小流域非点源污染模拟与生态修复影响评价

[目的]基于各流域场次降雨径流过程和非点源污染负荷模拟分析,评价小流域生态建设对密云水库流域水文过程和污染防控效果影响,为水源地保护、流域山水林田湖一体化修复和生态环境建设提供科学依据。[方法]以北京市重要饮用水源地密云水库上游蛇鱼川小流域为研究对象,利用EcoHAT-LCM模型和传统大尺度非点源污染模型相结合的模式进行模拟分析,并设置情景,分析评价小流域生态建设效果。[结果]随着场次雨量的增加,吸附态N,P负荷占污染负荷总量的比重在逐渐增加,溶解态N,P负荷占污染负荷总量的比重在逐渐减少。小流域内居民点具有小城镇级别的垃圾处理率和垃圾入网率时,农村生活N,P污染负荷可以削减28%;减少经济林的现有施肥量,农业生产活动的N,P污染负荷能够削减43.9%和48.9%。[结论]研究区域不同频次暴雨对吸附态N,P负荷的影响大于对溶解态N,P负荷的影响。生态修复措施对N,P污染负荷削减作用显著。     

黄土丘陵沟壑区沟道土地整治对乡村人地系统的影响

深入开展土地整治对区域乡村人地系统的影响研究对于优化土地整治模式、促进乡村振兴具有积极意义。该文以延安市某典型小流域为例,结合高分影像数据、景观格局分析和人文实地调查,从土地利用、景观格局、生态安全、社会响应和综合研判等角度探讨了黄土丘陵沟壑区沟道土地整治对当地乡村人地系统的影响。研究表明:1)在土地整治工程措施的作用下,沟道底部及其两侧的台地、坡耕地、灌木林地和草地大多转变为高产稳产的坝地,部分灌木林地由于生物措施转变为生态功能更强的乡土适生林地;坝地和林地分别增加159.06 hm2和69.75 hm2,灌木林地、草地和坡耕地分别减少112.37、63.26和59.06 hm2。2)坝地平均斑块面积和凝聚度增加,生产功能提升;乔木林地和灌木林地的景观指数、斑块凝聚度指数均保持在较高水平,生态功能稳定;流域整体的景观破碎化程度降低,景观趋于多样化和均衡化发展,景观抗干扰能力和生态系统稳定性得到提升。3)从生态安全效应来看,流域植被和生态环境明显改善,土壤侵蚀显著减少,防洪能力明显提升,但局部存在生态安全隐患。4)人类活动对流域地理环境变化有所响应,土地规模化、农业机械化、就业兼业化和非农化程度提高;但仍存在农业结构单一、效益不高等问题。应着力创新"共同商议、协同推进"的乡村治理机制,进而发挥土地整治综合效能,促进流域乡村转型与振兴。     

APEX模型在淮河流域中上游的适宜性研究

探讨了APEX（Agricultural Policy／Environmental eXtender）模型在淮河流域中上游的适宜性。将APEX模型用于淮河流域中上游监测资料较匮乏的3个径流小区,用日径流／产沙的实测值和模拟值校正和验证模型,用校正过的模型评价不同土地管理措施的长期水土保持效益（1981～2005）。在模型校正阶段,3个小区日径流量和产沙量的平均百分误差绝对值（APE）小于20％,平均纳希-苏特克利夫有效系数（EF）大于0．6,平均尺。大于0．7;在模型验证阶段,3个小区日径流量和产沙量的平均APE小于12％,平均EF大于0．5,平均R^2大于0．7,APEX模型可模拟出径流、产沙的日变异。在水土保持效益评价结果中,与对照（休闲地）相比,管理措施2（林地-水平沟）的径流量平均减少37％,产沙量平均减少89％,管理措施1（林草混交-水平梯田）的水土保持效益要略低于管理措施2,构建水平沟、水平梯田以及增加地表植被是控制该地区水土流失的有效措施。研究结果表明：APEX模型适应性强,可用于预测和评价淮河流域中上游不同土地管理措施下的水土流失,这为资料匮乏地区研究土壤侵蚀提供了一种新的思路和工具。     

