基于厘米级无人机影像的水土保持措施精准识别

基于厘米级高分辨率无人机影像,应用面向对象方法(Object-Based Image Analysis, OBIA)对吉林省伊通县椽子沟流域的横坡改垄、地埂植物带、生态恢复乔木林、生态恢复草地等水土保持措施进行自动精准识别。应用超绿指数(Excess Green Index,ExG)、超红指数(Excess Red Index,ExR)、归一化差异指数(Normalized Difference Index,NDI)等光谱指数,形状的主方向、形状指数等形状特征,均值(Mean)、方差(Variance)、对比度(Contrast)等纹理特征进行措施的特征提取。结果表明:研究区水土保持措施识别的总体精度可达91.24%,Kappa系数为0.87;对垄台、垄沟等线性水土保持措施总体精度可达72.33%,Kappa系数为0.63。基于厘米级无人机影像,应用面向对象方法基本可实现对黑土区水土保持措施的精准识别,也可对垄台垄沟等线性措施进行自动识别,研究结果可为水土保持措施实施范围及完好程度的动态监测提供参考依据。     

降雨量和水土保持对皇甫川输沙量变化的贡献率分析

为探究黄河支流输沙量减少与流域内降雨量变化及水土保持措施的定量关系。以黄河中游皇甫川流域为研究区域,基于1960—2015年准格尔气象站日降水量、皇甫水文站年径流量和年输沙量数据,分析对皇甫川流域年径流量与年输沙量有影响的降雨量参数。通过双累积曲线法和突变点检验法确定输沙量变化的3个典型时期：Per1(1960—1986年)、Per2(1987—1999年)和Per3(2000—2015年);计算了降雨量变化、植被恢复和工程措施对该流域不同时期输沙量变化的贡献率。结果表明：(1)1960—2015年皇甫川流域降雨强度超过25 mm/d的降雨减少,径流量和输沙量呈显著减少趋势(M—K检验Z<0,p<0.01);(2)因水土保持引起流域下垫面条件的改变,当Per3与Per1时期中有相似降雨量的年份,Per3时期这些年份的输沙量比Per1时期显著减少,减小范围为50.2%～98.6%;(3)1987—1999年植被恢复和工程措施的减沙贡献率分别为73.0%和38.4%,2000—2015年降雨量变化、植被恢复和工程措施的减沙贡献率分别为11.5%,69.8%和18.7%。研究结果...     

重庆市永川区耕地地力评价结果及其利用对策

将重庆市永川区耕地地力划分为5个等级,归入全国耕地地力等级体系相应为四、五、五、六、七等,表明全区耕地土壤地力水平在全国耕地地力等级体系中属于中等偏下水平,明晰了全区耕地生产潜能,为完善种植业区域划分,优化资源配置,加速农业结构调整奠定基础。通过土样检测汇总分析,查明自1982年第二次土壤普查以来,永川区耕地土壤呈现酸化现象较重,有机质和碱解氮含量虽有所提高、但仍处于三级中等偏下的较低水平,有效磷和速效钾含量下降、且处于三至四级中等偏下水平,尤其是速效钾含量处于极度缺乏状态。     

坡度和雨强对重庆市黄壤旱坡地产流产沙特征的影响

黄壤作为重庆市山地主要的土壤类型之一,对重庆市农业生产有重要影响。通过人工模拟降雨试验,研究不同坡度和降雨强度条件对黄壤旱坡地产流产沙特征影响及响应过程,结果表明：（1）输沙率随降雨强度的增大而增大,对于短历时强降雨来说,输沙率保持在一个相对平均的水平,比长历时中强度降雨的输沙率大。在坡度0°～25°以内,黄壤旱坡地产流量与坡度之间的关系可以用多相式进行拟合,得到产流临界坡度为22.83°;（2）土壤侵蚀量与坡度符合二次抛物线关系,随坡度的增加出现临界坡度,重庆市黄壤旱坡地土壤侵蚀的临界值坡度为24.7°。在降雨特征参数中,平均降雨强度是反映黄壤旱坡地泥沙量、径流系数和径流泥沙含量的最好特征参数,时段最大降雨强度I10最能反映黄壤旱坡地径流量的变化特征;（3）在10°,15°,20°3个不同坡度下,径流量和产沙量与雨强均表现为幂函数关系,相关系数均在大于0.05置信区间呈显著相关性。     

