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土壤盐分对油菜光合、物质积累与碳氮生理的影响研究

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土壤盐分对油菜光合、物质积累与碳氮生理的影响研究

作者：郑经东扬州大学

学位级别：硕士

为了研究不同盐分含量下对油菜生长的影响,揭示油菜对盐胁迫的响应机制,分别于2020～2021和2021～2022年度以甘蓝型杂交油菜秦优10号和常规品种浙油50为供试材料,进行盆栽实验,通过向土壤中添加氯化钠模拟盐胁迫,设置3个盐度水平,每千... 详细信息

为了研究不同盐分含量下对油菜生长的影响,揭示油菜对盐胁迫的响应机制,分别于2020～2021和2021～2022年度以甘蓝型杂交油菜秦优10号和常规品种浙油50为供试材料,进行盆栽实验,通过向土壤中添加氯化钠模拟盐胁迫,设置3个盐度水平,每千克土壤中分别添加0g、1.5g和3.0g NaCl,试验于苗期、花期和成熟期取样测定植株干物质积累量、碳氮含量、光合速率、生理指标及籽粒产量和品质,主要研究结果如下:1、盐胁迫对成熟期籽粒产量、含油率和蛋白质含量影响均达到显著水平,随着土壤盐分含量增加,油菜成熟期籽粒产量和含油率显著降低,蛋白质含量显著升高。与对照处理相比,1.5‰和3‰盐分含量下秦优10号两个年度籽粒产量平均分别降低42.13%和60.35%,浙油50分别降低40.12%和56.69%。2、苗期、花期和成熟期各部位干物质积累量随着土壤盐分含量升高显著降低。在苗期,叶片干物质积累降低幅度最大,秦优10号和浙油50在3‰盐分含量下平均降低幅度分别为52.49%和53.40%。在花期,随着土壤盐分含量增加,各器官干物质积累显著降低,其中茎秆降低幅度最大,其次为叶片,根系降低幅度最小。在成熟期,土壤盐分含量对茎秆、角果壳和籽粒干物质积累量影响较大,与对照处理相比,1.5‰盐分含量下秦优10号的茎秆和角果壳干物质积累量平均降低幅度分别为32.03%和40.61%;3‰盐分含量下分别为45.39%和56.51%。与对照相比,1.5‰盐分含量下浙油50的茎秆和角果壳干物质积累量平均降低幅度分别为31.39%和38.38%;3‰盐分含量下分别为43.87%和56.22%。3、不同盐分含量下苗期根系和叶片干物质分配比例变化范围分别为9.44%～12.22%和87.78%～90.56%,随着土壤盐分含量升高,根系分配比例显著升高,叶片分配比例显著降低。不同盐分含量下花期根系、茎秆、叶片的干物质分配比例变化范围分别为12.30%～15.27%、53.49%～58.05%和29.65%～31.24%,随着土壤盐分含量增加,根系与叶片的干物质分配比例显著升高,茎秆显著降低。成熟期根系干物质分配比例最低,茎秆分配比例最大;随土壤盐分含量增加,成熟期根系与茎秆干物质分配比例显著升高,角果壳和籽粒的分配比例显著降低。4、花期各部位碳含量接近,均在40%左右;成熟期籽粒碳含量最大,根系、茎秆、角果壳碳含量均在40%左右,同一品种在同一年度内1.5‰与3‰盐分含量下各部位碳含量大多无显著差异。盐胁迫显著抑制了油菜花期和成熟期各部位碳素积累量;花期茎秆碳素积累量降低幅度最大,根系降低幅度最小;成熟期籽粒碳素积累量最高,受到盐分影响程度也是最强烈,秦优10号和浙油50在1.5‰盐分含量下平均降低幅度分别为43.34%和41.36%,3‰盐分含量下分别为61.63%和60.94%。5、不同盐分含量下花期根系和茎秆氮含量的变化范围分别为1.18%～1.39%和1.65%～2.05%;成熟期各处理下根系、茎秆和角果壳中氮含量均在1%以下,籽粒的氮含量最高;盐胁迫下油菜花期和成熟期氮含量均显著升高,但是盐胁迫显著抑制了油菜花期和成熟期氮素积累量。与对照处理相比,1.5‰盐分含量下秦优10号和浙油50花期根系、茎秆以及叶片氮素积累量平均降低幅度分别为10.96%、26.81%和22.13%,S2处理下分别为30.35%、47.87%和43.16%。不同盐分含量下油菜成熟期根系、茎秆、角果壳、籽粒氮素积累量平均值分别为16.06 mg/株、69.22 mg/株、43.49 mg/株和259.44 mg/株;根系和茎秆降低幅度接近,两个品种在1.5‰盐分含量下降低幅度在10%左右,3‰盐分含量下在17%左右。籽粒氮素积累量受盐分影响最大,1.5‰盐分含量下秦优10号和浙油50平均降低幅度分别为38.35%和36.19%,3‰盐分含量下分别为56.68%和55.92%。花期根系C/N最高,其次为茎秆,叶片最低;成熟期根系和茎秆C/N接近,对照处理下均在65左右,籽粒C/N最小。随着土壤盐分含量升高,花期和成熟期各部位C/N均显著降低。6、盐胁迫下,苗期和花期光合速率显著降低,SOD活性、CAT活性、可溶性蛋白和可溶性糖的含量显著升高。苗期和花期SOD活性升高幅度均大于CAT,1.5‰盐分含量下SOD和CAT活性平均升高幅度分别为34.80%和20.74%,3‰盐分含量下分别为60.34%和31.85%;在渗透调节物质方面,可溶性蛋白的变化幅度大于可溶性糖,与对照处理相比,3‰盐分含量下可溶性蛋白和可溶性糖的含量分别升高了 16.17%和13.57%。

