TM影像中基于光谱特征的棉花识别模型

为快速、准确地在遥感图像上从各种农作物中识别提取棉花作物的信息，满足大尺度、运行化棉花遥感监测系统的要求。作者在试验区的棉花主要生长期里，同期进行了棉花与其它主要农作物的地面光谱测量并采集了同期的Landsat TM图像。通过对各时期棉花及主要农作物的地面测量光谱与TM图像光谱特征的差异性及规律性分析，确定了试验区棉花遥感识别的最佳时相期为9月中下旬， 研究开发了基于光谱特征的棉花识别模型。经数学分析与实际应用验证，该模型简单、操作方便并且识别的准确度较高，适用于大尺度的“新疆棉花遥感监测运行系统”。     

黄灌沙区农田耕层土壤性状空间异质性分析

用地统计学的方法,研究了黄灌沙区农田耕作层(030 cm)土壤的有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、pH和电导率的空间变异规律。结果表明,农田耕作层土壤养分的空间异质性主要由随机性因子如土壤耕作措施,包括施肥、灌溉和作物轮作等造成,这与该区农田耕作层土壤是引黄灌溉改良的结果有关。土壤养分含量的变异函数均可很好地拟合成线性模型,块金值和基台值之比(C0/C0 C)均为1,说明随机性因子是导致该区土壤性状空间变异的主要因素,在整个尺度上具有恒定的变异,造成了土壤性状的相对均一。pH的变异函数为指数模型,其空间异质性组成中随机性和结构性因子各占50%。电导率的变异函数为球状模型,空间变异主要由结构性因子导致,结构性因子引起的空间异质性占总空间异质性的67%。分维数也表明耕层土壤性状空间依赖性较小,随机因子如农业活动是引起黄灌沙区土壤性状空间异质性的关键原因。Moran s I系数表现为除了pH和电导率受结构性和随机性因子共同作用外,其余土壤性状均呈较弱的相关关系。因此,干旱沙区通过人为措施改良的土壤性状空间上的变异主要受人为活动如灌溉、施肥和耕作等影响,在农业活动中更应该注重施肥和灌溉方式、灌溉水源等问题,以避免因土壤性状的变异导致的肥料利用效率降低。     

基于高光谱的复垦农田土壤有机质含量估测

为了快速准确估算矿区复垦土地土壤有机质含量,以永城矿区复垦农田为例,在土样有机质含量测定和高光谱数据测量的基础上,对土壤高光谱数据进行多种预处理并与有机质实测含量进行相关性分析,利用相关系数进行P=0.01水平显著检验,确定敏感波段,建立一元线性回归、多元逐步回归和偏最小二乘回归等多种有机质含量与高光谱估测模型。结果表明:经过数学变换的土壤光谱反射率与土壤有机质含量相关性显著提高,复垦区土壤光谱经过多元散射校正和一元微分处理并利用偏最小二乘回归模型建模预测效果最好。当前较少有研究对矿区复垦农田土壤有机质进行高光谱估测,本研究成果可为有效利用高光谱遥感技术,快速、有效地测定复垦农田土壤有机质含量提供技术支撑。     

基于可见-近红外反射光谱的油区农田土壤石油烃含量估测研究

利用可见-近红外光谱技术,研究油区农田土壤在颗粒为2mm、0.25 mm和0.15 mm时的光谱(原始、一阶微分、连续统去除、多次散射校正)反射率与石油烃含量变化的关系,建立并利用偏最小二乘回归模型估测了石油烃含量.结果表明:原始、连续统去除、多次散射校正光谱的反射率对石油烃含量变化的响应在350 ～ 600 nm最敏感(P＜0.05),一阶微分光谱的敏感波段为2 280 nm(|r|=0.81,P＜0.01);光谱预处理能明显提高石油烃含量的估测精度,但土壤研磨对估测精度的影响因光谱预处理方法而异.基于可见-近红外光谱技术,本研究确立了估测油区农田土壤石油烃含量的颗粒粒径(2 mm)和光谱预处理方法(一阶微分),实现了石油烃含量的快速、有效估测,探索了一种可替代传统分析技术的新方法.     

