黄土小流域不同发育阶段地形指数变异特征分析

基于人工降雨实验获取的黄土模拟小流域高解析度DEM数据,提取其不同发育阶段的地形指数,分析了黄土小流域降雨侵蚀过程中地形指数的空间分异特征、平均地形指数变化规律及地形指数频率分布曲线特征。研究证明,地形指数空间分布与地形呈现很强的相关性,地形指数均值与坡度均值呈现对数变化关系,地形指数频率分布图随地形变化呈现规律性变化。地形指数空间变异特征分析可为研究流域地形和流域水文相似性提供基础资料。     

巴中市丘陵山区土地利用在地形梯度上的分布特征

以巴中市2007年TM影像和1∶25万等高线为数据源,利用GIS空间分析功能,建立了巴中市土地利用数据库并生成了高程、坡度和地形位指数图。然后将高程梯度、坡度梯度和地形位梯度分别与土地利用景观数据进行分级叠加分析,并引入无量纲分布指数,探讨不同地形梯度下不同土地利用景观类型的分布特征。结果表明,林地主要分布在较高等级海拔,坡度较大,地形位较高的地形条件下;耕地和城乡居民用地受气候条件和水域分布的影响,多分布在低海拔,坡度平缓,地形位较低的地形条件下;未利用地中水域占绝大多数比例,其分布指数随着地形位指数、坡度等级、高程等级的增加逐渐趋近于0。草地对地形条件的选择性较强,主要分布在中等级高程、坡度和地形位的地形环境中。通过比较分析,可以看出综合了高程和坡度双重属性的地形位指数能更真实地反映不同土地利用景观类型空间特征及分布趋势。     

基于GIS的土地利用变化的地形梯度分析——以韶关市大塘镇为例

地形是影响土地利用格局动态分布的因素之一。以韶关市大塘镇为研究区,基于DEM生成坡度图和高度图,利用遥感影像提取2009—2013年土地利用类型,计算研究区高度梯度和坡度梯度的分级指数及地形位指数。结果表明:(1)耕地、水域和园地分级指数和地形位指数逐渐下降,林地逐渐上升,草地、城镇村与工矿用地、交通用地和未利用地的坡度分级指数先上升后下降,高度分级指数多呈先下降后上升,地形位分级指数先下降后上升;(2)城镇村与工矿用地的分级指数和地形位指数数值上升,其余土地利用类型数值均下降,但下降数值较小;(3)除林地外,其他土地利用类型的分级指数和地形位指数均集中于低地形位区间。高度、坡度和地形位对土地利用类型分布格局演变有重要影响,同时城镇化的发展对土地利用类型分布格局演变也有较大影响,但一定程度上遵循分级指数和地形位指数。     

小流域尺度土壤水分与地形湿度指数的相关性分析

以陕北黄土高原为实验样区,考虑到流向的计算方法会对计算地形湿度指数产生影响,因而采用单流向算法和多流向算法计算得到地形湿度指数,将地形湿度指数和实测土壤水分数据进行叠加,据此分析土壤水分与地形湿度指数的相关性.同时对比分析单流向算法和多流向算法计算得到的地形湿度指数质量的优劣,提出了利用地形湿度指数模拟土壤水分的最佳流向算法.     

TOPMODEL地形指数的计算

地形指数是TOPMODEL(topography index,也称湿润指数,wetness index)中一个重要的输入参数,它把流域饱和缺水量,变动产流面积的概念紧密联系起来。根据定义介绍了它的计算方法,解决了坡度为零的栅格的处理以及河道造成的地形指数值偏大的问题。并以两河口流域(2818km~2)分辨率为60m的数字高程模型栅格网为例生成地形指数,配合相应的气象数据和水文资料,在TOPMODEL中进行了径流日模拟,效率在70%左右。     

泾河上游固原县景观变化地形梯度特征分析

以泾河上游固原县为研究区,采用1986年和2000年景观格局数据,利用地形位梯度指数和景观类型转移概率矩阵,对该县20世纪末景观格局的地形梯度特征及其变化规律进行了定量分析和探讨.结果表明,研究期内景观类型在地形位梯度上整体分布格局保持高低二段式结构,草地和林地景观以高地形位为优势区域,其它景观类型主要占据低地形位.由于该期间景观类型相互转化,各种景观类型在不同地形位区间上分布指数呈现出规律性变化,主要表现在低地形位上建设用地优势程度上升而耕地相对下降,高地形位上草地优势程度增加而林地相对降低,反映了人类活动主要限于低地形位地段上,对景观改造和影响程度较低,且该区不合理的景观结构状况得到一定程度的改观.     

