干热河谷冲沟侵蚀劣地坡积区土体性质与裂缝形态发育特征

采用实地调查和室内分析等方法,并结合数字图像处理技术,研究了干热河谷冲沟侵蚀劣地坡脚堆积区(PJ)、坡底沉积区(PD)和平地漫流区(PM)土体性质和裂缝形态发育特征,并探讨了土体性质对裂缝形态特征的影响。结果表明,(1)侵蚀劣地坡积区不同部位土体性质差异显著,其中土壤体积质量及黏粒质量分数均表现为PDPJPM,毛管孔隙度为PMPDPJ,有机质为PMPJPD;不同部位土体性质极值比:黏粒质量分数最大(1.94),有机质(0.65)次之,再次是毛管孔隙度(0.27),土壤体积质量(0.09)最小;PJ、PD土体性质变化主要受物源特性和沉积方式的影响,而PM土体性质主要与植被分布以及漫流有关。(2)干热河谷侵蚀劣地不同部位土体裂缝形态特征差异也十分显著,其中裂缝长度密度(Lc)及连通性指数(K)均表现为PDPJ≤PM,面积率(Rc)、面积周长比(APc)及加权平均分形维数(AWMFRAC)则整体上表现为PD≥PJPM(Ⅲ号坡积区的Rc除外);表明裂缝发育强度(Rc)及复杂程度(APc、AWMFRAC)PD最高,其次为PJ,再次是PM。(3)相关分析表明,长度密度与土壤体积质量(p=-0.782)、黏粒质量分数(p=-0.626)均呈显著负相关,连通性指数与黏粒质量分数呈显著负相关(p=-0.618),这表明土壤体积质量及黏粒质量分数对裂缝发育产生了重要影响。     

基于EnKF-3DVar模型的海淀区地表温度模拟

以城市化程度较深的北京市海淀区为研究区,基于2005年、2010年和2015年的遥感影像数据,利用基于影像(IB)的算法反演城市地表温度空间分布。将数据同化算法EnKF-3DVar与CA/Markov模型集成,将海淀区的多年平均臭氧浓度空间分布数据同化进行城市地表温度的模拟预测。结果表明海淀区的城市地表温度10年间呈现先下降后上升的趋势,但总体呈现下降趋势,其中2015年的平均温度为31.139 3℃。引入EnKF-3DVar的预测模型能够显著提升模型的模拟精度,所预测的2015年的数据结果 Kappa系数达到0.821 6。在有城市公园绿地的模式下,地表温度高值区呈现缓解趋势,在无城市绿地公园的模式下,城市地表温度高值区呈现出明显的扩张趋势,最高温度达到了56.142 3℃,城市生态绿地对于城市地表温度的空间分布影响巨大,合理布局城市绿地公园意义重大。     

长江流域近期水沙变化趋势及成因分析

采用双累积曲线法分析了2000—2013年长江流域7大水文站水沙变化关系,基于Mann-kendall检验法和Yamamoto突变检验法研究水沙变化趋势和突变年份。结果表明,屏山、朱沱和寸滩站的双累积曲线较为顺直。宜昌、沙市、汉口和大通站则均在2005年发生转折,斜率减小,输沙量大幅减小;长江干流径流量的变化趋势较为平稳,发生突变的现象少,仅屏山站于2001—2002和2005—2006年发生突变,而输沙量的变化趋势则较为明显,常发生强突变现象,且宜昌、沙市、汉口和大通站均无虚假点出现;造成长江干流2000年以来输沙量显著减小的主要原因是三峡水库的蓄水运用和水土保持工作的持续开展,而降雨量下降是导致径流量减小的因素之一。     

