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重庆市南川区土壤锰元素遥感反演

光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 69-75页

作者：徐天李敬刘振华华南农业大学资源环境学院广东广州510000 广东省土地信息工程技术研究中心广东广州510000

土壤中的锰元素对植物生长起着重要作用,土壤锰含量过高或者缺少都将对植物产生不良影响,因此快速监测土壤中的锰含量尤为重要。目前利用遥感技术监测土壤锰含量的相关研究主要集中在利用土壤光谱估算土壤锰含量,而对于植被常年覆盖的... 详细信息

土壤中的锰元素对植物生长起着重要作用,土壤锰含量过高或者缺少都将对植物产生不良影响,因此快速监测土壤中的锰含量尤为重要。目前利用遥感技术监测土壤锰含量的相关研究主要集中在利用土壤光谱估算土壤锰含量,而对于植被常年覆盖的南方地区,难以从卫星影像中获取土壤光谱。因此,引入植被光谱,探索植被覆盖区域土壤锰元素的快速监测方法。首先从Landsat 8影像中提取11种植被光谱指标,并运用皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient)结合方差膨胀因子(VIF)筛选出最佳植被光谱指标;在此基础上,利用偏最小二乘回归(PLSR)、多元逐步回归(MSR)和BP神经网络(BPNN)算法构建最佳植被光谱指标与土壤锰元素之间的光谱响应模型,分析比较三个模型的估算效果从而确定最佳反演模型;最后,基于最佳反演模型进行土壤锰含量空间制图。以重庆市南川区为例,研究结果表明:3个植被光谱指标(比值植被指数,归一化植被指数和可见光大气阻抗植被指数)被确定为土壤锰元素最佳的光谱响应指标;BPNN光谱响应模型(R^(2)为0.78,RMSE为334.24,RPD为2.13)为土壤锰含量最佳反演模型,其土壤锰含量的制图精度(R^(2)为0.69,RMSE为567.64,RPD为1.30)。表明通过植被光谱指标反演土壤锰含量可行,该研究为区域尺度的土壤锰含量监测开拓了新思路。

关键词：植被光谱指标土壤锰元素 BPNN 光谱响应指标筛选最佳反演模型

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黄土高原退耕还林(草)前后土壤有机碳密度变化及其对气候变化和人类活动的响应

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环境科学 2024年第8期45卷 4696-4708页

作者：许煜麟赵雅萍赵雨晴杨婉琳郑梦桃王誉晓刘爽何静苏高杰王珺韩新辉杨改河任成杰西北农林科技大学农学院陕西省循环农业工程技术研究中心杨凌712100

准确评估黄土高原地区退耕还林前后土壤有机碳储量(SOCS)的变化,探究其时空分布及影响因素之间的关系,对区域循环发展以及生态保护政策的制定具有重要的参考意义.基于黄土高原退耕还林(草)前后(2001~2020年)的气候、人类活动及土壤表层(... 详细信息

准确评估黄土高原地区退耕还林前后土壤有机碳储量(SOCS)的变化,探究其时空分布及影响因素之间的关系,对区域循环发展以及生态保护政策的制定具有重要的参考意义.基于黄土高原退耕还林(草)前后(2001~2020年)的气候、人类活动及土壤表层(0~20 cm)和深层(0~100 cm)有机碳密度数据,采用变化趋势分析、克里格差值、方差分解分析等方法,从不同时空尺度上研究了土壤有机碳密度(SOCD)的变化特征及对气候和人为因素变化的相对响应.结果表明:①退耕还林前后全区域表层SOCS增加了833.87万t;深层SOCS增加了1160.02万t.②各生物气候分区中,Ⅰ(半湿润森林区)、Ⅱ(半湿润半干旱林草区)和Ⅲ(半干旱典型草地区)全域平均SOCD呈显著增加,而在Ⅳ(干旱半干旱荒漠草地区)和Ⅴ(干旱荒漠区)中降低.③不同生态系统平均表层SOCS增量排序为:耕地>草地>林地>灌木>裸地及稀疏植被;深层土壤增量排序为:草地>耕地>林地>灌木>裸地及稀疏植被.④气候因子始终是SOCD变化最重要的驱动因素;年均温和降水量与SOCD变化呈显著正相关.研究结果可为区域生态管理和土地利用政策制定提供数据支撑,以促进黄土高原地区生态环境高质量发展.

