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高光谱遥感监测大面积土壤重金属污染的研究现状、原理及展望 总被引：1，自引：0，他引：1
随着经济的快速发展,农田土壤重金属污染问题越来越严重,对粮食安全和人类身体健康构成严重威胁,而传统的土壤重金属检测方法只能做到以点代面、被动检测土壤重金属污染。为了快速、宏观地获取土壤重金属污染信息,提出了高光谱遥感技术并列出了其在土壤重金属污染方面应用的原理、方法和优势,系统阐述了定量估算土壤重金属的建模方法,分析了高光谱遥感技术存在的问题及其发展趋势,并提出利用高光谱遥感获取大尺度上的遥感影像资料,结合重金属定量反演模型,多角度获取土壤重金属的污染区域、范围和污染程度信息,主动监测土壤重金属污染,以期为土壤重金属污染的监测和修复提供技术支持,保障粮食安全。 相似文献
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【目的】土壤是植物生长所需的必要因子,岩溶区高浓度的土壤Ca含量则影响着当地植物的生长发育。研究基于高光谱反演技术为岩溶区土壤Ca含量的快速测量提供参考。【方法】利用广西典型喀斯特区土壤为研究对象,开展土壤反射率光谱与室内理化分析同步测量。在土壤原始光谱反射率的基础上,进一步对土壤光谱进行一阶导数和包络线去除处理,并利用光谱指数法和主成分回归分析法进行土壤Ca的反演研究。【结果】岩溶区土壤钙含量与土壤光谱之间具有非常高的相关性,在600 nm和2 300 nm附近出现较高的峰值,且经过一阶导数和包络线去除处理后的土壤光谱反演效果要明显优于原始光谱。其中,一阶导数处理的指数模型RSI(607 nm,2 370 nm)的R2达到0.67,均方根误差为26.34,反演效果最好;包络线去除处理的NDSI(599 nm,601 nm)的R2为0.57,均方根误差为18.24;原始光谱的NDSI(603 nm,604 nm)的R2为0.57,均方根误差为27.94。主成分回归分析的R2为0.57,均方根误差11.92,也具备较好的反演能力。【结论】指数反演中RSI指数具有波段指示意义明确,反演精度高等优点,而主成分回归分析的精度高,分析快,但无法筛选敏感波段。该研究结果证明了高光谱手段反演岩溶区土壤Ca含量的可行性,并为快速获取岩溶区土壤Ca含量的相关研究提供了指导意义。 相似文献
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植被是生态系统最重要的组成成分之一,许多与植被有关的物质能量交换过程都与植被的理化参数密切相关,因此定量估算植被的理化参数含量对监测植被生长状况、森林火灾预警以及研究全球碳氮循环过程等都具有重要意义。在众多定量反演植被理化参数的方法中,基于数学、物理学以及生物学的基本理论建立起来的辐射传输模型受到越来越多的关注。辐射传输模型描述了植被与入射辐射之间的相互作用过程和特征,相对于传统的经验/半经验方法,辐射传输模型物理意义明确,具有稳定性和可移植性强的特点。在分析国内外最新相关研究的基础上,首先从植被叶片、冠层和像元3个不同的尺度阐述反演植被理化参数的辐射传输模型。叶片尺度上主要介绍PROSPECT模型和LIBERTY模型;冠层尺度上主要介绍SAIL冠层辐射传输模型以及PROSPECT与SAIL耦合的PROSAIL叶片-冠层辐射传输模型;像元尺度的植被理化参数反演目前主要采用冠层尺度的辐射传输模型。其次,分析尺度变化下植被理化参数遥感反演所面临的主要问题,如不同尺度下模型参数敏感性的变化、辐射传输模型的选取以及混合像元的影响等。最后,总结展望植被理化参数反演多模型与多种数据源相互结合的研究趋势,以及将来具有高空间分辨率的高光谱遥感卫星升空后所带来的发展前景。 相似文献
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运用Hyperion数据,以黑龙江省大庆市某一实验区为例,进行了对土壤含盐量的定量研究,将BP神经网络模型(Back Propagation Network)应用到高光谱数据对研究地区土壤含盐量的反演中。通过对隐含层的传递函数、输出层的传递函数、训练算法的优化组合以及最适合隐层节点数量,得到最优的BP神经网络模型,实现了土壤含盐量的反演。对高光谱数据反演土壤含盐量采用BP神经网络具有一定的指导意义。 相似文献
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【目的】研究土壤主要养分含量特征信息的光谱预测值,使其更具直观性、空间性及科学性,为大尺度对农田的土壤养分空间分布状况获取、评价与科学管理提供依据。【方法】利用ArcGIS 9.3的普通克里格(Ordinary Kriging)插值方法,对小面积及大尺度试验区的土壤样本点进行有机质反演插值填图,并将实验室化学测定土壤有机质含量的实测值与其高光谱模型预测值进行Kriging插值填图比较,分析土壤有机质含量的实测值与预测值的空间分布状况差异。【结果】从小面积试验区到大尺度条田地块插值后的空间分布情况来看,土壤有机质含量的光谱预测值(基于归一化光谱指数NDI[495,485]预测)与实测值之间具有较好的相似性,预测效果较好。【结论】通过土壤有机质含量信息状况的空间分布填图来确定农田分区基本管理单元的适宜尺度,为实施大区域农田养分分区精量管理的划分,提出科学的平衡施肥方案,为适合新疆及兵团特色的精准农业管理、土壤养分快速探测、精量施肥等技术提供技术理论支持。 相似文献
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土壤重金属含量的高光谱遥感反演方法综述 总被引：4，自引：0，他引：4
