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基于树冠最高点和地面树干中心的森林影像点云配准方法

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农业工程学报 2024年第15期40卷 127-134页

作者：刘金成郭义军曾嘉陈卓王海明于强西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 西北农林科技大学水土保持科学与工程学院杨凌712100

为了弥补无人机和地面不同观测视角导致的森林信息缺失以及不同平台摄影测量影像点云难以高效配准的问题,该研究基于无人机和地面摄影测量构建森林三维影像点云数据,以提取的无人机树冠最高点和地面树干中心为关键特征点,参考由粗到精... 详细信息

为了弥补无人机和地面不同观测视角导致的森林信息缺失以及不同平台摄影测量影像点云难以高效配准的问题,该研究基于无人机和地面摄影测量构建森林三维影像点云数据,以提取的无人机树冠最高点和地面树干中心为关键特征点,参考由粗到精的配准思路,借助特征点在3D和2D的映射关系以及改进的模拟退火算法和迭代最近点算法,提出了一种适合于无人机和地面不同观测平台的森林影像点云配准框架。测试结果表明,相较于银杏树和楸树而言,杨树对关键点匹配影响较大(杨树1.13 m>楸树0.75 m>银杏树0.52 m),不同树种对粗配准影响较小(杨树0.13 m>银杏树0.08 m>楸树0.07 m);所提方法在不同树种组成的6块典型样地上表现出色,平均精配准误差分为0.06 m,有效实现了无人机和地面平台影像点云的精细化配准。研究结果可为森林资源调查、森林三维重建以及影像点云的推广应用提供有力的支撑。

关键词：无人机点云森林树冠地面摄影测量

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黄土高原植被恢复中土壤有机碳稳定机制研究进展

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应用生态学报 2024年第9期35卷 2413-2422页

作者：安韶山胡洋王宝荣西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 新疆农业大学资源与环境学院乌鲁木齐830052 西北农林科技大学草业与草原学院陕西杨凌712100

黄土高原土层深厚,蕴藏着大量的有机碳,近年来黄土高原开展的一系列生态恢复工程改变了土壤有机碳的稳定性。土壤有机碳稳定性决定了土壤固定和储存有机碳的能力,然而,目前尚未系统综述黄土高原植被恢复过程中土壤有机碳稳定性变化特征... 详细信息

黄土高原土层深厚,蕴藏着大量的有机碳,近年来黄土高原开展的一系列生态恢复工程改变了土壤有机碳的稳定性。土壤有机碳稳定性决定了土壤固定和储存有机碳的能力,然而,目前尚未系统综述黄土高原植被恢复过程中土壤有机碳稳定性变化特征及其相关机制。鉴于此,本文概括了黄土高原植被恢复过程中土壤有机碳稳定性的变化规律,梳理了土壤有机碳的稳定机制,主要包括矿物保护作用、物理保护作用和生物机制,并对黄土高原植被恢复过程中土壤有机碳稳定性研究未来的发展方向和研究重点进行了展望,以期为黄土高原植被恢复过程中土壤固碳、稳碳理论与技术提供科学支撑,为“双碳”目标的实现提供科学参考。

关键词：黄土高原植被恢复土壤有机碳稳定性矿物团聚体土壤生物

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不同类型重构土壤水分运移特征

农业工程学报 2024年第3期40卷 94-102页

作者：郭拿拿黄明斌西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所/黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100

为探究不同类型重构土壤对水分再分布过程和土壤持水量的影响,该研究以砒砂岩、砂黄土和粗砂土为试验材料进行室内土柱试验,设置5种不同类型重构土壤(砒-粗、砂-粗、砒-砂-粗、砂-砒-粗、混-粗),测定各处理在入渗过程、排水过程以及蒸... 详细信息

