祁连山南坡微地形下典型生态系统土壤蓄水能力差异

[目的]探讨祁连山地区微地形形态下典型生态系统土壤蓄水能力差异性,为该区进一步提高水源涵养能力提供参考。[方法]以微地形不同坡向青海云杉和高山草地为研究对象,采取野外采样和室内试验分析相结合的方法,研究不同坡向对典型生态系统土壤蓄水能力的影响。[结果](1)微地形高山草地所在阳坡区域,土壤水分贮存量随坡位上升逐渐呈减少趋势,坡中上(PZS)为土壤水分贮存量最低的坡位;坡位对土壤饱和蓄水量影响较小。(2)坡位显著影响着阴坡青海云杉土壤水分贮存量,土壤贮水量沿坡位上升呈增加趋势,坡顶处(PSD)土壤水分贮存量最高;坡位对青海云杉土壤潜在蓄水能力影响显著,坡中和坡中上土壤潜在蓄水能力最强。(3)两类典型生态系统土壤蓄水能力存在显著差异,高山草地(阳坡)土壤实际蓄水能力在不同坡位均高于青海云杉,青海云杉(阴坡)土壤潜在蓄水能力在坡位和土层尺度均显著大于高山草地(阳坡)。[结论]研究区微地形坡中上至坡顶段是该区保水增蓄的重点区域,坡中上以下区域是两类生态系统土壤蓄水能力核心区域,应继续保护。

黄土丘陵区草地地上生物量及土壤水分养分对微地形变化的响应

[目的]深入了解地形变化对草地生产力及土壤水分养分的影响,为草地生态系统地形复杂地区的生态恢复以及生产力的维持提供参考和依据,对草地生态系统的合理利用与科学管理具有重要意义。[方法]以黄土丘陵区草地生态系统为研究对象,采用单因素方差分析、Duncan多重比较以及Pearson相关分析等方法对6个不同微地形下的草地地上生物量及0—40 cm的土壤有机碳、全氮、全磷含量和0—100 cm的土壤水分含量进行了研究。[结果](1)在阳坡,地上生物量随坡位的降低逐渐减少且呈极显著差异,土壤有机碳和全氮含量都随坡位的降低而减小,土壤全磷含量随坡位的降低呈“V”字形变化;在阴坡,地上生物量随坡位的降低呈现增加的趋势,土壤全磷含量随坡位降低而增大。土壤有机碳、全氮及全磷含量在不同坡向、坡位上均有显著性差异。(2)土壤有机碳、全氮及全磷含量均随土层加深而减小,其中全磷含量变化不明显;6种微地形的平均水分含量均随土层深度的加深而增加,且在大于40 cm土层上,6种微地形的土壤水分含量之间有显著差异。(3)相关性分析表明,0—20 cm土层的全磷与地上生物量呈显著负相关,20—40 cm土层的有机碳与地上生物量呈显著正相关,40—80 cm土层的土壤水分含量与地上生物量呈极显著正相关。由多元线性回归分析方程可知,在垂直高度的表层土层中土壤有机碳、全磷及土壤水分含量的共同作用对地上生物量有一定的影响,解释度为69.4%。[结论]微地形对地上生物量及土壤有机碳、全氮、全磷含量和土壤水分含量的分布格局有显著的分配作用,在表层土层中土壤有机碳、全磷和土壤水分含量与地上生物量有显著相关性,对地上生物量有一定程度的影响。

微地形风场下架空输电导线风致振动特性分析

为研究微地形下架空输电导线风振特性以完善输电线路抗风设计,采用计算流体动力学方法(CFD)模拟得出微地形下不同线路处风速及攻角变化规律,并推导输电导线相对运动时的脉动风荷载。建立跨越微地形的三跨输电导线有限元模型,利用谐波合成法(WAWS)模拟时间和空间相关的线路脉动风场,对导线施加风荷载,分析微地形下输电导线风振响应。研究结果表明:在微地形下,来流经谷口与山顶时加速明显,水平风速最大加速比达到1.42,坡前垂向风速不可忽略;相较平地风场,跨越山谷、山顶线路第二跨导线的跨中水平位移幅值分别增大58.27%和56.39%,导线水平张力和绝缘子风偏角度大幅增加,导线覆冰舞动可能导致空气间隙不足发生放电,在抗风设计时须增大设计风速;坡前线路风振位移减小,可适当减小安全裕度。研究结果可为复杂山地地形下输电导线抗风设计提供参考。