随着工业生产规模的扩大、城市环境污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加,土壤重金属污染因其程度加剧、面积扩大而备受关注.重金属污染物在土壤中移动差、滞留时间长、难被微生物降解,并可经水、植物等介质最终影响人体健康,因此对重金属污染的定量监测非常有必要并且意义重大.高光谱遥感技术的发展为宏观、快速获取土壤重金属元素信息提供了新的契机,目前国内外学者基于土壤反射光谱特征,运用多种统计分析方法成功地预测了多种土壤重金属元素的含量.介绍了土壤的光谱特征及光谱特征波段的提取,对利用高光谱遥感技术估算土壤重金属含量的主要方法进行了总结,对影响模型精度的主要因素进行了讨论,介绍了模型在模拟多光谱数据方面的应用,最后对模型反演过程出现的不足及今后的研究方向进行了展望. 相似文献
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土壤有机质高光谱特征及其反演研究 总被引：1，自引：0，他引：1
具有精细的光谱分辨率,可获取地物纳米级连续光谱信息的高光谱技术以其简便、快速、精度高和无损等优势成为获取土壤有机质(soil organic matter,SOM)含量的重要手段,在精确农业发展中发挥着重要作用。本文阐述了高光谱反演土壤有机质的机理,概述了土壤有机质含量的光谱反射特征,包括不同土壤类型、不同土壤有机质含量的光谱响应波段,以及土壤有机质含量的光谱反演方法和模型的研究进展。进一步分析了土壤有机质光谱特征研究中存在的问题并对发展趋势进行了展望和分析,以期为以后的研究提供一定的参考。 相似文献
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Changes in organic C stability within soil aggregates under different fertilization patterns in a greenhouse vegetable field 
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下载免费PDF全文 LUAN Hao-an YUAN Shuo GAO Wei TANG Ji-wei LI Ruo-nan ZHANG Huai-zhi HUANG Shao-wen 《农业科学学报》2021,20(10):2758-2771
Knowledge of the stability of soil organic C(SOC) is vital for assessing SOC dynamics and cycling in agroecosystems. Studies have documented the regulatory effect of fertilization on SOC stability in bulk soils. However, how fertilization alters organic C stability at the aggregate scale in agroecosystems remains largely unclear. This study aimed to appraise the changes of organic C stability within soil aggregates after eight years of fertilization(chemical vs. organic fertilization) in a greenhouse vegetable field in Tianjin, China. Changes in the stability of organic C in soil aggregates were evaluated by four methods, i.e., the modified Walkley-Black method(chemical method), ~(13)C NMR spectroscopy(spectroscopic method), extracellular enzyme assay(biological method), and thermogravimetric analysis(thermogravimetric method). The aggregates were isolated and separated by a wet-sieving method into four fractions: large macroaggregates(2 mm), small macroaggregates(0.25–2 mm), microaggregates(0.053–0.25 mm), and silt/clay fractions(0.053 mm). The results showed that organic amendments increased the organic C content and reduced the chemical, spectroscopic, thermogravimetric, and biological stability of organic C within soil aggregates relative to chemical fertilization alone. Within soil aggregates, the content of organic C was the highest in microaggregates and decreased in the order microaggregatesmacroaggregatessilt/clay fractions. Meanwhile, organic C spectroscopic, thermogravimetric, and biological stability were the highest in silt/clay fractions, followed by macroaggregates and microaggregates. Moreover, the