薄层农田黑土速效氮磷钾含量的空间异质性

利用地统计学对黑龙江省双城市薄层农田黑土的全碳和速效氮、磷、钾的空间异质性进行了分析,结果表明四者均具有空间异质性。土壤全碳含量的空间异质性最高,主要受黑土层厚度的影响,土壤速效氮磷钾的空间异质性较差,主要受随机因子的影响,占80%以上。全碳和速效氮、磷、钾的空间有效最大相关距离分别为15.7km,4.6km,11.2km,7.1km。土壤全碳与碱解氮存在极显著正相关。     

基于TM的重庆都市区土壤湿度时空变化研究

随着城市快速化发展,土地利用结构的变化,土壤湿度也随之发生变化,其作为生态环境研究的重要指标以及对农业发展有着重要作用,因此对其进行研究意义重大。文章选取1988 a、2000 a和2010 a的3期Landsat TM遥感数据和重庆都市区1:5万DEM数据,提取土壤湿度并对其在1988~2010 a间的数量、时间、空间上的变化进行分析。研究结果表明:1988~2010 a间,重庆都市区土壤湿度发生明显变化,其主要表现为低土壤湿度级区域面积增加,高土壤湿度级面积减少的趋势;其土壤湿度的变化特征体现出明显的规律性、阶段性以及地域性,而且其变化受建设用地扩展、土地利用结构的变化以及人为活动影响极其突出。研究结果旨在为城市的发展、生态环境保护以及农业的发展布局提供科学依据及参考。     

薄层农田黑土全量碳及氮磷钾含量的空间异质性

利用地统计学对黑龙江省双城市薄层农田黑土的全碳、全氮、全磷、全钾的空间异质性进行了分析.结果表明,4种养分含量分布均具有较大的空间异质性.土壤全碳含量的空间分布主要受黑土层厚度的影响,与全磷含量的空间分布吻合度高;土壤全钾的空间异质性最差,只是中部沿西南方向区域略低外,其余变化较小.土壤全碳与全氮、全磷,全氮与全磷都存在极显著正相关,而土壤全钾与全碳、全氮、全磷为负相关,但不显著.全量碳、氮、钾主要受结构性因子的影响,分别占86.8%,85.4%,81.8%,全磷受结构性因子和随机因子的影响各占1/2.     

土壤水分异质性的研究综述

在干旱半干旱地区，土壤水分是植物生长，植被恢复的主要影响因子，与侵蚀过程密切相关，但土壤水分具有高度的异质性，土壤水分的时空变异性一直是水文学，土壤学研究的一个热点，从小区，生态系统，坡面，小流域和区域等不同尺度综述了土壤水分变异性的研究现状，结合国内外前人的研究成果，探讨了土壤水分异质性有待深化研究的方向和方法。     

基于TM影像的河套灌区区域蒸散发研究

通过对遥感数据进行分析,采用非监督分类法对影像进行分类,最终得到灌区土地分类及耕地种植结构。利用高分辨率IKONOS影像对分类结果进行精度评估,证明TM影像应用于灌区尺度土地利用分类具有较高的精度,能有效克服人为因素的影响,较为准确地提取灌区耕地种植面积及其空间分布。利用SEBAL模型对蒸散发进行反演,反演结果与实测值误差在允许范围内。研究结果可为河套灌区用水量研究提供新的方法。     

基于Landsat TM/TIRS的重庆市主城区热岛效应研究

使用Landsat数据对2001—2013年重庆市主城热岛进行研究,选取2001年、2007年的TM、2013年的TIRS三期夏季影像,采用单窗算法反演出地表温度。在此基础上,对主城热岛时空演化的整体特征、热岛强度进行分析,得出以下结论:（1）重庆市高温地表主要分布在主城建成区内,由过去呈一点向多点、零散向成片的分布,发展至目前呈多片块、多中心均衡分布,并有持续向外扩展的趋势;（2）市区内绿化较好或有水体覆盖区域,对城市高温起到一定的缓解作用,而长江、嘉陵江表面温度与陆上地表温度相差较大;（3）13年间交通线路的发展带动了周围地区及周边区县的城市化发展,使得传统的高温区温度有所降低,在交通路线所能达到的地方形成新的高温区;（4）2001年热场变异指数为0.63,2007年为0.49,2013年达到0.66,较高的热场变异指数使得重庆市热岛强度处于较高水平。     

Effects of non-cropped landscape diversity on spatial dynamics of farmland birds in intensive farming systems

Increasing habitats diversity in agricultural landscapes has been proposed as a key measure for reversing the decline of farmland biodiversity in Europe. However, indicators used for assessing such a potential compensation effect usually only rely on species diversity and abundance while ignoring variations in species-specific vulnerability. The extent to which habitat diversity may reverse the decline of specialist species in Europe to farming systems is thus still unclear. In this study, we investigate whether the effect of non-cropped habitat diversity on farmland birds’ occurrences was dependent on species’ specialization for habitats. In particular, we focused on the relative effects of non-cropped habitat diversity on species’ abilities to persist or to colonize new vacant areas. We used a capture-recapture statistical framework to study the spatial dynamics of 20 farmland bird species in France monitored from 2001 to 2007. We found that non-cropped landscape diversity reduces both the probabilities that a species becomes extinct locally and that a species colonizes new vacant areas, and the occupancy rate. Although this suggests a possible stabilizing effect of the surrounding habitat diversity on species occurrence in farming systems, the occupancy was only weakly affected. Moreover, we found that the most specialist species were the more negatively affected by this landscape diversity in terms of colonization abilities. We argue that accounting for the differences in habitat specialization among farmland species can improve conservation policies dedicated to the management of landscape diversity.     

