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人工智能深度学习模型在土壤属性数字制图中的应用

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智慧农业导刊 2024年第12期4卷 11-15页

作者：伍维模塔里木大学农学院新疆阿拉尔843300 塔里木大学南疆绿洲农业资源与环境研究中心新疆阿拉尔843300 南疆干旱区作物遗传改良与高效生产重点实验室新疆阿拉尔843300

为提高土壤属性数字制图预测精度,以及随着遥感环境变量数据量的增加、算力的增强和开源深度学习框架的普及,数字土壤制图正在从传统的知识驱动模型向数据驱动的人工智能深度学习模型转变。该文以土壤关键属性有机碳为例,分析归纳土壤... 详细信息

为提高土壤属性数字制图预测精度,以及随着遥感环境变量数据量的增加、算力的增强和开源深度学习框架的普及,数字土壤制图正在从传统的知识驱动模型向数据驱动的人工智能深度学习模型转变。该文以土壤关键属性有机碳为例,分析归纳土壤有机碳数字制图深度学习模型的理论基础、模型结构、亟待解决的有关环境变量空间上下文信息和多模态数据整合及模型可解释性等问题,旨在促进人工智能深度学习模型在第三次全国土壤普查土壤属性制图中的应用。

关键词：数字土壤制图深度学习神经网络土壤属性土壤有机碳

土壤属性和作物生长对生物炭施用的响应和反馈研究进展

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水土保持学报 2022年第5期36卷 9-16页

作者：李毅冯浩梁嘉平陈克陈俊清梁志杰姚宁中国农业科学院农田灌溉研究所中国农业科学院农业水资源高效安全利用重点实验室河南新乡453002 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

生物炭作为一种土壤改良剂,近年来在提升土壤质量和作物产量方面效应良好。在全面梳理生物炭施用效果方面的最新研究基础上,总结了土壤理化性质、作物生长和产量对生物炭施用的响应和反馈规律。结果表明:(1)生物炭的来源、是否酸化、施... 详细信息

生物炭作为一种土壤改良剂,近年来在提升土壤质量和作物产量方面效应良好。在全面梳理生物炭施用效果方面的最新研究基础上,总结了土壤理化性质、作物生长和产量对生物炭施用的响应和反馈规律。结果表明:(1)生物炭的来源、是否酸化、施用年限及施用量决定了施用后的土壤属性及作物产量变化幅度。一般来说,施用量增加、土壤容重降低,土壤孔隙度增加、土壤水力性质及入渗性能改善,土壤温度也增加。(2)由于土壤物理性质改变,施用生物炭最终降低了土壤表层的盐分表聚。生物炭对土壤pH的调节效果取决于两者pH的差异。此外,随着生物炭施用量增加,有机质含量呈线性增加趋势,而有效氮、有效钾和有效磷呈先增加后减小的趋势。(3)适宜施用生物炭使作物长势更好、产量更高;而过高的施量既不经济、增加成本,又对作物产量提升无益,适宜生物炭施用量为10~40 t/hm^(2)。(4)总体上,虽然土壤属性和作物生长对生物炭施用的响应和反馈因试验条件、土壤质地和作物类型、气候条件差异而表现出响应幅度不同,但大部分结果证实,土壤属性和作物生长对生物炭施用具有正面响应。今后在生物炭施用的科学认识和生产实践中需因地制宜制定施用策略。

关键词：生物炭土壤属性产量棉花甜菜

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不同植被下碳酸盐岩石发育形成土壤属性研究

中国岩溶 2023年第2期42卷 277-289页

作者：罗美周运超唐凤华贵州大学贵州省森林资源与环境研究中心/贵州省高原山地林木培育重点实验室/林学院贵州贵阳550001 贵州财经大学贵州贵阳550001

为探究喀斯特地区不同植被条件下碳酸盐岩石发育土壤属性的分布特征及其影响因素,以贵阳市花溪区范围内的碳酸盐岩石(石灰岩、灰质白云岩和白云岩)发育土壤为研究对象,采集不同植被类型下0~40 cm土壤,分析不同植被类型、基岩类型、土层... 详细信息