关键词：油菜土壤盐分物质积累碳氮含量与积累量光合速率生理指标

基于多源遥感数据的居延泽地区土壤盐分估算模型

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农业机械学报 2022年第11期53卷 226-235页

作者：杨丽萍任杰王宇张静王彤李凯旋长安大学地质工程与测绘学院西安710054

针对土壤盐分遥感反演中众多盐分指示变量在反演效率与相互比较优势方面存在的不确定性和易混淆性问题,以内蒙古额济纳旗的居延泽为例,基于Sentinel-2、Radarsat-2、Landsat-8和SRTM DEM数据提取波段反射率、植被指数、盐分指数、极化... 详细信息

针对土壤盐分遥感反演中众多盐分指示变量在反演效率与相互比较优势方面存在的不确定性和易混淆性问题,以内蒙古额济纳旗的居延泽为例,基于Sentinel-2、Radarsat-2、Landsat-8和SRTM DEM数据提取波段反射率、植被指数、盐分指数、极化雷达参数以及地表温度和地形因子共6类变量,采用变量优选策略筛选各类变量及其组合的最优变量,构建土壤盐分随机森林(Random forest, RF)与支持向量机(Support vector machine, SVM)预测模型,并选择最优模型实现居延泽地区土壤盐分预测,为干旱区土壤盐分监测提供参考。结果表明,短波红外波段(B_(11))、冠层盐度响应植被指数(CRSI)、扩展比值植被指数(ERVI)、红边盐分指数(S2re3)、单次散射(F_(Odd))、地表温度(LST)与汇水面积(CA)等变量对土壤盐分监测具有较强的普适性;单一变量模型的盐分预测精度从高到低依次为地形因子、极化雷达参数、地表温度、盐分指数、植被指数和波段反射率;多变量联合可有效提升模型精度与稳定性,随着环境变量的加入,当6类变量均参与模型构建时,最佳模型R^(2)提升0.117,RMSE降低2.556个百分点;RF模型较SVM更适于干旱区土壤盐分反演,优选全变量组的RF模型精度最高,其反演结果表明区域东北及天鹅湖附近盐渍化程度较低,西南部古湖盆区盐渍化程度较高。

