基于地形特征的无人机遥感梯田影像边缘提取方法

梯田具有蓄水固沙的作用,是旱作农业区重点建设的高产稳产农田设施,为粮食增产、农民增收提供了有力保障。因仅基于影像数据采用边缘提取方法进行梯田区域分割效果不理想,及时准确地掌握梯田信息较为困难。无人机遥感技术的不断发展为高精度梯田地形信息的获取提供了新方法。本研究以甘肃省榆中县为例,首先从数字高程模型DEM数据中提取坡度,将正射影像与坡度数据融合,并通过基于Canny算子的粗边缘提取方法和基于多尺度分割的精细边缘提取方法,对比分析坡度对无人机遥感梯田影像边缘提取的影响。试验结果表明,正射影像和坡度融合的提取效果均优于单一的正射影像数据提取效果,粗边缘提取方法中正射影像和坡度融合的数据源精度平均提高了23.97%,精细边缘提取方法中正射影像和坡度融合的数据源精度平均提高了17.84%。研究表明,在无人机遥感梯田影像边缘提取中加入一定的地形特征,可以取得更好的边缘提取效果。     

天然降雨下川中丘陵区不同年限植物篱水土保持效用

通过对遂宁水土保持试验站内不同坡度(10°和15°)植物篱小区及对应对照小区为期7年的水土流失定位观测,探究了天然降雨条件下香根草植物篱和新银合欢植物篱在其生长年限增长过程中对紫色土坡耕地水土流失的影响。结果表明:(1)当植物篱开始发挥其水土保持作用时,减流率(年均)达10.5%～20.0%,减沙率(年均)达53.5%～54.5%,减流作用随年限增长波动较大,减沙作用逐渐趋稳;(2)10°香根草植物篱水土保持效果最优,其减流和减沙作用均在生长年限为1年时开始发挥,10°新银合欢植物篱次之,其减沙作用较减流作用提前约1年凸显,15°香根草植物篱最弱,其布设小区多数次降雨减流率均明显低于10°植物篱小区;(3)总体上植物篱能够降低坡度对坡耕地水土流失的加剧作用,其中径流流失减少28.9%,泥沙流失减少11.3%,并削弱降雨量与径流泥沙的相关程度;(4)平均径流系数和降雨引发泥沙量随植物篱年限增长逐渐趋稳,其中10°小区香根草植物篱和新银合欢植物篱对特大暴雨(12 h降水总量140.0 mm)和大暴雨(12 h降水总量为70～140 mm)下产生的径流系数消减明显,达15.0%～34.4%,各植物篱对所有降雨等级平均单位降雨所产生泥沙量均有明显消减作用,达34.1%～48.5%。     

三峡库区等高绿篱技术对土壤物理性质的影响

等高绿篱是目前国内外广泛采用的一种十分有效的坡耕地植被恢复和水土保育技术,被认为是三峡库区农业生态系统持续发展的有效途径之一。以等高绿篱（新银合欢和黄荆）篱前淤积土为研究对象,评估等高绿篱一坡地农业复合种植模式下不同土层深度、不同距篱（坎）距的土壤水分及物理性质变化特征。结果显示：绿篱处理的土壤非毛管孔隙度、饱和入渗率、饱和含水量和自然含水量均高于石坎梯田处理,而土壤密度和田间持水量均小于石坎梯田处理,尤其在表层和第2层,其差异更明显,等高绿篱保育土壤效益显著;同一土层,随距篱（坎）距延长,绿篱处理的土壤密度、自然含水量逐渐增大,土壤非毛管孔隙度、饱和入渗率和饱和含水量逐渐减小,而石坎梯田处理的变化不明显;随土层加深,各处理的土壤密度、自然含水量均相应逐渐增大,土壤非毛管孔隙度、饱和入渗率和饱和含水量均相应逐渐减小,且处理之间差异也逐渐缩小;距篱（坎）远近间接反映了绿篱处理对土壤水分及物理性质的影响程度,距篱越近,影响越大;新银合欢处理与黄荆处理之间相比,效应相当。     

等高植物篱/大豆间作根系相互作用对生长和氮素吸收利用的影响

通过15N标记土壤的箱栽试验,探讨了地下部分隔作用对植物篱/大豆间作生长和氮素吸收利用的影响。结果表明,香根草/大豆间作系统中大豆吸N量,无隔和网隔处理比板隔处理分别增加20.1%和0.6%,香根草吸N量分别高出7.4%和24.2%;而紫穗槐/大豆间作系统中大豆吸N量,无隔和网隔处理比板隔处理分别降低28.3%和15.9%,紫穗槐吸N量依次降低14.3%和24.3%。香根草/大豆间作系统中,大豆植株15N丰度网隔处理低于无隔处理,而香根草15N丰度则表现为根系无隔时较高;紫穗槐/大豆间作系统中紫穗槐和大豆的15N丰度都表现为根系无隔时较低。在培栽条件下,间作抑制了大豆生长,影响到大豆N素的吸收利用;与大豆根系间相互作用抑制了紫穗槐生长,但一定程度上改善了香根草生长,推测根系分布在养分吸收利用中占重要地位。     