关键词：黄土高原土壤碳储量土壤碳密度气候人类活动

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玉米间作花生体系中玉米“源-库”特性对CO浓度升高和施磷的响应

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应用生态学报 2024年

作者：朱晨旭郑宾王笑笑汪江涛刘涵丁迪刘领付国占焦念元河南科技大学农学院/河南省旱地农业工程技术研究中心

为了明确大气CO2浓度升高(e[CO2])对玉米与花生间作体系中玉米“源-库”特性的影响，本试验以环境CO2浓度(a[CO2])为对照，分别在0(P0)和180 kg P2O5·hm-2(P180)两个磷水平下，分析了e[CO2]下间作玉米的叶“源”量、气体交换参数、群... 详细信息

为了明确大气CO2浓度升高(e[CO2])对玉米与花生间作体系中玉米“源-库”特性的影响，本试验以环境CO2浓度(a[CO2])为对照，分别在0(P0)和180 kg P2O5·hm-2(P180)两个磷水平下，分析了e[CO2]下间作玉米的叶“源”量、气体交换参数、群体“源”生产能力、“库”容量、粒/叶、产量和间作优势。结果表明：与a[CO2]相比，e[CO2]提高了间作玉米的叶“源”量和“源”活性，显著增强了群体“源”生产能力；最大花丝数、实际结籽数和有效“库”容分别增加了8.0%～9.3%、10.0%～13.4%和10.4%～20.8%，籽粒平均干物质积累速率显著提高了10.7%～50.4%；粒/叶和收获指数分别增大了3.3%～7.4%和2.4%～7.9%；间作玉米产量和间作优势分别提高了10.8%～48.7%和20.4%～102.7%。施磷能进一步改善间作玉米的“源-库”关系，提高间作玉米产量，增加间作优势。综上，e[CO2]可增强间作玉米“源”的性能，增大“库”容，促进籽粒灌浆，协调“源-库”关系，从而提高间作产量和偏土地当量比，增加间作优势。

关键词：玉米间作花生 CO 浓度升高 “源”特性 “库”特性间作优势

减量施肥对玉米-大豆间作系统产量和氮素利用的影响

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应用生态学报 2024年

作者：贾文静王晨瑜王仕杰邢雁捷赵亮茹任广鑫西北农林科技大学农学院陕西省循环农业工程技术研究中心

为探究玉米大豆间作系统在减量施肥条件下氮素高效利用特性。采用裂区设计，主区设玉米单作、大豆单作、玉米-大豆间作（玉米‖大豆），副区设不施肥、减量施肥（减肥20%）、常量施肥，研究了不同种植模式和施肥水平对作物氮素积累、氮... 详细信息

为探究玉米大豆间作系统在减量施肥条件下氮素高效利用特性。采用裂区设计，主区设玉米单作、大豆单作、玉米-大豆间作（玉米‖大豆），副区设不施肥、减量施肥（减肥20%）、常量施肥，研究了不同种植模式和施肥水平对作物氮素积累、氮素转运、土壤氮含量及产量的影响。结果表明：减量施肥下，间作玉米和大豆各生育期植株氮素积累量较相应单作均降低，但间作模式总氮素积累量高于各单作模式，氮肥利用率较单作分别显著提高13.6%和129.1%。玉米‖大豆体系下，与常规施肥相比，减量施肥处理玉米和大豆各生育期（大豆盛花期除外）的植株氮素积累量分别显著提高5.8%～42.7%和31.8%～35.4%，氮素转运量分别显著提高114.8%和40.7%，氮肥利用率分别显著提高38.0%和46.6%，0～40 cm土层硝态氮含量分别显著提高4.5%～20.1%和21.0%～52.7%，且未显著影响产量。间作土地当量比为1.14～1.50，具有产量优势。综上，减量施肥增强了玉米‖大豆系统作物氮素积累和转运，在保证作物产量的同时，实现了间作系统氮素的高效利用。

关键词：玉米大豆间作减量施肥氮肥利用率产量

黄土丘陵区次生林演替过程土壤酶活性响应特征及影响机制

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环境科学 2024年

作者：刘剑剑刘涵宇李向阳张琦曾嘉李桂兴何梦凡任成杰杨改河韩新辉西北农林科技大学农学院陕西省循环农业工程技术研究中心

土壤胞外酶受到土壤水分、养分等一系列生物和非生物因素的调控。在植被恢复中，因生态系统和土壤垂直空间环境的异质性，土壤表层和底层酶活性对不同演替阶段的响应差异和驱动机制还不明确。因此，采用“空间代替时间”的方法，以黄土... 详细信息