关键词：土壤盐分多源遥感随机森林支持向量机反演干旱区

基于多光谱遥感的典型绿洲棉田春季土壤盐分反演及验证

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干旱区地理 2022年第4期45卷 1165-1175页

作者：刘旭辉白云岗柴仲平张江辉丁邦新江柱新疆农业大学资源与环境学院新疆乌鲁木齐830052 新疆水利水电科学研究院新疆乌鲁木齐830049 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

为探索快速提取典型绿洲棉田土壤盐分的有效方法,获取区域尺度的土壤盐渍化特征及空间分布,进而为土壤盐渍化防治提供参考。以新疆兵团农二师31团为研究区域,2019、2021年春季Landsat 8 OLI多光谱影像和野外实测土壤含盐量为数据源,将... 详细信息

为探索快速提取典型绿洲棉田土壤盐分的有效方法,获取区域尺度的土壤盐渍化特征及空间分布,进而为土壤盐渍化防治提供参考。以新疆兵团农二师31团为研究区域,2019、2021年春季Landsat 8 OLI多光谱影像和野外实测土壤含盐量为数据源,将波段组、光谱指数组和全变量组作为模型输入变量组,采用多元逐步回归(Multiple stepwise regression,MSR)、偏最小二乘回归(Partial least squares regression,PLSR)、极限学习机(Extreme learning machine,ELM)、支持向量机(Support vector machine,SVM)和BP神经网络(Back propagation neural network,BPNN)构建基于3个输入变量组的土壤盐分遥感反演模型,探究输入变量和建模方法对模型精度的影响效果,通过对比确定春季土壤盐分最优反演模型,定量反演地表土壤含盐量。结果表明:(1)研究区主要为非盐化土和轻度盐化土,总样本变异系数为0.67,呈中等变异性;光谱反射率与土壤盐渍化程度的关系表现为土壤盐渍化越重,光谱反射率越高。(2)海岸波段(b1)、蓝波段(b2)、绿波段(b3)、红波段(b4)和盐分指数(SI1、SI2、SI3、SI4、S3、S4、S5)均通过显著性检验P土壤主要为非盐化土,分别占耕作区总面积的55.55%和64.62%,其次为轻度盐化土,分别占44.31%和35.17%;2021年土壤盐渍化程度较2019年有所减轻。

关键词：多光谱遥感反演土壤盐分光谱反射率变量组机器学习

灌区种植结构反演优化与土壤盐分空间分布协同解析

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农业机械学报 2023年第6期54卷 373-385页

作者：张敬晓蔡甲冰许迪常宏芳肖春安中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 河北水利电力学院水利工程系沧州061001

种植结构与土壤盐分的协同程度与发展关系关乎灌区水土生态质量与农业可持续发展,联动灌区种植结构提取与土壤盐分空间分析对于灌区生态环境评价与治理、保障耕地和粮食安全等具有重要意义。本文以内蒙古河套灌区永济灌域为研究区,利用2... 详细信息

