基于多指标评价和分形维数的坡耕地土壤优先流定量分析

以重庆紫色砂岩区坡耕地田间染色示踪试验为基础,采用形态学和统计学方法,对3种坡耕地土壤剖面染色图像进行指标提取,运用多指标评价法确定了优先流指数PFI,并结合几何学中的分形理论,定量评价了土壤优先流的发育程度,结果表明:6个优先流特征指标(优先流区染色面积比、基质入渗深度、优先流分数、长度指数、峰值指数和变异系数)均表现出南瓜地和柑橘地的优先流程度高于玉米地;优先流指数PFI由大到小为南瓜地(0.88)、柑橘地(0.77)、玉米地(0);通过Fractal Fox 2.0软件计算得到的优先流湿润峰迹线分形维数由大到小为南瓜地、柑橘地、玉米地。与土壤优先流指数PFI进行比较,所得结果基本一致,说明利用分形维数来评价土壤优先流发育程度是较为准确可行的。该方法基于田间尺度,具有简单易行,成本低,准确性高的特点,丰富了土壤优先流的研究方法。     

基于微DEM的黄土坡耕地微地形分形维数计算

在通过GIS技术模拟黄土高原坡耕地地表微地形特征的基础上,利用体积-表面积法对微地形分形维数进行了初步计算.结果表明,在坡度分别为5°和10°的条件下,人工锄耕,人工掏挖地微地形分形维数分别为0.130 0和0.126 6,0.174 7和0.083 5.这为系统研究黄土高原坡耕地微地形分形特征奠定基础.     

基于分形维数的玉米和杂草图像识

提出了利用分形维数来识别玉米和杂草的方法.将田间采集到的原始图像转化到HSI空间,利用H分量的不变特性进行图像变换,以消除光照的影响,有利于图像的分割处理.为了识别出玉米和杂草,比较了3种分形维数的计算公式和计算方法,利用Matlab编写的分形软件得到了玉米和杂草的平均分形维数,试验结果表明:Bouligand-Minkowski方法最佳,其中玉米和杂草的平均分形维数分别为1.204和1.079.利用SVM方法进行识别,正确率可以达到80%.     

基于分形维数的表面粗糙度实时监测

零件的表面粗糙度是影响零件加工质量的因素之一,目前企业通常采用抽检形式结合轮廓仪等设备对零件进行表面粗糙度测量。此类离线检测方法在大部分企业的质量管理模式中较常见,但存在漏洞,由于是抽样检测,因此可能存在部分有质量缺陷的零件未被检测到,导致废品率的产生,增加了成本。基于分形维数理论,研究了一种在零件加工时对表面粗糙度进行实时监测的方法,通过某企业加工中心采集数据,验证了其可行性。     

土壤类型对优先流路径和磷形态影响的定量评价

以中国贡嘎山由青灰色砂质冰水堆积物发育而成的疏松岩性土壤和德国厄尔士山渍水土壤优先流路径为研究对象,通过野外染色示踪试验和改进的Hedley磷形态提取法,使用优先流染色面积比和优先流程度评价指数定量评价不同类型土壤的优先流程度,通过相关关系分析进一步揭示不同土壤类型中优先流路径对磷形态分布的影响。结果表明:贡嘎山和厄尔士山优先流图片总染色面积比分别为31%和52%,厄尔士山渍水土优先流比贡嘎山疏松岩性土发育较好。贡嘎山疏松岩性土壤优先流发育程度与潜在生物可利用无机磷和有机磷贡献率显著正相关,而即时生物有效无机磷和磷灰石磷与厄尔士山渍水土壤优先流发育程度显著正相关。土壤类型影响优先流路径分布和土壤磷形态分布,从而影响土壤磷赋存状况和下游水质安全。     

基于染色图像变异性分析的优先流程度定量评价

应用统计学样本变异性分析方法,结合形态学图像处理技术,对田间尺度下土壤染色剖面优先流染色区的图像进行变异性分析,评价不同处理条件下农地土壤优先流的发育程度。结果表明:土壤湿润锋渗透速率和土壤染色图像指数(染色面积比、基质流深度、优先流比、长度指数)的变化均表征湿润农地的优先流程度高于干燥农地;将提出的优先流评价方法与土壤染色图像指数进行对比分析,所得结果相一致,表明所提方法可以准确评价土壤优先流发育程度。优先流区图像变异性分析方法简单易行,提高了直观评价染色图像的准确性,能够从统计学和形态学角度来量化分析土壤优先流的发育程度。     

基于分形维数的垩白米图像检测方法

提出了一种基于分形维数的垩白米检测算法,并与基于垩白大小的检测算法进行了试验对比分析。分形维数包含了大米垩白区域的累计和空间分布特征,更能客观反映垩白区域的信息。试验结果表明,该算法的识别正确率为95.1％,可以有效识别垩白米,而且识别效果好于基于垩白大小的检测算法。     