草带布设位置对坡沟系统水文连通性的影响

为研究坡面不同草带布设位置对坡沟系统水文连通性的影响,在模拟降雨条件下,选取地形收敛指数和地形湿度指数作为结构连通性指标、简化水文曲线和相对地表连接函数作为功能连通性指标分析了不同草带布设位置(坡面中上、中、中下、下部)坡沟系统水文连通性。结果表明:不同草带布设位置对坡沟系统的连通过程影响不同。植被布设越靠近沟坡部分产流时间越长;植被布设在中下坡位、下坡位比中坡位和中上坡位的总径流量小,对径流汇集影响大。中上坡位布置植被比其他位置有较好的结构连通性,其降雨后的地形更利于水系连通。不同格局地形收敛指数分布类似正态分布,地形湿度指数分布符合正偏态分布。中上坡位布置植被降雨后地形比其他格局更利于汇流;中上坡位布置植被降雨后的地形湿度指数均值比降雨前减少10.59%,整体变化最大,也更利于产流。植被布设越靠近坡顶部分其功能连通性越好,但对于降水的储蓄能力较差。中上坡位布置植被相比其他格局需要较少的水量达到产流,功能连通性最好。降雨停止时,中下部和下部坡位布设植被约有70%的总降雨量用于储蓄,而中上部和上部仅为50%。     

基于地形梯度的高原山地区土地利用格局时空特征——以贵州省盘县为例

地形因子在一定程度上制约着土地利用空间格局的形成及变化,高原山地区更为明显。该文选取贵州省盘县作为研究区,运用地学信息图谱理论、地形分布优势指数、地形位指数和土地利用综合程度指数分析了2000—2010年研究区土地利用在地形梯度上的空间分布和内在演变特征。结果表明:研究期间,盘县耕地大幅度减少,林地、草地、建设用地和水域大幅度增加,未利用地不甚明显.不同土地利用时空分布及其变化受地形因子的影响呈现一定的垂直分布特征。低级别区耕地优势位增强,水体优势位出现显著萎缩,中级别区林地和草地优势位基本保持稳定。高级别区林地和草地优势分布范围拉宽,建设用地和水体优势位出现退缩。土地利用图谱以稳定型和前期变化型为主,不同图谱变化类型均是不同级别区耕地向林地、草地及建设用地转化为主要特征。土地利用综合程度指数随地形级别区的增加呈现先下降后趋缓特征。高原山地区土地利用结构调整应充分统筹区域地形结构及土地利用格局垂直梯度特征,对不同土地利用类型优化布局进行因地制宜的安排与协调,实现区域土地资源在空间结构上的合理配置与可持续利用。     

基于地形梯度的皖南地区土地利用分布特征

以安徽省皖南地区为例,利用GIS空间分析技术,通过计算高程、坡度和地形位指数等地形梯度上的土地利用分布指数,分析了3种地形梯度上不同土地利用类型的分布特征,探讨了该区土地利用分布特点与地形间的关系。结果表明:(1)研究区在高程0~600 m、坡度0~21°和地形位指数0~1.575 0区域内的面积占皖南地区总面积的93.10%、83.11%和93.89%,影响着该区的土地利用类型分布;(2)土地利用类型分布分层明显,耕地、水域和建设用地主要分布在海拔较低、坡度平缓和地形位指数较小的区域,相应的土地利用分布指数随地形梯度的增大而减少直至趋于0;林地、草地分布则与之相反;(3)依据土地利用和地形的关系,皖南地区土地利用格局趋于合理,但不合理的土地利用方式仍然存在,需要加强其土地利用的规划管理。     