土壤胞外酶受到土壤水分、养分等一系列生物和非生物因素的调控。在植被恢复中，因生态系统和土壤垂直空间环境的异质性，土壤表层和底层酶活性对不同演替阶段的响应差异和驱动机制还不明确。因此，采用“空间代替时间”的方法，以黄土丘陵区次生林演替不同阶段为研究对象，分析了次生林演替过程中土壤表层和底层4种胞外酶的变化特征及影响因子。结果表明：①与0～20cm土层相比，土壤底层（40～100cm）β-1，4-葡萄糖苷酶（BG）、β-D-纤维二糖水解酶（CBH）和β-1，4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）活性显著降低，但在演替后期0～20cm土层碱性磷酸酶（ALP）活性显著低于20～40cm和40～60cm土层。与演替初期和后期相比，土壤酶活性在演替中期达到最大值。②次生林演替改变了植物群落和土壤养分剖面分布特征。在演替中期Gleason丰富度指数（G）、Shannon-Wiener多样性指数（H）和Pielou均匀度指数（E）最低。与演替初期相比，演替中期表土层（0～40cm）硝态氮含量显著增加，而与演替中期相比，演替后期底土层（40～100cm）土壤含水量和有机碳含量显著增加。③冗余分析和最小偏二乘路径模型表明，土壤养分是影响次生林土壤表层（0～40cm）酶活性的最主要因素，其中硝态氮对土壤酶活性的变化解释率最高，土壤含水量是调控土壤底层（40～100cm）酶活性的关键因子。结果表明次生林中随着土层深度的增加，土壤酶活性显著降低，演替中期土壤酶活性含量最高，在土壤表层，酶活性主要受到硝态氮含量的影响，在土壤底层，酶活性主要受到土壤含水率的调控。该结果明确了不同演替阶段土壤酶活性的剖面特征及表土层和底土层的驱动因素，可为制定科学的森林土壤保护政策提供依据。

关键词：黄土丘陵区次生林演替酶活性植被群落多样性土壤理化性质

河南省农业面源总磷污染时空演变特征及影响因素分析

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农业资源与环境学报 2024年

作者：李兴明李玲范行行尚元一李栋浩吴用河南农业大学资源与环境学院河南省土地整治与生态重建工程技术研究中心

为评估非点源总磷（TP）污染排放量及其主要驱动因素，本研究以高产量和高投入量的河南省为例，基于清单分析法评估2000—2020年研究区各县TP污染排放量，探讨TP污染的时空变化特征、主要污染来源和空间集聚情况，并运用随机森林模型和... 详细信息

为评估非点源总磷（TP）污染排放量及其主要驱动因素，本研究以高产量和高投入量的河南省为例，基于清单分析法评估2000—2020年研究区各县TP污染排放量，探讨TP污染的时空变化特征、主要污染来源和空间集聚情况，并运用随机森林模型和地理探测器识别TP污染的关键驱动因素和主要影响因子。结果表明：2000—2020年间，河南省TP排放量从1.051×105t上升至1.158×105t，呈现先上升后下降的趋势；化肥和畜禽养殖是TP排放量的主要来源，两者贡献率从80.23%上升至82.52%。河南省TP排放量呈现东南高、西北低的空间特征。邓州市和滑县的TP排放总量最多，为3 525.60、3 126.07 t；TP污染的热点区域主要集中在淮海平原以及西南部分县区，冷点区主要分布在豫西地区。地理探测器结果表明农业生产条件（解释度q=617）、磷肥施用量（q=496）、高程（q=0.324）和坡度（q=0.340）是TP污染的主要驱动因素；随机森林结果表明农业生产条件、磷肥施用量、坡度、城镇化率和环境规制是TP污染的驱动因素中相对重要性较高的影响因子。研究表明，我国农业政策影响了河南省TP污染排放量，而且驱动因素的影响机制不同，未来需制定针对性的农业发展和管理政策，这对提高该区域农业面源污染防控和可持续发展具有重要意义。

关键词：农业面源污染总磷时空演变驱动因素随机森林地理探测器

基于PLUS和InVEST模型的京津冀地区氮素面源污染时空特征分析

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环境科学 2024年

作者：岳帅均姬广兴黄珺嫦程明月耿健茜郭宇龙陈伟强河南农业大学资源与环境学院河南省土地整治与生态重建工程技术研究中心

随着经济的高速发展，人口的急剧增长，人类对环境的破坏越来越大，各类污染物的排放，严重威胁了地区生态安全。首先基于2010年京津冀土地利用数据，利用PLUS模型对2020年土地利用数据进行模拟，将模拟结果与真实数据进行精度验证，模... 详细信息

