黑土区田块尺度土壤有机质含量遥感反演模型

为了对田块尺度土壤有机质进行空间反演并提高模型精度和稳定性,该文以黑龙江省黑土带41.3 hm~2田块为例,获取2016年5月中下旬两期(受限于拍摄周期和天气原因而选择不同卫星影像,2016年5月17日Landsat 8影像和5月25日Sentinel-2A影像)裸土时期遥感影像和4 m分辨率DEM数据;分析单期影像与土壤有机质(soil organic matter,SOM)的关系,两期影像所包含的土壤含水量变化信息与地形因素对SOM预测模型精度的影响,建立基于BP神经网络的SOM遥感反演模型。结果表明:该田块内SOM含量差异较大;利用单期影像预测SOM时,基于红波段和785~899 nm波段建立的预测模型精度(建模均方根误差RMSE 1.033,检验RMSE 1.079)和稳定性(建模决定系数R2 0.677,检验R20.644)较高;两期影像时,基于红波段和1 570~1 650 nm波段建立的预测模型精度(建模RMSE 0.855,检验RMSE 0.898)和稳定性(建模R2 0.792,检验R2 0.797)显著提高;在两期影像模型基础上,加入地形因子作为输入量,模型精度(建模RMSE 0.492,检验RMSE 0.499)和稳定性(建模R2 0.917,检验R2 0.928)进一步提高。研究成果可为土壤碳库估算和农田精准施肥提供理论与技术支持。     

引入地形因子的黑土区大豆干生物量遥感反演模型及验证

为了对田块尺度农作物地上干生物量进行估测,提高大豆地上干生物量反演模型的精度和稳定性,该文获取了研究区地块2016年7、8月份的SPOT-6多光谱数据,并测定不同地形坡位的大豆地上干生物量,以归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)为输入量,建立田块尺度大豆地上干生物量一元线性回归模型;加入与地上干生物量相关的地形因子,建立逐步多元回归和神经网络多层感知反演模型.结果表明:1)使用传统的单一植被指数模型预测大豆地上干生物量有可行性,但模型精度和稳定性不高.2)加入地形因子(海拔、坡度、坡向)的神经网络多层感知器模型,有较高的精度和可靠性,模型准确度达到90.4％,验证结果显示预估精度为96.2％.反演结果与地块的地形、地貌、气温和降水特征基本吻合,反映了作物长势的空间分布特征,可以为田块尺度大豆地上干生物量动态监测和精准管理,提供借科学依据.     

黄土丘陵区的土地利用变化及其生态风险

[目的]探讨土地利用方式对生态风险的影响,为黄土丘陵区生态保护与土地利用决策提供一定依据。[方法]通过构建土地利用方式决策分析模型及土地利用生态风险指数,分析了上黄试区不同时期土地利用方式决策模式及其生态风险演变特征。[结果]研究初期,上黄试区土地利用方式模式表现为耗损型,生态风险呈现较高风险态势。1982—2000年,上黄试区通过开展基本农田建设、加强农业生产管理、发展庭园经济等措施,提高了土地的生产能力,土地利用方式由耗损型逐步转变到半集约型,生态风险也由较高风险过渡到中风险态势。2000—2010年,在国家退耕还林还草政策的推动下,土地利用方式由半集约型转变为集约型,生态风险也由中风险转变为较低风险。[结论]科技因素是推动土地利用方式决策与生态风险转变的关键,而政策因素是必要的补充。     

模拟径流条件下工程堆积体陡坡土壤侵蚀过程

工程建设过程中形成的堆积体具有独特的土壤组成及复杂的下垫面条件,堆积体表面土壤结构体缺失、土质松散、植物根系及有机质缺乏等,导致其土壤抗冲性极差,径流条件下堆积体陡坡坡面的土壤侵蚀过程亦表现出不同的特点,该文通过野外放水试验,对高速公路沿线典型堆积体陡坡（36°）在模拟径流冲刷条件下的土壤侵蚀过程进行了研究,结果表明,次径流过程中径流强度变化与放水强度及径流含沙量密切相关,三者之间呈多元线性相关;重力侵蚀对径流含沙量的变化具有重要影响,试验条件下重力作用的临界放水条件在20～25 L/min之间;坡面产沙过程存在产沙量的突变、波动变化和稳定发展3个阶段;不同坡段产沙量的空间分布存在持续稳定减小和震荡式波动衰减2种变化形式;土壤剥蚀率与单宽流量呈线性关系,与时段产沙量及流宽呈幂函数关系;最后,时段产沙量与时段径流量呈幂函数关系,累积产沙量与累积径流量呈线性关系。     

晋西黄土丘陵区不同人工林枯落物持水特性研究

为了定量评价森林枯落物的水文功能,通过野外观测和浸水法实验,调查了晋西黄土丘陵区不同人工林枯落物的蓄积量,分析了枯落物的持水能力与过程,并对枯落物持水量、吸水速率与浸泡时间的相互关系进行了研究。结果表明,枯落物蓄积量为6.81~56.64t/hm²,由大到小表现为:落叶松×白桦>落叶松>侧柏>油松×刺槐>油松>白桦>柠条>刺槐不同森林类型的枯落物最大持水量为10.08~100.78t/hm²,最大持水率变化范围为146.54%~203.74%,最大拦蓄量为9.41~88.65t/hm²,有效拦蓄量为7.90~73.53t/hm²枯落物浸水实验结果表明,枯落物持水量与浸水时间存在对数曲线关系,而枯落物吸水速率与浸泡时间呈反函数关系,在浸泡最初的0.5h持水量迅速增加,随后增幅减小,在12h以后枯落物吸水基本达到了最大值,持水量趋于动态平衡。表明落叶松×白桦混交林林下枯落物是8种林地中持水性最优的,刺槐纯林枯落物持水特性最差。     

