基于卷积注意力的无人机多光谱遥感影像地膜农田识别

监测地膜覆盖农田的分布对准确评估由其导致的区域气候和生态环境变化有着重要作用,基于DeepLabv3+网络,通过学习面向地膜语义分割的通道注意力和空间注意力特征,提出一种适用于判断农田是否覆膜的改进深度语义分割模型,实现对无人机多光谱遥感影像中地膜农田的有效分割。以内蒙古自治区河套灌区西部解放闸灌区中沙壕渠灌域2018—2019年4块实验田的无人机多光谱遥感影像为研究数据,与可见光遥感影像的识别结果进行对比,同时考虑不同年份地膜农田表观的变化,设计了2组实验方案,分别用于验证模型的泛化性能和增强模型的分类精度。结果表明,改进的DeepLabv3+语义分割模型对多光谱遥感影像的识别效果比可见光高7.1个百分点。同时考虑地膜农田表观变化的深度语义分割模型具有更高的分类精度,其平均像素精度超出未考虑地膜农田表观变化时7.7个百分点,表明训练数据的多样性有助于提高地膜农田的识别精度。其次,改进的DeepLabv3+语义分割模型能够自适应学习地膜注意力,在2组实验中,分类精度均优于原始的DeepLabv3+模型,表明注意力机制能够增加深度语义分割模型的自适应性,从而提升分类精度。本文提出的方法能够从复杂的场景中精准识别地膜农田。     

黑土区农田尺度田间持水率的空间变异性研究

【目的】探究黑土区农田田间持水率的空间变异性机制。【方法】利用传统统计学和多重分形方法量化了田间持水率的空间变异强度,分析了造成田间持水率空间变异性的局部信息;利用联合多重分形方法确定了田间持水率与土壤基本物理特性在多尺度上的相关性。【结果】研究区域田间持水率具有多重分形特征,随土层深度增加,田间持水率的空间变异程度先降后增;田间持水率的大值数据对0~5 cm和10~15 cm土层田间持水率空间变异性的贡献较大,小值数据对5~10 cm和15~20 cm土层田间持水率空间变异性的贡献较大;单一尺度上,与田间持水率相关程度最高的土壤基本物理特性在0~5 cm土层是黏粒量和土壤体积质量,在5~10 cm和10~15 cm土层是粉粒量和黏粒量,在15~20 cm土层是土壤体积质量和粉粒量;多尺度上,与田间持水率相关程度最高的土壤基本物理特性在0~5、5~10和10~15 cm土层是黏粒量和粉粒量,在15~20 cm土层是土壤体积质量和粉粒量。【结论】黑土区农田田间持水率的空间变异程度为弱变异,田间持水率与土壤基本物理特性的相关程度在单一尺度和多尺度上有所差异。     

镉铅超标农田养蚕试验分析

湖南耕地镉铅等重金属污染比较严重,研究有效治理耕地重金属污染方式和替代产业调整模式,已成为湖南省农业可持续发展和生态系统安全的关键。该项实验在岳阳市某工矿区选择典型的镉铅超标农田栽桑养蚕,桑树生长发育良好。结果表明,通过镉铅超标农田养蚕的经济性状及效益比较,在工矿区镉铅超标农田以栽植农桑14号品种较好,密度为每667m2栽植1 000~2 000株;并证实了镉铅污染农田栽桑养蚕的可行性,为镉铅等重金属污染耕地安全、经济、高效生态利用和污染区产业结构调整进行了有益的探索。     

加强福建省耕地土壤质量管理的建议

耕地土壤质量对作物生长具有重要的作用,农耕系统若要持续健康发展,保持较高的耕地土壤质量是其重要途径之一。从耕地资源、耕地土壤肥力和耕地土壤环境三个方面总结了福建省耕地土壤质量的现状,分析了耕地土壤质量存在的主要问题,并提出了加强耕地土壤肥力建设,提高耕地土壤生产力;加强耕地土壤环境保护,确保农业生产安全;建立耕地土壤质量评价体系,完善相应保护机制等建议。     

