基于数量生态学的农地优先路径水平分布特征研究

应用数量生态学中的空间点格局分析方法(g(r)函数),经Monte-Carlo随机模拟检验,对三峡库区紫色砂岩区农地(垂直土层深度10~50 cm)不同影响半径土壤优先路径水平分布特征、以及与生物活动的空间关联性进行分析。结果表明:同一影响半径的优先路径随土层深度的增加,数量逐渐减少,同一土层随影响半径的增加优先路径的数量逐渐减少;同一土层,较小影响半径优先路径仅在小尺度(0~20 mm)上呈聚集分布,但随影响半径和尺度的增加,聚集分布状态逐渐明显;不同影响半径的优先路径随土层深度的增加,也逐渐表现为聚集分布格局,较大影响半径优先路径聚集分布状态显著大于较小影响半径的优先路径;优先路径的分布与形成,不仅受到土壤自身膨胀、干缩等因素影响,而且与生物活动的空间关联性呈正相关关系,对大影响半径(R≥1.0 mm)的优先路径影响较大。空间点格局分析法相比CT扫描、土壤水分穿透曲线等测定土壤优先路径的方法更简单易行,所得结果相一致。这种方法能从形态学角度来量化分析土壤优先路径的分布特征,更好地揭示其潜在形成过程。     

稻麦轮作区秸秆还田对水稻土结构的影响

为探明稻麦轮作区秸秆还田对水稻土结构的影响,依托常熟农业生态试验站25 a的长期定位试验,研究秸秆还田对水稻土容重、团聚体分布及稳定性、团聚体有机碳分布和孔隙大小分布的影响。试验设不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥和半量秸秆还田(NPKS1)、化肥和全量秸秆还田(NPKS2)等处理。采集各小区耕层水稻土,通过湿筛的方法测定团聚体分布及稳定性,通过X射线CT扫描和图像处理得到孔隙结构信息。结果显示,与CK相比,单施化肥(NPK)能显著提高土壤有机碳含量、降低土壤容重,对团聚体分布及稳定性、大孔隙度(大于0.032 mm)、孔隙大小分布没有显著影响。与NPK处理相比,秸秆还田(NPKS1、NPKS2)分别使土壤容重降低14.0%和19.4%,有机碳含量提高10.0%和23.1%,但是对团聚体分布及稳定性影响不显著;化肥和半量秸秆还田(NPKS1)对大孔隙度和孔隙大小分布没有显著影响,化肥和全量秸秆还田(NPKS2)的大孔隙度(大于0.032 mm)提高了110.6%,各当量孔径范围的孔隙度也明显提高(大于1.5 mm除外)。结果表明,经过25 a的秸秆还田,稻麦轮作区全量秸秆还田能够降低土壤容重,增加土壤有机碳含量和各级团聚体中有机碳含量,增大土壤总孔隙度和大孔隙度,改善水稻土的物理结构;而半量秸秆还田没有显著改善水稻土的孔隙结构。     

基于CA-Markov模型的黄土塬区黑河流域土地利用变化

研究黄土高原的土地利用变化,可为其生态建设提供重要的决策依据。基于CA-Markov模型,分析了黄土高塬沟壑区黑河流域1985－2000年土地利用变化的趋势、速度、类型及其与地形的关系,并模拟了2015年土地利用情景。结果表明,黑河流域以耕地和中覆盖草地为主;1985－2000年林地和农地减少,草地和建设用地增加,其他类型变化很小;林地和草地相互转化与耕地转出是两大变化类型;土地利用变化主要发生在沟壑区。CA-Markov模型模拟的2000－2015年土地利用将保持1985－2000年的变化趋势,因此,需加强耕地保护措施,推进退耕还林草工程,促进区域可持续发展。     

