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联合FOD-sCARS的土壤有机质高光谱机器学习估测模型 被引量：2
1
作者 吴梦红 窦森 +5 位作者 林楠 姜然哲 陈思 李佳璇 付佳伟 梅显军 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS 北大核心 2025年第1期204-212,共9页
土壤有机质(SOM)含量是表征土壤质量的关键指标,在全球碳循环系统中发挥重大作用。快速准确的SOM估算和空间制图对土壤碳库估算、作物生长监测和耕地规划管理具有重要意义。利用传统方法监测区域性SOM含量耗时费力,基于高光谱遥感影像建... 土壤有机质(SOM)含量是表征土壤质量的关键指标,在全球碳循环系统中发挥重大作用。快速准确的SOM估算和空间制图对土壤碳库估算、作物生长监测和耕地规划管理具有重要意义。利用传统方法监测区域性SOM含量耗时费力,基于高光谱遥感影像建立SOM估测模型是现在较为合理有效的方法。为探索解决目前高光谱遥感影像建立SOM含量估测模型存在光谱数据冗余、光谱数据特征提取精度低、小样本模型泛化能力不强的问题,选择位于青海省湟中县的研究区,共采集67个土壤样本。获取资源1号02D(ZY1-02D)高光谱遥感影像并进行预处理得到样点像元光谱数据,采用分数阶微分变换(FOD)方法挖掘与SOM含量具有响应关系的敏感波段,以0.2为一个步长,利用相关性阈值法对比分析不同阶次微分处理数据挖掘能力;运用稳定性竞争性自适应重加权采样算法(sCARS)去除高光谱冗余数据获取建模特征波段,选择随机森林(RF)、极端梯度提升树、极限学习机和岭回归机器学习作为建模算法,以全波段和特征波段光谱数据分别作为模型输入变量构建SOM估测模型进行高光谱反演研究工作;最后根据最优特征变量和建模算法,基于ZY1-02D遥感影像进行了SOM空间分布制图。结果表明:采用FOD变换相比整数阶可以大大提高波段与SOM含量间的相关性,挖掘出更多细微的与SOM含量产生响应关系的光谱波段,其中0.8阶微分变换效果最优,较原始波段相比相关系数最大值提高了0.546;相较于全波段光谱数据,采用sCARS特征提取方法获取特征波段构建模型的估测精度得到较大提升,说明sCARS可以有效提升建模数据的质量,提升模型预测精度。建模算法中RF表现最优,R_(p)^(2)(模型决定系数)达到0.766,RPD达到1.86,较全波段建模结果R_(p)^(2)提升约7.58%;基于FOD-sCARS和RF实现了区域SOM含量估测制图。研究进一步验证利用星载高光谱遥感影像是实现区域SOM估测制图的可靠途径,研究结果可为估测区域SOM含量提供新思路,为利用星载高光谱遥感影像绘制SOM含量空间分布图提供了数据支持。 展开更多
关键词 高光谱遥感影像 分数阶微分变换 稳定性竞争性自适应重加权采样算法 土壤有机质 随机森林
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基于DNDC模型的藏北地区土壤有机碳储量模拟及影响因素分析
2
作者 姜亦政 张美玲 湛雅芮 《冰川冻土》 2025年第4期1086-1098,共13页
土壤碳库是地球表层生态系统中最大的碳库之一,因其巨大的储量,在全球碳循环中发挥着关键作用。为了解藏北地区土壤有机碳库的储量、形态、动态过程、调控机制以及影响因素,本研究收集129个采样点的土壤样本,测定其土壤容重、含水率、p... 土壤碳库是地球表层生态系统中最大的碳库之一,因其巨大的储量,在全球碳循环中发挥着关键作用。为了解藏北地区土壤有机碳库的储量、形态、动态过程、调控机制以及影响因素,本研究收集129个采样点的土壤样本,测定其土壤容重、含水率、pH值、土壤有机碳等理化性质,并结合气象数据,采用DNDC模型模拟了藏北地区2014—2023年草地土壤的有机碳储量,之后运用单因素方差分析和相关分析研究其变化规律及其影响因素。结果表明:(1)DNDC模型的模拟值与实测值的拟合曲线R2在0.8以上,本地化后的DNDC模型对藏北高原草地有较强的适用性,但需要对模型输出结果进行简单校正。(2)在时间尺度上,2014—2023年藏北地区0~10 cm土壤的有机碳储量随时间推移呈现波动下降趋势;10~20 cm土壤的有机碳储量较为稳定,在2023年有所上升;20~30 cm土壤的有机碳储量在2014—2022年较为稳定,在2023年有明显下降。在空间尺度上,土壤有机碳储量呈现中间低、四周高的分布格局。巴青县、色尼区和嘉黎县为碳储量集中的区域,而尼玛县等中部地区的碳储量较低。(3)平均降水量、土壤含水量是影响碳储量的主要正相关因素,而土壤容重、pH值、砂石比和海拔则是负相关因素,年平均温度对于藏北地区土壤有机碳储量的影响程度较弱;PLS回归结果表明,海拔、土壤容重、砂石比、土壤含水量对于因变量(土壤有机碳储量)的解释重要性力度较大。本研究对藏北地区的草地管理和生态系统保护具有重要的意义。在今后的碳库管理过程中,应注重环境因素、土地利用和生态恢复措施,尤其是降水及海拔在土壤有机碳动态变化中的重要性,以促进土壤碳储量的稳定或增长。 展开更多