种植结构与土壤盐分的协同程度与发展关系关乎灌区水土生态质量与农业可持续发展,联动灌区种植结构提取与土壤盐分空间分析对于灌区生态环境评价与治理、保障耕地和粮食安全等具有重要意义。本文以内蒙古河套灌区永济灌域为研究区,利用2021—2022年生育期Landsat 8 OLI遥感数据与地面种植结构调查数据,分别构建决策树、支持向量机、随机森林分类模型,通过对比分析遴选出灌域适用的最优模型,准确获取灌域种植结构分布结果,同时进一步结合灌域土壤盐分实测数据及其空间异质特征,对种植结构与土壤盐分的协同关系进行深入探讨与分析。结果表明,3种模型的分类精度由大到小为随机森林、决策树、支持向量机,2021、2022年随机森林分类模型的总体精度、Kappa系数分别为92.81%、0.91,91.64%、0.89,为3种模型中精度最高,故选定随机森林模型作为最优模型;灌域内土壤盐分呈现“北部重,中、南部轻”的空间分布特征,2021、2022年土壤盐分的半方差函数适用于Gaussian模型,土壤盐分空间自相关在“中—强”等级变化;受土壤盐分制约,葵花以北部地带种植为主,玉米、小麦、小麦套种玉米(套种)和瓜菜等其他作物主要分布在中、南部地带,作物的耐盐能力由大到小为葵花、玉米、套种、小麦;2021、2022年研究区作物种植结构与土壤盐分耦合协调度D分别为0.784、0.787,为高度耦合协调,因此观测期内研究区作物种植结构与土壤盐分空间分布均衡、发展协调。研究结果一定程度上可以为灌区优化作物种植结构、改善土壤环境等提供参考依据。

关键词：种植结构遥感随机森林土壤盐分协同分析耦合协调度

土壤盐分对Bt棉铃壳中Bt蛋白含量和氮代谢生理的影响

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应用生态学报 2018年第8期29卷 2583-2589页

作者：王永慧陈建平孙艳茹张祥陈德华江苏沿海地区农业科学研究所/农业部沿海盐碱地农业科学观测实验站江苏盐城224401 扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室江苏扬州225009

为探讨土壤盐分对转Bt基因抗虫棉棉铃抗虫性的影响,以2个Bt棉品种‘新棉33B’(盐敏感)和‘中07’(耐盐)为试验材料,设置5个土壤盐分水平(0、0.15%、0.30%、0.45%和0.60%),采用盆栽法研究了不同土壤盐分下Bt棉盛铃期铃壳Bt蛋白含量变化... 详细信息

为探讨土壤盐分对转Bt基因抗虫棉棉铃抗虫性的影响,以2个Bt棉品种‘新棉33B’(盐敏感)和‘中07’(耐盐)为试验材料,设置5个土壤盐分水平(0、0.15%、0.30%、0.45%和0.60%),采用盆栽法研究了不同土壤盐分下Bt棉盛铃期铃壳Bt蛋白含量变化及氮代谢生理特征.结果表明:铃壳中Bt蛋白含量随土壤盐分的升高而降低,与对照相比(0%),盐敏感型品种在土壤盐分0.15%、耐盐型品种在0.30%以上时,铃壳中Bt蛋白含量显著下降.相同土壤盐分水平下,花后30 d(DPA)铃壳Bt蛋白含量下降幅度明显大于10 DPA.在铃壳Bt杀虫蛋白含量下降显著时,其可溶性蛋白含量明显下降,硝酸还原酶(NR)和谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)活性显著下降;游离氨基酸含量、蛋白酶和肽酶活性在土壤盐分0.30%以上时显著增加.以上结果说明,土壤盐分影响铃壳的氮代谢,从而引起Bt蛋白合成减弱,中度以上土壤盐分水平会引起Bt蛋白分解加强,从而导致杀虫蛋白表达水平进一步下降.

关键词： Bt蛋白土壤盐分 Bt棉氮代谢生理

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基于回归克里格法的土壤盐分采样点布局优化

农业机械学报 2022年第8期53卷 275-282页

作者：徐英谢若禹沈丽佳冯绍元扬州大学水利科学与工程学院扬州225009

为提高土壤盐分分布图绘制精度或降低野外采样和室内分析成本,优化土壤采样点布局,本文以回归克里格法估计方差(RKV)最小和普通克里格估计方差(OKV)最小为目标函数,运用空间模拟退火(SSA)算法对土壤盐分采样点布局进行优化,其中回归克... 详细信息

