基于无人机遥感与卷积神经网络的草原物种分类方法

基于无人机高光谱成像遥感系统,在400～1 000 nm波段内采集低矮、混杂生长的荒漠草原退化指示物种的高光谱图像信息。分别在退化指示物种的开花期、结实期和黄枯期进行飞行实验,飞行高度30 m,高光谱图像地面分辨率2. 3 cm。采用特征波段提取与深度学习卷积神经网络相结合的方式,提出一种荒漠草原物种水平分类的方法,结合植物物候给出了中国内蒙古中部荒漠草原物种分类的推荐时相,总体分类精度和Kappa系数平均值分别达到94%和0. 91。研究结果表明,无人机高光谱成像遥感技术及深度卷积神经网络可以较好地实现荒漠草原退化指示物种的分类,与基于径向基核函数的支持向量机、基于主成分分析的深度卷积神经网络分类法相比,基于特征波段选择的深度卷积神经网络分类法效果最好,分类精度最高。无人机搭载高光谱成像仪低空遥感和卷积神经网络法提供了一种草原物种水平分类的途径。     

塔克拉玛干沙漠公路防护林不同咸水滴灌下土壤有机碳与无机碳垂直分布特征

干旱半干旱荒漠区是一个潜力巨大的碳汇,荒漠植被建设则进一步加速了其固碳过程。探究咸水滴灌条件下塔克拉玛干沙漠公路防护林土壤碳垂直分布特征及其影响因素,可为干旱荒漠区人工林碳储量的估算和可持续管理提供科学依据。选择沙漠公路沿线4.82~28.40g/L的4个高矿化度地下水滴灌的人工防护林,采集并分析了0~5m各层土壤有机碳(SOC)与无机碳(SIC)含量及碳密度的垂直分布特征及其与含水量、pH和土壤电导率(EC)间的相关关系。结果表明,SOC与SIC随土层深度的增加分别呈现“减-增-减”与“增-减-增”趋势,并最终分别在2m和3m以下土层趋于稳定;浅层(0~40cm)土壤有机碳密度(SOCD)和无机碳密度(SICD)分别比流沙地增加了73%~346%和1.5%~14.0%,5m深土层SOCD、SICD和总碳密度分别增加了8.3%~28%、5.4%~58%和8.3%~29.9%,其中SICD为SOCD的13.3倍;人工林SOC分布与含水量和EC呈正相关,SIC与含水量同样呈正相关,同时SOC与SIC间相关关系为正相关。总之,荒漠人工防护林建设显著提高了SOC与SIC储量,且灌溉水矿化度、土壤含水量和EC均对SOC和SIC储量及垂直分布产生不同程度的影响。     

不同有机物料对灌漠土重金属累积特征及作物效应的影响

【目的】 探讨长期施用有机物料对灌漠土中重金属含量、形态赋存特征及作物重金属含量的影响,为有机物料农业安全利用及土壤有机培肥中重金属累积控制提供理论依据和技术支持。【方法】 利用田间长期定位试验,研究鸡粪、牛粪、猪粪、菌渣、污泥和沼渣对灌漠土几种典型重金属元素含量、赋存形态及小麦植株中重金属含量的影响。【结果】 长期（7年）施用鸡粪、猪粪、污泥的处理显著增加了灌漠土中Cu、Zn含量,增加量为猪粪＞鸡粪＞污泥,其中Cu含量分别增加了62.20%、20.10%和10.26%,Zn含量分别增加了79.98%、39.24%和18.31%,并与施用年限呈显著正相关关系。3种有机物料施用下Cu平均每年累积速率为4.16、1.25和0.97 mg·kg ^-1·a ^-1,Zn平均每年累积速率为11.04、4.86和2.59 mg·kg ^-1·a ^-1。但施用上述3种有机物料对Cd、Cr、Pb和Ni含量没有显著影响。施用牛粪、菌渣和沼渣对灌漠土中重金属含量亦无显著影响。施用鸡粪、猪粪、污泥还显著影响了土壤中Cu、Zn赋存形态,增加了土壤中Cu、Zn各有效赋存形态的含量和占总量的比例,显著提高了灌漠土中Cu、Zn有效态的含量,显著增加了小麦根和秸秆中Cu、Zn的含量,其中猪粪影响最大。【结论】 猪粪、鸡粪、污泥长期施用可导致灌漠土中Cu、Zn快速累积并提高Cu、Zn的生物有效性,其中猪粪的作用尤为明显。在施用有机物料培肥土壤时,要特别关注其中Cu、Zn的含量,以确保土壤健康和可持续利用。     

