基于植被供水指数的藏北地区土壤湿度反演研究

【目的】利用光学遥感数据获取的植被供水指数来反演西藏那曲地区的土壤湿度,结合高分辨率的遥感数据(GF-1)和中低分辨率的遥感数据(Landsat、MODIS)分别建立土壤湿度反演模型,通过比较不同空间尺度反演模型的精度和适用性,拓宽国产高分遥感数据在农牧业信息定量获取等方面的应用范围,为"天地网一体化"的现代农业信息获取和农情信息遥感监测提供理论基础。【方法】以西藏那曲地区为研究区,以代表高、中、低分辨率卫星数据的高分一号(GF-1)、Landsat-8及MODIS影像数据和土壤湿度实测数据为数据源,利用植被供水指数(Vegetation Supply Water Index,VSWI)构建土壤湿度反演模型,比较3种遥感影像在反演土壤湿度方面的差异。【结果】(1)VSWI反演土壤湿度的最佳深度为10 cm左右;(2)基于GF-1、Landsat-8和MODIS构建的反演模型得到的土壤湿度预测值与实测值的均方根误差分别为5.145、5.227和6.298,可见GF-1和Landsat-8的反演效果相当,均优于MODIS的反演效果;GF-1土壤反演模型的拟合效果最佳;(3)研究区土壤湿度在空间上呈东南向西北递减的趋势,与实地采样点的土壤湿度分布趋势一致,说明利用高分辨率遥感数据监测土壤湿度是可行的。【结论】利用GF-1遥感数据和植被供水指数可以实现对藏北地区的土壤湿度反演,研究结果可以为干旱或者半干旱地区大范围的土壤墒情监测提供理论依据和实践参考。     

亚热带红壤区不同土地利用方式下的土壤剖面水流特征

以江西省鹰潭市的典型旱地、稻田和林地为研究对象,采用野外亮蓝染色示踪试验结合室内图像处理的方法,量化了各样地土壤剖面染色特征参数,明确了水流类型的剖面分布规律,并揭示了土壤理化性质对水流特征的影响机制。结果表明:染色面积比(SAR)随着土层深度的增加急剧降低,0—60 cm土层的平均SAR表现为稻田(28.16%)高于旱地(21.95%)和林地(18.64%),SAR差异主要体现在5—25 cm土层;染色路径数(SPN)随着土层深度的增加先增加后减小,整个剖面的平均SPN为稻田最多(20条),旱地其次(12条),林地最少(9条)。各样地0—20 cm土层染色路径宽度(SPW)均以1—10 cm为主,水流类型从上至下依次为均质流、非均质指流和高相互作用大孔隙流;对于20 cm以下土层,旱地和稻田的SPW以1 cm为主,水流类型分别以低相互作用大孔隙流和混合作用大孔隙流为主,林地以1—10 cm的SPW为主,主要水流类型为高相互作用大孔隙流。有机质含量、根系密度和土壤机械组成等性质影响了土壤的孔隙特征,进而影响了土壤的饱和导水率和水流特征。为提高红壤区的水分利用效率、减少水土流失,可以通过破除旱地犁底层、减少稻田干湿交替下的裂隙发育,以及增加林地植被多样性等多种方式实现。     

基于BP 神经网络法的耕地质量定级评价—— 以襄阳市城区为例

【目的】耕地质量定级评价工作是准确把握耕地效益水平,有效保护耕地和科学管理耕地的必要前提。【方法】以襄阳市城区耕地为研究对象,从自然要素、社会经济要素、区位因素3方面建立耕地质量评价体系,借助BP神经网络法,通过训练建立网络模型,并以仿真练习得出襄阳市城区耕地质量评价结果。【结果】(1)BP神经网络模型的精度达到0.93左右,建立的网络模型具有一定可行性和精确性;(2)襄阳市城区耕地质量总体水平良好,其中二级地和三级地最多,面积占比分别为33.56%和46.19%;耕地质量空间分布上呈现由东北向西南递减的趋势。【结论】借助BP神经网络的方法开展耕地质量评价具有一定的可行性和精确性,可为以后的耕地质量评价提供一定借鉴与参考。     