为提高土壤盐分分布图绘制精度或降低野外采样和室内分析成本,优化土壤采样点布局,本文以回归克里格法估计方差(RKV)最小和普通克里格估计方差(OKV)最小为目标函数,运用空间模拟退火(SSA)算法对土壤盐分采样点布局进行优化,其中回归克里格法(RK)中的协变量选择与土壤盐分分布关系密切且容易获取的环境变量;通过最邻近距离分布函数(G函数)、间隔距离分布函数(F函数)和K-S检验对优化结果进行评价。结果表明:荒地分布在大尺度上(400 m×400 m)与盐分相关性强,而在小尺度上(50 m×50 m)与盐分相关性弱;以荒地分布(与荒地最短距离)作为协变量,利用RK法优化采样点布局(采样数为55)后得到的研究区平均RKV为0.0807,相较平均OKV(0.1143)缩小了29.39%;优化后采样点布局的G函数曲线和F函数曲线全部落在95%置信区间内,即F函数和G函数均与其理论值无显著差异,采样点布局良好覆盖了地理空间;K-S检验表明,优化后采样点上与荒地最短距离的分布与其总体分布服从同一概率分布,即采样点布局良好覆盖了属性空间。本研究可为河套灌区土壤盐渍化监测点布局提供参考。

关键词：土壤采样优化土壤盐分回归克里格估计方差空间模拟退火算法

不同离子微咸水对土壤水力特性和生菜生长的影响

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排灌机械工程学报 2023年第3期41卷 288-295页

作者：乔若楠程煜闫思慧罗敏王春张通港张体彬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 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

为探究不同微咸水水质对土壤水力特性和作物生长的影响,在日光温室条件下,以生菜为供试作物开展2季盆栽试验.以CaSO4的饱和溶液为对照(CK),向去离子水中添加不同氯化盐形成电导率相同而阳离子组成不同的微咸水处理(分别为Na^(+)∶T_(Na)... 详细信息

为探究不同微咸水水质对土壤水力特性和作物生长的影响,在日光温室条件下,以生菜为供试作物开展2季盆栽试验.以CaSO4的饱和溶液为对照(CK),向去离子水中添加不同氯化盐形成电导率相同而阳离子组成不同的微咸水处理(分别为Na^(+)∶T_(Na);Na^(+)/K^(+)比为1∶1:T_(Na-K);K^(+)∶T_(K)),研究连续灌溉下土壤容重、持水性能、水盐运移,以及生菜生长响应,并采用van Genuchten模型对水分特征曲线相关参数进行拟合分析.结果表明:与CK相比,微咸水灌溉均增加了土壤容重,降低了土壤孔隙度;随着微咸水持续灌溉,土壤孔隙分布明显改变,微小孔隙比例增加,土壤持水能力显著提高,以处理T_(Na)最为显著.连续微咸水灌溉下,灌溉水钠吸附比、土壤结构稳定性阳离子比与土壤进气值参数存在负相关关系(R2均为0.78).土壤中盐分逐渐积累,表现为第2季生菜生长季末(播后80 d)各处理0~20 cm土壤饱和提取液电导率较第1季显著升高,其中CK显著低于其他处理(P土壤(0~10 cm)中盐分积累更为明显.生长季末土壤表层含水量较高,与盐分分布基本一致.与CK相比,处理T_(Na),T_(Na-K)和T_(K)显著降低了生菜生物量的积累(P<0.05),其中T_(Na)最低.