关键词 土壤有机碳储量 DNDC模型 时空分布 藏北地区
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可溶性有机碳与土壤有机碳稳定性关系的研究进展
3
作者 高其松 李如欣 +2 位作者 邵靖宜 刘新坤 韩惠芳 《北方农业学报》 2025年第1期57-63,共7页
可溶性有机碳(DOC)是土壤有机碳(SOC)中较为活跃的组分之一,能够影响作物对土壤养分的利用以及土壤中微生物的活动。文章概述了DOC的组成和来源、吸附DOC的影响因素,并运用4种方程模型分析旱地、林地、水田以及不同土层对DOC的吸附量结... 可溶性有机碳(DOC)是土壤有机碳(SOC)中较为活跃的组分之一,能够影响作物对土壤养分的利用以及土壤中微生物的活动。文章概述了DOC的组成和来源、吸附DOC的影响因素,并运用4种方程模型分析旱地、林地、水田以及不同土层对DOC的吸附量结果,通过分析土壤团聚体和土壤黏粒矿物进一步综述了土壤DOC与SOC稳定性关系的相关研究,以期了解土壤固碳潜力,从而为农业绿色高效发展提供参考。 展开更多
关键词 可溶性有机碳 土壤有机碳稳定性 吸附 影响因素
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松嫩平原黑土区土壤有机质含量时空变化及其影响因素 被引量：1
4
作者 秦诗涵 孙继光 +2 位作者 常坤 徐英德 汪景宽 《农业资源与环境学报》 北大核心 2025年第1期120-129,共10页
明晰农田土壤有机质的时空变化格局对保障农业绿色可持续发展具有重大意义。本研究以松嫩平原黑土区为研究对象,基于第二次全国土壤普查和2015年东北地区耕地力调查与评价数据,运用ArcGIS 10.8和GS+9.0软件进行数据分析,以期探讨第二次... 明晰农田土壤有机质的时空变化格局对保障农业绿色可持续发展具有重大意义。本研究以松嫩平原黑土区为研究对象,基于第二次全国土壤普查和2015年东北地区耕地力调查与评价数据,运用ArcGIS 10.8和GS+9.0软件进行数据分析,以期探讨第二次全国土壤普查以来松嫩平原黑土区耕地土壤有机质时空变化特征及其影响因素。结果表明:2015年松嫩平原黑土区耕地土壤有机质平均含量为31.70 g·kg^(−1),其中Ⅲ级(20~30 g·kg^(−1))水平占比最大;松嫩平原黑土区各市土壤有机质含量较20世纪80年代大多有不同程度下降,其中哈尔滨市和大庆市降幅最大;松嫩平原不同土壤类型的土壤有机质均有不同程度下降,其中沼泽土、暗棕壤和白浆土的土壤有机质含量下降最多,分别下降了12.76、10.58 g·kg^(−1)和6.70 g·kg^(−1)。松嫩平原黑土区耕地土壤有机质含量具有强烈的空间自相关性,最优拟合模型为球形模型,呈现东北高、西南低的空间分布特征;有效积温、海拔、经纬度、年降水量是影响松嫩平原黑土区土壤有机质时空变异的主要因素,共同解释松嫩平原黑土区耕地土壤有机质含量57%变化量。综上,1980s—2015年松嫩平原黑土区耕地有机质含量呈下降趋势且呈现出东北部高、西南部低的空间分布格局,土壤有机质含量受气候、地形和人为因素的共同影响,其中有效积温对有机质含量变化的贡献率最大(28.4%)。 展开更多
关键词 松嫩平原 有机质 时空变化 地理信息系统
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桂北喀斯特植被恢复对球囊霉素相关土壤蛋白的影响 被引量：3
5
作者 唐利 李梦霞 +5 位作者 黄慧欣 潘心茹 姜雪芳 杨淑君 潘于 覃云斌 《广西师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期9-19,共11页