土壤类型对优先流路径和磷形态影响的定量评价

以中国贡嘎山由青灰色砂质冰水堆积物发育而成的疏松岩性土壤和德国厄尔士山渍水土壤优先流路径为研究对象,通过野外染色示踪试验和改进的Hedley磷形态提取法,使用优先流染色面积比和优先流程度评价指数定量评价不同类型土壤的优先流程度,通过相关关系分析进一步揭示不同土壤类型中优先流路径对磷形态分布的影响。结果表明:贡嘎山和厄尔士山优先流图片总染色面积比分别为31%和52%,厄尔士山渍水土优先流比贡嘎山疏松岩性土发育较好。贡嘎山疏松岩性土壤优先流发育程度与潜在生物可利用无机磷和有机磷贡献率显著正相关,而即时生物有效无机磷和磷灰石磷与厄尔士山渍水土壤优先流发育程度显著正相关。土壤类型影响优先流路径分布和土壤磷形态分布,从而影响土壤磷赋存状况和下游水质安全。     

北京山区油松天然林的空间结构分析

在北京市松山自然保护区设立面积为0.8 hm2的样地,对胸径大于5 cm以上的林木进行每木定位调查,利用角尺度、大小比数和混交度3个林分空间结构参数,分析了油松天然林的空间结构特征。结果表明:①油松天然林物种多样性丰富,乔木层共出现17个种群,油松种群优势度明显,为该群落乔木层的优势种,也是建群种;②用林分平均混交度和混交度分布分析了树种空间配置情况,油松林主要以零度混交和弱度混交为主,林分混交程度较低;③林木大小比数分析表明,油松种群在空间结构单元中,林木大小比数的分布较均匀,伴生树种分化程度差异较大,核桃楸种群、辽东栎种群和大果榆种群的优势木、亚优势木较多;④用平均角尺度和角尺度分布分析了林木水平分布格局,表明该林分整体上的林木水平分布格局为随机分布。     

不同土地利用方式下土壤水力性质对比研究

针对草地、保护地、菜地和茶园4种不同土地利用方式的土壤进行了4个压力水头(-9、-6、-3和0 cm)、2个不同盘径的圆盘入渗试验。结果表明,在本试验条件下,不同盘径的圆盘入渗仪测定结果差异不显著,小盘径圆盘更适合用于野外测定土壤水力特征参数。随着水头的减小,4种土地利用方式的土壤稳定入渗率和土壤非饱和导水率呈不同程度的减小。4种土地利用方式土壤的水力学性质差异显著,根据实测资料确定了不同负水头下的土壤饱和导水率和Gardner指数模型参数α,土地利用方式对土壤导水率和Gardner指数模型参数α均有显著影响。不同土地利用方式下土壤大、小孔隙对水流的贡献率影响显著,中等孔隙1、中等孔隙2对水流贡献率影响不显著。茶园和草地各级土壤孔隙对水流的贡献率随孔隙尺寸减小而降低,而菜地和保护地小孔隙(孔隙半径0~0.1 mm)对水流的贡献率为最高。     

南汀河流域土地利用空间结构分析研究

南汀河为怒江一级支流,进入缅甸后汇入萨尔温江,是云南省重要的国际河流,也是佤族、布朗族和拉祜族等少数民族聚居地,流域的土地利用结构影响着南汀河两岸的生态环境保护及当地少数民族的生存和生活。以南汀河流域内六个县域为研究对象,运用洛伦兹曲线、基尼系数和分形维数计算相结合的方法,对南汀河流域的土地利用空间结构现状进行了分析。结果表明:水域、草地和其他用地在南汀河流域分布相对分散;耕地、林地和疏林地分布较为集中;建设用地结构复杂,建设用地土地斑块与周边其他景观的接触面较大、镶嵌较为紧密,镶嵌结构较为复杂;水域的稳定性最差。     

妫水河流域土壤斥水性分布与影响因素研究

为了研究我国北方土石山区流域土壤斥水性影响因素及其分布规律,以妫水河流域为例开展了野外调查和室内研究。对流域内9种植被类型共385个土壤样本的滴水穿透时间(Water drop penetration time,WDPT)与土壤有机质含量、p H值、质量分形维数、土壤颗粒比表面积进行统计分析。研究表明:WDPT由大到小依次为有林地、灌木林、疏林地、果园、高覆盖度草地、旱地、中覆盖度草地、低覆盖度草地、滩地。有林地和灌木林为强烈斥水性,疏林地和果园为轻微斥水性,高覆盖度草地无斥水性,旱地、中覆盖度草地、低覆盖度草地和滩地为亲水性;土壤斥水性在流域的空间分布上表现为西北部、东北部和东南部山区斥水性较大,中部盆地斥水性较小;在垂向分布上表现为表层最大、中层次之、深层最小;WDPT与土壤有机质含量呈正相关性,与p H值、质量分形维数、土壤颗粒比表面积呈负相关性;土壤p H值和有机质含量是斥水性的主要影响因素,质量分形维数、土壤颗粒比表面积是次要因素。     