岩溶区不同微地形芒果园土壤肥力综合评价

【目的】采用不同评价方法对不同微地形芒果园的土壤肥力特征进行评价,为岩溶区芒果园土壤肥力的精准评价提供参考。【方法】在广西百色市田阳区典型岩溶区芒果园设置洼地、过渡带、坡地、垭口4种微地形样地,筛选出10项土壤化学指标作为评价指标,应用主成分分析法、模糊数学法、改进的内梅罗指数法、基于粗糙集理论的土壤肥力评价法对不同微地形进行土壤肥力评价,分析不同肥力评价方法评价结果间的差异,对肥力评价指数与产量进行线性拟合,通过冗余分析探索微地形及环境因子对土壤综合肥力的影响。【结果】不同微地形主成分土壤肥力指数表现为坡地(0.87,肥力极高)>垭口(0.59,肥力中等)>过渡带(0.48,肥力中等)>洼地(0.39,肥力低);模糊数学土壤肥力指数表明不同微地形土壤肥力均在高水平以上(0.68~0.82);内梅罗土壤肥力指数表明不同微地形土壤肥力均在中等水平以下(0.26~0.46);粗糙集理论土壤肥力指数表现为坡地(0.67,肥力高)>垭口(0.50,肥力中等)>过渡带(0.37,肥力低)>洼地(0.35,肥力低),该评价结果相对准确且与产量线性拟合度最高。冗余分析结果表明,地形因子对土壤肥力的解释量为34.15%,环境因子解释量为23.30%。【结论】综合不同评价方法的评价结果,不同微地形芒果园的土壤肥力基本表现为坡地>垭口>过渡带>洼地;基于粗糙集理论将3种常规肥力评价方法进行综合评价的结果相对准确,对不同微地形肥力等级区分效果较好。不同微地形土壤肥力差异受地形因子及环境因子共同影响,其中地形因子影响较大。

微地形对高寒固沙植物水分利用特征的影响

水是植物生存最主要的限制因子,对沙区植物水分利用的研究已成为沙地生态保护和植被恢复的关键。本文以青海湖湖东沙地3种典型固沙植物——樟子松、小叶杨、沙棘为研究对象,基于氢氧稳定同位素技术(δ^(18)O和δD),结合IsoSource模型,对微地形影响下的各潜在水源(不同层次的土壤水)及植物主要水分来源进行分析。研究结果表明:(1)土壤含水量具有微地形差异,表现在迎风坡低地土壤含水量高于沙丘顶部和迎风坡中部,且9月土壤含水量处在最高值。(2)木质部水的δ^(18)O值在不同微地形条件下具有树种差异性,樟子松在迎风坡低地的δ^(18)O值最小,而沙棘和小叶杨在迎风坡中部的δ^(18)O值最小。(3)不同植物的主要水分来源具有较为明显的季节差异,6月樟子松和沙棘在不同微地形条件下均以深层土壤水为主要水分来源,而小叶杨在沙丘顶部主要利用深层土壤水,在迎风坡中部和低地对中层土壤水的利用较大,但随着降水量的增加,9月各树种转而主要利用浅层和中层土壤水。总而言之,高寒沙地固沙植物的水分利用模式受微地形条件的影响,且不同物种对降水表现出不同程度的响应。

基于“微地形—植物”协同的三峡库区城市消落带修复设计与评估

微地形与植物的协同作用是自然河岸带生态系统维持结构稳定与生物多样性的重要机制。三峡库区蓄水后,其沿岸城市的原有河岸带转变为周期性淹没且水位落差极大的消落带,内部地形与植被破坏严重,生物多样性快速衰退,对库区城市的生态安全造成负面影响。选取重庆市开州区汉丰湖北岸的乌杨坝消落带,首次基于“微地形—植物”协同提出消落带生态系统修复设计技术框架,并对修复后的消落带微地形、植物群落和鸟类群落进行调查分析,评估修复设计的实际效果。结果表明:丰富的微地形类型及其组合有效促进了乌杨坝消落带的植物多样性恢复;二者耦合作用,在不同水位条件下维持了鸟类生境异质性,使鸟类多样性得到提升。因此,“微地形—植物”协同设计有助于维持三峡水库消落带生态系统的结构稳定性及生物多样性,有利于生态服务功能的保障及发挥。