基于模拟降雨的土壤表土结皮特征及坡面侵蚀响应

土壤表土结皮对坡面侵蚀过程具有重要影响,利用模拟降雨条件下土壤贯入和产流产沙试验,对不同降雨场次紫色土和黄壤表土结皮特征及坡面侵蚀响应进行研究。结果表明：（1）PT型贯入仪测定的贯入数值（P）与含水率（θ）成标准指数函数关系。（2）不同降雨场次表土结皮存在＂无结皮→弱结皮→强结皮→弱结皮→新结皮＂的动态发育过程,相同降雨条件下黄壤表土结皮强度大于紫色土的。（3）持续降雨过程不同降雨场次土壤表土结皮对溅蚀影响不明显,而与产流存在显著的动态响应关系,结皮强度越大产流量也越大,结皮对产流的影响随着降雨进行而有增大趋势,黄壤表土结皮的径流增加量大于紫色土的,而紫色土坡面结皮对产流量变化敏感程度大于黄壤。不同场次降雨过程土壤表土结皮对坡面侵蚀产沙影响存在差异,前4场降雨表土结皮强度与坡面侵蚀产沙有相同的变化趋势,4次降雨后土壤表土结皮表现为对坡面侵蚀有抑制作用。     

长期施肥和秸秆还田对红壤水稻土氮素分布和矿化特性的影响

为明确长期施肥和秸秆还田对稻田土壤生态系统氮素循环过程的影响,探索维持稻田土壤长期供氮潜力的途径,利用始于1990年的湖南红壤水稻土长期定位试验,研究了长期施肥和秸秆还田对水稻土剖面氮素迁移分布和C/N的影响,比较了不同温度下土壤氮素矿化曲线变化和不同施肥方式氮素矿化动态差异,分析了氮素累积矿化量与有效积温的关系。结果表明,长期施肥或秸秆可以促进红壤水稻土氮素的积累,其主要影响020cm土层,而化肥和秸秆配合施用作用更明显;长期施NPK化肥使土壤C/N降低,而秸秆还田使土壤C/N明显升高。在两种温度下的土壤矿质氮含量和累积矿化量曲线比较相似,10℃下土壤矿化速率达到稳定所需的时间要比30℃下长;30℃下不同施肥处理之间的矿化过程存在显著差异,而10℃下的差异较小,其在56d内矿化出来的矿质氮是10℃下的近两倍。化肥NP（仅施化肥NP）及NP+C（施化肥NP+秸秆还田）处理均有较高氮素矿化量,秸秆还田对土壤氮素矿化的促进作用比仅施化肥明显。在30℃下,土壤积累矿化量与有效积温的关系较好地符合有效积温方程式（EATM）（p0.01）。仅施化肥处理和对照方程中的K值相差不大,而秸秆还田与化肥配施处理方程的K值则有增大趋势,NPK+C（施化肥NPK+秸秆还田）处理的矿化潜力较大,且养分供应能力较强;秸秆配施化肥处理方程中n值的绝对值有减小趋势。随着培养时间延长,秸秆还田配施化肥处理土壤的累积矿化量保持在一个较稳定范围。     

基于遥感与GIS的LUCC及马尔柯夫过程趋势预测——以重庆市南岸区为例

重庆市南岸区近年来经济迅速发展,但土地利用中也存在一定的问题,通过对其土地利用/土地覆盖变化的研究,为_十地合理规划、管理和使用提供有力工具.以南岸区1993年、2001年、2007年3个时期的遥感数据作数据源,在遥感和GIS技术支持下对该区域1993-2007年土地利用/土地覆盖类型的动态度变化、转换变化和驱动力进行分析,确定了土地利用/土地覆盖类型的初始状态矩阵和转移概率矩阵,并且用马尔柯夫过程模型预测了该区2012-2024年LUCC的演变趋势.结果表明,在这14 a内,城市建设用地的增加主要是由耕地和林地转换来的,还有部分水域的出入转换.南岸区经济的快速发展是导致土地利用/土地覆盖类型发生变化的主要驱动力.此外,政府在城市发展中对城市的规划对土地利用的变化也起着重要的作用.经预测表明,在现有干扰不变的情况下,南岸区2012-2024年土地利用/土地覆盖类型将呈现耕地、林地和未利用地面积逐渐减少,而水域和城市建设用地面积逐渐增加的趋势.凶此为实现研究区土地资源的可持续利用,必须采取措施保护耕地和林地,加强城市建设用地的管理.     