为探究不同类型重构土壤对水分再分布过程和土壤持水量的影响,该研究以砒砂岩、砂黄土和粗砂土为试验材料进行室内土柱试验,设置5种不同类型重构土壤(砒-粗、砂-粗、砒-砂-粗、砂-砒-粗、混-粗),测定各处理在入渗过程、排水过程以及蒸发过程中土壤水分的动态变化;同时利用Hydrus-1D模型对不同类型重构土壤的入渗和蒸发过程进行模拟分析。结果表明,有砒砂岩层存在的重构土体对入渗过程有明显阻滞作用,且砒砂岩层越厚、位置越靠上阻滞效果越明显,土柱达到稳渗时稳渗率越低;蒸发过程中,砒-砂-粗处理累积蒸发量为52 mm,显著高于其他重构土壤(P<0.05),而砂-砒-粗处理土柱累积蒸发量最小(32.1 mm),蒸发结束时相对蒸发速率低至0.07;在蒸发过程中,上细下粗型层状重构土壤水分损失来自表层土壤和下层粗砂土。利用优化后的土壤水力参数和Hydrus-1D模型可以较好地模拟重构土壤水分运动过程。较低的均方根误差和高的决定系数证明模型能准确模拟各类型土柱的累积排水量、累积蒸发量和蒸发过程剖面含水量的动态变化。混-粗土柱的持水能力高于其他土柱,说明该重构类型可作为晋陕蒙地区土壤复垦的重构方案。

关键词：土壤入渗过程蒸发过程土壤持水量 Hydrus-1D模型模拟

基于地表参数变化的延河流域地表温度时空演变分析

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自然资源遥感 2024年第2期36卷 229-238页

作者：李威洋史海静聂玮廷杨鑫源西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所杨凌712100

地表温度是地表能量平衡与陆面过程的重要参数,与地表参数变化关系密切。该文以黄土高原的延河流域为例,基于2015年、2018年和2020年Landsat OLI/TIRS影像,在利用大气校正法反演地表温度的基础上,提取影像归一化建筑指数(normalized dif... 详细信息

地表温度是地表能量平衡与陆面过程的重要参数,与地表参数变化关系密切。该文以黄土高原的延河流域为例,基于2015年、2018年和2020年Landsat OLI/TIRS影像,在利用大气校正法反演地表温度的基础上,提取影像归一化建筑指数(normalized difference built-up index,NDBI)、归一化植被指数(normalized differential vegetation index,NDVI)和归一化水汽指数(normalized difference moisture index,NDMI),分析地表温度与地表参数和土地利用类型的关系,以及地表温度时空变化特征。结果表明,地表温度的反演值与验证值在2015年、2018年和2020年的相关系数分别达0.569,0.675和0.632,均大于0.5,具有一定的准确性和可行性。从地表温度时空变化特征上看,低温区、次中温区、次高温区面积有所减少,而中温区面积增长较大,高温区面积略有增长,地表温度有向中、高温增长的趋势;从与土地利用类型的关系来看,下垫面覆盖类型的地表温度均呈现为水域研究结果可为复杂地区的地表水热环境研究提供参考。

关键词：地表温度遥感温度转移矩阵相关性分析延河流域

近30 a陕西土壤有机碳的时空变化特征及影响因素

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环境科学 2024年第10期45卷 5994-6001页

作者：冯晓琳闫雨阳张欣然张楚天耿增超胡斐南许晨阳西北农林科技大学资源环境学院西北农林科技大学农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室中国科学院水利部水土保持研究所

土壤有机碳（SOC）动态变化对土壤质量演变和全球碳循环具有极其重要的指示意义，因此有必要对区域SOC库的时空分布变化和影响因素进行研究.分别收集陕西省1985～2015年近30 a共540个土壤剖面信息及其环境变量数据，使用单因素方差分析... 详细信息

土壤有机碳（SOC）动态变化对土壤质量演变和全球碳循环具有极其重要的指示意义，因此有必要对区域SOC库的时空分布变化和影响因素进行研究.分别收集陕西省1985～2015年近30 a共540个土壤剖面信息及其环境变量数据，使用单因素方差分析和路径分析法探究陕西省SOC含量的时间和空间分布特征以及SOC含量变化的影响因素.结果表明，1985年和2015年陕西省SOC含量在空间分布上表现为：关中最高，陕南次之，且都显著高于陕北.自1985～2015年，陕南SOC含量上升幅度最大，为21.28%，关中上升了15.33%，而陕北SOC含量小幅度下降，降幅为10.23%，主要发生在60～80 cm和80～100 cm的深层土壤.与1985年相比，2015年陕西省0～100 cm各土层SOC含量增幅的变化范围为3.21%～29.39%. 1985年和2015年各土壤类型中SOC含量最高的土壤类型分别为暗棕壤和棕壤.与1985年相比，2015年SOC含量增幅最大的土壤类型为粗骨土，其次为新积土.相关分析及路径分析结果表明，SOC含量与海拔显著正相关，与年平均降水量、归一化植被指数和全氮含量极显著正相关；与曲率、容重和pH极显著负相关.全氮含量是影响SOC含量的主控因素.研究结果可为区域内未来的碳管理措施提供参考.