基于遗传——蚁群算法的农田微地形特征土方调配路径研究

近年来极端天气与自然灾害频发,导致农田损毁,造成农田内部出现微地形特征(凸起特征及洼地特征),影响耕作。针对上述问题,基于高精度农田数字地形模型,通过遗传—蚁群算法提出一种规划农田微地形特征土方调配路径的方法。首先,基于航拍图像获取高精度农田数字地形模型,根据地形因子综合隶属度提取16个凸起特征和9个洼地特征,并分别计算挖填方量为0.885 m^(3)和0.884 m^(3)。其次,以土方量调配成本为决策目标,建立挖、填方区域为路径搜索节点,利用蚁群算法获得初始可行解,通过遗传算法中的适应度函数对解进行初步优化,最后,根据交叉操作和变异操作对解进行二次优化,获得最优土方调配路径。结果表明,该方法经232次迭代获取全局最优解,相较于传统蚁群算法调配成本下降2.1%。为精准平整农田微地形特征作业提供方法支持。

基于三维场景的输电线路典型微地形、微气象区设计风速分析

气象条件是输电线路设计必须考虑的关键因素之一,微地形、微气象对输电线路的安全运行有重要影响。以实际线路工程为例,基于三维路径场景,结合现场踏勘情况,识别出沿线影响风速特性的主要微地形有地形抬升型(山丘、悬崖)和垭口型。根据山丘、悬崖和垭口三种典型微地形风速仿真分析结果,利用风速增大模型,计算得到不同微地形条件下的修正风速,从而提高线路工程设计风速的可靠性。

冀北攻坚造林区樟子松幼树叶片功能性状对微地形的响应

【目的】探究冀北山区干旱石质阳坡不同地形对于樟子松幼树叶片功能性状的影响。【方法】以我国北方沙地造林常见树种人工樟子松幼龄林为研究对象,采用样地布设和植被调查的方法,通过方差分析对比幼树的叶面积(LA)、叶长(LL)、叶宽(LW)、叶曲率(LC)、比叶面积(SLA)、全氮(N)、全磷(P)、全钾(K)、全碳(C)九种叶片功能性状在不同坡度和坡位的差异。【结果】(1)在叶片外部形态方面,平地LL和SLA比坡地显著高出15.25%和5.52%。在叶片养分方面,除C之外,其余养分指标在平地和坡地之间均呈现出显著差异。其中,平地的N、P和K比坡地分别显著高出3.76%、31.14%和9.11%。(2)对于不同坡度,除了LC之外,其余均存在显著差异。LA和LL均表现为陡坡最高,陡坡比中坡平均分别高出20.8%和14.9%;LW表现为缓坡数值最大,分别比陡坡和中坡高出8.9%和5.3%;SLA表现为缓坡和中坡显著比陡坡高出8.6%和8.5%。叶片养分方面全氮含量(N)和全钾含量(K)随着坡度的增加表现出显著下降的趋势,全磷含量(P)则相反,中坡和陡坡显著比缓坡高出31.3%和30.2%。(3)叶片功能性状综合得分排序表明中坡和缓坡地形对樟子松幼树叶片的功能发育有正向促进作用,而陡坡则不利于叶片发育。【结论】本研究综合分析了樟子松幼树叶片功能性状对微地形的响应表现,对集成和优化困难立地植被恢复技术提供一定理论基础。

微地形景观设计在市政园林绿化工程中的应用

随着我国城市化进程的加快,人们对居住品质的要求也越来越高,建设绿色环保、智能化城市是当今城市发展的必然趋势。要达到这一目的,就需要在城市建设中有效地提高绿化率,更好地利用城市空间,使微地形的价值得到充分发挥。微地形是景观设计的核心载体,是植物和水体的主要附着平台,只有对其进行科学合理的设计,才能体现出丰富的景观层次。文章对市政园林绿化中的微地形景观设计进行了探讨,以期能为市政园林绿化建设提供借鉴。

