基于机器学习的棉花叶面积指数监测

为实现基于机器学习和无人机高光谱影像进行棉花全生育期叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)监测,该研究基于大田种植滴灌棉花,在不同品种及不同施氮处理的小区试验基础上,对无人机获取的高光谱数据分别采用一阶导(First Derivative,FDR)、二阶导(Second Derivative,SDR)、S...     

红河干热河谷林草地红壤中优先流的形态分布特征

[目的]在红河干热河谷地区开展优先流形态分布特征及与红壤特性关系的研究,为区域水资源管理和防治水土流失等工作提供理论依据.[方法]以干热河谷地区典型植被林地和荒草地为研究对象,采用野外染色示踪法并结合图像处理技术研究优先流的形态分布特征及对红壤特性响应.[结果]①林草地上层剖面平均染色面积分别为87.20％和91.97...     

草原矿区排土场沙障的生态保护成效

[目的]研究不同沙障的防风效能及对其表层土壤粒度组成、土壤养分和植被生长的影响,为草原矿区排土场边坡沙障优选提供理论依据。[方法]以研究区排土场边坡设置不同规格(0.5 m×0.5 m, 1.0 m×1.0 m和1.5 m×1.5 m)的苇帘沙障和沙柳(Salix psammophila)沙障为研究对象,选取防风效能、表层土壤粒度组成、土壤养分和植被生长情况来评估排土场边坡不同沙障的生态保护成效。[结果](1)布设沙障可降低地表风速,0.5 m×0.5 m苇帘沙障在10 cm高度处防风效能最大,为84.30%。防风效能总体表现为0.5 m×0.5 m>1.0 m×1.0 m>1.5 m×1.5 m。(2)0.5 m×0.5 m苇帘沙障表层土壤粉粒、极细砂和细砂含量占比最多,为58.28%,并且其土壤含水量、有机质、全氮、全磷含量最高,较对照分别增加了29.72%,29.69%,22.22%和83.33%;0.5 m×0.5 m沙柳沙障全钾含量最高,较对照增加了8.80%。(3)布设沙障促进了草本植物定居,使沙障小区内植物种类增多并且小规格沙障的植物种类均多于大规格沙障中的植...     

油菜红边特征及其叶面积指数的高光谱估算模型

在2003～2004年油菜生长季,选用6个油菜品种,设置3个氮素水平的小区试验。在不同发育期同步测定油菜冠层的光谱反射率及对应叶片的叶面积指数。利用油菜冠层的光谱反射率数据提取红边参数,分析其变化规律,油菜叶面积指数与红边参数的相关性,估算结果表明：油菜冠层红边一阶导数光谱具有“双峰” 现象,红边位置λ_red位于690～720 nm之间,在油菜生长旺盛期间出现“红边平台”,前期有“红移”,后期有“蓝移”现象;叶面积指数与冠层光谱红边参数λ_red、Dλ_red、S_red之间在开花前存在显著相关,但开花后相关性不显著;利用开花前的红边参数可以估算油菜的叶面积指数,开花后的红边参数不能用于估算油菜的叶面积指数;最后建立了不同时期和开花前油菜叶面积指数的估算模型。     

Dynamics of soil microbial biomass C and soil fertility in cropland mulched with plastic film in a semiarid agro-ecosystem

Microbial biomass C (MBC) is one of the soil properties used as an indicator for the fertility status of a soil. A study was conducted on a semi-arid Loess Plateau in China. The field was planted with spring wheat and mulched with plastic film for various lengths of time. Our primary objectives were to (i) explore the influence of film mulching on soil MBC and soil fertility, and (ii) seek an effective approach of maintaining and improving sustainability of cropland mulched with plastic film in two growing seasons. Four treatments were tested, non-mulching (M0), mulching for 30 days after sowing (M30), mulching for 60 DAS (M60) and mulching for the whole growing period (Mw). An increasing air temperature with time within the growing season promoted soil MBC in the two growing seasons, but a severe drought led to a lower MBC in 2000 compared with the wet year of 1999. Film mulching promoted MBC significantly in the 2 years, but decreased soil organic carbon (SOC). SOC is very low in the experimental soil, accounting for the higher MBC/SOC ratio compared with ratios reported by others. The SOC is greatly reduced in the non-mulched and the Mw treatments compared to the M30 and M60 treatments. In conclusion, the benefits of film mulching in semi-arid agricultural systems are enormous but realizing their full potential depends on how long the mulching material is maintained during the growing season. In the system tested, it is desirable to mulch the plots for 30-60 DAS in order to enhance microbial biomass and cycling of nutrients and also to provide a more stable soil micro-environment that generates more residues in the rhizosphere.     