球囊霉素相关土壤蛋白(glomalin related soil protein,GRSP)是土壤有机质的重要组分,有加强土壤团聚体水稳定性、促进土壤碳储存等作用。为研究广西北部喀斯特植被恢复过程中GRSP的含量变化及其影响因子,本研究选取桂北喀斯特地区3个... 球囊霉素相关土壤蛋白(glomalin related soil protein,GRSP)是土壤有机质的重要组分,有加强土壤团聚体水稳定性、促进土壤碳储存等作用。为研究广西北部喀斯特植被恢复过程中GRSP的含量变化及其影响因子,本研究选取桂北喀斯特地区3个不同植被恢复阶段(灌木林阶段、灌乔过渡阶段和乔木林阶段)的根际土、非根际土和农田(对照)土壤作为研究对象,测定总土壤球囊霉素相关土壤蛋白(total glomalin-related soil protein,T-GESP)和易提取球囊霉素相关土壤蛋白(easily extractable glomalin-related soil protein,EE-GRSP)含量,并分析影响GRSP含量变化的关键环境因子。结果表明:各植被恢复阶段根际土中的T-GRSP和EE-GRSP含量均显著高于农田阶段(P<0.05),且T-GRSP含量在乔木林阶段最高。T-GRSP/SOC(土壤有机碳)的比值为4.45%~18.05%,EE-GRSP/SOC的比值为0.23%~1.35%,农田的T-GRSP/SOC和EE-GRSP/SOC比值均显著高于各植被恢复阶段(P<0.001)。灌乔过渡阶段和乔木林阶段根际土的T-GRSP含量显著高于非根际土(P<0.05)。土壤有机碳和硝态氮含量是引起T-GRSP含量正向变化的关键因素,而土壤全氮、有机碳和微生物生物量氮含量是影响EE-GRSP正向变化的关键因素。因此,桂北喀斯特植被恢复能有效促进GRSP的积累,进而促进SOC的积累与稳定。 展开更多
关键词 喀斯特地区 植被恢复 丛枝菌根真菌 球囊霉素 土壤蛋白 根际土壤
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黑土区不同种类有机物料腐解过程中的溶解性有机质特征 被引量：2
6
作者 雷琬莹 滕培基 +2 位作者 盛明 王博 李娜 《应用生态学报》 北大核心 2025年第2期513-525,共13页
溶解性有机质(DOM)是有机物料中最活跃的组分,在有机物料还田腐解转化为土壤有机质、培肥土壤过程中发挥重要作用。本研究以东北黑土区为研究区域,在典型黑土带上由南向北选择辽宁省昌图县、吉林省德惠市、黑龙江省哈尔滨市、海伦市和... 溶解性有机质(DOM)是有机物料中最活跃的组分,在有机物料还田腐解转化为土壤有机质、培肥土壤过程中发挥重要作用。本研究以东北黑土区为研究区域,在典型黑土带上由南向北选择辽宁省昌图县、吉林省德惠市、黑龙江省哈尔滨市、海伦市和黑河市5个地点,布设6种有机物料(鸡粪、猪粪、木耳菌糠、大豆秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆)的田间腐解试验,采用光谱学技术研究有机物料还田腐解后其自身DOM性质的变化及主要影响因素。结果表明:有机物料腐解2年后,溶解性有机碳浓度显著下降,芳香性指数、疏水性组分含量、有色溶解性有机质浓度和腐殖化指数均不同程度增加,且不同种类有机物料间存在差异。DOM的荧光指数值均<1.4,自生源指数值介于0.4~0.7,外源输入特征明显,生物可利用性较低。平行因子分析发现,腐解后有机粪肥和菌糠DOM中类富里酸和类蛋白质组分的相对含量减少,类腐殖质组分的相对含量增大;作物秸秆DOM中类蛋白质组分的相对含量大幅下降。有机物料腐解后DOM性质具有明显的地带性变化规律,DOM的芳香性和腐殖化程度随试验地点积温的升高而增强,从积温最低的黑河到积温最高的昌图,DOM的芳香性和腐殖化指数分别提高了6.9%~42.7%和23.9%~59.0%。有机物料的种类和试验地点以及二者的相互作用均对DOM性质有显著影响,相关性和主成分分析结果表明,有机物料DOM性质与其自身化学结构密切相关,且受有机物料种类影响较大,受试验地点影响较小。综上,有机物料还田腐解2年后,DOM中活性组分向稳定组分转化,芳香性和腐殖化程度提高,自身性质是影响有机物料腐解中DOM性质变化的主要因素。 展开更多
关键词 有机物料 腐解 溶解性有机质 光谱特征 东北黑土区
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祁连山中段青海云杉林土壤有机碳分布特征及影响因素
7
作者 冯金元 蒋志成 +2 位作者 蒋志仁 赵维俊 王军梅 《水土保持通报》 北大核心 2025年第3期261-267,277,共8页
