冬小麦种植面积空间抽样样本布局的优化设计

【目的】样本布局是空间抽样调查方案设计中的关键要素。优化设计样本布局对于提高抽样样本对总体的代表性、降低抽样调查成本、改善抽样外推总体精度具有重要意义。论文针对现有农作物种植面积空间抽样调查技术体系中存在样本布局设计合理性不足的问题（如采用简单随机抽样进行样本布局设计时,无法保证各样本单元间相互独立、彼此间不存在空间相关性;而以往系统等距布样方式又存在样本间隔的制定缺乏科学依据）,进一步提高现行农作物种植面积空间抽样调查效率。【方法】选取安徽省蒙城县和冬小麦种植面积2009年和2010年的冬小麦空间分布数据（分别源自ALOS AVNIR-2 和Landsat5 TM影像提取结果）,通过地统计学理论与“3S”技术（遥感、地理信息系统和全球定位技术）及传统抽样方法相结合,首先,设计8种抽样单元尺寸水平,利用不同种尺寸水平的抽样单元离散抽样区、构建抽样框;其次,选取简单随机抽样方法初选样本单元,利用初选样本构建抽样单元内冬小麦种植面积比例的变异函数理论模型,基于该模型分析抽样单元间空间关联性和异质性,定量确定抽样单元空间关联阈值;然后,遵循传统抽样理论要求样本间相互独立原则,以抽样单元空间关联阈值为抽样间隔,采用空间系统等距的布局方式对冬小麦种植面积空间抽样样本布局进行了优化设计;最后,以简单随机抽样方法为对照,选取抽样外推总体相对误差、总体总值估计量的变异系数（CV）及样本容量为评价指标,对布局优化设计后的抽样样本外推总体精度、稳定性（通过变异系数反映）及抽样成本（通过样本容量反映）进行定量评价试验研究。【结果】抽样单元内冬小麦种植面积比例的变异性随单元尺度的增大而增大,8种单元尺度下的抽样单元内冬小麦种植面积比例的变异系数变化范围为32.75%—43.46%,属中等变异;抽样单元内冬小麦种植面积比例在一定范围内存在强烈的空间相关性,该空间相关性主要由结构性因素（如气候、地形、土壤类型等自然因素）决定。抽样单元内冬小麦种植面积比例的空间关联阈值随抽样单元尺寸的增大而增大;当抽样单元尺寸较小时（500 m×500 m—2 000 m×2 000 m）,在样本容量相同条件下,经布局优化设计后的抽样样本外推总体的相对误差和变异系数明显低于简单随机抽样;当抽样单元尺寸较大时（2 500 m×2 500 m—4 000 m×4 000 m）,布局优化设计后的抽样样本外推总体的相对误差和变异系数虽未明显降低,但样本容量却显著减小。【结论】该文可为改善农作物种植面积空间抽样调查效率提供试验依据。为研究区和研究对象,以正方形网格作为抽样基础单元,基于蒙城县     

Maize acreage estimation using ENVISAT MERIS and CBERS-02B CCD data in the North China Plain

Crop acreage estimation is a key aspect to forecast crop production. Maize acreage estimation becomes more and more important because the fast production changes every year due to the dynamics of the prices. This paper focuses on maize acreage estimation in the North China Plain using ENVISAT MERIS and CBERS-02B CCD data of 2008. Firstly, adaptive maximum likelihood classification of CBERS-02B CCD images based on ground survey provided reliable maize area fraction image (AFI). CBERS derived AFIs (as reference AFI) were used to train a 3-layer back-propagation neural network, this was then used to the whole MERIS data to generate MERIS AFIs (AFIe). To estimate maize acreage, the maize AFI from MERIS was masked with cropland dataset and maize acreages were estimated by zonal statistic of maize AFI at district level. The statistical results were also modified using a non-arable coefficient to remove the effects of non-arable factors. The results showed a close relationship between estimated and statistical maize acreage (R² ≈ 0.88). At province level, the estimation error is approximately 8%. This method is valuable for wide-scale, regional crop acreage estimation at the early stage of growing season. The study gives suggestions about high resolution image acquisition, spatial distribution and cropland datasets.     

基于遥感的福建闽侯丘陵区农作物种植面积空间抽样方法

以福建闽侯县作为研究区,采用传统抽样(简单随机抽样、系统抽样、分层抽样)、空间抽样(空间随机抽样、空间系统抽样、空间分层抽样)等方法对研究区农作物种植面积进行样本抽选、总体推算及误差估计,结果表明:1 500 m×1 500 m格网为最优抽样单元尺寸,空间分层抽样方法的相对误差为3.86%,变异系数为6.03%,抽样成本为6.03,抽样效率高.与传统抽样方法相比,空间抽样方法显著减少样本容量,节约调查成本.     