APEX模型在淮河流域中上游的适宜性研究

探讨了APEX(Agricultural Policy/Environmental eXtender)模型在淮河流域中上游的适宜性。将APEX模型用于淮河流域中上游监测资料较匮乏的3个径流小区,用日径流/产沙的实测值和模拟值校正和验证模型,用校正过的模型评价不同土地管理措施的长期水土保持效益(1981~2005)。在模型校正阶段,3个小区日径流量和产沙量的平均百分误差绝对值(APE)小于20%,平均纳希-苏特克利夫有效系数(EF)大于0.6,平均R2大于0.7;在模型验证阶段,3个小区日径流量和产沙量的平均APE小于12%,平均EF大于0.5,平均R2大于0.7,APEX模型可模拟出径流、产沙的日变异。在水土保持效益评价结果中,与对照(休闲地)相比,管理措施2(林地-水平沟)的径流量平均减少37%,产沙量平均减少89%,管理措施1(林草混交-水平梯田)的水土保持效益要略低于管理措施2,构建水平沟、水平梯田以及增加地表植被是控制该地区水土流失的有效措施。研究结果表明:APEX模型适应性强,可用于预测和评价淮河流域中上游不同土地管理措施下的水土流失,这为资料匮乏地区研究土壤侵蚀提供了一种新的思路和工具。     

棉田复杂背景下棉花叶片分割方法

【目的】解决棉田复杂背景下棉花叶部病害快速识别问题,为提出一种快速提取棉花植株和分割棉花叶片的方法。【方法】通过棉花植株的RGB颜色特征将植株与土壤进行分离,结合形态学处理技术和彩色分割方法,将植株的茎秆去除,保留棉花叶片部分;分别使用广度搜索分割算法、分水岭分割算法和轮廓搜索分割算法,对棉花叶片图像进行分割提取。【结果】基于广度搜索的分割算法将叶片轮廓搜索出来与原图融合分离出叶片,该算法对于图像结构简单的情况分割效果较好,通过对应的drawContours函数将每个轮廓画出,再与原图定位,将叶片的完整信息也轮廓结合,实现叶片的分离。【结论】基于距离变换的分水岭分割算法存在过分割问题,基于广度搜索分割算法与边缘检测结合对于叶片结构清楚图像分割效果显著,与轮廓搜索算法相比,后者的适用性更广,提取的轮廓层次结构也清楚,分割效果最佳。     

武陵山区小流域4种植被类型土壤水分动态变化

以武陵山区小流域马尾松林、枫樟混交林、杜仲林和坡耕地为研究对象,对其7.5、12.0、20.0 cm土层深度在典型降雨前后水分动态变化进行观测与分析,研究了林地土壤水分的日变化规律,从而为林水综合管理、流域科学治理以及森林多功能高效经营等提供科技支持。结果表明:1)所有观测时间内,在7.5和12.0 cm土层深度处,4种植被类型土壤含水量最大的均是杜仲林,其次是枫樟混交林,最低的是坡耕地,土壤水分随深度增加而降低;在20.0 cm土层深度处,杜仲林和枫樟混交林差异不显著,马尾松林与坡耕地差异显著;3个土层深度下,4种植被类型土壤含水量均为杜仲林>枫樟混交林>马尾松林>坡耕地。2)降雨前, 4种植被类型的土壤含水量均比较稳定,只在7.5和12.0 cm处缓慢减少;降水后,4种植被类型的土壤含水量明显增加,增加幅度最大的是7.5 cm的马尾松林,其次是12.0 cm的坡耕地。3)降水前后,4种植被类型的土壤含水量与风速和大气温度均呈负相关关系,土壤的含水量与湿度呈正相关关系。4)综合分析表明杜仲林的土壤含水量最大,其作为生态经济型树种,具有较好的水源涵养能力,可大面积示范推广有利于提高研究区的生态效益。     