[目的]研究土壤因子和林分因子对祁连山青海云杉林土壤有机碳分布的影响,以深入理解祁连山区土壤碳循环机制,并为该地区碳平衡的维持提供科学依据。[方法]于2021年7月沿2700,2900,3100和3300 m海拔梯度设置样地,采集样地内土壤和林分数... [目的]研究土壤因子和林分因子对祁连山青海云杉林土壤有机碳分布的影响,以深入理解祁连山区土壤碳循环机制,并为该地区碳平衡的维持提供科学依据。[方法]于2021年7月沿2700,2900,3100和3300 m海拔梯度设置样地,采集样地内土壤和林分数据,通过非参数检验分析不同土层土壤有机碳在海拔间的差异,使用Pearson相关性和线性拟合分析土壤有机碳与土壤pH值、容重、质量含水率、温度、郁闭度和林分密度之间的关系,采用置换多因素方差分析影响土壤有机碳变异的因素。[结果]①海拔高度2700 m土壤有机碳含量平均最高,为90.12~127.63 g/kg,海拔3100 m土壤有机碳含量平均最低,为62.17~70.50 g/kg。10 cm土层土壤有机碳含量最高,为70.50~127.63 g/kg,40 cm土层土壤有机碳含量最低,为62.17~90.12 g/kg。②所有土层土壤有机碳与pH值和容重呈显著负相关(p<0.05),与温度、郁闭度和林分密度呈显著正相关(p<0.05),与质量含水率呈不显著负相关(p>0.05)。线性拟合关系表现为容重最好,决定系数为0.81(p<0.01),pH值和温度决定系数分别为0.57(p<0.01)和0.32(p<0.01)。③随着土层深度增加,在各因子对土壤有机碳差异的影响中pH值的比例在逐渐增加,容重的影响在逐渐减小,林分密度影响逐渐增加。[结论]各土层土壤有机碳随海拔呈现为先降后升的趋势,表层土壤有机碳变化幅度最大,深度土壤有机碳变化幅度最小。土壤有机碳与土壤及林分因子相关关系表现为:容重>pH值>温度>林分密度>郁闭度>质量含水率。pH值是形成不同海拔高度间土壤有机碳差异的主要影响因子。 展开更多
关键词 土壤有机碳 土壤因子 土层深度 祁连山
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基于ZY1E遥感影像的杞麓湖流域耕地土壤有机质含量预测
8
作者 吴奇涛 郑毅 +4 位作者 李晓琳 侯磊 梁启斌 王艳霞 张成程 《南方农业学报》 北大核心 2025年第1期64-73,共10页
【目的】研究杞麓湖流域耕地土壤有机质(SOM)含量和卫星影像光谱的关系,明确土壤SOM的光谱特性,建立土壤SOM含量的反演模型,为杞麓湖流域耕地土壤精确施肥提供参考依据。【方法】基于杞麓湖流域ZY1E高光谱遥感数据,选择原始反射率(RF)... 【目的】研究杞麓湖流域耕地土壤有机质(SOM)含量和卫星影像光谱的关系,明确土壤SOM的光谱特性,建立土壤SOM含量的反演模型,为杞麓湖流域耕地土壤精确施肥提供参考依据。【方法】基于杞麓湖流域ZY1E高光谱遥感数据,选择原始反射率(RF)、一阶微分(FDR)、比值土壤指数(RSI)和归一化土壤指数(NDSI)作为自变量,与SOM含量进行相关分析筛选出敏感波段,分别构建一元线性回归模型和多元逐步回归模型,并反演出流域耕地SOM含量。【结果】杞麓湖流域土壤中SOM含量不同光谱反射特性趋势相近,土壤的光谱反射率在900、1200、1500和2000 nm处出现吸收谷;对光谱进行不同数学变换,可提高土壤SOM含量与光谱反射率的相关性,其中NDSI和RSI的提升效果最佳;通过对各模型的精确度进行比较,以反射率的RSI构建的多元逐步回归模型拟合效果最优,其决定系数(R^(2))为0.80,均方根误差(RMSE)为6.96,验证模型SOM实测值和预测值的R^(2)为0.82,RMSE为3.65;运用GIS空间分析功能,根据最优模型反演流域耕地SOM含量,多集中在35~45 g/kg,处于较高水平,且杞麓湖流域耕地土壤的SOM含量从西南向东北表现为低—高—低的分布特征。【建议】优化耕地土壤SOM含量变化的特征波长提取,可提高预测模型的精度;采用ZY1E高光谱遥感数据进行耕地土壤养分监测,可解决传统地理统计的受冗余信息影响问题,并为土壤精确施肥管理提供数据支持,提高土壤肥力和作物产量。 展开更多
关键词 ZY1E 高光谱遥感 土壤有机质 预测模型 杞麓湖流域
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基于CR-CARS-RF的黑土区土壤有机质含量高光谱估算
9
作者 李雨鸿 冯锐 +5 位作者 纪瑞鹏 张霞 武晋雯 于文颖 王婷 李晶 《干旱地区农业研究》 北大核心 2025年第4期203-210,共8页
