基于GEE的苹果园地遥感信息提取研究——以陕西省渭北旱塬区为例

准确掌握苹果园空间分布及动态变化对苹果产业发展及规划具有重要意义。以陕西主要种植区———渭北旱塬区14个县(区)为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)云计算平台,以2020年Sentinel-2卫星影像的Level-2A级数据为数据源,结合实地采样获得的461个苹果园样本点,构建包含光谱特征、遥感植被指数、纹理特征和地形特征等共计21个特征作为分类特征集,利用随机森林分类方法对研究区苹果园地空间信息进行提取。结果表明,研究区苹果种植面积为23.03万hm^(2),连片种植的苹果园主要分布于延安市洛川县、渭南市白水县、咸阳市淳化县和咸阳市彬州市,种植面积分别为3.54、3.21、2.90万hm^(2)和2.51万hm^(2);包含光谱特征、遥感植被指数、纹理特征和地形特征的分类特征集在提取苹果园空间格局方面效果最优,苹果园地提取的总体精度和Kappa系数分别为94%和0.86,高于其他分类特征组合。研究成果可为未来陕西省苹果产业合理规划及果园精细化管理提供科学依据和数据支撑。

黄土高原典型苹果园地深层土壤氮磷钾养分含量与分布特征

测定了黄土高原6个苹果生产基地县21个果园0—300 cm土层土壤氮磷钾养分含量,分析和比较了不同县区果园土壤氮磷钾养分含量差异及其土壤剖面分布特征。结果表明:(1)6个试点21个果园0—300 cm土层土壤氮磷钾全量分别为0.54、0.53和6.79 g/kg,土壤氮磷钾速效量分别为102.66、7.95和102.75 mg/kg,不同苹果产区果园土壤氮磷钾全量和速效量差异明显,除全氮含量外均以中部高塬黑垆土苹果产区氮磷钾全量和速效量最高,而以北部丘陵黄绵土苹果产区最低。(2)不同苹果产区果园0—300 cm土层土壤氮磷钾全量和速效量剖面分布特征类似,除全钾和速效氮外其余养分全量和速效量剖面分布具有明显"表层积聚效应"。(3)6个试点果园土壤全氮含量呈现缺或较缺,土壤速效氮含量丰富或中等或缺,土壤速效磷含量中等或缺,土壤速效钾含量丰富或较丰富,应该增施有机肥,氮磷肥配合,适当增施钾肥。

渭北旱塬苹果园地产量和深层土壤水分效应模拟

为了研究实时气象条件下渭北旱塬不同生长年限苹果园地产量变化趋势和深层土壤水分变化规律,在模型适用性与模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了1962—2001年期间洛川旱塬苹果园地产量演变动态和深层土壤水分效应。结果表明:(1)在模拟研究期间,洛川旱塬4—40年生苹果园产量整体上呈波动性下降趋势,初期产量逐渐增加,11—23年生达到最大值(平均为28.8 t/hm2),之后随降水量年际波动呈现出明显的波动性降低趋势。(2)40a间苹果园地遭受的干旱胁迫日数呈波动性上升趋势,与年降水量波动趋势相反。(3)1—15年生期间苹果园地平均年耗水量高于同期年降水量,导致苹果园地0—10 m土层土壤强烈干燥化,逐月土壤有效含水量波动性降低,1—10年生、11—20年生和21—40年生期间发生土壤干燥化并且程度逐渐加剧,但干燥化速率逐渐减缓,土壤干燥化速率分别为95.4、12、1.5 mm/a。(4)随生长年限的延长,苹果园地0—10 m土层土壤湿度逐渐降低、土壤干层分布深度逐渐加大,在14年生时超过了10 m,20年生以后2—10 m土层形成稳定的土壤干层。因此,基于土壤水分利用的苹果生长与果园利用的合理年限为20 a,最长不宜超过23 a。