探讨景观微地形与植物配置的结合应用

在社会发展新时期,园林设计受到重视,该项工作是对自然生态的综合利用与保护,通过合理的园林景观设计,可弥补城市建设中欠缺的自然氛围,营造舒适生活空间。以往的园林设计较为表面化,不顾基址现状,采用填沟堆山的手段营造意境,将自然意趣损耗殆尽。实践证明,这样的造景方法不仅难以体现园林设计水准,还会丧失园林绿化的意义。为提高造景的科学性,本文将针对景观微地形,分析微地形与植物配置的结合之法,借此为今后的园林景观规划提供有益的参考。

微地形 大理洱海小邑庄生态驿站

大理洱海生态廊道的建设工程旨在构建健康的水陆缓冲带和生态屏障,并拓宽居民、游客与洱海的互动界面。面对苍山洱海、古朴村落的原生环境,设计试图以地景建筑的方式最低程度介入,以“锚固与悬浮”回应建筑与土地的关系,对话环境;以“低技与低碳”回应地方性与当代建造的关系,创新经验;以“开放与包容”回应公共建筑与人的关系,构筑日常性的活动平台。

微地形区OPGW地线不均匀覆冰计算模型改进方法

目前对均匀覆冰下架空线等值覆冰厚度计算模型的研究较多,但缺少对大截面、大单位长度重量的地线复合光缆(optical pilot ground wire,OPGW)地线覆冰的研究,特别是在微地形下等值冰厚计算模型的适用性。选取大档距大高差工况,通过有限元软件建立3种典型地形(山坡、山顶、垭口)下的3塔两档OPGW地线模型,结合考虑绝缘子串偏斜角的等值冰厚模型,对传统输电线路等值覆冰厚度模型进行误差分析,结果发现等值冰厚较小时大档薄覆冰情况下的传统冰厚计算误差较大。但随着平均等值冰厚增大,冰厚计算误差显著减小。利用以上分析结果和平均等值冰厚与绝缘子串轴向拉力与倾角的函数关系,提出一种冰厚误差优化计算方法,改进后的冰厚相对误差能控制在10%以内。

贺兰山东麓冲积扇区不同微地形土壤理化性质及酶活性特征

【目的】以贺兰山东麓冲积扇为研究对象,分析不同微地形土壤理化性质与土壤酶活性的空间分布特征及其差异性,探讨两者间相互关系,为贺兰山东麓冲积扇发育机制研究、生态修复及农业生产等提供理论基础。【方法】以野外调查取样和实验室分析测定为基础,运用经典统计学方法对不同微地形(冲积台地、高漫滩、槽滩、沟床)和不同土层深度(0~20、20~40 cm)的土壤理化性质与土壤酶活性进行分析,同时利用地理探测器结合典范排序方法对土壤酶活性与土壤理化性质的关系进行研究。【结果】在不同微地形,土壤砾石含量、有机质、全氮和碱解氮含量表现为冲积台地>高漫滩>槽滩>沟床,速效磷和速效钾含量表现为高漫滩>冲积台地>槽滩>沟床,各元素含量随着土层厚度增大而降低;土壤pH、全磷和全钾含量在不同微地形差异不显著;土壤酶活性在不同微地形表现为碱性磷酸酶与脲酶活性为冲积台地最高,沟床最低,过氧化氢酶与过氧化物酶活性为沟床最高,冲积台地最低。碱性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性随着土层厚度增加而减少,过氧化物酶活性随着土层厚度的增加而增加。地理探测器探测结果显示:研究区不同微地形土壤酶活性空间分异是各土壤理化性质共同作用的结果,不同因子对土壤酶活性的影响程度不尽相同。通过进一步的冗余分析表明:全氮、碱解氮、土壤砾石含量和速效钾是影响贺兰山东麓冲积扇区土壤酶活性变化的主要指标,重要性大小排序为:全氮>碱解氮>土壤砾石含量>速效钾。【结论】贺兰山东麓冲积扇区不同微地形土壤理化性质与土壤酶活性分布存在显著差异,土壤各理化性质对土壤酶活性的作用强弱不尽相同,揭示了土壤理化性质与土壤酶活性关系的复杂性及酶活性空间分布变异影响因子的多样性。