以辽宁昌图和苏家屯区149个黑土样本为基础,结合地面高光谱数据与实验室土壤有机质(SOM)含量化学测定,系统分析了不同高光谱预处理与建模方法对SOM反演精度的影响,旨在构建快速且精准的SOM含量高光谱反演模型。通过Savitzky-Golay平滑法... 以辽宁昌图和苏家屯区149个黑土样本为基础,结合地面高光谱数据与实验室土壤有机质(SOM)含量化学测定,系统分析了不同高光谱预处理与建模方法对SOM反演精度的影响,旨在构建快速且精准的SOM含量高光谱反演模型。通过Savitzky-Golay平滑法(SG)对光谱数据进行去噪处理后,对比分析了倒数(1/R)、倒数的对数(log(1/R))、一阶导数(FDR)、标准化(SNV)及连续统去除(CR)五种光谱变换方法,并采用皮尔逊相关分析(PCC)和竞争自适应重加权(CARS)算法筛选特征波段,结合偏最小二乘(PLSR)、多元线性回归(MLR)和随机森林(RF)三种建模方法,构建了12种反演模型,对各模型的预测精度进行对比分析。结果表明:(1)CR变换显著增强了光谱与SOM的相关性,2 166 nm之后的128个波段相关系数绝对值超过0.5,最高达0.75;(2)CARS算法有效压缩了特征波段数量,将其控制在全波段的6%以下,与PCC-PLSR和PPC-RF相比,CARS-PLSR和CARS-RF模型预测精度显著提升,其决定系数(R2)分别提高13.4%和14.5%,均方根误差(RMSE)分别降低12.8%和11.9%;(3)非线性RF模型的预测精度最优,与MLR和PLSR相比,其R2分别提升32.1%和3.5%,RMSE分别降低34.9%和4.4%;(4)在12种预测模型中,CR-CARS-RF模型表现最佳,其建模R2为0.91,RMSE为1.76 g·kg^(-1);预测R2为0.79,RMSE为2.49 g·kg^(-1),表明CR-CARS-RF模型具有较高的预测精度和可靠性,可为辽宁黑土区土壤有机质含量的高效精准监测提供有力的技术支撑。 展开更多
关键词 黑土 土壤有机质 高光谱 竞争自适应重加权算法 随机森林模型
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土壤有机碳的稳定机制及其影响因子
10
作者 冯伟辉 文波龙 +2 位作者 孙晓新 罗那那 杨静 《云南农业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期175-188,共14页
【目的】为全球气候变化背景下土壤碳封存研究和实践提供理论支撑。【方法】综述土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)的稳定机制(分子结构抗性、团聚体物理保护、矿质化学保护、土壤微生物碳泵)及其影响因子(土壤理化性质、土地利用方... 【目的】为全球气候变化背景下土壤碳封存研究和实践提供理论支撑。【方法】综述土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)的稳定机制(分子结构抗性、团聚体物理保护、矿质化学保护、土壤微生物碳泵)及其影响因子(土壤理化性质、土地利用方式、大气CO_(2)浓度、火烧)。【结果】木质素和黑碳分子结构复杂,具备较强的抗分解能力,但在环境适宜时仍然能被降解;团聚体对SOC的包裹和对微生物的限制降低了SOC被分解的概率,矿物吸附所形成的矿物结合态有机碳可在土壤中稳定千年;丛枝菌根真菌向土壤中输送了大量植物源碳,经微生物转化而成的稳定性碳在SOC中的占比最高可达62%。上述3种机制共同作用提高了SOC的稳定性。SOC相关因子通过改变植被组成和生产力、微生物群落结构和活性等途径影响其输入与输出,适宜的环境能促进SOC积累,但生态系统的复杂性使得SOC在不同样地对同一因子的响应结果可能不同,如高浓度CO_(2)对SOC的影响在不同研究中表现为促进、抑制或无显著作用。【结论】土壤中的稳定机制延长了SOC的周转时间,有利于SOC积累,在探究各因子对SOC的影响时不能以偏概全,要结合生态系统类型进行综合分析。 展开更多
关键词 土壤有机碳 稳定性 团聚体 黏土矿物 微生物
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多尺度因子协同下黑土有机质反演及气候驱动机制评价
11
作者 陈超群 戴慧敏 陈妮娜 《地质论评》 北大核心 2025年第S1期365-367,共3页
东北黑土地作为我国粮食安全的命脉所在,具有重大战略意义。土壤有机质是黑土质量的核心评估指标,不仅能直接调控土壤肥力和作物生产力,同时在调节全球碳平衡和应对气候变化方面具有重要作用。在全球气候变暖的大背景下,气候格局的改变... 东北黑土地作为我国粮食安全的命脉所在,具有重大战略意义。土壤有机质是黑土质量的核心评估指标,不仅能直接调控土壤肥力和作物生产力,同时在调节全球碳平衡和应对气候变化方面具有重要作用。在全球气候变暖的大背景下,气候格局的改变正成为影响黑土有机质发育过程的主要环境调控因子之一(刘驰等, 2022;Liu Kai et al., 2024)。 展开更多
关键词 黑土有机质 遥感反演 机器学习 气象
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松嫩平原西部草地土壤有机质含量预测
12
作者 薄延素 李昊明 +3 位作者 王葛霏 温惠清 石振宇 李晓燕 《水土保持研究》 北大核心 2025年第3期63-71,共9页
