东北黑土区农田侵蚀沟填埋复垦工程技术

沟道侵蚀损毁耕地,阻碍机械行走,对农业生产和农田生态系统造成了严重的损伤。针对东北黑土区现代农业可持续发展的需求,逐渐完善构建了农田侵蚀沟填埋复垦工程技术。工程技术的原理为秸秆填埋沟道,上层覆土,修复受损耕地,恢复垦殖,机械自由行走;在沟底铺设连通的暗管并间隔修筑渗井,复垦后原沟道位的地表径流通过覆土层和渗井垂直下渗入秸秆层,再汇入暗管排出,变地表径流为地下暗管排水,减小或消除地表股流的冲刷,避免再次成沟。工程由沟道整形、暗管铺设、秸秆打捆、秸秆铺设、表层覆土、截流埂修筑、渗井修筑和出口防护8项措施组成,工程适用于耕地中且沟道深度≤2 m的浅沟、小型沟以及支沟修复,已在国家正在实施的东北黑土区侵蚀沟治理专项、黑土地保护、黑土地整治工程中成功复垦侵蚀沟300余条,再造耕地1.33 km^2,达到了设计要求。据测算可在东北黑土区20万条侵蚀沟上应用,可修复沟毁耕地1333 km^2,增产粮食6亿kg/a。

基于PhotoScan的径流小区三维重建参数优化

提高径流小区数字地面模型精度是应用三维重建技术研究面蚀细沟间与细沟侵蚀过程的关键。以位于黑龙江省海伦市的中国科学院海伦水土保持监测研究站的裸地小区为研究对象,以验证点与控制点误差比和数字高程模型(Digital elevation model,DEM)误差为指标,优化Agisoft PhotoScan三维重建径流小区的处理参数,降低DEM误差。PhotoScan的精度参数和相机模型设置对DEM误差有较大影响。优化后的验证点与控制点误差比降低35%,改善了径流小区DEM对地面控制点的过度拟合。优化后的相机模型包含焦距、像主点、径向畸变、切向畸变等。基于单点和点云的验证结果表明,优化过程误差降低约40%。相对于默认参数设置下的验证点误差(20.0 mm),优化后的验证点误差为11.0 mm,与细沟侵蚀深度标准相当(沟深大于等于10 mm),因此优化后的径流小区三维重建过程更适宜于细沟侵蚀过程的三维表达。

东北黑土区的侵蚀沟治理措施与模式

[目的]面向东北黑土区侵蚀沟治理专项国家重大工程的科技需求,总结凝练出东北黑土区侵蚀沟治理措施与模式,为东北黑土区侵蚀沟治理提供技术支撑。[方法]采用天地一体化现场调查的方法,对不同时期已开展治理的侵蚀沟详查,获得侵蚀沟形态特征参数、影像资料及空间信息;调查侵蚀沟治理模式与措施种类以及实施后的水保效果。[结果]东北黑土区侵蚀沟治理主要有柳跌水和浆砌石跌水等沟头防护、柳编水道和石笼谷坊等沟底稳固、乔灌混交沟岸防护3大类措施组成;总结已有治沟措施的不足并提出了完善方案;治理模式可归为工程为主植物为辅,植物为主工程为辅,植物和填埋复垦4大类别。[结论]目前东北黑土区侵蚀沟治理已构建了成熟的治理模式与多样化的治理措施,实施情况总体良好,但仍存在治理模式选择与措施组装的不合理现象,应注意施工质量管控和加强后期管护。

东北黑土区侵蚀沟普查结果实测验证

通过典型区侵蚀沟实地测量,对2013年国家公布的基于遥感解译的东北黑土区沟蚀普查结果进行验证,为黑土区沟蚀危害评价和防治提供科学依据。选取沟蚀严重的450 km^(2)的漫川漫岗黑土区为实测调查区域,采取人工实地判断并系统测量侵蚀沟立体形态特征参数、记录侵蚀沟背景信息,将实测结果与所在区域国家普查公告结果比对分析。结果表明:1)基于普查设定的沟长100~5000 m的条件,与实测结果比较,调查区普查侵蚀沟数量准确率为72.1%;包括235条长度<100 m和13条主干沟的实测侵蚀沟总数为1044条,实测侵蚀沟数量是普查的574条的近1倍。2)调查区沟蚀强度被低估接近1/2,以沟壑密度计,普查为0.78 km/km^(2),实测为1.16 km/km^(2);以沟谷面积比计,普查为1.44%,实测为3.38%,沟蚀强度差一个等级。3)普查结果的实测验证表明不同类型的侵蚀沟数量存在显著差异,主要是由于普查DEM分辨率较低和部分沟道信息从卫星影像上较难获取。4)通过对侵蚀沟形态指标进行相关性分析,发现面积-体积拟合程度最好,R^(2)=0.936。调查区沟蚀现状无论是数量还是沟蚀强度均要较2013年国家公告的普查结果大,侵蚀沟多为耕地中的中小型沟,多处在发育阶段,相对易于治理。