榆林主要山地苹果园地土壤养分状况调查与评价

主要对陕西省榆林市3个苹果主产县(绥德、子洲、米脂)15个果园0~60 cm土层土壤养分的含量进行了研究分析,并比较不同县区果园之间的土壤养分含量的差异。结果表明,绥德县5个果园0~60 cm土层土壤速效氮磷钾平均含量分别为28.5,33.9,144.2 mg/kg,土壤pH值为7.18,有机质含量为0.5%;子洲县5个果园0~60 cm土层土壤速效氮磷钾平均含量分别为21.47,39.46,87.84 mg/kg,土壤pH值为7.32,有机质含量为0.37%;米脂县5个果园0~60 cm土层土壤速效氮磷钾平均含量分别为35.22,15.10,61.07 mg/kg,土壤pH值为8.68,有机质含量为0.42%。3个县区除有机质含量差异不显著外,其余土壤成分都有不同程度的差异,速效磷含量均比较丰富,速效钾含量也在适宜水平以上,而速效氮和有机质含量处于正常水平以下,属于缺乏状态。土壤pH值除米脂外其余县区果园较适合果树的生长。在以后的施肥过程中应该增施有机肥,提高氮肥利用率,适当增施钾肥。

黄土高原苹果园地深层土壤氮素含量与分布特征

在黄土高原的凤翔、白水、长武、西峰、延安和静宁等6个苹果产区,测定了6～28龄苹果园地0—300 cm土层土壤的全氮、铵态氮和硝态氮含量,分析和比较了不同地区和不同树龄果园土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量及其剖面分布特征。结果表明:1)不同地区和不同树龄果园土壤全氮含量为0.19 g/kg(延安)～1.28 g/kg(白水),土壤铵态氮含量为5.19 mg/kg(静宁)～39.46 mg/kg(长武),土壤硝态氮含量为3.97 mg/kg(延安)～352.86mg/kg(白水),除延安点土壤明显较低外其它试点果园土壤全氮含量差异不大,各类果园土壤硝态氮含量差异较大,而铵态氮含量差异较小;2)不同地区和不同树龄果园60 cm以上土层土壤全氮含量明显高于深层土壤,高龄果园土壤硝态氮含量明显高于低龄果园,并在100 cm以下土层出现不同程度的土壤硝态氮累积现象;3)延安果园土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量均低于其它试点,需要增施氮肥以提高苹果产量,而凤翔、白水、长武、静宁和西峰苹果园深层土壤硝态氮积累量较高,应维持或适当减少氮肥施用量。

苹果园地面植被优化组合对害虫和天敌群落的影响

为系统评价苹果园地面不同植物的优化组合对地面植被和树冠上害虫和天敌群落的影响,明确不同植被组合对树冠害虫和天敌群落的影响规律,三种植物(紫花苜蓿、夏至草和泥胡菜)按照不同比例在果园地面种植,采用扫网法和目测法分别调查地面植被和苹果树冠上害虫和天敌的种类及其数量,通过数据分析比较不同植被组合对节肢动物群落结构的影响。结果表明:植被多样化对地面植被上天敌种群特别是小花蝽的种群密度具有显著的促进作用,而天敌数量的增加对害虫种群具有极佳的抑制效果。地面植被的优化组合对树冠节肢动物群落的影响也不一致:单纯苜蓿区(处理1)、25%夏至草区(处理4)和35%夏至草区(处理5)天敌密度分别是清耕园的1.08、1.29和2.48倍,同时害虫数量仅为清耕园的71.95%、62.68%和74.41%,且能够促进早春天敌的种群建立和增殖,物种丰富度和天敌多样性也显著增加。总之,地面植被的不同组合能够调节苹果树冠上害虫和天敌的种群结构,形成有利于天敌不利于害虫的果园生境,对早春天敌的种群建立和生物控害具有显著的促进作用。