降雨过程中黄土坡面微地形因子与侵蚀关系研究

以断续降雨过程中不同阶段的黄土坡面栅格单元地形信息为研究对象,通过12段30 min、60 mm/h雨强的降雨进行模拟降雨试验,对微坡度、微坡向与黄土坡面侵蚀过程、细沟形态演变的相互影响进行研究。研究结果表明:坡面微坡度与微坡向的变化主要集中在降雨初始阶段(0~30 min),后续阶段(30~360 min)变化幅度较小,微坡度和微坡向变化与坡面时段侵蚀量显著正相关。细沟网络形成后,微坡度<15°区间和45°以上区间栅格占比缓慢上升,且主要产生于细沟内部,细沟内部在发育过程中会产生泥沙堆积的平台和坡度较大的陡坎。细沟的发育过程是细沟内径流的剥蚀和边壁不稳定土体的坍塌共同作用的非均匀发育过程,径流的剥蚀和土体的坍塌互相促进,加速了细沟的发育过程,从而造成了侵蚀量的波动。细沟侵蚀过程中坡面微坡向以坡面坡向为主导,坡面坡向栅格占比在30 min后保持不变,而细沟总表面积逐渐增加,说明微坡向与坡面同向的细沟栅格数增加。细沟会产生有一定宽度的沟底,沟道的横截面由“V”形向“U”形过渡。除北向外,其余微坡向栅格数变化与细沟密度、细沟割裂度、细沟复杂度、细沟累计长度和细沟平均宽度显著相关,微坡向栅格数能够较好地反映坡面细沟形态变化。

桂西南石漠化区不同微地形中茶条木种子和幼苗的数量特征

为探讨微地形(Microtopography)对茶条木(Delavaya toxocarpa)种子和幼苗分布格局的影响,采用样方法对广西平果市龙何喀斯特生态重建示范区茶条木群落中不同微地形的茶条木种子密度、种子存活率、幼苗密度和幼苗年龄结构等进行研究。结果表明:茶条木群落中的微地形有石面、小平地、石沟、石窝和石缝等5种,各微地形的茶条木平均种子密度、平均种子存活率和平均幼苗密度分别为4.97-212.28粒/m^(2)、35.7%-76.5%和0.09-44.85株/m^(2),石面的平均种子密度和平均幼苗密度显著小于其他4种微地形(P<0.05),平均种子存活率显著小于小平地、石沟和石窝;茶条木1年生、2年生和3年生以上的幼苗占比分别为84.44%-100.00%、0.00%-15.38%和0.00%-2.22%,3年生以上幼苗的总存活率不足1.0%。综上,在桂西南石漠化山区茶条木群落中,茶条木的种子密度、种子存活率和幼苗密度等受微地形的影响明显,多年生幼苗存活率低,林下更新能力差,其群落管理可采取冠层疏枝和林隙除杂等措施改善微环境,促进幼苗生长和种群更新。

不同播种方式微地形差异对坡耕地水土流失的影响

为减少坡耕地作物播种至出苗期间的水土流失,通过模拟降雨试验研究不同播种方式形成微地形对水土流失的影响,共设置6个处理,T1处理为深开沟播种(沟深20 cm),T2处理为浅开沟播种(沟深10 cm),T3处理为塘播,T4处理为起高垄播种(垄高20 cm,宽30 cm),T5处理为起低垄播种(垄高10 cm,宽15 cm),T6处理为无处理直接播种(空白对照),各处理分别以10°,15°,20°坡度在40,80,120 mm/h雨强下进行27场模拟降雨试验。结果表明:开沟和起垄播种处理都能有效减轻水土流失,各处理的水土保持效果为T1>T4>T2>T5,T3和T6间差异不显著,T1的水土保持效果最好,在各坡度和雨强下,较T6地表径流产生时间延缓65.9%~178.1%,入渗强度增大102.6%~195.1%,地表径流量减少75.6%~82.6%,土壤侵蚀量减少95.3%~99.1%。深开沟播种T1和起高垄播种T4能够很好地将雨水积留在沟或垄沟中,并且能有效防止沟中积水破垄或越沟流出,其中T1防止沟中积水越沟流出效果最好,仅在极少情况下发生。通过研究不同播种方式形成的微地形对水土流失的影响,对于坡耕地作物生长前期水土保持具有参考意义。

