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。     

基于空间模拟退火算法的最优土壤采样尺度选择研究

以研究区0.5 km×0.5 km(尺度a)网格的7050个样点为基础,分别得到1 km×1 km网格的1757个样点(尺度b),2 km×2 km网格的444个样点(尺度c),4 km×4 km网格的110个样点(尺度d),以土壤有机质(SOM)为目标属性,运用模拟退火算法对4种采样尺度的土壤样点进行优化选择,确定区...     

县域尺度不同地貌类型景观空间格局分析——以湖南省醴陵市为例

地貌是影响景观空间格局的自然要素之一,本研究应用GIS软件,以湖南省醴陵市为例,分析了县域尺度不同地貌类型下景观格局的空间特征.结果表明:(1)地貌类型深刻影响景观格局的空间分布,同一景观类型在不同地貌区中的空间格局存在差异,总体表现为林地和水田占主导地位的景观格局.(2)随着地势的升高,林地景观优势愈加明显,其他景观类型的分布比例逐渐减少,景观多样性降低.(3)平原、低山区景观的空间异质化程度较高,破碎程度深;在海拔较高的山区,土地利用景观类型相对简单、优势度高,生态系统稳定.     

不同采样尺度下土壤碱解氮空间变异性研究——以榆树市农田土壤为例

在精准农业的实施过程中,研究如何用较少的样本来反映田间信息的空间变异规律,再用科学的插值方法进行插值和预估是精准农业研究中的一个关键问题。以东北典型黑土区——吉林省榆树市为研究区域,在榆树市弓棚镇13号村内选择相对平整的地块进行土壤采样并测试其土壤养分。在对原始采样格网点按一定的样点间隔和布局进行抽取的基础上,利用克里格插值方法和BP神经网络方法分别进行空间插值,比较不同采样尺度（40m×40m,56m×56m,80m×80m,113m×113m,160m×160m五个尺度）对空间插值精度的影响。结果表明:（1）随着采样尺度的增大,碱解氮的空间结构系数C/（C₀+C）有减小的趋势,表明采样间距以内的不可估计误差逐渐增大,其空间结构的表现能力在逐渐减弱;（2）Kriging插值精度总体优于BP神经网络,随着采样尺度的增加,两种模型的模拟精度都有所下降,BP神经网路的插值精度和Kriging模型的插值精度的差距逐渐减小;（3）两种模型在113m×113m尺度上插值精度都发生了突变,如考虑碱解氮的空间变异规律和经济因素,碱解氮的最佳采样尺度应在80～113m。     

基于耕地质量指数局部空间自相关的耕地保护分区

科学合理地制定耕地保护分区,是实现耕地差异化保护、精细化管理的重要保障。该文采用Moran散点图和局部空间自相关分析相结合的方法,以耕地质量指数为空间变量,探讨广宁县耕地质量的空间结构性特征和聚集性规律,并据此提出耕地保护分区方案。研究结果表明:广宁县耕地质量在空间分布上呈现出一定的聚集性规律,正相关类型(高-高和低-低型)多以"组团"形式出现,聚集性较强;负相关类型(高-低和低-高型)无明显集中区域,零星分布。基于局部空间自相关分析的耕地保护分区,既综合考虑了耕地自然条件、利用条件和经济条件,同时将耕地质量的空间属性作为第4维,纳入到耕地保护分区研究中,为耕地差异化保护、精细化管理提供了思路。最后,提出了基于局部空间自相关的耕地保护分区方案及相应的保护措施,可为研究区域耕地保护分区提供参考。     

泾河流域径流-泥沙的尺度效应研究

[目的]分析泾河流域径流和泥沙的尺度效应,并通过突变检测确定突变时间点,对比突变前后水沙尺度效应的变化,为气候变化和人类活动对水沙尺度效应研究提供支持。[方法]收集整理了泾河流域1958—2013年的水沙资料,基于流域水沙异源的特性,将流域分成南北两个分支,分别探讨2条分支水沙的尺度效应,并通过Mann-Kendall突变检验方法计算出突变时间点,对比突变前后尺度效应的异同。[结果](1)南北两分支的径流—泥沙之间的尺度效应具有反向关系。北支(洪德—张家山)的产流模数随面积增加表现为线性增加,南支(三关口—张家山)的产流模数随面积增加表现出对数函数关系,随集水面积增大产流模数先快速减小后缓慢减小。北支的产沙模数随面积增加表现为线性减少,南支的产沙模数随面积增加表现出幂函数关系,即随面积增大产沙模数先快速增加后缓慢增加;(2)突变后水沙都比突变前出现了不同程度的减少,突变前后水沙的尺度效应大部分具有相同的拟合函数关系式,仅南支的产沙模数由突变前的最优二项式函数拟合转变为突变后的线性函数。[结论]气候变化和人类活动的共同作用不同程度的改变了泾河流域径流—泥沙的尺度效应。     