基于迁移学习的棉花叶部病虫害图像识别

针对传统图像识别方法准确率低、手工提取特征等问题,该研究以棉花叶部病虫害图像为研究对象,利用迁移学习算法并辅以数据增强技术,实现棉花叶部病虫害图像准确分类。首先改进AlexNet模型,利用PlantVillage大数据集训练取得预训练模型,在预训练模型上使用棉花病虫害数据微调参数,得到平均测试准确率为93.50%;然后使用数据增强技术扩充原始数据集,在预训练模型上再训练,得到最终平均测试准确率为97.16%。相同试验条件下,该研究方法较支持向量机(Support Vector Machine,SVM)和BP(Back Propagation,BP)神经网络以及深度卷积模型(VGG-19和GoogLeNet Inception v2)分类效果更好。试验结果表明,通过迁移学习能把从源领域(PlantVillage数据集)学习到的知识迁移到目标领域(棉花病虫害数据集),数据增强技术能有效缓解过拟合。该研究为农作物病虫害识别技术的发展提供了参考。     

基于耦合协调度的大理河流域径流和输沙关系分析

深入研究流域水沙关系变化是解决黄河流域高质量发展关键问题的重要科学途径之一。自20世纪50年代以来,黄河中游地区实施了大规模的水土保持工程,径流和输沙显著减少,水沙关系发生变化。该研究利用Mann-Kendall趋势检验法分析了1960—2015年来大理河流域的径流输沙变化趋势,并构建基于耦合协调度理论和Pettitt检验方法的径流输沙关系变异诊断方法,识别大理河流域径流和输沙关系的突变点,并通过Copula方法进行验证。结果表明:1)大理河流域径流输沙在月尺度和年尺度呈现显著的下降趋势;2)大理河流域径流和输沙关系在1996年发生显著突变;3)径流输沙关系发生突变后,径流和输沙均明显减少,输沙的减少幅度比径流的减少幅度高29.19个百分点,径流对输沙贡献程度下降幅度为5.10%,单位径流的输沙能力降低;4)淤地坝建设和植被恢复是造成大理河流域水沙变化的主要因素,修建淤地坝和恢复植被对减少泥沙具有积极作用。研究成果可以为进一步深化理解大理河流域水沙关系变化以及水土流失治理提供依据。     

土壤微生物膜对风沙土固沙保水特性的影响

土壤微生物膜胞外聚合物具有较强的黏结性,为增强风沙土抗蚀性,提高风沙土保水性提供了新途径。鉴于此,该研究采用室内控制试验设置6个微生物菌剂施用水平(0、1、3、5、7和10 g/kg),以期阐明土壤微生物膜对风沙土特性的影响。研究结果表明:1)施用微生物菌剂可产生土壤微生物膜,并胶结风沙土颗粒。2)试验结束时(第49 d),与对照组相比,不同菌剂施用处理的土壤容重降低0.54%～8.88%,孔隙度提高0.39%～3.91%,含水率显著提高0.11%～0.25%(P0.05),大团聚体质量分数增加5.59%～25.01%,土壤pH值由7.16显著增加至8.32～9.23(P0.05)。3)土壤多糖含量对土壤特性的解释率为47%,是影响土壤特性的关键因素。土壤微生物膜能够有效改善风沙土特性,增强风沙土抗蚀性,提高风沙土保水性,但较高的微生物菌剂施用量会增加土壤pH值,造成土壤盐碱化,建议微生物菌剂施用水平为1～5 g/kg。研究成果有利于深入理解微生物膜固沙保水机制,并可为沙化土地防治新技术研发提供重要理论依据和科技支撑。     

基于无人机多光谱遥感的冬小麦叶绿素含量反演及监测

旨在实现冬小麦各生育期叶绿素含量的准确估测,探究其时空变化规律。利用无人机获取冬小麦越冬期、返青期、拔节期、孕穗期和灌浆期的高分辨率多光谱图像,同时采集地面SPAD数据。选取三类光谱参数建立反演模型,优选出各生育期的最佳预测模型,并定量监测试验区冬小麦叶绿素含量时间变化和空间分布。结果表明：原始波段模型和波段倒数对数模型分别为越冬期及其他生育期叶绿素含量预测的最佳模型,拟合精度R²>0.59;时空分布上,灌浆期前试验区冬小麦叶绿素含量呈南北高、中部低特点,灌浆期则呈北高南低的趋势,叶绿素含量从越冬期到拔节期逐步增加,拔节期到孕穗期开始降低,孕穗期到灌浆期则大幅度降低。本研究建立的倒数对数预测模型,精度较高,且适用于返青到灌浆的4个生育期,对于试验区冬小麦叶绿素含量有较好的时空监测效果。     