基于图像处理方法的根系分形维数估计

应用图像处理方法,给出了根系分形维数估计的网格计数法,得到了相应的算法,即先用数字图像采集设备取得根系的图像,再用网格计数法对处理后的图像进行计盒维数估计,并用Java语言进行实现,为根系研究提供了一种新的思路和手段。在此基础之上,计算了黑麦草(LoliumperenneL.)根系的分形维数,与实测数据基本吻合。此方法不仅解决了对根系研究直接测量难度大、工作量大的问题,而且可用于多种植物根系的分形维数计算。     

利用CT扫描技术确定土壤大孔隙分形维数

土壤大孔隙的大小、形状和分布对水及溶质在土壤中的运移有着深刻影响,由于土壤大孔隙的分布呈现分形规律,根据采用CT扫描法得到的原状土柱各断面图像,采用计盒维数法计算出各断面土壤大孔隙的分形维数。     

基于色调分形维数的柑橘糖度和有效酸度检

研究了宫川温州蜜柑糖度及有效酸度的机器视觉检测技术及影响检测精度的因素.对机器视觉系统采集的柑橘图像进行图像裁切、亮度法去图像背景和RGB空间至HSI空间的转换,将柑橘色调范围分割为0°～20°、20°～40°、40°～60°、60°～80°、80°～100°和100°～120°共6个区域,提取各区域色调分形维数,以此作为BP神经网络输入,无损检测宫川温州蜜柑糖度及有效酸度.167个测试样本的检测结果表明:在±1.5°Brix精度范围内糖度正确识别率为66.6175%,在±0.5精度范围内有效酸度正确识别率为73.9275%.宫川温州蜜柑糖度及有效酸度与果皮色调分形维数之间具有相关性,可用机器视觉检测其糖度及有效酸度.     

基于数量生态学的农地优先路径水平分布特征研究

应用数量生态学中的空间点格局分析方法(g(r)函数),经Monte-Carlo随机模拟检验,对三峡库区紫色砂岩区农地(垂直土层深度10~50 cm)不同影响半径土壤优先路径水平分布特征、以及与生物活动的空间关联性进行分析。结果表明:同一影响半径的优先路径随土层深度的增加,数量逐渐减少,同一土层随影响半径的增加优先路径的数量逐渐减少;同一土层,较小影响半径优先路径仅在小尺度(0~20 mm)上呈聚集分布,但随影响半径和尺度的增加,聚集分布状态逐渐明显;不同影响半径的优先路径随土层深度的增加,也逐渐表现为聚集分布格局,较大影响半径优先路径聚集分布状态显著大于较小影响半径的优先路径;优先路径的分布与形成,不仅受到土壤自身膨胀、干缩等因素影响,而且与生物活动的空间关联性呈正相关关系,对大影响半径(R≥1.0 mm)的优先路径影响较大。空间点格局分析法相比CT扫描、土壤水分穿透曲线等测定土壤优先路径的方法更简单易行,所得结果相一致。这种方法能从形态学角度来量化分析土壤优先路径的分布特征,更好地揭示其潜在形成过程。     

基于盒维数的水系分维值估算

水系分维值反映河网的复杂程度。利用Arcgis平台及其ModelBuilder基于30和90 m精度DEM(Digital Elevation Model,数字高程模型)提取泗合水流域、韩江流域及子流域河网,采用盒维数法计算系列阈值下的可能水系分维值,并与实际河网计算的分维值比较。结果表明:①泗合水流域分维值相关系数R\+2大于0.98,韩江流域R\+2大于0.97,二者分别在无标度区间内统计自相似,表现出较好的分形特征;②DEM分辨率对盒维数法计算水系分维值影响小;③流域水系分维值随汇流阈值的初增而骤减,然后平缓减小至趋于1;④选择合适的汇流阈值使数字河网与实际河网吻合时,数字河网的分维值一定程度上可以代表实际河网的分维值;⑤流域水系发育均匀时,具有较强的统计自相似性,整个流域与各子流域分维值相近,水系分维值与流域面积不相关。     

基于GIS的辽阳县耕地地力评价研究

采用综合指数法对辽阳县耕地地力进行评价。样点数共计4176个,在GIS支持下,将辽阳县土壤图、行政区划图、土地利用现状图进行叠加分析,确定评价单元6933个,采喟模糊评价、特尔斐法、层次分析法等,对土壤管理、耕层养分形状、耕层理化性状、剖面性状这4方面12个影响因子进行分析,并建立耕地地力评价体系及其模型。结果表明：全...     