基于地形梯度的河北省太行山区土地利用时空变异研究

地形在一定程度上影响着土地利用变化, 对土地利用空间格局的形成具有重要影响。利用GIS空间分析功能, 结合地形位指数、分布指数和土地利用程度综合指数, 系统分析了1990-2008年间河北省太行山区土地利用变化的地形梯度特征, 探讨地形因素对土地利用方式选择及空间格局的影响, 并定量分析了地形梯度上的土地利用程度状况。结果表明: 各种土地利用类型空间分布及其变化明显受到地形因子的影响和制约, 总的分布特征为: 随着地形位的升高, 耕地的分布指数呈现降低趋势, 草地、建设用地、水域和未利用地先升后降, 而林地则升高; 研究期间林地的优势地形位的上限增加了2个地形位, 草地已失去高地形位上的分布优势, 在中地形位上的优势分布区间增加了3个地形位, 水体的优势地形位在低地形位上有所扩展, 未利用地的优势地形位明显收缩, 而耕地、建设用地优势地形位基本保持稳定; 土地利用程度综合指数随着地形位的增加而不断下降。根据地形梯度上土地利用程度的定量表达, 将研究区地形位划分为3个区段: 耕地、水域、建设用地和未利用地的优势地形位区域、草地和林地的优势分布区、林地的优势地形位区域, 其面积分别占研究区总面积的45.79%、41.30%和12.91%。在此基础上对河北省太行山区土地资源的合理利用和生态环境恢复提出了相应建议和措施。     

紫色土坡地径流退水过程与地表糙率试验研究

径流退水过程是降雨产流过程的重要组成部分.通过人工模拟降雨试验,分析了紫色土坡地的退水过程.(1)坡度和雨强对退水流量有显著影响,退水流量随雨强的增加而增加,随坡度的增大而减小.坡度和雨强对退水历时无明显影响.(2)不同地表处理下,退水流量和历时差异显著.顺坡垄作退水过程最短,退水流量最小;裸地退水历时较长,退水流量较大;平作退水历时最长,但是退水流量小于裸地.(3)利用退水曲线法计算了紫色土坡耕地曼宁系数.不同地表处理下曼宁系数的大小为:裸地(0.028)<顺坡垄作(0.065)<平作(0.071).     

作物根系层土壤水分模拟的经验-机理模型

To predict soil water variation in the crop root zone,a general exponential recession (GER) model was developed to depict the recession process of soil water storage.Incorporating the GER model into the mass balance model for soil water,a GER-based physicoempirical (PE-GER) model was proposed for simulating soil water variation in the crop root zone.The PE-GER model was calibrated and validated with experimental data of winter wheat in North China.Simulation results agreed well with the field experiment results,as well as were consistent with the simulation results from a more thoroughly developed soil water balance model which required more detailed parameters and inputs.Compared with a previously developed simple exponential recession (SER) based physicoempirical (PE-SER) model,PE-GER was more suitable for application in a broad range of soil texture,from light soil to heavy soil.Practical application of PE-GER showed that PE-GER could provide a convenient way to simulate and predict the variation of soil water storage in the crop root zone,especially in case of insufficient data for conceptual or hydrodynamic models.     

基于可见光波段无人机遥感的植被信息提取

无人机遥感具有使用成本低、操作简单、获取影像速度快、地面分辨率高等传统遥感无法比拟的优势。该文通过分析仅含红光、绿光和蓝光3个可见光波段的无人机影像中植被与非植被的光谱特性,同时结合健康绿色植被的光谱特征,借鉴归一化植被指数NDVI的构造原理及形式,提出了一种综合利用红、绿、蓝3个可见光波段的归一化植被指数——可见光波段差异植被指数VDVI(visible-band difference vegetation index)。与其他基于可见光波段的植被指数,如过绿指数EXG(excess green)、归一化绿红差值指数NGRDI(normalized green-red difference index)、归一化绿蓝差值指数NGBDI(normalized green-blue difference index)和红绿比值指数RGRI(red-green ratio index)以及仅用绿光波段的提取结果进行对比分析,结果表明:VDVI植被提取精度高于其他可见光波段植被指数,且阈值在0附近,较易确定。为了验证VDVI的适用性与可靠性,选取与试验影像同一时期拍摄但不同区域的另一影像使用同样的方法提取植被信息。结果表明:VDVI对于仅含可见光波段无人机遥感影像的健康绿色植被信息具有较好的提取效果,提取精度可达90%以上,适用于仅含可见光波段无人机遥感影像的健康绿色植被信息提取。     