Evidence of sedimentation inequality along riparian areas colonised by Impatiens glandulifera (Himalayan balsam)

Soil loss from riparian areas supporting the annual invasive weed, Impatiens glandulifera (Himalayan balsam), was measured and compared with equivalent values recorded at nearby, topographically similar areas supporting perennial vegetation over a cumulative seven-year period, along sections of two separate river systems; one in Switzerland, and one in the UK. Soil loss from colonised locations was significantly greater than from reference locations in four of the seven measurement periods. Despite contrasting results, standard deviations, based on soil losses and gains, were predominantly higher for colonised areas at both rivers over most monitoring periods. These findings indicated that areas colonised by Himalayan balsam experience higher sediment flux in comparison with areas free of invasion. Here, we test those original interpretations by reinterrogating the datasets using a more robust analysis of inequality. Nine datasets were tested, five of which (i.e. 56%) showed that sediment flux was significantly greater at Himalayan balsam-invaded areas than at reference areas. Three datasets showed no difference in sediment flux between invaded and reference areas (33%), and one (11%) showed higher sediment flux at reference areas. Most results uphold our original interpretations and support our hypothesis that hydrochory probably dictates where colonisation initially occurs, by depositing Himalayan balsam seeds in slack or depressional areas along river margins. Once Himalayan balsam becomes established and sufficient perennial vegetation is displaced, seasonal die-off and depleted vegetation cover may increase the risk that some areas will experience significantly higher sediment flux.     

单叶刺槐半同胞子代叶片的滞尘能力及叶表SEM特征分析

以单叶刺槐母本(A1-1)及6个叶形产生明显变异的半同胞子代无性系(A20-5、B24-3、C24-2、B23-1、C24-1、C23-1)新鲜叶片为材料,测定各样本的单位叶面积总颗粒物滞留量、颗粒物粒径分析及叶表微观结构SEM特征,通过相关性分析,筛选与滞尘能力相关的叶形及SEM指标,运用隶属函数法,依据各样本滞尘指标的隶属度均值对滞尘能力进行综合评价。结果表明:子代B23-1对空气中总颗粒物的滞留能力最强,C24-1对PM2.5的滞留能力最强,A20-5对PM2.5-10及PM>10的滞留能力最强;部分叶形及SEM特征指标与滞尘指标之间存在显著相关性;综合评价滞尘能力,全部样本可分为4类,第Ⅰ类为B23-1,滞尘能力强;第Ⅱ类为C24-1,滞尘能力较强;第Ⅲ类包括母本、A20-5、C23-1、C24-2,滞尘能力中等;第Ⅳ类为B24-3,滞尘能力相对较差。     

沉积物中生物活性磷赋存形态对耗氧有机物的响应

[目的] 本研究为验证耗氧有机物影响沉积物中生物活性磷的赋存形态的假说。[方法]以葡萄糖代替耗氧有机物，将沉积物暴露于耗氧有机物30天。[结果表明] 不充气时，葡萄糖浓度0、2、4、8 mg/L下的表层沉积物Ex-P含量为0.02±0.01、0.02±0.01、0.03±0.01、0.02±0.01 μmol/g；充气时，相应葡萄糖浓度下的表层沉积物Ex-P含量为0.03±0.00、0.03±0.01、0.03±0.01和0.06±0.02μmol/g，葡萄糖浓度8mg/L下的Ex-P含量高于葡萄糖浓度0mg/L下的（P< 5%）。不充气时，葡萄糖浓度0、2、4和8mg/L 下的表层沉积物IP含量为0.96±0.42、0.74±0.29、0.97±0.78和0.88±0.22μmol/g；充气时，相应葡萄糖浓度下的表层沉积物IP含量为0.37±0.10、0.46±0.16、0.41±0.06和0.69±0.05μmol/g，葡萄糖浓度8mg/L下的IP含量高于葡萄糖浓度0mg/L下的（P< 5%）。[结论]耗氧有机物对沉积物中生物活性磷有双重阈值作用。