基于GIS与模糊数学的县级耕地地力质量评价研究

以安徽省宣城市宣州区为例,结合开展的测土配方施肥工作,在 GIS 支持下,利用土壤图和土地利用现状图叠置法确定评价单元,选取土壤养分含量和有效性以及立地条件 3 个方面共 14 个因子,建立耕地地力评价体系及其模型,运用层次分析法和模糊数学、综合指数等方法对耕地地力进行综合评价,评价结果符合当地实际,可以为全国测土配方施肥提供方法和技术支持.     

我国农田生态系统碳蓄积及其变化特征研究

对我国近20年来农田生态系统C蓄积的时空变化特征进行估算分析结果表明,我国农田生态系统近20年来C蓄积总量持续增大,主要是由于单位面积C密度持续增大。农田C密度高值区主要分布在我国东部地区且多>3t/hm2,低值区主要分布在我国北方农牧交错带地区且普遍<1t/hm2。而科学管理作物残余物是增强农田生态系统C蓄积能力的关键。     

基于多源空间数据的"三生"空间异质性评价与分区划定

为优化"三生"空间评价方法体系,探索海南岛"三生"空间聚集性与协调度特征并制定有效的空间分区方案,该研究从空间异质性角度出发,采用多源空间数据从栅格尺度上对同地类不同地块的"三生"空间功能进行评价,再通过空间自相关及三角坐标图分析乡镇尺度上"三生"空间的聚集性与协调度特征,并为国土空间优化提供相关分区方案。结果表明:1)海南岛生产空间高分值区域集中分布在沿海市县,呈"四周高、中间低,北部高、南部低"的分布特征,且城镇生产空间与农业生产空间有所差异;生活空间高分值区域多集中在各市县城镇范围内,整体呈"小集聚、大分散"的空间格局;生态空间高分值区域集中在中部地区,呈"中间高、四周低,南部高、北部低"的分布格局。2)乡镇尺度上海南岛生产、生活、生态空间功能值的Moran’sI指数分别为0.569,0.221和0.716,表现出空间自相关性特征,据此面向全岛提出基于空间聚集性的"三生"空间分区方案。3)海南岛各乡镇"三生"空间存在较大的协调度差异,高值区以生态主导和"三生"协调型为主,分别占乡镇总数的51.72%与43.97%;低值区则以生态主导型为主,占乡镇总数的72.41%,据此面向全岛提出基于空间协调度的"三生"空间分区方案。该研究有效识别了同地类不同地块"三生"空间的异质性,并从空间聚集性与协调度视角提出"三生"空间分区管制方案,能够为当前国土空间优化提供参考。     

黄土高原区农田覆盖效应与前景分析

依据黄土高原区的水热条件,结合已有研究结果,简述了黄土高原地区农田不同覆盖类型,诸如秸秆覆盖、聚氯乙烯薄膜覆盖、生物覆盖等,分析了农田覆盖技术的生态环境效应和经济效应,农田覆盖可提高土壤含水率,增加土壤耕层温度改善土壤肥力状况,减少水土流失,促进作物生长,并指出生物覆盖、秸秆还田和聚氯乙烯薄膜覆盖技术在该区的应用前景。     

农地流转对农业生态系统的影响

为评价农业经营方式转变带来的生态环境效应,本研究选取重庆市荣昌县农地流转典型区域,结合实地调查和能值分析方法,分别以普通农户和经营大户的投入和产出表征农地流转前后的农业生态系统投入和产出,对研究区农地流转前后农业生态系统能值变化进行了对比分析。结果表明,农地流转后研究区农业生态系统的购买能值投入较流转前减少70.48%,能值产出增加2.15%。这使得农业生态系统的净能值产出率由农地流转前的0.01增加到流转后的0.04,提高了300%。农业机械对人工的替代是单位投入减少的最主要因素,从而使得农业生产效率得到大幅度提升。对于可更新系数小于系统可更新系数的单项投入来讲,减少其投入量能够使系统的环境负载率降低;对于可更新系数大于系统可更新系数的单项投入来讲,增加其投入量能够使系统的环境负载率降低。但是研究区农业生态系统单项投入的变化均使得环境压力有所增大。其中,人力投入大幅度减少,电力柴油等投入有不同程度地增加。因此,研究区农业生态系统的环境负载率由农地流转前的0.12增加到流转后的0.65,提高441.67%;可持续性指标由流转前的0.08降低到流转后的0.06,生态可持续性降低25.00%。研究发现,适度规模经营能够有效降低生产成本,增强产品的市场竞争力;不过,种植结构调整高附加值化和高产量追求,导致农药化肥等购买资源大幅度地增加,加剧了农业生态系统潜在的生态环境风险。研究认为,农业生态系统可持续发展的关键在于对农业集约化发展方式的选择。为此,国家在引导农地流转和发展适度规模经营的政策体系中需对此给予指导并施以规范。     