农村环境污染识别方法与应用研究

本研究提出了基于农户分类的农村环境污染识别方法并用于实地研究。以经济活动类型、地理位置为基础,将农户分为典型种植户、典型养殖户、种养结合户、城郊农户4大类,并细划这4大类的污染类型,具体包括农户生活、农业种植、畜禽养殖、水产养殖、乡村旅游;识别各类型农户生产与生活全过程的污染源与污染强度,如单位面积化肥施用量、人均生活垃圾产生量等;统计区域内污染状况,通过估算污染源的贡献率,定量识别重点污染源与重点污染物;引入等标污染负荷率及水质指数,识别区域污染程度、主要污染类型。应用此方法在河北省曲周县进行实地研究,识别出曲周县重点污染物为TN,重点污染源为农业种植;农村环境引起的地表水TN污染指数为1.26,已经造成地表水TN超标;将曲周县10个乡镇污染类型分3类,种植养殖污染型、农业种植污染型和综合污染型。识别结果为有效控制不同区域农村环境污染提供必要的前提条件。     

大沽河湿地表层沉积物重金属分布特征及污染评价

胶州湾属半封闭海湾,水体交换能力较弱,受多条河流入海影响,污染日趋加重,通过大沽河的径流量、输沙量和溶解污染物占到胶州湾入海河流的首位。根据区域特征,于2009年2、5、8、11月对大沽河湿地48个采样点表层沉积物中的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As、有机碳、粒度进行测定,探讨了重金属含量和污染特征与总有机碳、粒度的关系,利用污染评价法和潜在生态风险评价法进行污染和风险分析。结果表明：胶州湾大沽河湿地表层沉积物重金属含量较低,大部分测站符合海洋沉积物质量（GB 18668—2002）Ⅰ类标准的要求。表层沉积物中Cu、Pb、Zn含量8月份最高、2月份次之、5月份最低。Pb、Hg、As 3种重金属含量在2月份最高。Cu、Pb、Zn和Cd重金属之间存在显著正相关关系,Hg与As存在明显的相关关系;除Cd和As外的4种重金属与沉积物粘土、有机碳含量之间也存在显著正相关性。重金属单因子污染程度总体较轻,属于低污染水平,污染程度依次为Hg〉Cd〉Pb〉Cu〉As〉Zn。大沽河河口区表层沉积物重金属潜在生态风险总体处于较低水平,风险程度依次为Hg〉Cd〉Pb〉Cu〉As〉Zn。     

不同耕作方式与秸秆还田对稻田氮磷养分径流流失的影响

为明确自然降雨条件下稻田田面水氮磷养分径流流失特征,寻求秸秆还田和耕作方式结合下较为有效的减排农艺措施,通过田间试验研究自然降雨条件下不同耕作方式和秸秆还田对稻田田面水氮磷养分径流流失的影响。结果表明:秸秆还田处理较秸秆不还田处理更能够有效减少稻田氮磷养分径流流失总量;秸秆不还田条件下,翻耕、旋耕、免耕总氮径流流失量分别为6.78,8.50,11.09kg/hm2,总磷流失量分别为0.50,0.63,0.78kg/hm2;秸秆还田条件下,翻耕、旋耕、免耕总氮流失量分别为4.82,6.44,8.87kg/hm2,总磷流失量分别为0.39,0.51,0.70kg/hm2;整个稻季氮素径流流失率以免耕秸秆不还田为最高,达3.70%,翻耕秸秆还田为最低,仅为1.61%,磷素径流流失率也是免耕秸秆不还田最高,翻耕秸秆还田最低,分别为1.31%和0.65%。