黄河宁夏段典型滩涂湿地土壤理化因子空间分布特征及其对微地形的响应

明确土壤理化因子空间分布特征及其对微地形的响应,对于黄河滩涂湿地生态系统保护、修复与适应性管理具有重要意义。以黄河宁夏段典型滩涂湿地为研究对象,根据微地形空间特征采集土壤剖面样品,对pH、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾和有机质等指标进行地统计学分析,探究黄河典型滩涂湿地土壤理化因子空间分布特征及其对微地形的响应。结果表明,(1)黄河滩涂湿地土壤理化因子空间分布不均且丰缺程度存在一定的差异性,碱解氮、有效磷与全氮空间分布相似,分布状况垂直于黄河河道方向,随着距离的增加逐渐由低到高过渡,且它们之间呈极显著相关性(P<0.01)。全钾含量较为丰富,1级至3级水平高达86.4%。(2)根据地统计学方法得出土壤理化因子除速效钾不存在空间自相关性外,其余因子C_(0)/(C_(0)+C)均小于25%,表现为强烈的空间自相关性,说明其变异性主要受自然因子(微地形、水文、植被)的影响,没有过多随机因素(耕作、施肥等人为因素),为原生态区域。(3)微地形是土壤理化因子含量及其分布特征的重要影响因素,随着海拔高度的增高,全氮、碱解氮、有机质和速效钾等养分含量下降,土壤含水率降低且土壤粘粒减少,坡面曲率与碱解氮呈显著负相关(P<0.05)。该研究揭示了微地形影响下的黄河滩涂湿地土壤养分分布的空间异质性特征,由于黄河冲刷和泥沙堆积作用,距河道近的地势较高,土壤养分较少。在河岸带滩涂湿地修复中,可构建不同微地形以达到小尺度滩涂湿地的保护、植被重建、生态修复和合理利用。

微地形改造对天山南麓寒旱矿区土壤水分动态的影响

[目的]明确微地形改造对(0—50 cm)土壤水分时空动态影响的变化规律,为天山南麓寒旱矿区的土地复垦及生态系统重建提供科学依据和理论支撑。[方法]以拜城润华煤矿区覆土平台和边坡改造后的微地形为试验对象,监测了2022年5—11月的土壤水分,并进行对比试验分析。[结果]平台集水坡面和蓄水沟改造土壤含水率分别比对照提高了37.03%和25.85%,提升效果表现为:集水坡面>蓄水沟;蓄水沟和集水坡面改造方式提高了土壤水分的时间稳定性,其作用效果表现为:蓄水沟>集水坡面。边坡反坡梯田和鱼鳞坑改造土壤含水率分别提高了6.48%和13.22%,提升效果表现为:鱼鳞坑>反坡梯田;鱼鳞坑改造方式提高了土壤水分的时间稳定性,反坡梯田改造方式降低了土壤水分的时间稳定性。[结论]在平台和边坡2种地形条件下,集水坡面改造更有利于受损矿区平台生态治理,鱼鳞坑改造更有利于受损矿区边坡生态治理。

基于单目相机的深海微地形地貌高精度三维重建

在深海矿产资源勘查和极端环境探测中,利用光学相机搭载水下移动平台获取海底的光学影像资料成为当前深海精细探测的重要方式。文中针对深海微地形地貌的高精度探测需求,开展了基于单目相机的深海微地形地貌高精度三维重建方法研究。通过水下遥控航行器搭载的单目相机,获取了我国海域水合物赋存区的大量图像,基于此,利用运动恢复结构方法建立了典型海域内沙波区、碳酸盐岩区和冷泉区的海底三维模型,精细刻画出区域内的地形地貌特征和生物生态信息。研究结果表明,文中方法可为深海表生矿产资源勘查和极端环境探测提供重要支撑。