紫色土丘陵区典型坡地产流及产沙模拟试验研究

应用人工模拟降雨实验,对紫色土丘陵区坡地产流及产沙特征进行了研究.(1)地表径流初始产流时间随着雨强和坡度的增加而加快,在0.7～9.5 min之间变化;壤中流初始产流时间变化复杂,在2.6～46.4 min之间变化,雨强是影响低坡度壤中流初始产流时间的主要因子;(2)地表径流累积量与雨强、坡度均成正比关系,壤中流累积量随着坡度和雨强的增大呈现出减小趋势;(3)地表径流雨后消退迅速,退水常数k(Barnes法)值为0.41～0.66,壤中流消退缓慢,退水常数为0.91～0.99;(4)同一降雨历时下,相对坡度而言,雨强是决定产沙量的主要因子,产沙量在23.4～972.3 g/(m2·h)之间变化;在同一雨强下,产沙量随着坡度的增大而增加.就紫色土坡地而言,改良耕作制度和耕作措施,实施因地制宜的水保措施,提高坡地土壤入渗率和持水量,使降雨径流以壤中流形式产生,能更有效地防治水土流失.     

沈阳城市河流生态系统健康评价研究

考虑反映城市河流生态系统的水量、水质、河岸带、水生生物与物理结构等5个方面的因素,构建了城市河流生态系统健康评价指标体系。城市河流生态系统健康评价模型采用模糊综合评判模型,各指标权重利用层次分析法确定。根据评价指标的选择原则,选取8个评价指标,提出了5级评价标准,对浑河沈阳段2009年的河流生态系统健康状况进行了评价。结果表明：浑河沈阳段处于不健康状态。通过对比模型计算,验证了该模型的可靠性。     

Nitrogen relations in winter wheat cultivars differing in grain protein percentage and stature

Accumulation of reduced nitrogen and its partitioning between vegetative tissue and grain are two important aspects of the nitrogen economy of wheat (Triticum aestivum L.). The objectives of this study were to 1) determine the range of nitrogen harvest index (NHI) among four hard red winter wheat cultivars differing in grain protein percent (GPP) and the influence of NHI on grain protein percent, and 2) to contrast the partitioning of nitrogen and dry matter to the component parts of the plant throughout growth and development. Plants were grown in a nutrient solution and nitrogen salts were withheld from the solution when the wheat reached anthesis. High nitrogen percentage of plant parts tended to correlate positively with grain protein percentage at first node and anthesis stages, but correlated negatively at latter stages. Dry weight was important in the accumulation of nitrogen; however, neither dry weight nor total plant nitrogen was correlated with GPP. Nitrogen harvest index was correlated strongly and positively with GPP and was independent of plant stature. The selection of parents with high NHI could be an important criterion in breeding programs to increase GPP of wheat.     

吐鲁番市城市化与生态环境动态分析

通过构建城市化综合指数与生态环境综合指数的指标体系,利用变异系数法确定各个指标的权重,借助加权求和对吐鲁番市2000—2008年的城市化与生态环境的综合指数给予量化分析,结果表明:两者均呈现上升趋势,尽管生态环境综合指数波动比较显著。结合GM(1,1)模型对吐鲁番市城市化与生态环境的综合指数进行预测,预测等级均为好,对实际有一定的参考价值,同时城市化的增速快于生态环境;应用关联度知识,对吐鲁番市连续9a不同的年份进行分析发现,随着时间的推移,城市化与生态环境综合指数的关联度逐渐增加,依次为0.600 7,0.621 5,0.669 6,由此可以说明吐鲁番市城市化与生态环境的联系将越来越紧密,而且逐年增强。     