为探究喀斯特地区不同植被条件下碳酸盐岩石发育土壤属性的分布特征及其影响因素,以贵阳市花溪区范围内的碳酸盐岩石(石灰岩、灰质白云岩和白云岩)发育土壤为研究对象,采集不同植被类型下0~40 cm土壤,分析不同植被类型、基岩类型、土层层次对土壤性质分布特征的影响。结果表明:基岩和植被类型是影响碳酸盐岩石发育成为土壤的主要影响因素,其次是土壤层次。在0~20 cm和20~40 cm土层中,石灰岩、灰质白云岩和白云岩发育土壤的肥力和颗粒均差异显著,而0~20 cm与20~40 cm土层间,除石灰岩发育土壤石砾含量(SLC)和细颗粒比(土壤速效磷(AP)和有机质(SOM)含量外,同类基岩发育土壤性质无显著差异;在0~40 cm土层,基岩类型显著影响土壤pH、AP、SLC、速效氮(AN)、全氮(TN)、SOM、0.2~0.25 mm和0.002~0.02 mm颗粒的分布;植被类型显著影响石灰岩发育土壤pH、AP、TN含量,白云岩形成土壤的pH、SLC、粗颗粒(0.25~2 mm)和细颗粒,灰质白云岩形成土壤的AN、SOM、粗颗粒和细颗粒;土壤层次显著影响石灰岩发育土壤的SLC、粗颗粒和细颗粒及白云岩发育土壤的AP的分布。研究区内荒草坡和草被下土壤,以及石灰岩发育的土壤可能正遭受侵蚀的破坏。因此,结合母岩岩性,改变植被种植结构,对提高土壤养分、改善土壤颗粒组成和增强土壤的抗侵蚀能力具有积极作用。

关键词：喀斯特植被类型碳酸盐岩石土壤属性花溪

桉树人工幼龄林根区和非根区土壤属性特征分析

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农业现代化研究 2022年第3期43卷 522-530页

作者：马小芳陈凯鹏陈丹王聪李勇何斌杨梅广西大学林学院广西南宁530004 南宁师范大学北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室广西南宁530001 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室北京100029

深刻认识桉树人工幼龄林根区和非根区土壤属性特征对优化桉树营林措施具有重要意义。本研究以桉树人工幼龄林为研究对象,分析冬季和夏季桉树人工幼龄林根区和非根区0~20 cm和20~40 cm深度土壤理化性质、C∶N∶P化学计量比和细菌数量,探... 详细信息

深刻认识桉树人工幼龄林根区和非根区土壤属性特征对优化桉树营林措施具有重要意义。本研究以桉树人工幼龄林为研究对象,分析冬季和夏季桉树人工幼龄林根区和非根区0~20 cm和20~40 cm深度土壤理化性质、C∶N∶P化学计量比和细菌数量,探讨桉树人工幼龄林根区和非根区土壤理化属性和细菌丰度特征。结果表明,非根区土壤可溶性有机碳(DOC)、有机碳(SOC)、全氮(TN)含量显著大于根区土壤,非根区0~20 cm土壤可溶性有机氮(DON)和全磷(TP)含量显著大于根区土壤。夏季根区、非根区土壤含水量、DON、SOC和非根区DOC含量显著大于冬季;夏季桉树根区和非根区0~20 cm土壤TN、TP、土壤全钾含量显著低于冬季。参照全国土壤分级标准,冬季根区土壤SOC和夏季根区土壤TN含量为四级较缺乏水平。与全球森林土壤C∶N∶P平均值相比,桉树幼龄林根区土壤C∶N夏季高、冬季低,且根区土壤N∶P和C∶P均低于平均水平,推断桉树人工幼龄林冬季根区土壤存在C限制,夏季根区土壤存在N限制。桉树非根区0~20 cm土壤细菌丰度显著大于根区0~20 cm和非根区20~40 cm土壤。夏季土壤细菌丰度较冬季显著增加。研究表明,桉树人工幼龄林非根区土壤C、N含量和细菌丰度较根区高,根区土壤可能处于C、N元素缺乏状态,根区、土壤深度和季节是影响桉树幼龄林土壤理化性质和细菌丰度的重要因素。

关键词：桉树人工幼龄林根区非根区土壤属性土壤细菌丰度 C∶N∶P化学计量特征

应用特征波段和反射变形差的方法进行土壤属性估算

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光谱学与光谱分析 2009年第3期29卷 716-721页

作者：路鹏魏志强牛铮中国科学院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室北京100101 青岛市环境监测中心站山东青岛266003

传统的土壤分析是昂贵的、费时的并且可能带来环境污染问题。应用近红外光谱分析技术测定土壤参数具有快速、花费少和非破坏性的特点。利用GPS野外定位，在江西省的红壤站、鄱阳湖站和千烟州站周边共取得41个耕层（0-20cm）土壤样品。... 详细信息