[目的]监测和预测草地土壤有机质(SOM)的变化,探索气候条件、地形因素及土壤理化性质等因素对土壤有机质含量的影响机制,为特定区域的土壤管理和农业生产提供科学依据。[方法]以松嫩平原西部草地为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)... [目的]监测和预测草地土壤有机质(SOM)的变化,探索气候条件、地形因素及土壤理化性质等因素对土壤有机质含量的影响机制,为特定区域的土壤管理和农业生产提供科学依据。[方法]以松嫩平原西部草地为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)云平台和Sentinel-2A多光谱遥感影像,耦合气象数据和地形数据,评估了随机森林、神经网络和梯度提升树模型的预测性,选择最优模型生成了松嫩平原西部草地土壤有机质分布图,并分析了土壤有机质分布的影响因素。[结果](1)基于Sentinel-2数据的神经网络模型在松嫩平原西部草地土壤有机质含量预测中具有较好的适用性;(2)松嫩平原西部草地土壤有机质含量的空间分布呈现东北高西南低的分布格局,有机质含量0.016~62.058 g/kg,平均值为15.216 g/kg,总体处于中等水平;(3)气温、纬度和土壤盐碱化程度是影响土壤有机质含量的重要因素。[结论]土壤有机质空间分布呈东北高西南低的趋势,表明在年平均气温较低、纬度较高且电导率(EC)适中的地区,土壤有机质含量显著高于其他区域。 展开更多
关键词 土壤有机质 草地 GEE云平台 机器学习 松嫩平原西部
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风蚀区不同土地利用方式下土壤腐殖质分布及其光谱特征
13
作者 白雪燕 谷思玉 +3 位作者 王紫颖 车延静 冯景翊 张伟健 《农业环境科学学报》 北大核心 2025年第7期1793-1803,共11页
为探究风蚀区不同土地利用方式下土壤腐殖质分布及其光谱特征,以黑龙江省齐齐哈尔市重度风蚀区草地、林地和坡耕地农田土壤(自下而上每100 m分别划定下坡段、中坡段和上坡段)为对象,研究风蚀背景下表层(0~15 cm)土壤腐殖质含量、富里酸(... 为探究风蚀区不同土地利用方式下土壤腐殖质分布及其光谱特征,以黑龙江省齐齐哈尔市重度风蚀区草地、林地和坡耕地农田土壤(自下而上每100 m分别划定下坡段、中坡段和上坡段)为对象,研究风蚀背景下表层(0~15 cm)土壤腐殖质含量、富里酸(FA)和胡敏酸(HA)荧光光谱特征及胡敏素(HM)红外光谱分异特征。结果表明:不同土地利用方式下土壤总腐殖质及各组分碳含量、腐殖化度(PQ)和胡富比(cHA/cFA)均表现为草地>林地>农田下坡段>农田中坡段>农田上坡段;三维荧光光谱显示,各类土壤FA与HA均主要出现4种荧光峰,分别为紫外光区类富里酸A峰、可见光区类富里酸C峰、类腐殖质D峰、类蛋白(类酪氨酸)B峰,且以A峰为主;FA受内外源共同作用,HA仅受外源输入影响,均呈现自生源贡献率少且腐殖化程度弱的特征;相比坡耕地农田,草地和林地自生源特征明显,土壤腐殖化程度强。红外光谱显示,草地、林地和农田土壤HM吸收峰和吸收带相似,官能团类型相同但含量不同,其中,草地和林地二取代苯类和顺式烯烃类物质含量较高,这有利于形成稳定的HM结构。研究表明,可通过增加植被覆盖度和合理规划土地利用等措施,以维持或提升土壤腐殖质含量,进而减缓风蚀对土壤有机质的负面影响。 展开更多
关键词 风蚀 土壤腐殖质 三维荧光光谱 红外光谱
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基于高光谱和深度迁移学习的水稻氮素反演研究
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作者 回彦霖 王金峰 +1 位作者 王瑞东 初宇航 《沈阳农业大学学报》 北大核心 2025年第4期126-137,共12页