Short-term consequences of spatial heterogeneity in soil nitrogen concentrations caused by urine patches of different sizes

The scale of spatial heterogeneity in soil nitrogen (N) concentrations varies considerably in grazed systems, because grazers vary in the volume of urine they excrete. This could affect how urine-N is processed, and subsequently how much N is lost from the system, as diffusion and plant effects on soil nutrient concentrations can be scale-dependent. Two field experiments were performed; one measured the impact of urine patch size (small, medium or large) on soil inorganic N pools and fluxes over time, and the other assessed whether urine patch size affected plant responses and system N retention even if the same total amount of urine was applied. Soil from inside small urine patches retained inorganic N for shorter amounts of time, resulting in lower plant biomass and N uptake than that inside larger patches. Although system nitrogen retention was not affected by patch size, it appeared that larger patches had a greater potential to lose N due to the longer period over which soil inorganic N concentrations remained high. This suggests that systems grazed by larger organisms are more prone to lose N through patch size effects than those grazed by smaller ones.     

重庆市农田生态服务价值时空变化特征及其驱动因素分析

农田对保障区域物质供给、生态系统服务供给有着不可替代的作用,为探究区域农田生态服务价值的时空变化和驱动因素,本文基于重庆市2007—2016年统计年鉴及相关年份区县年鉴数据信息,构建农田生态服务价值指标体系,引入物价指数,通过列表清单法对重庆市农田生态服务价值进行评估,利用STIRPAT模型分析各区县间人均农田生态服务价值差异的社会驱动因素。研究表明:(1)2007年、2012年和2016年重庆市农田生态服务价值分别为898.06亿元、938.97亿元和1 038.45亿元,呈明显上升趋势,增幅为15.63%;年均农田正向服务价值(1 024.49亿元)远高于其负向价值(59.02亿元)。(2)就农田生态服务价值空间变化而言,渝西片区的总量和人均变化幅度最大,为30.32%和16.80%,其中农业较为发达的永川区、江津区农田负向价值相对突出;人均年农田生态服务价值排序为:渝东南片区(5 855元·人-1)渝东北片区(4 027元·人-1)渝西片区(3 846元·人-1)主城片区(840元·人-1)。(3)农业人口、城市化率、万元GDP能耗是重庆市各区县人均农田生态服务价值空间差异的社会驱动因素,主城片区的发展对其农田生态系统造成较大的压力,该区域应合理调整产业结构,以提升农田生态服务价值。研究结果为重庆市农田生态环境保护、恢复以及耕地补偿等提供科学依据。     

夏玉米生长盛期农田土壤CO2排放的研究

对华北平原典型农田夏玉米生长盛期土壤排放CO_2的试验结果表明,秸秆覆盖增加土壤C的排放,比未覆盖秸秆约增加10％。土壤CO_2排放通量的日变化为单峰型,峰值出现在12:00～16:00,变化区间为109～170μg/m~2·s(秸秆覆盖)和97～128μg/m~2·s(未覆盖)。土壤CO_2排放与温度(5cm地温)有显著相关关系,但与土壤湿度关系较复杂。夏玉米生长盛期土壤CO_2排放通量高于初期和后期,8月2日土壤CO_2排放通量为9月15日的1.42倍(秸秆覆盖)和1.32倍(未覆盖),土壤CO_2排放的日进程为6:00～18:00排放量占全天总排放量的63.5％(秸秆覆盖)和57.9％(未覆盖)。     

施肥对农田土壤螨季节性变化的影响

对农田土壤螨季节性变化进行试验研究结果表明,农田土壤螨1年有2个发生高峰,即春季5月份高峰和秋季8－9月份高峰。EM堆肥区土壤螨数量年波动平缓,稳定性高;化肥区土壤螨数量年波动性大,中气门目击壤螨7月份后才出现。