砒砂岩区沙棘人工林的水平空间结构类型

砒砂岩区沙棘种植地区,从中尺度上来看,沙棘与其他林、草、农地、河道、路面等一起,组成了6类水平空间结构类型。从小尺度上来看,沙棘人工林主要呈片状、横带状、纵带状、零散等4种分布类型,而这4种分布类型又与自然群落分布的随机分布、均匀分布、集群分布、嵌式分布等类型发生着一定的关联。对于沙棘来说,集群分布并不是一种十分有利的类型,要采取带状平茬等措施,防止沙棘郁闭后的早衰和死亡;而横带、纵带甚至零散分布类型,应为适应于当地自然条件的最佳水平结构类型,营林工作中应予以培育。     

黄土高原植被恢复过程中土壤水分有效性评价

【目的】探究土壤持水性与土壤水分有效性对不同植被(草地、灌木林地和乔木林地)的响应。【方法】在位于黄土高原腹地的子午岭林区,利用土壤水分特征曲线测定了植被恢复过程中3种不同恢复年限的植被下的土壤持水性和土壤水分有效性。【结果】植被恢复过程中的土壤持水性和土壤水分有效性从草地到灌木林地再到乔木林地呈上升趋势。【结论】影响土壤水分特征的关键因子是土壤颗粒组成、土壤体积质量和土壤孔隙度。该结果可为植被恢复过程中土地利用类型的规划提供理论参考。     

春大豆叶面积指数的空间结构性分析

为了对春大豆叶面积指数(LAI)的空间结构性进行分析,进一步指导春大豆的精细种植,以晋大74号大豆为研究对象,用DGPS定位系统按7m×7m网格共布54个点,并利用SunScan冠层分析系统采集大豆开花结荚期的叶面积指数;运用地统计学原理对LAI的空间结构性进行分析,并建立其半方差函数模型。结果表明:所测LAI具有中等变异性,变异函数模型为球状模型,且具有中等空间自相关性,相关距离为44.8m,可为后续作物生长性状、土壤特性、产量信息的空间变异性及相关性分析提供了基础和前提。     

新型香蕉种植开坑机的结构设计与空间分析

基于目前香蕉种植作业方式落后及种植开坑机研制缺乏的现状,研发了一种连杆式可控三自由度香蕉种植开坑机。首先,介绍了新型香蕉种植开坑机的机构原理和结构特点;其次,根据新型香蕉种植开坑机的雅可比矩阵进行奇异性分析,并得出其结构奇异位型;再次,根据数学理论隐含数存在的条件,分析计算新型香蕉种植机结构工作空间的边界条件,得出香蕉开坑机的工作空间;最后,运用Mat Lab软件仿真模拟仿真,得出香蕉开坑机输出点的空间图形。该分析验证了香蕉种植开坑机的可行性和可靠性,具有一定的推广价值。     

基于复杂网络分析法的空间生态网络结构研究

以荒漠绿洲区典型县域磴口县为研究区,将复杂网络分析方法中的点格局分析方法、网络骨架的提取算法和空间结构鲁棒性指标根据实际空间生态网络的特点进行改造,对研究区的空间复杂生态网络的结构进行分析。研究结果表明:7种类型的生态源地节点在较小尺度下均呈现聚集的空间分布格局,随着尺度的增大,逐渐呈现随机分布,最后呈现均匀分布,这种分布特征保证了小尺度和大尺度上生态网络的稳定。水网廊道的密度范围为0~1.46,路网廊道的密度范围为0~2.27,改造Kruskal算法识别出的骨架廊道符合实际情况。现状生态网络初始的连接鲁棒性仅为0.73,优化后生态网络的连接鲁棒性达到1。经过生态节点布局优化后的生态网络节点和边的抗打击破坏能力、恢复能力增强。     