稻田—田埂过渡区土壤优先流特征研究

为揭示田埂对稻田—田埂过渡区土壤水分渗漏的影响,对比不同位点(田内、过渡带和田埂)优先流特征差异,采用室外亮蓝染色示踪方法,对江汉平原典型稻田—田埂过渡区进行研究。结果表明:过渡区土壤染色面积比(SAR)随深度的增加呈波动下降,其中0~20cm土层SAR较高,占剖面总SAR的53.85%~88.55%。不同位点土壤SAR差异明显,0~20 cm土层平均SAR由大到小依次为田内、过渡带、田埂,20 cm以下各位点SAR均较低,但田埂平均SAR高于田内。各位点水平剖面染色结果与垂直染色结果能较好对应,且随着深度增加,土壤染色区域急剧减少。各位点染色路径数(SPN)与SAR显著相关,田埂中、下层土壤SPN均高于田内。染色路径宽度(SPW)结果显示,0~20 cm田内以10~80 mm和大于80 mm SPW为主,过渡带和田埂大于80 mm SPW较少,均以小于10 mm和10~80 mm为主。各位点SPW的差异反映在水流类型上,田内为非均质指流—高相互作用大孔隙流,过渡区和田埂以混合作用大孔隙流—高相互作用大孔隙流为主。水分渗漏路径结果显示,田内水分由过渡带和田埂的垂直和侧向渗漏较强,且田沟田埂侧向流较田间田埂明显。田埂是稻田水分快速流失的主要区域,加剧了稻田水肥流失和水环境污染风险。本研究可为稻田水分保持和制定合理施肥、灌溉等措施提供依据。     

2000－2020年湖北省耕地利用集约化和规模化耦合协调特征

耕地资源的集约化和规模化是表征耕地利用效率的重要指标,对于确保中国粮食安全和促进农业可持续发展具有重要意义。该研究以湖北省为研究区,构建集约化与规模化评估指标体系及综合评估方法,并在县域尺度上研究了湖北省2000-2020年间耕地两化水平及其耦合协调模式。结果表明：湖北省耕地集约化水平呈中部高–东西低的整体提升时空格局,而规模化水平呈南高北低–中部高东西低的先降后升时空格局,集约化和规模化水平耦合协调度基本呈中部高–四周低的空间分布模式。尽管20 a间全省的耦合协调度指数持续提升,但仍有21%的县市处于轻度失调模式。规模化程度较低是造成耦合度失调的主要因素,需要做到因地制宜,促进区域协调发展。该研究结果可为湖北省调整农业产业结构的优化途径、保障粮食安全、探寻未来耕地集约化和规模化发展新模式提供理论支撑和决策服务。     

基于信息熵的耕地土壤养分与环境影响因子空间相关性研究

[目的] 探究耕地土壤养分含量空间格局及与环境因子的空间相关性,为区域耕地土壤施肥管控及农业生态环境保护等相关工作提供理论依据。[方法] 以湖北省枣阳市耕地为研究对象,选取土壤有机质、全氮、速效钾、缓效钾和有效磷5种土壤养分指标,并收集整理成土母质、土壤类型、土壤pH值、高程（DEM）、地表起伏度、坡度、植被覆盖度指数（NDVI）、平均气温、平均降水量和土地利用方式10种环境影响因子,利用普通克里金插值和信息熵原理,分析每种土壤养分的空间分布特征以及每种土壤养分空间分异特征与环境因子的相关性。[结果] 枣阳市土壤缓效钾空间异质性不明显,全域含量水平较高;其他4种养分均表现出不同程度的空间异质性。信息熵结果表明,5种土壤养分含量空间格局与成土母质、土壤类型和气候因子相关性均较强但相关程度存在差异;地形因子与全氮和有机质含量空间相关性较强,土壤pH值与土壤速效钾、缓效钾和有效磷相关性较强。[结论] 枣阳市土壤养分格局受自然因素影响较强,但相关性指数K值都较低,说明受到人为施肥与农作物消耗以及灌溉排水导致的土壤水化学反应及养分流失的影响。     