随着经济的高速发展，人口的急剧增长，人类对环境的破坏越来越大，各类污染物的排放，严重威胁了地区生态安全。首先基于2010年京津冀土地利用数据，利用PLUS模型对2020年土地利用数据进行模拟，将模拟结果与真实数据进行精度验证，模拟得到了SSP119（可持续发展情景）、SSP245（自然发展情景）和SSP585（经济发展情景）发展情景下的2030～2050年土地利用数据。然后基于InVEST模型测算了京津冀地区历史时期2000～2020年和未来时期SSP119、SSP245和SSP585情景下2030～2050年的氮素污染时空变化情况。结果发现，2000年、2010年和2020年京津冀地区氮负荷总值为4.13万、4.1万和4.09万t，2000～2020年京津冀地区氮负荷总值呈下降趋势。与2020年相比，SSP119情景2050年京津冀地区氮负荷总值增加了0.2万t，SSP245情景2050年京津冀地区氮负荷总值增加了0.32万t，SSP585情景2050年京津冀地区氮负荷总值减少了0.03万t。相较于SSP119和SSP245情景而言，SSP585发展更有利于京津冀地区氮素污染的减少。

关键词： PLUS模型 InVEST模型 SSP情景氮污染京津冀地区

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河南省农业减污降碳协同效应及其驱动因素

环境科学 2024年

作者：范行行介晓磊李玲李兴明吴用李栋浩刘建伟河南农业大学资源与环境学院河南省土地整治与生态重建工程技术研究中心

在“双碳”目标和塑造农业绿色发展新优势背景下，为以河南省等粮食主产区为主体的农业集聚区域，探索出农业绿色低碳转型和高质量可持续发展提供实证参考和政策建议。基于耦合协调模型，采用GTWR模型探究两者协同度及其驱动因素的影响... 详细信息

在“双碳”目标和塑造农业绿色发展新优势背景下，为以河南省等粮食主产区为主体的农业集聚区域，探索出农业绿色低碳转型和高质量可持续发展提供实证参考和政策建议。基于耦合协调模型，采用GTWR模型探究两者协同度及其驱动因素的影响机制和时空异质性，以期将减污和降碳作为一项共同目标来推进河南省农业绿色低碳可持续发展。结果表明，河南省2010—2022年间农业碳排放和农业面源污染排放量呈现先缓慢增加，后缓慢下降又逐渐平稳的趋势，时空异质性明显；河南省2010—2022年间农业碳排放和农业面源污染协同度具有缓慢降低和极化现象减弱的趋势，各地区协同度差异化减小；农业集聚水平和耕地规模化程度呈现负向调节作用，城镇化率呈现正向调节作用，农业产业结构、作物种植结构和有效灌溉率的调节作用空间差异明显，正负影响均有分布，对于河南省粮食种植区域多呈现正向驱动作用。此外，财政支农力度的回归系数负值区集中在河南省中部，对于河南省中部农业减污降碳具有显著负向驱动作用。河南省农业碳排放和农业面源污染协同度较高，空间异质性较强，各驱动因素对协同效应的影响地区差异明显，应因地制宜开展废弃资源再利用、加强农业技术创新和制定差异化减污降碳政策，推动农业绿色高质量发展，助力“双碳”目标的实现。

关键词：农业碳排放农业面源污染协同效应 GTWR模型驱动因素

北方集约化农区农业氮素面源污染模拟及动因分析

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环境科学 2024年

作者：于滢姬广兴陈轶楠翁倩文陈伟强河南农业大学资源与环境学院河南省土地整治与生态重建工程技术研究中心

农业面源污染格局和驱动机制研究对于区域生态环境治理意义重大。聚焦于北方集约化农区农业氮素面源污染，利用InVEST模型、ArcGIS的热点分析工具和地理探测器，对2000年、2010年和2020年农业氮素面源污染的来源、流失负荷、关键源区及... 详细信息

农业面源污染格局和驱动机制研究对于区域生态环境治理意义重大。聚焦于北方集约化农区农业氮素面源污染，利用InVEST模型、ArcGIS的热点分析工具和地理探测器，对2000年、2010年和2020年农业氮素面源污染的来源、流失负荷、关键源区及驱动因子进行深入探析。结果表明：①研究区在2000年、2010年和2020年的农业氮素输入强度持续下降。空间上呈现“北低南高”。氮肥施用和畜禽养殖是农业氮素污染物的主要源头。②各市氮素排放强度在研究年限内的降低趋势显著，空间整体呈现出“西北低，东南高”的特征。③关键源区的范围经历了先缩小后扩大的变化。④降雨是影响农业氮素排放强度空间分异的主要驱动力，且其与DEM及坡度的交互作用进一步增强了这种分异。研究结果可为区域农业环境保护政策的制定提供科学依据，促进农业生态系统的健康与可持续发展。

关键词：农业面源污染氮 InVEST模型热点分析地理探测器