传统的土壤分析是昂贵的、费时的并且可能带来环境污染问题。应用近红外光谱分析技术测定土壤参数具有快速、花费少和非破坏性的特点。利用GPS野外定位，在江西省的红壤站、鄱阳湖站和千烟州站周边共取得41个耕层（0-20cm）土壤样品。通过对土壤样品高光谱反射率的室内分析测定，研究了土壤在紫外／可见光／近红外波段光谱的反射特性。研究的目的是应用波谱反射建立一个新的研究方法来估算土壤属性含量值。随后应用多元线性逐步回归方法对反射光谱数据进行分析，“B22＋H13”光谱数据作为自变量，土壤属性含量作为因变量，建立了土壤属性含量的高光谱预测模型，并对模型的稳定性和预测能力进行了检验。结果是土壤的pH、有机碳、全氮、全磷、阳离子代换量和碱解氮的相关系数都达到了0．80，而TK、速效磷、速效钾的相关系数在0．68左右。结果表明，应用此方法估算一些土壤属性含量是可行的。

关键词：土壤属性反射光谱特征波段光谱预测模型

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基于土壤属性的VIC模型基流参数估计框架

水科学进展 2013年第2期24卷 169-176页

作者：鲍振鑫张建云刘九夫王国庆 FU Guobin 贺瑞敏严小林南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210029 水利部应对气候变化研究中心江苏南京210029 CSIRO Land and Water WA Wembley 6913Australia

"异参同效"现象是水文模型参数率定过程中的一个难题。为了减少需要率定的模型参数个数,从而降低模型参数的相互作用,构建了利用土壤属性直接估计VIC(Variable Infiltration Capacity)模型3个基流参数的框架,并在3个位于不同水文气候条... 详细信息

"异参同效"现象是水文模型参数率定过程中的一个难题。为了减少需要率定的模型参数个数,从而降低模型参数的相互作用,构建了利用土壤属性直接估计VIC(Variable Infiltration Capacity)模型3个基流参数的框架,并在3个位于不同水文气候条件下的典型流域中作了实例研究。传统的VIC模型参数估计方法需要率定6个参数;而在新的参数估计框架下,需要率定的模型参数从6个减少为3个。蒙特卡罗模拟结果表明新的参数估计框架提高了参数的敏感性。同时,新的参数估计方法模拟的径流过程和之前通过率定得到的径流过程差别很小。GLUE(Generalised Likelihood Uncertainty Estimation)方法分析得到径流模拟的不确定性结果表明:新的参数估计框架计算径流的90%置信区间要明显小于传统方法,而且对于低流量的模拟效果更加明显,也就是说采用新的参数估计框架可以显著降低径流模拟的不确定性。这种基流参数估计方法可以被应用于其他相似的水文模型中。

关键词：基流参数 VIC模型土壤属性敏感性不确定性

增温驱动的核心微生物的迁移可指示土壤属性的改变

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Science Bulletin 2021年第19期66卷 2025-2035,M0004页

作者：王尚鲍雪莲冯凯邓晔周文君邵鹏帅郑甜甜姚飞杨山刘圣恩史荣久白震解宏图于景华张颖张一平沙丽清宋清海刘运通周集中张于光李慧王清奎韩兴国朱永官梁超 Key Laboratory of Environmental Biotechnology Research Center for Eco-Environmental ScienceChinese Academy of SciencesBeijing 100085China Key Laboratory of Forest Ecology and Management Institute of Applied EcologyChinese Academy of SciencesShenyang 110016China Key Laboratory of Tropical Forest Ecology Xishuangbanna Tropical Botanical GardenChinese Academy of SciencesXishuangbanna 666303China Institute for Environmental Genomics Department of Microbiology and Plant BiologySchool of Civil Engineering and Environmental SciencesUniversity of OklahomaNorman 73019 OKUSA Institute of Forest Ecology Environment and Protectionand the Key Laboratory of Forest Ecology and Environment of State Forestry AdministrationChinese Academy of ForestryBeijing 100091China Institute of Botany Chinese Academy of SciencesBeijing 100093China State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology Research Center for Eco-Environmental SciencesChinese Academy of SciencesBeijing 100085China Key Laboratory of Urban Environment and Health Institute of Urban EnvironmentChinese Academy of SciencesXiamen 361021China College of Resources and Environment University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China