[目的]北方寒地农业生产中普遍存在氮肥过量施用等不合理问题,造成了严重的资源浪费与土壤污染。为实现精准施肥,高光谱技术凭借其无损检测、快速响应的优势,可通过监测作物冠层氮素含量动态为变量施肥决策提供定量依据,已成为破解上述... [目的]北方寒地农业生产中普遍存在氮肥过量施用等不合理问题,造成了严重的资源浪费与土壤污染。为实现精准施肥,高光谱技术凭借其无损检测、快速响应的优势,可通过监测作物冠层氮素含量动态为变量施肥决策提供定量依据,已成为破解上述难题的核心技术支撑。但在实际应用中仍存在光谱数据获取难度大、质量要求高,数据迁移性差,模型的泛化能力和准确性低等问题。[方法]开发一种深度学习迁移模型用于水稻氮素高光谱反演与迁移学习。以寒地水稻为研究对象,采用手持式高光谱成像仪采集水稻高光谱数据。为实现模型在不同作物间的泛化能力,建立水稻-小麦跨作物数据集,进一步探究水稻与小麦生理规律共性。通过比较反向传播网络、随机森林和一维卷积神经网络3种回归模型在水稻氮素反演中的应用,发现1DCNN性能最佳。基于1DCNN网络结构,结合迁移学习与深度学习技术提出了Nitro-DTL模型,用于探究不同作物间的氮素预测精度。[结果]Ni⁃tro-DTL以小麦为源域的最佳预处理下的R^(2)较直接迁移学习提高59.39%。结合边缘分布自适应对深度迁移学习模型进一步优化,其协同模型(TCA-Nitro-DFTL)表现最优,小麦为源域时其最佳预处理下的R^(2)达到0.690,较直接迁移学习提升109.09%。[结论]该成果对于处理特征分布不同的数据集具有重要意义,为跨作物种类的精准农业实践提供了技术支持与理论参考。 展开更多
关键词 水稻 氮素 高光谱 迁移学习
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土壤有机质遥感反演与制图研究进展
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作者 时鸣 史杨 +3 位作者 林飞 竞霞 胡宜敏 李冰玉 《遥感技术与应用》 北大核心 2025年第4期1052-1066,共15页
土壤有机质(Soil Organic Matter,SOM)是土壤固相部分的重要组成成分,可为植物提供生长所必需的养分,也是评价土壤肥力的一个重要参考指标。近年来,遥感技术为实现SOM的高效估算与制图提供了新途径,但环境干扰与数据复杂性仍是重要挑战... 土壤有机质(Soil Organic Matter,SOM)是土壤固相部分的重要组成成分,可为植物提供生长所必需的养分,也是评价土壤肥力的一个重要参考指标。近年来,遥感技术为实现SOM的高效估算与制图提供了新途径,但环境干扰与数据复杂性仍是重要挑战。本文系统综述了常用的多光谱、高光谱数据在SOM反演与制图中的应用,并探讨了相关数据处理方法。研究表明:实验室控制条件下获取的光谱数据因环境稳定,其模型精度与稳健性显著优于野外实测数据;针对高光谱数据的特征选择与提取可降低数据维度与多重共线性,从而提升反演精度;融合机器学习与深度学习的集成建模框架,相较于单一模型,能更有效刻画土壤系统的非线性复杂特征;多时相数据通过整合植被季相动态与时间演变信息,进一步提高了模型预测能力。然而,光学数据易受大气条件制约,尤其在中国南方多云雨地区难以获取高质量影像,而微波遥感凭借全天候观测、地形适应性强等优势成为重要补充。未来研究需侧重多源技术协同:通过光学—SAR融合、多传感器平台联用及物理信息驱动的机器学习,削弱秸秆覆盖、土壤水分等混杂因素的影响;利用小波分析与盲源分离等预处理技术分离土壤特征光谱;构建融合土壤类型、农艺措施及气候变量的时空建模框架,增强预测普适性。同时,需发展可解释性人工智能模型与地理自适应的空间插值方法,以提升模型科学性与全球尺度的适用性。本研究为多源遥感技术支撑精准农业与可持续土地管理提供了理论与实践参考。 展开更多
关键词 反射率 土壤有机质 遥感反演
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高频红外碳硫仪测定土中有机质 被引量：1
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作者 张艺冉 《上海公路》 2025年第1期162-165,M0009,共5页
现采用高频红外碳硫仪测定土中的有机质。先用高温灼烧处理样品,去除土壤中的有机碳,再通过高频红外碳硫仪测定灼烧前后土样的碳含量。灼烧前,土样中的碳含量是有机碳和无机碳的总含量,减去灼烧后测定的无机碳含量,从而得到有机碳的含量... 现采用高频红外碳硫仪测定土中的有机质。先用高温灼烧处理样品,去除土壤中的有机碳,再通过高频红外碳硫仪测定灼烧前后土样的碳含量。灼烧前,土样中的碳含量是有机碳和无机碳的总含量,减去灼烧后测定的无机碳含量,从而得到有机碳的含量,通过公式,换算出土中有机质的含量。该方法对有机质的检出下限是0.001 5%,重复性和再现性良好,加标回收的回收率为96%~103%。 展开更多
关键词 高频红外碳硫仪 土 有机质
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饲草种植及牛粪施用对松嫩平原盐碱土养分及腐殖质组成的影响
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作者 吕悦齐 胡娟 +1 位作者 高东雪 张慧 《农业资源与环境学报》 北大核心 2025年第1期169-176,共8页
