雨的响应有坡位差异,在小雨事件中,各坡位0~20 cm土层响应速度最快,但在中雨和大雨事件中,坡中和坡上40~60 cm土层土壤含水量对降雨的响应早于20~40 cm土层,表明在坡中和坡上土壤中可能存在优先流。研究结果对于理解坡面土壤水分运移及其再分配有重要意义。

关键词：华北落叶松林土壤含水量坡位差异降雨响应

基于特征变量筛选的无人机多光谱遥感土壤含水量反演

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中国农村水利水电 2024年第5期 147-154页

作者：张成才王蕊侯佳彤姜明梁祝星星郑州大学水利与交通学院河南郑州450001 中国农业科学院农田灌溉研究所河南新乡453002

土壤含水量是影响农作物生长的重要因素之一,对作物估产和旱情监测具有重要作用。在土壤含水量反演时,一般是提取多个光谱变量进行反演,但变量之间包含的光谱信息可能存在冗余重叠,为提取有效特征变量,使其相互独立,论文选取特征变量筛... 详细信息

土壤含水量是影响农作物生长的重要因素之一,对作物估产和旱情监测具有重要作用。在土壤含水量反演时,一般是提取多个光谱变量进行反演,但变量之间包含的光谱信息可能存在冗余重叠,为提取有效特征变量,使其相互独立,论文选取特征变量筛选方法,并验证其在土壤含水量反演中的适用性。研究基于无人机多光谱影像计算归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)等12种植被指数,结合无人机热红外数据计算地表温度(Land Surface Temperature,LST)和对应温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI),以及miniSAR数据处理得到的4种后向散射系数,采用XGBoost特征变量和最优子集选择算法(Best Subset Selection,BSS)筛选最优变量组合,然后利用偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)和随机森林回归(Random Forest Regression,RFR)算法反演实验区冬小麦抽穗期的土壤含水量。研究结果表明:①0~20 cm深度的反演结果均优于0~10 cm深度;②对比XGBoost-PLSR、XGBoost-RFR、BSS-PLSR以及BSS-RFR四种土壤含水量反演模型,BSS-RFR模型不同深度下的反演精度最高;③0~10 cm土壤深度下XGBoost-PLSR模型的反演精度优于XGBoost-RFR,0~20 cm深度下则两者相反,0~20 cm深度下,BSS-RFR模型的反演精度均高于BSS-PLSR。研究成果可为无人机多光谱遥感反演土壤含水量提供理论和技术支撑,为卫星遥感大范围土壤水分监测提供检验依据。

关键词：土壤含水量无人机 XGBoost特征筛选最优子集选择偏最小二乘回归随机森林回归

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土壤含水量对矮化密植苹果园土壤菌类及酶活性的影响

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落叶果树 2024年第2期56卷 16-20页

作者：杨喜盟张彪李嘉立曹亚凤平凉市农业科学院甘肃平凉744000

在陇东黄土高原苹果树5年生矮化密植园,采用自动灌溉系统控制3个土壤含水量(高70%~80%、中50%~60%、低30%~40%),研究3种土壤含水量条件下,3类土壤菌(细菌、真菌、放线菌)在0~20 cm、20~40 cm土层内的数量,4类土壤酶(过氧化氢酶、脲酶、... 详细信息

在陇东黄土高原苹果树5年生矮化密植园,采用自动灌溉系统控制3个土壤含水量(高70%~80%、中50%~60%、低30%~40%),研究3种土壤含水量条件下,3类土壤菌(细菌、真菌、放线菌)在0~20 cm、20~40 cm土层内的数量,4类土壤酶(过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶)的活性以及酶活性与菌类数量的相关性。结果表明,土壤细菌、真菌、放线菌的数量均随土壤含水量梯度的下降而减少,20~40 cm土层中,含水量70%~80%处理的细菌、真菌、放线菌的数量均显著高于50%~60%、30%~40%含水量处理。土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶的活性均随土壤含水量梯度的下降呈下降趋势;0~20 cm土层的土壤酶活性高于20~40 cm土层;含水量70%~80%处理的脲酶活性显著高于其他两个处理;土壤酶活性的高低与菌类数量有关,过氧化氢酶活性与细菌数量呈显著正相关,脲酶活性与放线菌数量呈极显著正相关,蔗糖酶活性与真菌数量呈极显著正相关,碱性磷酸酶活性与细菌、放线菌数量均呈显著正相关。综合来看,含水量70%~80%处理的土壤菌类数量多、酶活性高。

关键词：矮化密植苹果园土壤含水量土壤菌类土壤酶活性

花生与绿肥轮作对土壤含水量和土壤肥力的影响

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中国农学通报 2024年第8期40卷 74-79页

作者：于淑慧朱国梁牟小翎董浩史桂芳郑铮张卫建泰安市农业科学院山东泰安271000 中国农业科学院作物科学研究所/农业农村部作物生理生态重点实验室北京100081

探讨在冬春裸地上种植绿肥对后茬作物春花生养分含量、土壤含水量和土壤肥力的影响,为山东地区春花生等冬闲田建立一种合理的轮作方式提供理论依据。在田间试验条件下,设置了春花生—冬闲田、夏花生—冬小麦、春花生—二月兰和春花生—... 详细信息

探讨在冬春裸地上种植绿肥对后茬作物春花生养分含量、土壤含水量和土壤肥力的影响,为山东地区春花生等冬闲田建立一种合理的轮作方式提供理论依据。在田间试验条件下,设置了春花生—冬闲田、夏花生—冬小麦、春花生—二月兰和春花生—毛叶苕子4种轮作处理。结果表明:种植二月兰和毛叶苕子绿肥作物,可促进后茬作物花生氮磷钾养分增加,二月兰增加程度高于毛叶苕子。种植二月兰和毛叶苕子绿肥作物,可提高后茬作物花生土壤含水量和土壤肥力,在0~20 cm土层中,2021年,与春花生—冬闲田相比,春花生—二月兰、春花生—毛叶苕子土壤相对含水量分别升高了4.70%、6.14%,在20~40、40~60 cm土层中也表现出相似趋势,2022年与2021年相比,表现出相似规律;与春花生—冬闲田相比,春花生—二月兰处理有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量平均增加了5.71%、8.98%、7.22%和7.72%,春花生—毛叶苕子处理有机质、碱解氮含量平均增加了4.54%、14.91%。可以利用春花生种植期间的冬春裸地种植一季冬绿肥,促进后茬作物养分积累量增加,改善土壤肥力。

关键词：春花生二月兰毛叶苕子土壤含水量土壤肥力