渭北旱塬梯田土壤钾素状况及影响因素分析

对渭北旱塬梯田土壤钾素特征、剖面变异性及影响因素的系统研究表明,表层各形态钾素中有效性钾和速效钾的空间变异性最大,钾素分布并不平衡;整体来看,因富钾矿物的作用导致钾储量(矿物钾和全钾)充盈,但约95%对植物长期无效;有效钾素(有效性钾和速效钾)的供应及潜在给源(缓效钾)都较富足。在80 cm剖面内,各形态钾素的变异性既反映出它们之间可相互转化,也揭示出梯田植物受钾素影响的范围在60 cm以内。有机质、CEC和粘粒对有效钾素影响较大;CaCO3和pH值对各形态钾素呈负效影响,特别是CaCO3对缓效钾的"稀释效应"最为明显;坡位、坡向和梯田类型对土壤钾素都有一定程度的影响;研究区梯田耕种至少17年以上钾素开始衰退,但降幅较小。     

泥河沟流域塬(坡)面水土保持工程效益评估

本文通过对泥河沟塬(坡)面已建水保工程蓄水保土和农果产量的调查分析,结果表明,塬(坡)面梯田工程效益最显著;塬(坡)面应以平整土地修建梯田为主,配以其它拦蓄工程。     

Calliandra calothyrsus as a Supplement for Milk Production in the Kenya Highlands

Two on-farm experiments and one on-station observation were conducted between July 1994 and September 1995 to study the effect of supplementation with fresh fodder of Calliandra calothyrsus on milk production from grade Friesian and Ayrshire cows in the second trimester of their lactations. The cattle were kept under zero-grazing systems on small farms in the coffee-based land use system at altitudes of 1500 to 1800 m on the slopes of Mt Kenya. These cows form a pivotal part of the farming system since they produce both milk for sale and manure for crop production. Milk production is normally in the region of 10 kg/cow per day when the animals are fed on a diet based on Napier grass and crop residues, together with 2–4 kg/day of commercial concentrate. In terms of milk production, 3 kg of fresh calliandra had the same effect on yield as 1 kg of additional dairy meal and, at normal production levels, the effects of the two supplements were strictly additive. Calliandra had a marked positive effect (about a 10% increase) on the butterfat content of the milk, a factor that was highly valued by farmers, even though institutional buyers as yet offer no premium price for milk quality. The average small farm can produce enough calliandra fodder to supplement two dairy cows and some additional small stock from relatively underutilized niches along the farm perimeter and terrace risers, without any adverse effect on current levels of crop production.     

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。     

等高反坡台阶整地对不同耕作系统根土微生态的影响

[目的] 为探究坡耕地等高反坡台阶整地对玉米连作和玉米—芸豆轮作系统根土微生态特征的影响。[方法] 以玉米—芸豆轮作为研究对象,玉米连作为对照,采用野外原位监测采样和室内试验分析相结合的方法,通过GC-MS和高通量测序技术分析作物根系分泌物和土壤微生物群落组成、结构特征,揭示坡耕地等高反坡台阶整地对玉米连作和玉米-芸豆轮作根系分泌物种类、含量和土壤微生物群落组成及多样性的影响。[结果] (1)根系分泌物相对含量变化在CRT措施上更为突出,在轮作模式中更为显著。(2) CRT2处理提高土壤微生物群落数量、丰富度和多样性效果更显著。(3)在根系分泌物与土壤微生物互作下,根系分泌物、土壤微生物、土壤环境因子的两两相关性在CRT2处理下更显著。[结论] 坡耕地等高反坡台阶整地通过改变玉米连作和玉米—芸豆轮作的根系分泌物含量,使作物根土微生态环境发生变化,提高土壤微生物数量、多样性及丰富度,且该措施与玉米—芸豆轮作结合的提升效果更佳,对根土微生态的改善作用更显著。研究结果为坡耕地作物种植、耕作方式选择及改善土壤微环境和水土流失综合治理提供理论基础。     

哈尼梯田生态系统地表水不同形态氮含量时空分布特征

为探讨哈尼梯田生态系统天人合一的水分和营养元素的利用模式,揭示哈尼梯田生态系统氮素时空变化规律,明确土地利用对氮浓度的影响,为哈尼梯田的水环境保护和可持续发展提供科学依据。以元阳县全福庄小流域为研究对象,应用Kriging空间插值法分析了该系统地表水氮素的时空分布特征。结果表明:(1)除NO_3~--N浓度在夏季和冬季呈强变异外,其他N浓度在不同季节的变异系数均小于100%,表现为中等程度变异。(2)梯田中下部TN、NO_3~--N和NH_4~+-N浓度变幅都较大,分别为0.103~0.849,0.010~0.143,0.052~0.446mg/L,森林地表水中TN、NO_3~--N和NH_4~+-N浓度的变幅都相对较小,分别为0.108~0.471,0.003~0.102,0.058~0.164mg/L。(3)TN、NO_3~--N和NH_4~+-N各季节的块金系数均小于50%,各季节均有较强的空间自相关性。TN、NO_3~--N和NH_4~+-N各季节的变程均在1 000m以内,表明各指标各个季节分别在不同尺度范围内分布连续,存在空间自相关性。(4)通过Kriging插值法得知,不同季节TN、NO_3~--N,NH_4~+-N地表水浓度从整体上为村庄梯田河流森林的分布规律。