“三生空间”视角下宜昌市景观生态安全评价及其耦合特征分析

为了探究典型生态脆弱区的景观生态安全格局变化规律,以湖北省宜昌市为研究对象,基于2000—2015年4期土地利用遥感监测数据和社会经济数据,从三生空间视角构建“三生空间”(生产空间、生活空间和生态空间)土地利用分类模型,对宜昌市近15年间景观生态安全时空演变特征及耦合协调度进行了系统分析。结果表明:(1)2000—2015年,宜昌市以林地为主的生态空间面积占比最大,且各时期占比均在71%以上;(2)2000—2015年,宜昌市景观生态安全整体呈现西北—西南高、东部低的空间分布特征,安全区集中分布在土家族自治县、夷陵区,不安全区主要分布在当阳市等低海拔地区;(3)2000—2015年宜昌市景观生态风险冷点、次冷点数量增加,次热点和热点均呈现先增加后减少态势。(4)宜昌市“三生空间”景观生态安全的耦合协调度水平不高,整体上呈现“东高西低”的空间分布特征,西北、西南山区景观生态安全耦合协调度明显优于东部地区。研究结果表明区域土地利用格局和人类社会经济活动影响以及制约区域景观生态安全及其耦合协调性,故需优化区域生态空间格局、提升土地资源集约利用效率,促进宜昌市生态环境可持续发展。     

SWAT模型子流域划分引起的土地利用变化对径流和输沙模拟结果的影响

为揭示水文模型计算单元划分引起的土地利用变化对模拟结果的影响,采用SWAT模型,通过设置11种子流域阈值情景(4 000,3 200,2 000,1 500,1 100,800,400,200,100,50,25 hm²),并保持地形和土壤数据不变,定量分析了子流域划分引起的土地利用空间离散化对径流输沙模拟结果的影响。结果表明:(1)随着子流域数量的增加,流域内土地利用中面积最大的林地呈先增加后减少趋势,所有情景下林地面积均高于实际林地面积; 而随着土地利用离散程度的增加耕地面积呈减少趋势,水域、草地和建设用地面积则呈增加趋势并逐渐接近实际面积;(2)土地利用空间离散化导致年均径流量(1.85%)和输沙量(65.84%)减少,且对输沙量影响更显著;(3)土地利用空间离散化造成洪水过程和输沙峰值显著降低,并导致年最大1 d、连续最大5 d和连续最大7 d输沙量显著下降(p<0.01)。综上所述,SWAT模型不同子流域划分显著改变了流域土地利用分布,进而引起径流输沙有关参数变化,最终导致径流和输沙模拟结果的变化。     

2000—2019年黄土高原地区土壤保持时空变化及影响因素分析

为揭示全球气候变化背景下黄土高原的生态建设成效,以土壤保持量为评估指标,应用美国修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原土壤保持服务功能以及植被、气象等因素对其影响,分析了2000年以来植被和气候变化影响下黄土高原土壤保持量时空动态变化特征。结果表明:2000—2019年黄土高原土壤保持量平均值为109.5 t/hm²,并呈增加趋势,平均每年增加2.0 t/hm²,空间分布黄土高原中部和东部土壤保持量增加较明显。2000年以来黄土高原地区植被NPP呈增加趋势,年平均值为330.5 gC/m²,且平均每年增加7.2 gC/m²; 2000年以来植被覆盖度年平均值为29.2%,且以平均每年0.52%的趋势增加。黄土高原地区2000年以来气温和降水量均显著增加,平均年降水量为469.1 mm,且呈增加趋势,平均每年增加3.1 mm,年平均气温为10.2℃,平均每年增加0.03℃。黄土高原生态恢复措施加强,加之区域“暖湿化”有利气候条件,促进了区域生态建设成效显现,成为黄土高原生态恢复、功能提升的重要因素之一。     

坡度对降雨径流挟沙能力影响的模拟试验

高陡边坡降雨径流侵蚀输移能力是一个重要的科学问题。通过室内模拟降雨试验研究相同雨强不同坡度和坡长条件下的降雨径流侵蚀输移规律。结果表明：(1)试验条件下,水深与水力坡度的1/3次方呈负相关,与坡长的3/5次方呈正相关,流速与水力坡度和水深呈幂函数增加;(2)相同雨强裸坡条件下,径流含沙量与水力坡度的1/2次方呈正相关,与坡长的4/5次方呈正相关。水流挟沙能力约与水力坡度的1/2次方呈正相关。(3)降雨径流的水流紊动扩散作用与重力作用的比值较明渠水流偏大,表明雨滴打击的紊动作用较明显,给出挟沙能力公式。与常用的河流泥沙挟沙能力公式比较,系数偏大,指数偏小。研究成果对深入分析降雨径流侵蚀输移的机制具有重要意义。     

基于DH-YoloX的群养马岗鹅关键行为监测

马岗鹅的行为与其生长状况和福利状况密切相关,马岗鹅关键行为监测对评估其生长性能具有重要的现实意义。为了实现对群养栏马岗鹅关键行为高效率精准监测,该研究探索一种基于YoloX的群养马岗鹅关键行为监测算法（Magang geese behavior monitoring of based on Double Head-YoloX,MGBM-DH-YoloX）,该算法通过减少YoloX的头部数量提升检测效率、使用损失函数减少前景背景干扰、使用迁移训练方式提高网络训练效率等技术对马岗鹅采食、饮水、休息和应激等关键行为及其规律进行分析。MGBM-DH-YoloX首先用Mosaic和Mixup对马岗鹅图像进行数据增强,然后使用增强后的数据集训练模型,并且利用模型检测马岗鹅的关键行为,最后累计得出马岗鹅关键行为的发生时长和行为节律;试验训练集为1 400幅、验证集200幅和测试集为400幅,连续活动视频10 d。结果表明,MGBM-DH-YoloX算法的平均精度为98.98%、检测速度达到81帧/s、内存消耗为2 520.04 MB。对马岗鹅的10 d养殖数据分析发现,MGBM-DH-YoloX能有...     