宁夏风沙区苹果园地土壤质量及硒元素评价

[目的]阐明宁夏风沙区苹果园土壤质量演变过程,为该区域苹果园管理与发展、苹果产业可持续发展及脱贫富农提供依据。[方法]以宁夏沙坡头区2年生(2 a)、5年生(5 a)、10年生(10 a)和25年生(25 a)苹果园为研究样地,以周围荒地为对照(CK),分析各样地土壤理化性质变化特征及其相关关系,并根据土壤质量综合技术评价标准进行苹果园土壤质量评价。[结果]①随林龄增加,土壤含水量、土壤电导率、土壤全氮、土壤有机碳、土壤速效钾、速效磷和水解性氮均呈现上升趋势,而土壤C/N和土壤温度均呈现下降趋势。土壤黏粉粒、土壤pH值和土壤硒含量呈现先升高后降低趋势,而土壤容重呈现先降低后增加趋势,且均在10 a时出现最值(峰值或谷值)。但土壤孔隙度表现为不同样地间无显著差异性。②苹果园土壤粗砂粒和黏粉粒与土壤温度及土壤C/N呈显著负相关(p<0.01),而与土壤含水量、土壤全氮及有机碳呈显著正相关(p<0.01)。土壤粗砂粒与土壤速效钾及土壤水解性氮呈显著正相关(p<0.01)。土壤含水量与土壤温度及土壤C/N呈显著负相关(p<0.01),而与土壤全氮、有机碳、土壤速效钾和水解性氮呈显著正相关(p<0.01)。土壤容重与土壤黏粉粒、土壤含水量、土壤全氮及有机碳呈负相关(p<0.05)。土壤养分指标之间均存在正相关关系(p<0.05)。但土壤孔隙度和土壤硒与其余指标间均无相关性(p>0.05)。③综合土壤物理、化学及营养指标,土壤质量综合得分排序表现为:25 a>10 a>5 a>0>2 a>CK。[结论]在宁夏风沙区种植苹果经济林5 a左右即可改善土壤理化性质,10 a时促进土壤质量性状显著提高,特别是土壤硒含量处于较高水平,并且随着种植年限增加,宁夏沙区苹果园土壤质量持续改善。

黄土高原长期苹果园地土壤重金属分布和评价

通过对陕西长武苹果园地土壤样品采集和实验分析,依据无公害果园产地土壤环境质量标准和绿色食品产地土壤环境质量标准,对其土壤环境质量进行了评价。结果表明:以无公害果园产地土壤环境质量为评价标准,长武果园土壤重金属污染程度有Ni>As>Cr>Zn>Cu>Pb的特征,土壤重金属综合污染指数为0.489;以绿色食品产地土壤环境质量为评价标准,长武果园土壤重金属污染程度有Cr>As>Pb>Cu的特征,土壤重金属综合污染指数为0.715。因此,其土壤环境质量应判定为尚清洁。环境质量评价过程揭示了Ni、Cr存在潜在污染可能,特别是Cr含量已达绿色食品产地土壤环境质量标准的警戒线,所以应将它作为今后监测的重点并引起足够的重视。

基于GF-1与Landsat-8影像的山区苹果园地信息提取

GF-1卫星影像具有空间和时间分辨率高、纹理信息丰富等优势,而Landsat-8卫星影像具有多波段、光谱信息充足等优势。针对两种影像的特点,本文分别用面向对象分类方法进行苹果园地信息提取研究,结果表明:两种影像的分类精度都比较高,但由于研究区域属于山区,地块分布不均匀,GF-1影像发挥其空间分辨率较高的优势,苹果园地面积提取精度比Landsat-8高1.19%。

苹果园地表覆盖方式对土壤含水量及果实品质的影响

研究了地面生草、地膜覆盖、地面覆草和清耕处理4种地表覆盖方式,对苹果园土壤含水量及苹果果实品质的影响。结果表明:河北省果园的最适覆盖方式为地面覆草。普通推广的生草法模式不适合河北省干旱少雨的生长环境,并且在缺水季节会在一定程度上造成土壤更加缺水和干旱。

苹果园地面有益节肢动物群落及其相对捕食作用

用目击法和陷井法调查了北京市巨山国营农场苹果园地面有益节肢动物的主要种类,有29种蜘蛛、7种鞘翅目、4种半翅目、1种革翅目昆虫.分析了植被对地面捕食性天敌的影响,用结扎幼虫模拟实验研究了地面捕食性天敌对桃小食心虫(Carposina niponensis Walsingham)的相对捕食作用,观察了蜘蛛类活动规律,讨论了有益节肢动物在维持果园生态平衡中的作用.