为探讨施用牛粪对盐碱土壤速效养分和腐殖质组分的影响,明确其对盐碱土壤的培肥效果,本试验设不施肥(CK)、100%牛粪(C)、100%化肥(NPK)、50%牛粪+50%化肥(CNPK)4个处理,种植苜蓿和苏丹草,研究松嫩平原盐碱土养分及腐殖质组分变化。结果... 为探讨施用牛粪对盐碱土壤速效养分和腐殖质组分的影响,明确其对盐碱土壤的培肥效果,本试验设不施肥(CK)、100%牛粪(C)、100%化肥(NPK)、50%牛粪+50%化肥(CNPK)4个处理,种植苜蓿和苏丹草,研究松嫩平原盐碱土养分及腐殖质组分变化。结果表明:与CK处理相比,施肥处理明显增加了全氮(TN)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)、有机碳(SOC)及腐殖质组分含量,降低了pH和电导率(EC)。苜蓿地土壤C处理AN、SOC、胡敏酸(HA)和胡敏素(HM)比NPK处理分别增加28.27%、7.68%、12.79%和34.63%,CNPK处理AK比C处理明显增加36.78%。苏丹草地土壤C处理AN、SOC和HA比NPK处理分别显著增加17.06%、9.69%和25.27%(P<0.05),CNPK处理AP和AK比C处理增加35.66%和23.81%,NPK处理EC比C处理明显降低30.16%。苜蓿地土壤SOC和速效养分含量及腐殖质组分含量均不同程度高于苏丹草地。研究表明,种植苜蓿及单施牛粪有助于促进土壤有机碳、腐殖质组分及速效养分积累,且使土壤胡敏酸和富里酸趋向年轻化和简单化,有利于土壤肥力的提升。 展开更多
关键词 苜蓿 苏丹草 化肥 腐殖质 土壤有机碳
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中国黑土地有机质含量下降1/3
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《科技导报》 北大核心 2025年第4期8-8,共1页
黑土作为蓝色星球上最肥沃的土壤类型之一,牵动着全球粮食安全的命脉。然而,过去百年间,集约化农业和气候变化导致黑土严重退化。中国黑土区有机质含量在过去60年间(截至2022年)锐减1/3,部分地区的耕作层厚度下降超过20 cm。2025年2月13... 黑土作为蓝色星球上最肥沃的土壤类型之一,牵动着全球粮食安全的命脉。然而,过去百年间,集约化农业和气候变化导致黑土严重退化。中国黑土区有机质含量在过去60年间(截至2022年)锐减1/3,部分地区的耕作层厚度下降超过20 cm。2025年2月13日,中国农业大学杨晓光教授在《Nature Food》刊文,呼吁有关部门积极推广、实践《黑土保护法》提倡的新型农业生产系统,特别是土壤增肥系统。 展开更多
关键词 Nature Food 有机质含量 黑土保护法
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太湖底泥污染物分布特征及污染评价
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作者 李悦 李洋 张蕾 《水利科学与寒区工程》 2025年第8期82-85,共4页
作为湖泊水生态环境的重要成分,底泥的污染状态对评估全湖水环境质量至关重要。本文以太湖底泥为研究对象,通过对全湖不同区域补测采样点,获取了太湖底泥总氮、总磷和有机质的空间分布特征。通过综合污染指数法和有机污染指数法,分析了... 作为湖泊水生态环境的重要成分,底泥的污染状态对评估全湖水环境质量至关重要。本文以太湖底泥为研究对象,通过对全湖不同区域补测采样点,获取了太湖底泥总氮、总磷和有机质的空间分布特征。通过综合污染指数法和有机污染指数法,分析了底泥污染物的污染程度。研究表明,太湖底泥中的氮和磷分布的空间差异性显著,氮、磷和有机质含量均表现为东太湖、梅梁湖、竺山湖3个湖区较高;磷和氮之间并没有相关关系,氮和有机质之间具有显著关系;竺山湖的营养盐污染状态为重度污染,全湖的有机质污染状态处于尚清洁状态。 展开更多
关键词 太湖 有机质 营养盐 分布特征 污染评价
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利用CARS-CNN模型的土壤有机质含量高光谱预测 被引量：3
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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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