尽管微生物-气候的相互作用已得到越来越多的研究者和决策者的认可,但微生物的高多样性和对气候环境变化多变量的响应导致预测微生物在未来气候背景下的分布格局非常困难.本研究依托于中国土壤微生物组计划,基于采集自中国东部森林的160... 详细信息

尽管微生物-气候的相互作用已得到越来越多的研究者和决策者的认可,但微生物的高多样性和对气候环境变化多变量的响应导致预测微生物在未来气候背景下的分布格局非常困难.本研究依托于中国土壤微生物组计划,基于采集自中国东部森林的1600多个样品的16S r RNA基因测序数据,首先证实了微生物群落组成和多样性的纬度分布规律且温度对微生物群落组成有显著的直接作用.其次,利用核心微生物代替整体群落来进行多样性的缩减,并将这些核心微生物根据其对环境的偏好性划分为不同的生态集群,这些生态集群在空间上的热点区域,即高丰度区域相互不重叠.此外,通过Cubist模型预测未来不同气候变化情景下(RCP2.6和RCP8.5)各生态集群的丰度变化并将其投影到中国森林生态系统分布区域,通过与现在的分布格局做对比得到增温驱动的生态集群空间分布格局的变化.这些变化一方面可以指示集群内微生物对未来气候变化的适应性,另一方面考虑到每一类生态集群所代表的环境偏好性,这些变化也可进一步用来指示未来气候变化背景下土壤属性的变化.

关键词：预测微生物土壤属性气候环境变化气候变化背景 RNA基因 16S 高丰度热点区域

基于环境相关法和地统计学的土壤属性空间分布预测

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农业工程学报 2009年第7期25卷 237-242页

作者：连纲郭旭东傅伯杰虎陈霞浙江省环境监测中心杭州310012 国土资源部土地利用重点实验室北京100035 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 中国计量学院经济与管理学院杭州310018

土壤属性是土壤质量的重要决定因素,并强烈影响土地利用和生态过程。正确理解并充分考虑土壤空间变异,对于在景观尺度上建立生态、环境过程模型是必不可少的。在黄土高原横山县采集了254个样点,应用数字地形与遥感影像分析技术,获取相... 详细信息

土壤属性是土壤质量的重要决定因素,并强烈影响土地利用和生态过程。正确理解并充分考虑土壤空间变异,对于在景观尺度上建立生态、环境过程模型是必不可少的。在黄土高原横山县采集了254个样点,应用数字地形与遥感影像分析技术,获取相关地形因子与遥感指数,分析土壤属性(土壤容重、有机质和全磷)与环境因子相互关系,并利用环境变量进行空间预测。结果表明,土壤容重、有机质与地形因子和遥感指数之间存在较好相关性,而全磷与地形因子相关性不大;多元线性逐步回归模型对于土壤容重和有机质拟合较好,而对于全磷,预测结果较差;回归-克里格预测有效地减小了残差,消除了平滑效应,与实测值较为接近。

关键词：土壤属性环境因子空间预测黄土高原

土壤属性预测中Kriging参数对插值精度的影响研究

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土壤通报 2012年第3期43卷 551-558页

作者：巫振富赵彦锋陈杰郑州大学水利与环境学院自然资源与生态环境研究所河南郑州450001

为了有效提高土壤属性预测中的Kriging插值精度,研究借助GS+5.1和ArcGIS 9.3等软件来分析河南省西平县宋集乡土壤全磷和有机质在不同参数条件下的Kriging插值精度,结果表明:决定系数R2最大的变异函数模型,插值结果误差不一定最低、平滑... 详细信息

为了有效提高土壤属性预测中的Kriging插值精度,研究借助GS+5.1和ArcGIS 9.3等软件来分析河南省西平县宋集乡土壤全磷和有机质在不同参数条件下的Kriging插值精度,结果表明:决定系数R2最大的变异函数模型,插值结果误差不一定最低、平滑效应不一定最弱,需比较分析插值结果以选择合适的模型;近距离实验变异函数值r#(h)的拟合对提高Kriging插值精度具有重要意义,拟合变异函数理论模型时,除综合考虑各个r(h)#的拟合程度外,同时对近距离r(h)#应给予足够的重视;插值的最佳邻域样本量一般在内层和次内层邻域样本权重达到平稳时取得,对于样本点空间分布相同的不同土壤属性,空间相关性较弱(块金系数较大)的土壤属性,其Kriging插值的最佳邻域样本量较大。

关键词：土壤属性预测精度 Kriging插值变异函数模型最佳邻域样本量