荒漠区灰钙土土壤养分对甘草经济效益的影响

[目的]研究甘肃省河西走廊荒漠区灰钙土甘草氮磷钾锌最佳施肥量,为甘草产业可持续发展提供技术支撑。[方法]在甘肃省张掖市民乐县三堡镇的灰钙土上,采用田间试验方法,进行了甘草氮磷钾锌最佳经济效益施肥量的研究。[结果]甘草鲜根产量随氮磷钾锌施肥量梯度的增加而增加,但每1 kg氮磷钾锌增产量则随氮磷钾锌施肥量梯度的增加而递减;随着氮磷钾锌施肥量梯度的增加,甘草边际产量和边际产值在下降,边际利润最终出现负值;甘肃省河西走廊荒漠区灰钙土甘草氮磷钾锌经济效益最佳施肥量分别为0.46,0.26,0.16和0.02 t/hm~2,最佳施肥量时的理论鲜根产量分别为12.81,13.35,13.06,12.76 t/hm~2。[结论]在氮磷钾含量较低,有效锌缺乏的灰钙土上,甘草施用氮磷钾锌具有明显的增产效果,但最高产量的施肥量并不是最佳经济效益施肥量,最佳经济效益施肥量必然低于最高产量施肥量。     

不同风沙土壤颗粒的分形特征

应用土壤颗粒的重量与粒径分布原理来描述了古尔班通古特沙漠地风沙土壤颗粒的分形特征。通过对10种样品颗粒的机械组成进行分析,分别计算出了它们的分形维数(D=2.3237～2.9347),并分析了其与流动风沙土、半固定风沙土和固定风沙土之间的关系。分析结果表明,风沙土壤结构具有明显的分形特征,其粒径分布分形维数为2～3。土粒表面分形维数与2～0.2mm间的土粒含量存在显著的负相关;而与0.02～0.002mm和<0.002mm的颗粒含量存在显著的正相关,表现为随着土壤质地从流动风沙土、半固定风沙土到固定风沙土的变化,其土粒表面的平均分形维数呈依次增高。土粒表面分形维数与三种典型风沙土壤有机质含量为极显著正相关,而与其硬度为显著负相关。     

河西走廊灌漠土不同肥力水平下制种玉米氮素适宜用量的研究

在河西走廊的灌漠土上,制种玉米产量随N素用量的增加而增加,但单位N素的增产效果则随N素用量的增加而递减。经回归统计分析,在肥力水平高的暗灌漠土上,玉米N素经济效益最佳施肥量为124.81kghm-2,最佳施肥量时的理论产量为9.65thm-2;在肥力水平中等的灰灌漠土上,玉米N素经济效益最佳施肥量为93.52kghm-2,最佳施肥量时的理论产量为7.30thm-2;在肥力水平低的盐化灌漠土上,玉米N素经济效益最佳施肥量为80.52kghm-2,最佳施肥量时的理论产量为5.90thm-2。     

中国三大自然区域紫花苜蓿土壤速效钾丰缺指标和推荐施钾量

为给内蒙古高原区、黄土高原区和西北荒漠绿洲区紫花苜蓿测土施肥奠定科学基础,采用零散实验数据整合法以及养分平衡-地力差减法,开展了三大自然区域紫花苜蓿土壤速效钾丰缺指标和推荐施钾量研究。结果表明,内蒙古高原区紫花苜蓿土壤速效钾第1~4级指标依次为≥342mg/kg、89~342mg/kg、24~89mg/kg和<24mg/kg,黄土高原区第1~6级指标依次为≥171mg/kg、96~171mg/kg、54~96mg/kg、30~54mg/kg、17~30mg/kg和<17mg/kg,西北荒漠绿洲区第1~4级指标依次为≥303mg/kg、140~303mg/kg、65~140mg/kg和<65mg/kg;当目标产量9~27t/hm²、钾肥利用率50%时,第1~6级土壤的推荐施钾量分别为0、54~162kg/hm²、108~324kg/hm²、162~486kg/hm²、216~648kg/hm²和270~810kg/hm²。     