潜在生态网络空间结构与特性研究

以内蒙古荒漠绿洲区为研究区,将复杂网络与潜在生态网络进行类比分析,研究生态系统能量流动的特征,分析潜在生态网络的关联性、完整性和稳定性。结合相应生态因子,构建生态阻力面,提取潜在生态廊道1 103条、生态节点992个。潜在生态网络度分布符合幂律分布,因此,可将赋权网络适配到潜在生态网络进行分析。结果表明,荒漠绿洲区潜在生态网络连通性较差,聚类特征不明显;生态节点分布较为分散且破碎,完整性偏低;潜在生态网络内部能量流动情况较为单一,不够稳定。荒漠绿洲区内生态景观破碎化,发展与生态保护的矛盾较为突出,整体生态环境亟待优化。     

基于作物空间信息特征的灌区种植结构优化研究

针对目前北方许多大型灌区种植结构不合理、农业需水量偏大、水资源紧缺等问题,提出了一种基于作物空间信息特征的种植结构优化方法,通过调整种植结构和优化空间分布,减少农业需水量,提高农业效益。利用地统计学(GS)和地理信息系统(GIS)的空间处理能力,分区计算了灌区多年平均参考作物需水量(ET0)和作物需水量(ETc),并统计分区内作物单产和产值信息;构建了基于作物空间信息特征的多目标优化模型,设计了2种作物种植结构方案。结果表明,与传统多目标种植结构优化模型相比,基于作物空间信息特征的种植结构优化方法在节水效果和农业效益上都有一定的优势。     

作物长势信息空间分析系统设计

为了满足作物长势动态测量的要求,设计了作物长势信息空间分析系统,针对作物冠层信息获取手段及其数据特点设计相应的功能模块。系统主要由光谱文件管理、定点作物光谱分析、动态采集监测、空间数据分析等功能模块组成。系统能够兼容多种光谱文件格式,具有两种空间数据分析方法,配有专家数据库接口,具有较强的二次开发潜力。该系统配合车载作物长势检测平台,对玉米的长势空间分析进行了应用效果验证,结果证明：该系统能够实时读取和分析车载式作物长势检测平台的动态数据,通过不同的空间插值方法能够掌握冠层生物信息空间分布状况。该系统为车载动态测量提供了良好的技术支持,可为制定相应的精准管理决策提供理论依据。     

D型打结器割绳脱扣机构空间结构参数分析

针对D型打结器割绳脱扣机构空间结构参数复杂且设计要求不清等问题,通过对打结器割绳脱扣机构与其它机构进行运动学分析,建立了割绳脱扣机构的参数设计理论模型,描述了割绳脱扣机构与其它机构之间的参数匹配关系。分析了割绳脱扣机构结构参数对割绳脱扣动作的影响,并得出脱扣凹槽及割刀的设计尺寸要求。结果表明割绳脱扣机构回转中心与脱扣凹槽面的距离变化范围为27~35 mm,割绳脱扣机构回转中心与割刀安装面距离的变化范围为47~53 mm,割刀刀刃尺寸由脱扣凹槽位置尺寸决定。设计并试制了一种组合式割绳脱扣机构,该机构可实现多参数调节,便于对所求结构参数的考核验证。将设计的组合式割绳脱扣机构安装在已有打结器上进行打结试验,分别对每个参数进行单因素试验,共设计11个试验组。试验结果表明割绳脱扣机构空间运动模型准确可靠,计算的结构参数匹配合理。     

变杆长/变扭角空间机构的位置分析

针对某些工程由于受机构固定构件的限制而难以完成的问题，给出了一种新型空间机构，该机构能够在工作中改变某个参数的运动规律而实现所需的特殊空间轨迹。利用向量回转法建立了该空间机构睁数学模型，调用Matlab函数分别对变杆长RRRSR—l2机构和变扭角RRRSR-α1，机构进行了位置分析，解出并利用绘图函数表达了两机构同一杆上同一点的轨迹曲线，并进行了分析比较。     

麦弗逊悬架运动分析的空间解析法

麦弗逊悬架是汽车上最常采用的一种型式,其运动分析是解决整车布置设计问题和提高悬架特性的基础,本文以空间解析几何分析方法探讨了该结构的运动分析方法。