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...     

基于稳定水同位素和原状土柱的贡嘎山原始森林暴雨入渗过程

在贡嘎山原始森林不同土壤质地的样地采集制备原状土柱,监测并分析2020年夏季2场暴雨期间入渗出流过程及出流水稳定同位素(δ¹⁸O)变化特征。结果表明：(1)海拔2 649 m的富含砾石的粉壤土样地A在8月6日和8月11日次降雨后平均总出流量(分别为4.14,14.61 L)比海拔3 000 m的粉壤土样地B(1.45,11.99 L)大。样地A的出流过程对降雨的响应也更敏感。(2)出流水的同位素变化幅度小于降雨同位素变化幅度,入渗过程中新旧水混合强烈。(3)2个样地出流水来源和运移路径的变化模式存在明显差异。样地A在初始降雨峰值时体现出极高的降雨贡献和快速触发的优先流路径,出流消退中逐步体现活塞流特征;样地B在相对缓慢的入渗过程中以活塞流为主导,新旧水交换程度更高。因此,较高的有机质和砾石含量以及较大雨强有利于优先流产生,优先流和活塞流的产生转变过程对于降雨强度变化有着快速响应,这对于流域的含水层补给和溶质运移等过程可能产生进一步影响。     

种稻配施改良剂对苏打盐碱土-水-作物系统氟迁移的影响

为探讨化学改良剂对苏打盐碱土稻田生态系统中氟迁移的影响,采用盆栽试验,研究硫酸铝、脱硫石膏和有机复合改良剂作用下的土壤各形态氟含量变化,以及土壤氟向水体和地上部植株的迁移情况。结果表明,化学改良剂影响苏打盐碱土—水—作物系统中氟的迁移及生物有效性。种稻后各改良剂处理的土壤水溶态氟变化范围为8.33～20.90 mg/kg,与对照相比,均呈下降趋势,其中硫酸铝处理下降得最多,降低60.15%;可交换态氟和有机束缚态氟呈增加趋势,其中有机复合改良剂处理增加得最多,分别为79.54%和86.37%;种稻前后铁锰氧化物结合态氟变化较复杂,其中硫酸铝处理无显著变化,对照处理和有机复合改良剂处理分别增加19.05%和42.03%,而脱硫石膏处理下降22.79%;残余态氟和总氟含量呈下降趋势,其中有机复合改良剂处理的残余态氟降低得最多,为35.50%,硫酸铝处理的总氟降低得最少,为10.47%,其余处理降幅为12.50%～12.55%。在水稻种植过程中,土壤中氟向水中累积释放总量为对照>有机复合改良剂>脱硫石膏>硫酸铝,与对照相比,其他3个处理分别降低3.25%,5.13%和5.1...     

采用组合增强的YOLOX-ViT协同识别温室内番茄花果

番茄花果的协同识别是温室生产管理调控的重要决策依据,针对温室番茄栽培密度大,植株遮挡、重叠等因素导致的现有识别算法精度不足问题,该研究提出一种基于级联深度学习的番茄花果协同识别方法,引入图像组合增强与前端ViT分类网络,以提高模型对于小目标与密集图像检测性能。同时,通过先分类识别、再进行目标检测的级联网络,解决了传统检测模型因为图像压缩而导致的小目标模糊、有效信息丢失问题。最后,引入了包括大果和串果在内的不同类型番茄品种数据集,验证了该方法的可行性与有效性。经测试,研究提出的目标检测模型的平均识别率均值（mean average precision,m AP）为92.30%,检测速度为28.46帧/s,其中对小花、成熟番茄和未成熟番茄识别平均准确率分别为87.92%、92.35%和96.62%。通过消融试验表明,与YOLOX、组合增强YOLOX相比,改进后的模型m AP提高了2.38～6.11个百分点,相比于现有YOLOV3、YOLOV4、YOLOV5主流检测模型,m AP提高了16.56～23.30个百分点。可视化结果表明,改进模型实现了对小目标的零漏检和对密集对象的无误检,从而达到...     

人工湿地-电活性菌藻膜技术处理养猪废水中试试验

人工湿地由于具有运行成本低、维护简单等优点而被广泛应用于养殖废水处理。然而,人工湿地技术普遍存在污染物去除效率受温度影响大等问题。在该研究中,通过构建电活性菌藻生物膜来强化人工湿地系统,对养猪废水进行了自然温度下的处理效能与微生物群落研究,在室外开展了18个月试验,结果表明：电活性菌藻生物膜强化组在夏季化学需氧量、氨氮、硝态氮、总氮、总磷、亚硝态氮的去除率分别达到98.26%、97.96%、85.45%、95.07%、94.64%和85.45%。在冬季化学需氧量、氨氮、硝态氮、总氮、总磷、亚硝态氮的去除率分别达到96.10%、91.56%、75.29%、89.94%、92.12%和83.15%。具有良好低温适应性。强化组冬季化学需氧量、氨氮、硝态氮、总氮、总磷、亚硝态氮的出水浓度均满足《禽畜养殖业污染物排放标准》（GB18596—2001）。相比未构建电活性菌藻生物膜的对照组,以上污染物去除率均分别提高。电活性菌藻膜在冬夏季节的优势微生物均为Cyanobium、Shewanella、Azoarcus,群落结构稳定性高,有利于促进冬季污染物去除率,为提高系统污水处理可靠性提供了保障。