湘西北小流域坡面尺度地表径流与侵蚀产沙特征及其影响因素

根据湖南西北部武陵山区女儿寨小流域2004-2008年间坡面径流小区降雨产流产沙的定位观测资料,对流域坡面尺度产流产沙特征及其影响因素进行了分析,为评价流域植被恢复提供参考。结果表明:灌木林和润楠林具有良好的保水减沙效益,油桐林相对较差,自然植被恢复同样带来良好效益,坡耕地年均产流产沙均为最高,反衬了植被与自然恢复措施较好的水土保持效应。降雨因子中,降雨量P与坡面产流产沙相关性最强,其次是降雨侵蚀力R,最大10 min雨强I10与坡面产流产沙相关性最小,其相关系数不到0.5;多元逐步回归分析表明,降雨因子对产流产沙的影响明显。坡耕地产沙随产流的变化趋势最大,其决定系数R2达到0.7693,灌木林最小,其R2仅为0.425。通过灰色关联分析,植被、地形、土壤相关因子对坡面产流产沙影响显著,关联度值均在0.5以上,植被总盖度对坡面产流产沙的影响均为最大,说明植被具有很强的水土保持功能,植被恢复仍是该区域今后改善生态环境的重要措施。     

陆生植物对全球环境变化的适应

全球环境变化对陆地生态系统产生了深刻影响,而陆生植物对环境变化具有一定的适应机制。在生理过程中,信号物质能够对植物的生理过程进行调节,植物会主动积累或合成小分子物质以减轻逆境的伤害。在个体水平上,植物通过调节同化物在不同器官中的分配来适应环境条件的变化;植物对水氮资源的权衡利用可以使其适应不同的资源环境条件;由于对非结构碳水化合物的奢侈利用,植物生长不会受碳供应的限制。植物生理生态过程中的适应机制会影响陆地生态系统的碳收支。只有在综合分析的基础上建立整合植物适应机理的数学模型,才能准确预测环境变化对陆地生态系统的影响。     

土壤物理学研究的现状、挑战与任务

根据新近土壤物理学研究进展,论述了土壤物理学在土壤学中的定位和在自然科学和社会可持续发展中的地位;从研究的对象、内容、尺度、理论、方法和测定技术方面,阐述了土壤物理学的研究现状;分析了新形势下土壤物理学面临的挑战;提出了我国土壤物理学研究未来10年5个方面的主要任务,即:农业可持续发展中的土壤物理问题,土壤结构形成过程及其稳定性,土壤中能量传输和物质运移过程,土壤性状及过程的时空变异与尺度转化,土壤物理过程与土壤化学、土壤生物过程的耦合。     

山地丘陵区村级尺度耕地质量评价及保护分区

科学开展耕地质量评价,合理划定耕地保护分区,是实现耕地差异化保护和管理的重要前提。研究采用空间自相关方法,以重庆市荣昌区为例,以国家等耕地质量指数为空间变量,从村级尺度探讨山地丘陵区耕地质量的空间关联性与集聚特征,并基于局部空间自相关分析结果提出了耕地保护分区方案。结果表明:(1)荣昌区耕地质量全局空间上呈现较弱正相关性,全局Moran′s I值表现为耕地等别指数>利用等指数>自然等指数;局部空间上呈现较强变异特征,70%以上空间类型表现为随机分布,正相关类型(HH型和LL型)多以"组团"形态存在,负相关类型(LH型)以"点状"形态存在;(2)基于局部空间自相关类型特征及顺序组合,将耕地保护划分为重点保护区、重点改良区、适度改良区和适度调整区4类,并针对性提出耕地保护措施及管控说明。因此,在自然地理条件欠佳的山地丘陵区,研究结果可为各级行政主体精准有效地实施耕地保护和质量建设提供参考。