梯田蓄水效益估算方法探讨

[目的]综合考虑梯田土壤性质、梯田形态及降雨雨型的差异,构建梯田蓄水保水效益的估算方法及框架。[方法]运用土壤水库计算模型与入渗模型,探讨蓄满产流和超渗产流模式下梯田土壤水分的预测方法;基于Richards方程,分析不同田坎边界的土壤水分入渗二维分异。在此基础上,进一步对前峰型、均匀型、后峰型、阶梯型4种降雨雨型下产生的单一产流模式或2种产流模式均存在时土壤水分运动进行情景分析。[结果](1)提出梯田蓄水效益分布式估算方法,计算单个梯田田块土壤最大蓄水容量(W_M);(2)对不同田坎类型的梯田而言,浆砌石坎梯田防侧渗效果最好,土坎梯田防侧渗效果最差,且孔隙大、密度小、修筑时间短的新土坎梯田比修筑时间长的土坎梯田在发生侧渗时损失水分更多;(3)得出不同雨型下蓄满产流的临界时间(t)。[结论]该估算方法可大幅度降低对野外设施、设备的依赖程度,降低投入成本,借助野外调查采样,基于模型模拟估算梯田蓄水效益。此外,该方法可根据单个梯田田块蓄水效益分布式计算数据,在区域尺度上估算梯田蓄水保水效益,以期为不同区域梯田的蓄水效益估算提供参考。     

潜江市耕地格局与景观破碎化研究

基于2000年和2010年两期GlobeLand 30土地覆盖数据,以湖北省潜江市为研究区,分析潜江市土耕地时空变化特征,并计算该市19个乡镇的耕地斑块面积与破碎度指数,建立耕地面积和破碎度耦合的9种耕地变化模式,分析各乡镇耕地面积、耕地破碎度变化以及两者相联系形成的耕地变化特征。结果表明,2000—2010年,潜江市耕地总面积基本保持稳定,但潜江市内部各乡镇耕地面积变化幅度差异显著,耕地破碎化加剧;潜江市"耕地面积减少伴随着破碎度增加"的耕地变化模式占主导地位,位于城市化发展较快的东北地区,而"耕地面积增加伴随破碎度减少"的乡镇主要分布在农业比较发达的西南地区。潜江市城市建设用地逐渐占用耕地,导致城市边缘耕地面积骤减,耕地内部破碎化趋势严重。     

1985—2018 年查干湖时空变化及其 对降水变化响应分析

【目的】查干湖是吉林省最大的淡水湖泊，其形态和面积的时空格局变化对当地生态 环境维护和相关产业发展有着重要意义。通过长时间尺度上遥感监测查干湖水体的时空格局 变化，分析其变化特征与规律，探讨降雨量对湖体的影响，从而为区域水环境的生态保护与 资源合理利用提出针对性建议。【方法】基于查干湖地区 1985—2018 年共 8 景 Landsat 遥感 影像数据，采用 NDWI 水体指数法对查干湖水体进行识别与提取，通过 ArcGIS 空间分析功 能探究查干湖水体的时空格局变化过程。同时，结合水体面积变化，利用降水数据探讨气候 变化对湖水容量的影响。【结果】1985—2018 年，查干湖水域空间格局呈波浪形上升变化， 水体时空变化区域主要位于辛甸泡、新庙泡和库里泡，查干湖主水体多为边缘性的扩张及缩 减；自然降水和“引松入湖”工程是查干湖水体变化的主要因素，引水工程初期对查干湖蓄 水量恢复起重要作用，随后水域面积慢慢转为自然降水影响。【结论】1985—2018 年来查干 湖水域面积受自然降水和引水工程的影响，未来需要进一步保护该地区的生态系统，通过自 然降水维持该地区的水域生态平衡，实现查干湖区域的产业发展和生态保护的共同发展。