苹果园地土壤重金属富集特性对比研究

苹果园地的土壤环境决定着苹果品质,对比中国主要苹果产区土壤重金属富集特点,介绍各地苹果园地土壤重金属污染现状,分析其重金属污染主要种类和含量,以及园地土壤重金属的时间累积及其随深度变化的富集迁移规律,探讨重金属元素之间的相关关系、空间相关性等,对苹果园地土壤重金属来源进行了讨论,为建立绿色无公害化的苹果基地提供理论依据。

苹果园地面植被的优化组合对害螨和天敌群落组成的影响

苹果园种植紫花苜蓿 ,为捕食性天敌提供了适宜的生存环境和补充猎物 ,使苹果园天敌数量增加 ,叶螨种群下降 .夏至草是苹果园杂草的优势种 ,该杂草可为果园前期提供天敌生存所需的花粉、花密和猎物 ,使东亚小花蝽发生时间早 ,发育速度快 .将有益杂草夏至草引入果园与紫花苜蓿搭配 ,可弥补单纯紫花苜蓿对天敌早期增殖的不足 .夏至草与紫花苜蓿的比例变化 ,影响苹果园节肢动物物种数量 ,当夏至草的覆盖度大于 2 5 %时 ,对地面植被和苹果树冠捕食于敌种群数量最为有利 .

苹果园地下管理制度的改革

目前，多数苹果园地下管理采取清耕、留树盘、大水漫灌、重化肥轻农家肥等做法，一定程度上制约了产量和质量的进一步提高。根据笔者近几年试验和调查的结果来看，苹果园地下管理应从以下几个方面进行改革。

渭北地区苹果园地力现状及提升办法

近年来,受多种因素影响,渭北地区苹果园普遍效益偏低,多数果农放松了对苹果园的管理,果园投入相对减少,只注重树上管理,忽视树下管理,导致苹果园地力普遍较弱,有机质含量下降严重,树势衰弱,果实质量严重下滑,严重威胁着苹果产业的高质量发展。笔者就渭北地区苹果园的肥力现状和提升苹果园地力的方法,谈谈自己的观点,供大家参考。

渭北地区苹果园地力现状及提升办法

渭北地区苹果园受多种因素的影响,效益偏低,果农放松了对果园的管理,使得果园地力较弱,有机质下降,树势衰弱,影响苹果品质及效益。为此,针对渭北地区苹果园土壤肥力现状,提出一些提升措施,供果农参考。

基于形色筛选的苹果园羽化害虫粘连图像分割方法

针对苹果园害虫识别过程中的粘连问题,提出了一种基于形色筛选的害虫粘连图像分割方法。首先,采集苹果园害虫图像,聚焦于羽化害虫。害虫在羽化过程中已完成大部分生长发育,其外部形态、颜色、纹理更为稳定显著。因此,基于不同种类害虫的形色特征信息分析,来获取害虫HSV分割阈值和模板轮廓。其次,利用形状因子判定分割粘连区域,通过颜色分割法和轮廓定位分割法来实现非种间与种间粘连害虫的分割。最后,对采集的苹果园害虫图像进行了试验分析,采用基于形色筛选的分割法对单个害虫进行分割,结果表明,本文方法的平均分割率、平均分割错误率和平均分割有效率分别为101%、3.14%和96.86%,分割效果优于传统图像分割方法。此外,通过预定义的颜色阈值,本文方法实现了棉铃虫、桃蛀螟与玉米螟的精准分类,平均分类准确率分别为97.77%、96.75%与96.83%。同时,以Mask R-CNN模型作为识别模型,平均识别精度作为评价指标,分别对已用本文方法和未用本文方法分割的害虫图像进行识别试验。结果表明,已用本文方法分割的棉铃虫、桃蛀螟和玉米螟害虫图像平均识别精度分别为96.55%、94.80%与95.51%,平均识别精度分别提高16.42、16.59、16.46个百分点。这表明该方法可为果园害虫精准识别提供理论和方法基础。