关键词：陕西省土壤有机碳(SOC) 时空分布路径分析影响因素

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陕西省关中地区桃园土壤肥力状况分析与评价

果树学报 2024年第6期41卷 1125-1134页

作者：郑旭阳朱静雯胡亚楠赵彩平赵护兵西北农林科技大学园艺学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100

【目的】调查陕西省关中地区桃园土壤肥力状况,旨在为该区桃园土壤养分管理和施肥提供科学依据。【方法】以咸阳、宝鸡、铜川和渭南4市共24个桃园0~40 cm土层土壤为研究对象,对土壤容重、孔隙度、pH及有机质、全氮、有效磷、有效钾、硝... 详细信息

【目的】调查陕西省关中地区桃园土壤肥力状况,旨在为该区桃园土壤养分管理和施肥提供科学依据。【方法】以咸阳、宝鸡、铜川和渭南4市共24个桃园0~40 cm土层土壤为研究对象,对土壤容重、孔隙度、pH及有机质、全氮、有效磷、有效钾、硝态氮和铵态氮含量进行测定分析并评价。【结果】陕西省关中地区桃园0~20 cm土层土壤容重和孔隙度处于适宜范围,而在>20~40 cm土层,咸阳地区土壤容重较高,宝鸡地区土壤容重较高且孔隙度较低,均超出适宜范围;研究区土壤pH平均值为8.1,除宝鸡桃园土壤pH在6.4~6.9之间外,其余地区桃园均为碱性土壤,pH在8.2~9.0之间;陕西省关中地区土壤肥力总体水平不高,土壤有机质最为缺乏,在0~40 cm土层中,66.7%以上的桃园土壤有机质和全氮含量均处于缺乏水平;0~40 cm土壤有效钾含量均处于适宜或丰富水平,>20~40 cm土层的土壤有效磷含量处于缺乏水平;关中地区速效氮平均含量(w,后同)为10.8 mg·kg^(-1),处于缺乏状态,其中渭南的桃园土壤氨态氮和硝态氮含量最高,0~40 cm土层平均值分别为5.1 mg·kg^(-1),13.6 mg·kg^(-1),咸阳、铜川地区次之,宝鸡地区最低。【结论】陕西省关中地区桃园土壤有机质含量低,肥力低,应采取综合措施调节土壤通气保水性、降低碱度并培肥土壤。

关键词：桃园土壤养分状况肥力评价陕西关中地区

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连续性与间歇性降雨下土壤结皮与入渗的关系模拟

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水土保持学报 2024年第3期38卷 64-72,81页

作者：刘志强张晓茹焦钒栩李光录西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

[目的]为探究连续性和间歇性降雨条件下土壤结皮与入渗性能间的变化关系。[方法]选取3种典型耕作层黄土,通过室内模拟降雨试验,分析不同降雨条件下土壤结皮强度和黏结力与入渗性能的关系。[结果](1)入渗性能随连续性降雨历时及间歇性降... 详细信息

[目的]为探究连续性和间歇性降雨条件下土壤结皮与入渗性能间的变化关系。[方法]选取3种典型耕作层黄土,通过室内模拟降雨试验,分析不同降雨条件下土壤结皮强度和黏结力与入渗性能的关系。[结果](1)入渗性能随连续性降雨历时及间歇性降雨场次的增加而减小;同等降雨历时和降雨强度下,间歇性降雨的减渗效应高于连续性降雨。(2)土壤结皮强度和黏结力随连续性降雨历时和间歇性降雨场次的增加而增加;褐土和黑垆土的入渗性能与结皮强度和黏结力呈显著线性相关(p研究结果可为黄土高原防治水土流失、有效利用水资源提供参考依据。

关键词：结皮强度黏结力入渗性能减渗效应连续性与间歇性降雨

雨滴击溅下表土孔隙变化及其对入渗能力的影响

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土壤 2024年第3期56卷 601-609页

作者：张晓茹刘志强焦钒栩李光录西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

为探究雨滴击溅下土壤结构与入渗能力的变化规律,为雨滴击溅下土壤侵蚀状况预测提供参考,以黄土高原褐土为对象,基于雨滴击溅试验、土壤渗透试验和同步辐射CT扫描方法,对降雨条件下表土孔隙结构与土壤渗透能力的关系进行了分析。结果表... 详细信息