Prey and non‐native fish predict the distribution of Colorado pikeminnow (Ptychocheilus lucius) in a south‐western river in North America

Colorado pikeminnow (Ptychocheilus lucius) has been extirpated from a large portion of its historical range in the Colorado River basin, USA. A repatriation effort via stocking of juvenile P. lucius in the San Juan River, NM, CO and UT has resulted in limited recruitment of individuals into an adult population. Understanding biotic and abiotic factors that limit their persistence in the Colorado River basin will be a critical step in providing for their recovery. To elucidate potential recruitment barriers in the San Juan River, we assessed relationships between the numbers of two age classes of P. lucius and prey, competitors and predators collected at a 1.6 km reach scale between 2003 and 2012. We used an information theoretical approach to rank candidate models testing the relative importance of these biotic conditions in predicting the spatial distribution of P. lucius. We found positive relationships between the numbers of P. lucius ≤200 mm total length (TL) collected and catch per unit effort (CPUE) of native prey among reaches. For P. lucius >200 mm TL (individuals that are likely completely piscivorous), we found positive associations between the numbers of P. lucius collected and CPUE of total prey and CPUE of potential non‐native competitors in each reach. Our data suggest size‐specific affinities of P. lucius for native and non‐native prey as well as the potential for negative interactions between P. lucius and non‐native competitors may contribute to limited recruitment of juvenile P. lucius into an adult population in the San Juan River.     

4种荒漠植物种子出苗和幼苗生长对沙埋深度的响应

通过室内试验测定了黑果枸杞、沙冬青、沙蒿、霸王4种荒漠植物的种子生理特征以及沙埋深度（0、1、2、3、4、5 cm）对4种荒漠植物种子出苗及幼苗生长的影响。结果表明，体积较大的沙冬青和霸王种子萌发率与其重量、含水量、形状及活性间存在正相关关系；体积较小的黑果枸杞、沙蒿萌发率与种子重量、含水量、形状之间为正相关关系，与种子活性负相关。随着沙埋深度增加，4种植物种子出苗率下降、首次出苗时间延迟，茎高、绝对株高和根长及根冠比总体呈先增大后减小的趋势；幼苗生长方面，黑果枸杞和沙蒿分别适宜于1～2、0～1 cm的浅层沙埋，均在沙埋深度5 cm时种子几乎不萌发；沙冬青、霸王则适宜于3～4 cm较深层沙埋，在沙埋0 cm时均不萌发。此外，在荒漠区采用这4种植物进行植被恢复时，除考虑种子自身性状外，还应充分考虑当地的沙埋、降雨等条件，以提高出苗率、增大幼苗定植率。     

荒漠草原不同时间尺度下垫面水分消耗与气象植被因子的关系

利用大型称重式蒸渗仪2012—2018年连续观测数据，系统解析了希拉穆仁荒漠草原植物生长季（4—10月）不同时间尺度蒸散发（ET)与气象植被因子之间的关系。研究表明：（1）小时、日和月尺度上，始终与ET保持高度相关的气象植被因子包括风速（P<0.01）、空气温度（P<0.01）和降水量（P<0.01）；（2）结合不同时间尺度主控因子，利用多元回归定量表征了小时、日、月尺度的下垫面ET变化特征，经验方程决定系数分别为0.94（P<0.01）、0.42（P<0.01）、0.82（P<0.01），小时和月尺度上的经验方程可较好地反映希拉穆仁荒漠草原下垫面耗水特征；（3）ET与降水差值显示，2012—2018年希拉穆仁荒漠草原植物生长季（4—10月）水汽交换以下垫面水分消耗为主，8月份发生干旱事件的概率最大。