不同利用方式红壤磷素有效性的深度变化——以江西省余江县孙家小流域为例

在江西省鹰潭市余江县孙家红壤小流域的典型红壤区随机选取了具有代表性的林地(F)、花生旱地(PU)、新稻田(NP,<30 a)和老稻田(OP,> 200 a),在0~40 cm深度每隔5 cm采集分层土样,分析了土壤全磷(TP)、有效磷(Bray P)、磷素活化系数(PAC)及有机磷(Po)、无机磷(Pi)与各组分磷的深度变化,探讨了土壤pH与土壤有机质(SOM)对红壤磷素有效性的影响。研究结果表明:孙家小流域不同利用方式红壤TP含量大小依次为:老稻田>新稻田>林地>花生旱地;除林地外,花生旱地与稻田土壤TP、Bray P、Pi和Po含量随着土壤深度的增加呈显著降低趋势,且稻田土壤Po含量及其占全磷的比例显著高于林地和花生旱地。花生旱地与稻田0~20 cm土壤中极有效磷(EAP)、中等有效磷(MAP)及EAP、MAP中的无机磷与有机磷的比值均显著高于林地土壤。林地转为旱地和稻田,尤其是长期植稻可以促进土壤非有效磷(NAP)向利于作物吸收的EAP与MAP转化,因而提高土壤磷素有效性。相关分析表明,随着SOM累积量的增加,四种利用方式红壤中EAP、MAP含量均显著提高。     

抚仙湖流域土地利用变化及驱动机制研究

以2001—2013年玉溪市抚仙湖流域的土地利用数据作为研究基础,分析各类用地的变动幅度以及土地利用的总体格局变化,利用SPSS软件进行主成分分析,找出多年间影响该流域土地利用空间格局变化的主要驱动因素,根据分析结果,给出合理化的对策建议,对于进一步加强抚仙湖流域土地的集约和可持续利用提供帮助。     

基于改进Graph Cut算法的生猪图像分割方法

生猪图像分割为生猪行为特征提取、参数测量、图像分析、模式识别等提供易于理解和分析的图像表示,准确有效的生猪图像分割是生猪行为理解和分析的基础.针对传统Graph Cut算法分割精度差、分割效率低及不能准确分割特定目标的问题,该文结合交互分水岭算法,提出基于改进Graph Cut算法的生猪图像分割方法.采用交互分水岭算法对图像进行区域划分,划分的各个区域块看作超像素,用超像素替代传统加权图中的像素点,构造新的网络图替代传统加权图,重新构造能量函数以完成前景背景的有效分割.试验结果表明:该方法峰值信噪比平均范围为[30,40],结构相似度平均范围为[0.9,1],两种评价准则的结果与主观评价一致,图像分割质量、精度得到明显提升;平均耗时缩短到传统GraphCut算法的33.7％,提高了分割效率;在复杂背景、噪声干扰、光照强度弱等条件下可以快速分割出特定目标生猪,具有较高鲁棒性.     

青海湖流域高原鼠兔扰动对不同地表类型土壤水分特征的影响

为了揭示高原鼠兔扰动对高寒草甸土壤水分变化的影响规律,在青海湖流域,利用动态监测和采样分析的方法,研究高原鼠兔扰动后不同地表类型(草地、新鼠丘、旧鼠丘和秃斑地)土壤水分的差异及其形成原因.结果表明:4种地表类型土壤表层含水量对不同降雨条件具有不同的响应过程,新鼠丘和旧鼠丘的响应比草地和秃斑地迅速;整个生长季4种地表类型土壤含水量垂直分布规律不同,但月变化规律较为一致,总体上草地土壤含水量高于其他地表类型,0 ～ 30 cm深度的差异最明显;造成不同地表类型土壤水分差异的土壤因素主要有土壤黏粒质量分数、土壤有机质和土壤密度,植被因素主要有植被盖度和地上生物量.高原鼠兔扰动初期可以加速水文循环,而后期水文循环则受到抑制.研究对进一步认识高原鼠兔的扰动影响高寒草甸的水源涵养能力具有重要作用,也可为青海湖流域生态系统的管理与保护提供参考.