多尺度行政区平衡视角下耕地空间布局优化

优化耕地空间布局对提升耕地生产能力、促进农业可持续发展具有重要意义。该研究以广东封开县为例,基于“现状耕地调出-可恢复地类调入”的微观调整逻辑,综合运用空间叠加、综合评价及蚁群优化算法,构建了耕地空间布局调整模型,以调入调出数量平衡为约束条件实现了不同行政区尺度下的耕地布局优化。结果表明：1）研究区共调出耕地1 689.89 hm²,占耕地总面积的7.62%,整体上呈现出“全局零散、局部聚集”的分布特征。2）研究区可恢复地类农业生产适宜性均值为67.04,具有开展作物种植的良好禀赋条件。3）不同行政区尺度平衡情景下,调入结果在研究区北部空间差异显著,与镇内平衡情景相比,县内平衡情景下,调入耕地的农业生产适宜性均值提高了2.08,综合生态系统服务均值下降了0.67。4）两种情景下,耕地的连片性、质量及稳定性均得到提升,因不受调入规模和行政单元空间范围限制,县内平衡情景下的提升效果更加明显,适当扩大可恢复地类筛选范围有利于提升整体耕地质量并降低重要生态用地筛选概率。该研究构建的耕地空间布局调整模型具有良好的适用性,可为制定农用地布局优化与整治提升方案提供参考依据。     

自然降雨对广西赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响

[目的] 探讨自然降雨对赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响,为赤红壤地区水土保持综合治理提供理论依据。[方法] 基于野外径流小区原位观测试验,测定2020年5—10月次降雨下广西壮族自治区赤红壤坡耕地（蔗地）、撂荒地和裸地的产流产沙量,结合降雨特征分析,探讨降雨特征及分布对赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响。[结果] ①2020年5—10月,坡面径流和侵蚀量整体上表现为：裸地>蔗地>撂荒地,不同处理下坡面径流和侵蚀均主要集中在8月,其中撂荒地径流和侵蚀各月差异相对较小。②不同处理次降雨降雨量与坡面径流量和侵蚀量呈极显著的正相关关系,降雨历时显著影响蔗地和撂荒地坡面径流量。中雨和暴雨降雨等级占观测期内侵蚀性降雨总量的70.9%,其产生的径流量占蔗地、裸地和撂荒地处理坡面径流量的68.2%,78.6%和67.8%;暴雨降雨等级是坡面侵蚀量的主要来源,占不同处理下总侵蚀量的63.8%～83.4%。[结论] 在广西壮族自治区的赤红壤坡地区域,与裸地相比,蔗地和撂荒地能够有效减小坡面产流产沙量,且撂荒地的降低效果更为明显;降雨量是影响坡面产流产沙最关键的因子,中雨和暴雨降雨等级是坡面径流和侵蚀的主要来源,坡面径流和侵蚀分布特征受降雨分布和降雨频次等因素的综合影响。     

基于地理探测器的重庆坡耕地时空格局演变特征及驱动机制

坡耕地是耕地的重要组成部分,分析坡耕地时空格局演变规律及驱动因素,有益于为合理利用坡耕地资源及生态功能修复与保持提供参考。基于2000-2018年坡耕地空间分布信息,利用土地利用转移矩阵、局部空间自相关（Local Spatial Autocorrelation, LISA）、地理探测器（Geodetector）等方法,从坡耕地时空变化特征、坡耕地冷热点格局和坡耕地变化驱动因子等方面开展,揭示重庆坡耕地时空分布特征及驱动因素。结果表明：1）与2000年相比,2018年重庆坡耕地面积减少2.40%,坡耕地2.23 万km2,占耕地59.35%。6个区县（渝中、江北、江津、南岸、大渡口、石柱）年均坡耕地变化动态度大于1%,不同区县坡耕地面积变化趋势差异明显。2）近18年坡耕地与林地、草地、水田、建设用地等地类发生显著转移,转出、转入总体较均衡,其中坡耕地退为林地主要集中位于秦巴和武陵山区的石柱、武隆、丰都、云阳等区县,在土地利用转移过程中坡耕地面积呈小幅度减少趋势。3）坡耕地局部空间自相关异质性较显著,大多数区域坡耕地面积呈高-高和低-低聚集状态,热点区集中在渝东北区,冷点区分布在渝西区和主城区。4）林业产值、农村居民人均纯收入、粮食产量、乡村从业人员、农林水支出等经济、社会及政策因素是主要驱动因子,各因子间的交互作用大部分为非线性增强和双因子增强,其中解释力较大的交互驱动因子为粮食产量/坡度（2005年,0.927）、农村居民人均纯收入/常住人口（2018年,0.910）,海拔、降雨等自然因素对坡耕地变化有一定影响,但经济发展、政策调控、农民收入、城市扩张等社会经济因素是坡耕地变化的主要驱动因子。研究结果可为重庆以及西南山地丘陵区坡耕地资源保护与格局优化提供科学依据。     