为探究雨滴击溅下土壤结构与入渗能力的变化规律,为雨滴击溅下土壤侵蚀状况预测提供参考,以黄土高原褐土为对象,基于雨滴击溅试验、土壤渗透试验和同步辐射CT扫描方法,对降雨条件下表土孔隙结构与土壤渗透能力的关系进行了分析。结果表明:①雨滴击溅导致土壤总孔隙度和渗透系数显著降低(P<0.05)。2.67、3.39和4.05 mm直径雨滴击溅后土壤的总孔隙度分别降低了20.64%、36.05%和44.88%,土壤渗透系数分别降低了15.69%、40.42%和71.77%。雨滴击溅后土壤孔隙的碎片化程度加剧,导致孔隙形状更不规则,连通性降低。②土壤孔隙大小、形状和连通性对土壤渗透能力有显著影响(P<0.01):孔隙越大,形状越规则,对土壤渗透能力的影响越大。从孔隙连通性角度看,土壤连通孔隙的孔喉半径和孔隙率对入渗能力的影响程度最大。基于以上分析,建立了土壤渗透系数(K)与总孔隙度(P_(T))、大孔隙率(P_(lp))、规则孔隙率(P_(rp))、连通孔隙率(P_(cp))和孔喉半径(R_(th))的预测模型:K=0.402P_(T)+0.104P_(lp)+0.1401P_(rp)+0.350P_(cp)+0.003R_(th)-0.415,R^(2)=0.93,P<0.05。综上可见,雨滴击溅通过改变土壤孔隙的大小、形状和连通状况,导致土壤孔隙结构破坏,从而降低了土壤入渗能力。

关键词：雨滴击溅孔隙微观结构孔隙网络模型土壤渗透表土

青藏高原典型冰川小流域土壤微生物生物量及胞外酶活性分布特征

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生态学报 2024年第4期44卷 1700-1716页

作者：敖登贺琬婷冯程龙陈圆佳王宝荣李会军安韶山西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所杨凌712100 西北农林科技大学草业与草原学院杨凌712100 中国科学院大学北京100049 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100

土壤微生物释放的胞外酶是决定碳(C)、氮(N)、磷(P)生物地球化学循环的关键因素,为了阐明青藏高原典型小流域土壤微生物生物量和胞外酶活性沿海拔和土层的分布特征并揭示影响该分布格局的主要养分限制状况,于2021年8月采集了青藏高原廓... 详细信息

土壤微生物释放的胞外酶是决定碳(C)、氮(N)、磷(P)生物地球化学循环的关键因素,为了阐明青藏高原典型小流域土壤微生物生物量和胞外酶活性沿海拔和土层的分布特征并揭示影响该分布格局的主要养分限制状况,于2021年8月采集了青藏高原廓琼岗日冰川小流域5个海拔梯度(4900 m;5000 m;5100 m;5200 m;5300 m)中4个土壤发生层(A层:腐殖质层、E层:淋溶层、B层:淀积层和C层:母质层)的土壤样品,定量分析了土壤基本理化性质、微生物生物量、胞外酶活性等指标。结果表明:1)微生物生物量碳氮磷的海拔差异变化规律不同,随着土层加深微生物生物量碳氮磷随海拔变化越小。同时,各海拔之间微生物生物量均有随土层加深而显著降低的趋势(P<0.05);2)四种酶活性的海拔间变化规律各异,但整体呈现随海拔升高而升高的趋势且在表层(A和E层)增长趋势更明显,而且随土层加深显著降低(P<0.05);3)该区域土壤微生物受到碳和磷共同限制,土层越深限制越高,而且海拔越高C限制越强,但P限制降低;4)青藏高原典型冰川小流域土壤微生物生物量和胞外酶活性在海拔和土层之间存在较明显的差异,可能是由于土壤养分含量的差别造成的。整体而言,青藏高原典型冰川小流域土壤养分含量影响土壤微生物生物量和胞外酶活性在海拔和土层之间的分布特征。为深入理解青藏高原冰川小流域土壤养分循环提供了数据基础和科学依据。

关键词：青藏高原微生物生物量胞外酶活性微生物碳利用效率养分限制土壤养分