生草对贵州高海拔区苹果园土壤呼吸及水热环境的影响

【目的】探明西南冷凉高地苹果产区果园不同草种覆盖条件土壤呼吸特征及其与土壤水热的关系,为筛选苹果园适宜生草类型提供参考依据。【方法】设置鼠茅草(Vulpia myuros)、鸭茅(Dactylis glomerata)、黑麦草(Lolium perenne)、白三叶(Trifolium repens)、光叶紫花苕(Vicia villosa)、鼠茅草+鸭茅+白三叶混播、黑麦草+白三叶+鸭茅混播、鼠茅草+黑麦草+白三叶混播8个苹果园生草处理,以清耕作对照(CK),利用LI-6400XT便携式光合测定系统配套使用土壤呼吸气室(6400-09)测定果园土壤呼吸速率,采用非线性回归和指数模型,分析不同生草处理对土壤呼吸与土壤水热环境的影响。【结果】生草显著提高果园土壤呼吸速率,较清耕提高0.07%~256.39%,其中,黑麦草+白三叶+鸭茅混播处理提高幅度最高。生草覆盖显著提高土壤水分保持能力,对0~20 cm土层的影响最明显,相同月份不同生草处理间土壤水分差异明显,生草混播处理提高土壤水分能力优于生草单播处理。生草覆盖后显著降低夏季(5—7月)表层土壤(0~5 cm)温度。不同生草覆盖处理土壤水分含量与土壤呼吸以二次函数拟合效果最佳,决定系数R 2在0.242~0.989,拟合度较高。各生草处理土壤温度与土壤呼吸速率呈指数函数关系,0~5 cm和5~10 cm土层拟合模型决定系数R 2平均值高于10~15 cm和15~20 cm土层。土壤温度、水分及二者的交互作用对土壤呼吸的协同影响高于土壤单因子的影响。【结论】苹果园生草处理可显著提高土壤呼吸速率,显著增加0~20 cm土层土壤的水分保持能力,降低果园夏季表层土壤(0~5 cm)温度,有效改善苹果根系生长环境,有利于树体发育。不同生草模式中以黑麦草+白三叶+鸭茅混播处理效果最优。

不同覆盖措施对寒地苹果园土壤物理特性和树体生长的影响

为探索适合东北寒地雨养苹果园幼树生长的土壤覆盖技术,以当地主栽苹果品种龙丰为试材,连续2年采用稻草、玉米秸秆、食用菌菌渣和园艺地布覆盖,以清耕为对照,研究不同覆盖处理对苹果园土壤温度、含水量、容重、孔隙度以及树体生长的影响。结果表明:覆盖可显著影响表层土壤温度,与清耕对照相比,覆盖稻草显著降低了土壤温度,覆盖玉米秸秆和覆盖食用菌菌渣能够稳定土壤温度;覆盖处理显著提高了土壤含水量,以覆盖食用菌菌渣最佳,5—10月平均土壤含水量较对照提高40.5%;覆盖有机材料可降低土壤容重,增加土壤孔隙度,在成熟期与对照差异显著,以覆盖玉米秸秆最佳。覆盖促进了龙丰幼树生长,春梢长度和新梢长度、粗度增加,干径增加,促进了叶片生长。综合比较,覆盖园艺地布促进树体生长效果最佳,覆盖玉米秸秆和覆盖食用菌菌渣对改善土壤环境效果最好,同时也能够促进树体生长。