2000-2020年玛纳斯河流域的作物种植结构与需水满足度

变化环境条件下干旱绿洲水土资源的高效利用一直广受关注。玛纳斯河流域分布着新疆最大、最典型的绿洲农耕区,其水土资源高效利用无疑应基于对种植结构和需水满足度（供水量/需水量）时空演变规律的了解。基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine,GEE）平台并通过区域调查和调研,该研究利用面向对象的随机森林分类,建立流域地物遥感识别模型,分析当地2000-2020年种植结构的变化过程,探讨种植结构变化与膜下滴灌棉花水分供应状况和需水满足度间的关系。结果表明：基于GEE平台,融合简单非迭代聚类图像分割算法和随机森林分类算法可快速、准确识别流域地物,总体精度约90%;近20年,流域种植作物始终以棉花为主,占耕地总面积的80%以上,受益于膜下滴灌技术的节水、抑盐等功效,中、下游盐碱荒地不断被开垦为棉田,致使其面积以每年约101 km2的速度增长,但棉田面积增长与灌溉水资源供给的矛盾日益突出,棉花需水满足度显著下降,尤其是水资源相对匮乏的下游灌区及需水旺盛的夏灌期,2020年流域下游棉花夏灌期需水满足度已降至约46%,种植结构的调整和优化已势在必行。研究可为玛纳斯河流域水资源配置及农业种植结构优化提供科学依据。     

多因素影响下的喀斯特山区坡耕地分布特征——以贵阳市花溪区为例

为研究喀斯特山区坡耕地在岩性、土壤类型、坡位和居民点影响下的分布特征,为区域水土流失治理提供参考,以贵州省贵阳市花溪区为研究对象,结合花溪区高清影像图、高程图(DEM)、地质图和土壤类型图为主要数据源,利用ArcGIS 10.2平台,基于其空间叠加分析、数理统计等功能,对多因子影响下的喀斯特山区坡耕地分布特征进行了分析。结果表明:花溪区坡耕地面积占全区总面积的21.07%,占全区耕地面积的63.85%,是花溪区主要耕地类型; 在各岩组上,坡耕地的分布面积从大到小依次为:石灰岩组>白云岩组>普通砂页岩组>紫色砂页岩组,其中在普通砂页岩组和石灰岩组上分布较为集中连片,在白云岩组和紫色砂页岩组上分布较为零散; 坡耕地的各土壤类型面积依次表现为:水稻土>黄壤>石灰土>紫色土>潮土,其中黄壤最为集中连片,水稻土则较为分散; 不同坡位区域中,坡耕地面积依次表现为; 下坡位>中坡位>上坡位,其中在下坡位区域分布最为集中连片,上坡位区域分布最为零散; 同时坡耕地和居民点在空间分布上具有显著相关性,距离居民点越远,坡耕地分布越稀疏。综上所述,在多种因素共同作用下,花溪区坡耕地呈现出“西部多东部少”的空间格局,其中普通砂页岩组和石灰岩组上的坡耕地连片区可优先考虑进行治理。     

基于15N同位素示踪盐渍化农田向日葵氮素利用规律

为探明盐渍化农田不同施氮水平下向日葵氮素吸收利用规律,采用¹⁵N同位素示踪技术进行田间微区试验,以不施氮处理(N0)为对照,设计3种施氮水平(N1=150 kg/hm²、N2=225 kg/hm²、N3=300 kg/hm²),于向日葵成熟期测定植株和0—100 cm土层土壤¹⁵N同位素丰度及总氮含量,研究各处理肥料氮素的去向及其利用机制。结果表明:向日葵氮素吸收量随施氮量的增加而增加,成熟期作物氮素吸收量在N2水平较不施氮显著增加38.7%;土壤氮和肥料氮对作物当季氮素吸收的贡献比例为84.9%和15.1%。N2水平下,肥料氮的贡献比例较N1增加35.7%,土壤氮的贡献比例较N1降低4.3%。肥料氮残留量随土层深度增加而减少,土壤中47.4%的残留肥料氮主要集中在0—20 cm土层。不同施氮水平下肥料氮去向均表现为氮肥损失率>氮肥残留率>氮肥利用率,N2施氮水平下氮肥利用率较N1、N3显著提高22.7%和14.6%,土壤残留率较N1、N3减少8.5%和8.6%。综合考虑向日葵氮素吸收利用及土壤中氮素残留情况,225 kg/hm²施氮量下氮肥利用率为27.4%,氮肥残留率为32.3%,氮肥损失率为40.3%,是中度盐渍化农田较适宜的施氮量。