黄土丘陵区退耕地植被景观时空变异特征

对黄土丘陵区退耕地植被特征的时空变异性进行了研究.结果表明,不同植被类型区植被特征之间差异不是很显著,仅延安与安塞在物种丰富度之间和安塞与吴旗在物种多样性之间存在较显著的差异(0.01＜p＜0.05),其它的两两之间的差异并不明显.延安森林带北缘→安塞森林草原带植被指数呈下降趋势,降幅最大为17.65%,变异系数呈增大趋势,增幅最大为21.49%;安塞森林草原带→吴旗草原带物种丰富度指数及其变异系数都呈增大趋势,而物种多样性和均匀度指数呈减小趋势,其变异系数呈增大趋势.植被指数随退耕年限的变化趋势图都有两个明显的峰值,并在退耕20年左右后植被群落逐渐稳定.     

贵州中部岩溶丘陵区不同土地利用和管理方式对土壤肥力的影响

本文研究了黔中岩溶丘陵区几种不同士地利用和管理方式下土壤物理、化学和生物学性状的特征。结果表明,农林(林草)复合利用模式在土壤粒级组成、孔隙分布、持水性能、有机质和N、P养分、酶活性等方面表现出较好的肥力性状特征,有机无机肥配施、精细管理的灌溉农田次之,而粗放管理的旱坡耕地,土壤肥力性状严重恶化,逐步向石漠化景观演变。不同土地利用方式和管理措施显著影响土地肥力变化的程度和方向,调整土地利用结构,实行基本农田精细管理、陡坡耕地退耕还林(革)是保护土地资源,实现区域生态重建和农业可持续发展的根本途径。     

Short-term gully retreat rates over rolling hill areas in black soil of Northeast China

Soil loss has become one severe problem in black soil areas of Northeast China after several decades of cultivation. Gully erosion is one of its main components. In this study, short-term gully retreat was monitored from 5 active gullies selected in representative black soil area during April 2002 to June 2004, using differential global positioning system (GPS). With the support of geographic information system (GIS), multitemporal digital elevation models (DEM) were constructed from the data collected by GPS and then used for further analysis. This presents a new method to compute the retreat rate of gully heads and the rate of soil losses caused by gully erosion. The results indicate that the average volumetric retreat rate was 729.1 m³ year^− 1, corresponding with an average linear retreat rate of 6.2 m year^− 1 in gully head and planimetric changes of 323.6 m² year^− 1 during the two monitored years, but more erosion took place during the second and third monitored period compared to the first. The erosion by freeze thawing and snowmelt accounts for a large percent. And this will be emphasized when rainfall is added in spring. If only considering the third monitored period, the conservatively estimated retreat rate by freeze thawing and snowmelt (i.e. before rainy season) may even reach 8.6 m year^− 1 in gully head, with a volumetric rate of 120.9 m³ year^− 1 and planimetric changes of 173.6 m² year^− 1. These results reveal that gully erosion is a great threat in the study area and conservation measures are urgently needed. Based on the analysis of multi-temporal DEM, one conceptual model for gully developing in black soil of Northeast China is proposed, which is supported by the data.     

黄土丘陵区退耕地土壤养分变异特征

在延安、安塞和吴旗选择典型黄土丘陵不同植被类型区的不同年限退耕地为试点,通过S型方法采集土样,应用土壤养分系统研究法进行了养分分析,并应用传统统计学对土壤养分变异进行了研究。结果表明,不同植被类型区土壤养分性质均存在着空间变异。受传统农业影响的有机质、全N、有效N和速效K的变异较大;而全P和速效P的变异相对较小。不同退耕年限的土壤养分含量及其变异系数存在着明显差别。退耕初期,受耕作和施肥影响,土壤养分含量较高,植被特征指数呈显著上升趋势且变异性较大;随着耕作施肥活动的停止和植被恢复对土壤养分的消耗,使土壤养分含量有一个降低的过程,土壤养分的变异也较大;而随着植被恢复和群落演替的继续,植被枯落物逐步增多,土壤也逐步发育,植被指数与土壤养分均呈增长趋势,并在退耕地20年左右时达到稳定状态,但土壤的发育往往滞后于植被特征的变化。     

基于RS的黄河中游多沙粗沙区土地利用变化分析

据1975年的LandsatMSS、1986年和1997年的LandsatTM影像资料,运用遥感影像计算机自动分类方法获取土地利用信息,用GIS空间分析方法以及数理统计方法全面分析了黄河中游多沙粗沙区1975～1986年和1986～1997年两个时期内各土地利用类型的变化幅度、变化速度、数量变化的区域差异、变化方向以及变化方向的区域差异等.结果表明:后期土地利用类型间的相互转化有所增强;耕地、草地、林地和未利用地是本区土地利用变化的主导类型,耕地、草地与其它土地利用类型间的相互转化分布校广;后期耕地被居民地占用的面积和毁林开荒的面积比前期有所增加.