环滇池地区2000-2020年“三生”空间格局演变及其驱动力

[目的] 研究环滇池地区“三生”空间格局演变及驱动力,为研究区国土空间优化和滇池保护提供支撑。[方法] 基于环滇池地区2000,2005,2010,2015和2020年5个时期土地利用和社会经济数据,采用空间分析、动态度、转移矩阵、景观格局指数和地理探测器等方法,分析环滇池地区2000—2020年“三生”空间格局演变及驱动力。[结果] ①环滇池地区生态空间和生产空间持续缩减,生活空间逐渐增加;“三生”空间综合动态度波动上升,但生产空间和生态空间单一动态度持续下降;生态空间和生产空间缩减区域与生活空间扩张区域均主要位于滇池周边;官渡区、安宁市和呈贡区“三生”空间变化最为剧烈。②空间转移特征表现为：生态空间和生产空间主要转向生活空间,生活空间主要转向生产空间;生态空间主要来源于生产空间,生产空间主要来源于生态空间,生活空间来源于生产空间和生态空间。③景观格局指数显示,“三生”空间破碎化有所降低,但仍处于较高水平,斑块形状先复杂后简单,凝聚程度先下降后紧实,“三生”空间中斑块呈现均匀化分布趋势,景观多样性增强。④自然地理因素是“三生”空间格局演变的基础性决定条件,社会经济因子是“三生”空间格局演变的直接推动力,政策规划因子是“三生”空间格局演变的间接推动力。[结论] 环滇池地区“三生”空间动态变化显著,空间差异明显,格局演变受到自然地理、社会经济和政策规划因子多重作用。     

2005-2014年重庆石漠化地区NDVI的时空变化及其与气候因子相关性分析

为了了解重庆石漠化地区植被恢复以及生态环境治理状况,选取重庆石漠化地区归一化植被指数(NDVI)及气象数据,利用趋势分析、变异系数分析以及偏相关分析等方法,重点探讨了重庆石漠化地区2005-2014年NDVI的时空变化特征,并分析了NDVI变化与气候因子之间的相关性。结果表明:(1)重庆石漠化地区NDVI年际变化总体上呈增加趋势,增加速率为0.08/10 a,其中渝东北地区增长速率相对较高,达0.09/10 a,而NDVI季节变化存在一定差异性,春季增长最为显著,主要分布于渝东北、渝中和渝西地区;(2)渝东北石漠化地区NDVI呈增加趋势的区域范围较大,这对于三峡库区生态环境改善以及水土保持起着至关重要的作用;渝东南、渝中和渝西石漠化地区NDVI整体保持不变,而NDVI呈减小趋势的区域主要分布于乌江流域;(3)重庆石漠化地区2005-2014年NDVI变异系数相对较低,以稳定为主;(4)重庆石漠化地区降水和气温分别与NDVI之间正相关性都大于负相关性。总体上降水量的增加一定程度促进了三峡库区植被的生长,而温度的降低一定程度上抑制了乌江流域植被的生长。     

基于土地利用的三峡库区近30年生态系统服务价值时空变化特征

为了分析和探究三峡库区生态系统服务价值的时空变化特征,以Landsat TM/Landsat 8 OLI遥感影像为基础数据,运用RS和GIS技术提取了研究区1986年、1995年、2000年、2007年、2010年和2018年的土地利用数据,并运用土地利用动态指数模型和土地利用程度指数模型对其土地利用类型的变化趋势进行了分析。另一方面,核算了研究区相应年份的生态系统服务价值,并分析了其时空演变特征,同时对土地利用程度与ESV的相关关系进行了分析。结果表明:(1)1986-2018年,三峡库区耕地、林地和草地面积呈现减少的趋势;水域、建设用地和未利用地面积呈现增加的趋势;(2)不同土地利用类型的变化速度具有差异性,其中,建设用地和水域变化较快,耕地、林地、草地和未利用地变化较慢;(3)1986-2018年,三峡库区生态系统服务价值总量由1639.56亿元持续增长到1662.01亿元,整体增幅1.37%;(4)研究区ESV具有空间正向自相关性,其中高值区聚集明显,中低值区分区域相邻布局;(5)土地利用程度与ESV存在强烈的正相关关系。三峡库区近30年来的生态系统服务价值整体上有所提升,生态状况有所改善,但区域间差异较大,局部地区仍需特别关注,生态系统服务价值与土地利用之间存在着密切相关性。     

华北平原潮土区粮田氮淋失阻控措施及效果分析

华北平原潮土区是我国重要的粮食主产区,改革开放40多年来该区农业经历了以高水肥投入为主要特征的集约化进程,相应的氮淋失导致的面源污染自20世纪90年代以来不断加剧。本研究针对华北平原潮土为主要类型的粮田,对过去40多年间主要研究文献进行全面分析,梳理氮肥和水分投入与氮淋失之间的定量关系,比较主要农田管理措施对氮淋失的阻控效果及其机理,以期为我国农业面源污染提供决策支持。研究发现,氮肥和灌溉是影响华北平原潮土区粮田氮淋失的主要因素,其中氮淋失与氮盈余量之间呈指数关系,比与施氮量的指数关系更显著。基于机器学习的随机森林回归模型能够考虑包括施肥、灌溉、土壤条件和气象等多因素对氮淋失的影响,未来在定量预测中有较好前景。同等氮肥投入条件下,由于氮供应与作物吸收契合度高,有机无机配施能显著降低氮淋失。以缓控释肥、尿酶和硝化抑制剂为代表的肥料增效剂可以降低约1/3的氮淋失,值得重点推广应用。秸秆还田可以实现包括提高土壤有机物和微生物氮库、增加无机氮缓冲容量等综合效益,有利于降低氮淋失风险(降低比例达10%),但免耕的阻控效应较低且呈现较大不确定性。调整种植制度、休耕、间作套种和种植填闲作物等措施会影响粮食产量,推广过程中应慎重。氮淋失的阻控效果更多受到社会、经济和政策等因素的影响,今后应采取包括生态补偿等手段发挥农民主动性,从政策和法律法规层面创造实施氮淋失阻控措施的社会环境。