关键词：生菜微咸水水分特征曲线土壤盐分土壤结构稳定性阳离子比

咸水沟灌对棉田土壤水稳性团聚体稳定性的影响

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应用生态学报 2022年第4期33卷 1055-1062页

作者：毕言鹏郑春莲党红凯曹彩云李科江马俊永王赫张俊鹏山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271018 河北省农林科学院旱作农业研究所河北省农作物抗旱研究重点实验室河北衡水053000

探明咸水沟灌对土壤水稳性团聚体的影响对实现咸水资源安全高效利用具有重要意义。本研究在棉花长期定位咸水沟灌试验(始于2006年)的基础上,分析了不同矿化度(1、2、4、6、8、10 g·L^(-1))咸水连续灌溉第10年和第15年棉田土壤盐分和水... 详细信息

探明咸水沟灌对土壤水稳性团聚体的影响对实现咸水资源安全高效利用具有重要意义。本研究在棉花长期定位咸水沟灌试验(始于2006年)的基础上,分析了不同矿化度(1、2、4、6、8、10 g·L^(-1))咸水连续灌溉第10年和第15年棉田土壤盐分和水稳性团聚体稳定性的变化特征。结果表明:沟底0~30 cm土层土壤盐分随灌溉水矿化度的升高而增加,其中6、8、10 g·L^(-1)灌水处理与1 g·L^(-1)处理间差异达显著水平;随着土层深度的增加,各处理土壤盐分逐渐增大。咸水沟灌有降低沟底土壤水稳性团聚体稳定性的趋势,当灌溉水矿化度≥6 g·L^(-1)时,水稳性大团聚体(>0.25 mm)质量分数、团聚体平均重量直径和几何平均直径显著降低,分形维数和平均重量比表面积显著增大;随着土层深度的增加,各处理土壤水稳性团聚体稳定性下降。连续多年咸水沟灌条件下,各处理棉田沟底0~30 cm土层土壤盐分和水稳性团聚体稳定性未随灌水年限的增加而逐年积累与恶化。在本研究灌溉制度下,采用≤4 g·L^(-1)咸水沟灌对试验区棉田土壤盐分和水稳性团聚体稳定性指标无显著影响。

关键词：咸水沟灌土壤盐分土壤水稳性团聚体

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内蒙古河套灌区土壤盐分多源多指数估算模型

灌溉排水学报 2023年第10期42卷 122-128页

作者：王欢李瑞平张寅李正中魏美玲内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018 河套学院水利与土木工程系内蒙古巴彦淖尔015000 内蒙古河套灌区水利发展中心解放闸分中心内蒙古巴彦淖尔015000

【目的】探究河套灌区乌拉特灌域土壤盐分遥感反演的最优方法。【方法】针对单一数据源、单一指数、单一算法对土壤盐分反演精度不高的问题,分别以光谱指数、极化组合指数为建模因子,利用偏最小二乘回归(PLSR)、自适应增强回归(AdaBoost... 详细信息

【目的】探究河套灌区乌拉特灌域土壤盐分遥感反演的最优方法。【方法】针对单一数据源、单一指数、单一算法对土壤盐分反演精度不高的问题,分别以光谱指数、极化组合指数为建模因子,利用偏最小二乘回归(PLSR)、自适应增强回归(AdaBoost)、随机森林回归(RF)3种算法构建土壤盐分反演模型,筛选出最优的土壤盐分反演模型,并监测了2019—2021年10月乌拉特灌域土壤盐分的时空分布。【结果】对于PLSR和AdaBoost模型,光谱指数的预测效果优于极化组合指数,对于RF模型,极化组合指数的预测效果优于光谱指数。PLSR模型在反演10 cm深度处的土壤盐分时,光谱指数的反演效果最优,决定系数为0.70;AdaBoost模型在反演2cm深度处的土壤盐分时,光谱指数反演效果最优,决定系数为0.74;RF模型在反演2cm深度处的土壤盐分时,极化组合指数的反演效果最优,决定系数为0.64。乌拉特灌域土壤盐渍化程度较重的区域主要位于灌域东南部,而西北部和中部盐渍化程度较轻。【结论】应用AdaBoost算法并结合改进的光谱指数有望提升河套灌区乌拉特灌域表层土壤盐分的反演精度。

关键词：哨兵遥感数据土壤盐分光谱指数极化组合指数机器学习