基于GIS的辽阳县耕地地力评价研究

采用综合指数法对辽阳县耕地地力进行评价。样点数共计4176个,在GIS支持下,将辽阳县土壤图、行政区划图、土地利用现状图进行叠加分析,确定评价单元6933个,采喟模糊评价、特尔斐法、层次分析法等,对土壤管理、耕层养分形状、耕层理化性状、剖面性状这4方面12个影响因子进行分析,并建立耕地地力评价体系及其模型。结果表明：全县耕地地力等级可分为5等,其中,一等地有7181．92hm2,二等地有28570．76hm2,三等地有41425．70hm2、四等地有14778．67hm2,五等地有4873．65hm2,分别占辽阳县耕地总面积的7．42％、29．51％、42．78％、15．26％和5．03％。     

基于水量平衡原理的裂隙优先流双域渗透模型及其应用

针对农田裂隙在灌溉过程中造成灌水效率降低和养分淋失等现象,基于表层入渗、裂隙边壁层流通量、裂隙边壁水平吸渗三者与灌水强度平衡原理,构建了基于水量平衡的优先流双域渗透模型,采用染色示踪试验进行了验证,并基于该模型进行了初始/边界条件旋转设计模拟应用。结果表明,试验优先流模式可显著区分为基质流态（土层深度0~10cm）和优先流态（土层深度大于10cm）,染色覆盖率在土层深度大于10cm的区域内呈线性骤降趋势;对比分析实测和模拟流态可知,本文提出的裂隙流双域渗透模型可有效预测土壤上边界入渗特征、基质流入渗深度和染色覆盖率随深度的变化,实测和模拟染色覆盖率极显著相关（P<0.01,R2为0.981）,裂隙流发育可分为供水强度控制、表层入渗能力/裂隙边壁层流控制、表层/裂隙边壁入渗能力控制3个阶段。基于该模型采用初始体积含水率（θi为0.20、0.25、0.30、0.35cm3/cm3）和灌水强度（R0为0.10、0.08、0.06、0.04、0.03、0.02cm/min）旋转设计,分析了初始及边界条件下优先流特征,模拟结果表明,增大灌水强度可使优先流指数增加而降低灌水均匀度,而当初始含水率升高时,优先流强度减弱且基质流深度增加。本文基于水量平衡原理模拟了裂隙流湿润锋推移过程,消除了传统双域渗透模型难以量化裂隙边壁糙率和层流厚度的缺点,丰富了膨缩性土壤裂隙优先流预测理论,可为农田水分管理和水肥渗漏淋失抑制提供依据。     

以苎麻资源开发为突破口 加速南方坡耕地水土流失治理

坡耕地是南方水土流失最严重的地类,给国民经济和人民生产生活造成巨大危害。本文借鉴种植开发沙棘资源在黄土高原水土流失治理中的成功经验,探讨了有关南方坡耕地水土流失治理的思路,即通过苎麻资源的成功开发利用,将其培育成一项“种植一经济开发利用”互相拉动促进的产业,实现生态和经济同步协调发展,从而加速坡耕地治理步伐,为创建和谐社会服务。     

淹没线上剩余耕地质量评价及其对移民生产安置任务的影响

移民生产安置任务的确定与大型水电站的建设及移民的生产生活密切相关。以大岗山水电站淹没线上剩余的77块耕地为例,对线上剩余耕地质量评价及其对移民生产安置任务的影响进行了探讨。研究结果表明,线上剩余耕地质量主要受海拔、耕地类型、坡度和土壤类型的影响,线上剩余耕地质量评价前后移民生产安置任务分别为2 569人和3 187人。进行线上剩余耕地质量评价后,大岗山水电站淹没影响区的移民安置任务增加了24.06%。通过线上剩余耕地质量评价,能更科学合理地确定移民生产安置任务,对移民安置工作的顺利进行有重要的意义。     

黑土区坡耕地水土保持耕作措施对土壤理化性状的影响

为探寻黑土区坡耕地不同水土保持耕作措施对土壤理化性状的影响机理,开展了田间小区试验。设置横坡耕作（TP）、垄向区田（RF）、深松（SF）、横坡耕作+垄向区田（TP-R）、横坡耕作+深松（TP-S）、垄向区田+深松（RF-S）3种水土保持耕作措施及3种组合耕作措施,并以常规顺坡耕作（CK）为对照,分析了土壤孔隙度、土壤机械组成、水稳性土壤团聚体稳定性、土壤养分含量等指标,并采用TOPSIS模型对不同水土保持耕作措施进行了综合评价,筛选了土壤稳定性强且蓄水保肥效果良好的水土保持耕作措施。结果表明：在玉米的全生育期内,深松、垄向区田、横坡耕作均能提高土壤体积含水率。TP-S处理体积含水率最大,0~40cm土层平均体积含水率较CK处理增加29.47%;RF-S处理平均孔隙度最大,TP-S处理次之,平均孔隙度较CK处理分别增大10.68%、9.25%;TP-S处理能够显著提高土壤稳定性,其中平均质量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和大团聚体含量（R0.25）较CK处理分别增加12.30%、19.57%、13.97%;TP-S处理能够改善土壤机械组成,TP-S处理粗砂粒、粉粒、黏粒含量较CK处理增加15.40%、26.89%、1.90%,细砂粒含量较CK处理降低31.56%;TP-S处理IN（无机态氮）、AP（有效磷）、AK（速效钾）含量最高,较CK处理IN、AP、AK含量分别增加42.81%~55.32%、39.69%~40.68%、20.41%~25.45%。由TOPSIS模型综合评价结果可知,TP-S处理贴合度最高,土壤结构更稳定,且蓄水保肥效果更好,为适宜该地区的水土保持耕作措施。