基于改进层次分析法的灵芝品质安全综合评价

中药材是中医药事业传承和发展的物质基础,灵芝是中国传统的中药材。该文通过改进的层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)对灵芝质量安全进行综合评价,为灵芝种植"安全有效、质量可控"提供借鉴。根据中药材质量安全标准,基于样本波动大小和改进的AHP法,计算得到灵芝子实体质量安全指标(多糖、Pb、As、Hg、Cd)的权重;应用AHP综合加权指数法对关键生长期(4层、5层、6层)、典型种植区域(武夷山、长白山、大别山)灵芝子实体质量安全指标风险水平进行评价,并与目前广泛应用的内梅罗指数法计算得到的综合风险指数进行对比。结果表明:灵芝多糖、Pb、As、Hg、Cd等5种质量安全指标单项风险指数大致规律为:CdHg多糖AsPb,均低于中药材质量安全风险水平。改进AHP法得到灵芝质量安全风险指数范围是0.2376~0.7598,小于1,为安全级,内梅罗法得到的风险指数范围是0.2579~0.7292,也为安全级,2种方法比较总体差别不太明显,分析认为质量安全指标权重大的指标多糖、Hg、Cd,其单项风险指数也大。为了进一步对比2种方法优劣,将单项风险指数较大、权重较大的质量安全指标Hg、Cd分别跟单项风险指数较小、权重较小的质量安全指标Pb、As调换,对人体危害较大的质量安全指标Hg和Cd单项风险指数降低,对人体危害较小的Pb和As单项风险指数升高,结果显示综合质量安全风险指数显著降低,降低幅度达68.03%,采用改进AHP的加权综合指数法比内梅罗指数法更能准确反映灵芝质量安全风险状况。该研究不仅对灵芝质量安全评价具有较高借鉴价值,也为灵芝种植"产前、产中、产后"全程控制提供支撑。     

畜禽粪便堆肥腐熟度评价指标体系研究

以牛粪和猪粪两种畜禽粪便分别与秸秆混合堆肥,全面考察了堆肥过程中与腐熟度有关的理化指标和生物指标变化。结果表明,在3个月的堆肥熟化试验考察期内,堆肥初期堆体升温迅速,50℃以上高温持续时间累计超过15d;物料pH值先升后降,60d后稳定在8.0左右;含水率和C/N持续下降,C/N60d后接近20;氨氮含量呈先升后降趋势,胡敏酸和富里酸比值则先降后升;Solvita腐熟等级、种子发芽势和根系建成指标不断升高,而作物生长指标则无显著变化。由腐熟度指标相关性分析表明,最能体现堆肥腐熟程度的Solvita腐熟等级与C/N、种子发芽势、根系建成指标呈高度相关,与含水率和腐殖酸呈低度相关。据此,结合常规温度指标建立了堆肥腐熟度评价指标体系,用于科学指导农牧业废弃物堆肥质量控制。     

煤矿区井采土地复垦成本评价指标体系构建

以煤矿区井采为研究对象,建立了以自然环境条件、采矿条件、煤矿赋存条件3项为约束层,地形坡度、土地利用规划、煤层厚度等11个影响因子构成指标层的土地复垦成本评价指标体系,采用德尔菲法、层次分析法及YAAHP(V 6.0)软件确定了各项指标因子的权重。通过权重比较得出约束层的影响程度:煤矿赋存条件> 采矿条件> 自然环境条件,煤矿赋存条件中影响程度依次是:煤层厚度> 煤层倾角> 深厚比;采矿条件中各因子影响程度依次为:顶板管理方法> 采煤工艺> 采动程度;在自然环境条件下,土地利用规划> 有效土层厚度> 年降水量=土壤质地> 地形坡度。该评价指标体系的完善,为煤矿井采复垦成本修正系数的确定奠定基础。