modified Walkley-Black method was not suitable for interpreting organic C stability at the aggregate scale due to the weak correlation between organic C chemical properties and other stability characteristics within the soil aggregates. These findings provide scientific insights at the aggregate scale into the changes of organic C properties under fertilization in greenhouse vegetable fields in China. 相似文献
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A plant based sensing method for nutrition stress monitoring 总被引：1，自引：0，他引：1
Due to economical and ecological reasons it is important to provide the necessary flexibility in fertilizer management to
respond to differences in plant nutrients requirements. Plant-based sensors have potential to provide more accurate and on-line
information regarding crop bio-responses to environmental stress and could overcome limitations of traditional methods which
focus only on monitoring parameters of soil. Current research regarding on-line plant stress sensing techniques concentrates
on spectroscopic and image processing methods. These techniques have many limitations connected with their sensitivity to
environmental interferences. In recent years, impedance spectroscopy has become a well-known non-invasive tool for describing
the electrical properties of many systems. The research hypothesis tested was that information provided by Electrical Impedance
Spectroscopy is correlated with tomato plant stress caused by lack of mineral nutrients in the growth medium. The experiment
was conducted with two sets of hydroponically-grown tomato plants (Lycopersicon esculentum Mill., cv. ‘Maliniak’). During
the experiment the tomato plants were fed alternately with flow of necessary nutrients and with distilled water. The impedance
spectra were measured by scanning frequencies from 100 Hz to 50 kHz to determine the most sensitive frequency. A Nutrition
Index was proposed for indicating variability of mineral nutrition within plants, and its correlation with experimental plant
data was tested. Data showed that the relation between the Nutrition Index and the stress caused by lack of mineral nutrients
in the growing medium was a monotonic function in the case of study. The results presented in the paper support the concept
that the electrical impedance spectroscopy is a non-destructive, economical and reliable measurement method, which can be
utilised for plant nutrition stress monitoring. 相似文献
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基于光谱技术的禽蛋内部品质无损检测研究进展 总被引：2，自引：1，他引：1
禽蛋品质检测是食品安全和消费者权益的重要保障措施,传统禽蛋品质检测主要依赖人工进行,存在工作强度大、效率低且准确率波动大等弊端。光谱检测技术具有快速、安全、无损等优点,近些年来在禽蛋内部品质检测领域发展迅速。本文基于禽蛋的新鲜度、蛋白含量、脂肪含量、血斑肉斑、受精信息、种蛋性别、胚蛋活性等内部品质指标检测的有关研究,概述了近红外光谱、可见-近红外光谱、高光谱成像及拉曼光谱等光谱检测技术在禽蛋内部品质无损检测中的研究进展,分析总结了光谱检测技术在禽蛋无损检测中的应用特点与难点,并展望了其未来发展趋势,以期为我国蛋品无损检测研究及行业质量安全监管提供参考。 相似文献
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土壤资源是人类生存和可持续发展的基础。土壤空间分布规律的分析一直是土壤学研究的重要课题。研究应用GIS的复合叠置分析、聚类聚合分析、统计学分析等方法,探索了中尺度土壤分布规律及土壤理化性质随海拔高度、坡向变化而变化的规律。研究发现:地理信息科学方法和技术应用于土壤学研究是可行的,有传统分析方法所无法比拟的优越性;西安市土壤有明显的空间分布规律(垂直地带性明显,随地形因子变化土壤理化性质发生相应变化)。 相似文献
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A Carrington 《Science (New York, N.Y.)》1996,274(5291):1327-1331
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保护性耕作对西北旱区土壤微生物空间分布及土壤理化性质的影响 总被引：8，自引：0，他引：8
【目的】保护性耕作在中国西北旱区已得到了广泛应用,是农业生产中重要的技术措施。探析保护性耕作对土壤肥力和土壤微生物群落结构的影响,有助于农业生产的可持续发展。本试验从土壤理化性质和微生物相结合的角度,探讨保护性耕作对土壤微生物空间结构的影响,以及旱作麦田微生物群落丰度和土壤理化性质的相关性,为推广保护性耕作措施提供理论依据和实践支持。【方法】以中国西北旱区土壤为研究对象,常规耕作翻耕(PT)为对照,设计深松耕(CPT)和免耕(ZT)两种保护性耕作方式,采用实时荧光定量PCR技术,测定土壤微生物群落丰度和土壤理化性质指标,并分析微生物群落空间分布与土壤理化性质和保护性耕作之间的关系。【结果】长期应用保护性耕作已对旱作麦田的环境产生显著影响,不同的耕作方式对土壤真菌和细菌群落丰度有不同的影响,两者对3种耕作方式均有不同程度的响应;在不同的耕作方式下,土壤微生物空间分布不均,连续性较差,空间变异程度较高,表现出强烈的空间聚集分布。耕作方式对土壤理化性质和酶活性也有显著的影响,与传统翻耕相比,深松耕和免耕方式能显著提高土壤黏粒、水分、全氮、铵态氮含量和脲酶、蔗糖酶活性。典范主分量分析(CPCA)结果表明,土壤微生物群落丰度和理化性质变化主要受到耕作方式的影响,并且土壤微生物群落丰度与理化性质密切相关,在免耕方式下,土壤黏粒、水分和铵态氮含量等显著影响土壤细菌群落分布;在深松耕方式下,土壤可溶性碳含量和过氧化氢酶活性等显著影响土壤真菌群落分布。【结论】旱作麦田采用保护性耕作,可以影响土壤微生物群落丰度和空间分布,并且显著影响土壤理化性质,进而影响土壤微生物空间结构。同时,土壤水分和碳氮含量分别显著影响土壤细菌和真菌丰度。 相似文献
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土壤变化研究现状浅析 总被引：1，自引：0，他引：1
系统地分析了土壤变化概念、类型及其变化因素 ,重点论述了当代农业利用的特点及其对土壤环境和土壤性质的影响 ,阐述了当前土壤变化的定量化评价方法 ,揭示了土壤变化研究存在的问题 ,提出了土壤变化研究的重点应放在中尺度和大尺度上 ,为区域持续农业的高效发展提供科学依据。 相似文献
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探讨土壤中砷赋存形态和砷主要的化合物。介绍检测土壤中砷的方法,主要包括分光光度法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法、原子荧光法、X射线荧光光谱法等国内常用的研究方法,以及核酸适配体法、联用技术等国外常用的研究方法,揭示了各种检测方法的原理和优缺点,并提出土壤中重金属砷的一些尚待研究的问题,对土壤中重金属砷的研究具有非常重要的意义。 相似文献
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数值模拟是认识渗灌条件下土壤水分运动规律的重要方法之一,其可为渗灌工程的实施提供理论指导。为降低渗灌条件下土壤水分运动数值模拟研究的成本,在渗灌条件下土壤水分运动数值模拟软件的设计方法上进行了探讨,分析了软件实现的功能,提出了一种渗灌条件下土壤水分运动数值模拟软件的开发模型,并采用面向对象的方法和迭代-增量式的开发过程实现了该软件。本软件能够应用于渗灌条件下土壤水分运动数值模拟,能够模拟土壤初始条件、灌水压力、渗灌管特性和计算区域边界条件对土壤水分运动的影响,能模拟渗灌条件下土壤水分的再分布过程。软件运行可靠、操作方便,具有一定的通用性。 相似文献
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黄红壤是皖南地区区域经济发展的一个重要自然资源,但不合理的土壤利用与管理阻碍了该区的农业持续发展。笔者在评价皖南地区的气候条件、植被资源、土壤生态系统的基础上,讨论了当前皖南黄红壤地区土壤生态系统中存在的问题,并提出了黄红壤改良的对策与措施：（1）实行农林复合生产,优化土地利用方式,以提高水土资源的利用率,（2）消除土壤“酸、瘠”等限制因子,提高土壤生产率;（3）增施有机肥,平衡施用化肥以补充土壤养分,调控养分循环;（4）建立适宜的耕作制度,改善土壤性质,防止水土流失,提高生产效率和经济效益。 相似文献