21世纪以来三江平原农作物种植结构演化研究

客观分析农作物种植结构演化是优化调整农作物种植结构、推进农业供给侧改革和实现农业现代化的重要基础。基于2000—2015年遥感影像反演数据,利用数理统计分析和GIS空间分析方法,刻画三江平原农作物种植结构时空演变特征及规律。结果表明:1)2000—2015年三江平原大豆与其他作物的种植面积明显减少,而玉米和水稻种植面积显著增加。2)从时序看,15 a间三江平原县域农作物种植结构类型向水稻与玉米等单一化类型演变,且以大豆与其他作物组合型为主导的县域农作物种植结构类型向水稻和玉米组合型转变。3)从空间看,玉米与水稻的单一化类型与组合型主要扩张于东北部河流沿岸及中部地势低平的平原县域,而大豆与其他作物组合型则萎缩至西北和南部地势较高的山地丘陵县域。4)自然环境、社会经济状况、科学技术等因素共同作用推动了三江平原农作物种植面积和种植结构类型时空变化。在国家/区域农业供给侧结构性改革中,三江平原需要调减玉米种植规模,适当调增大豆种植规模,稳定水稻种植规模,形成合理种植结构与布局。     

农业抽样调查中统计理论和抽样方法选取研究

对比分析了概率抽样和空间抽样理论和方法,用农业抽样调查实例证明了对于存在空间相关的空间抽样问题,采用空间统计理论和方法确定的抽样策略才是适宜和高效的。同时从理论的角度验证了分层抽样和系统抽样是抽样调查中行之有效的方法。     

油菜菌核病轻发生条件下的空间分布格局与抽样技术

通过田间调查,应用聚集度指标法、Iwao法和Taylor幂函数法,研究油菜菌核病的田间空间分布格局和抽样技术.结果表明,油菜菌核病空间分布型总体上呈聚集分布,但聚集程度不高,少量田块呈随机、均匀分布.轻发生时油菜菌核病的空问分布型倾向随机和均匀分布.抽样数量随着发病程度的加重而递减,最适理论抽样模型为n2=103.33/m-0.86,在茎株发病率为轻发生的10％时,每田的理论抽样样方数为103,即1030株.     

基于LMDI分解模型的中国粮食主产区增产格局及贡献因素研究

深入分析中国13个粮食主产省份的增产空间格局、作物结构、贡献因素,为维系其增长态势、优化粮食生产布局、调整种植结构,实现主产区粮食稳步增产提供决策依据。运用LMDI分解模型和GIS空间分析法,将主产区粮食总产量分解为播种面积和作物单产2种因素,分析其增产格局及增产贡献因素。从主产区粮食增产量的空间分布来看：北方主产区优于南方主产区,粮食增产重心呈现出较为明显的北移趋势;增产结构上看,玉米为主要贡献品种,其次为小麦,稻谷贡献率最低;主产区粮食增产贡献因素来看,单产的贡献率高于播面的贡献率,且空间差异明显。分作物看稻谷和玉米的播种面积效应为正值,玉米大于稻谷,小麦的播种面积效应产生负向影响;3种作物的单产效应均为正值,小麦的单产效应最为显著,小麦>稻谷>玉米。面积增加和单产提高都对主产区粮食产量增加产生了积极的贡献。对于主要依靠播面增加来提高产量的地区,应调整种植结构,合理轮作,挖掘优势作物,增加农业技术推广,提高土地产出;对于单产贡献显著的地区,要发展特色产业优势区,形成集群化发展,在生产、流通、销售环节提供全方位的服务,防止增产不增收的现象发生。     

麦田灰飞虱种群空间分布型及抽样技术探讨

灰飞虱不仅直接为害水稻、大小麦,还是水稻条纹叶枯病、黑条矮缩病的主要媒介。了解灰飞虱在越冬作物大小麦田的分布特证和合适的抽样技术,可以为春季防治灰飞虱从而控制水稻病毒病的发生流行发挥重要作用。为此笔者进行了麦田灰飞虱种群分布调查,并采用扩散型指标法和Iwao回归法测定了浙江北部大小麦田灰飞虱的空间分布型。结果表明:麦田灰飞虱成虫、若虫和成若虫田间分布趋于聚集分布,其聚集原因主要是由灰飞虱生物学特性和环境因素引起的。根据空间分布型的参数,建立了理论抽样数模型为n_1=(1172.84/X) 37.46,n_2=(293.21/x) 9.36,n_3=(130.3/x) 4.16,适用于不同虫口密度下的田间抽样。在每样方虫口密度5、10和15头以上时,分别取样70、40和20个样方。研究结果为准确抽样调查和防治提供了科学依据。     

Spatial variation in tree characteristics and yield in a pear orchard

We examined the spatial structure of fruit yield, tree size, vigor, and soil properties for an established pear orchard using Moran’s I, geographically weighted regression (GWR) and variogram analysis to determine potential scales of the factors affecting spatial variation. The spatial structure differed somewhat between the tree-based measurements (yield, size and vigor) and the soil properties. Yield, trunk cross-sectional area (TCSA) and normalized difference vegetation index (NDVI, used as a surrogate for vigor) were strongly spatially clustered as indicated by the global Moran’s I for these measurements. The autocorrelation between trees (determined by applying a localized Moran’s I) was greater in some areas than others, suggesting possible management by zones. The variogram ranges for TCSA and yield were 30–45 m, respectively, but large nugget variances indicated considerable variability from tree to tree. The variogram ranges of NDVI varied from about 14–27 m. The soil properties copper, iron, organic matter and total exchange capacity (TEC) were spatially structured, with longer variogram ranges than those of the tree characteristics: 31–95 m. Boron, pH and zinc were not spatially correlated. The GWR analyses supported the results from the other analyses indicating that assumptions of strict stationarity might be violated, so regression models fitted to the entire dataset might not be fitted optimally to spatial clusters of the data.     

不同采样幅度和间距下压砂地枣树土壤水分的空间变异性研究

为了探明西北地区特有的压砂地枣树土壤水分的空间变异及其尺度效应,本文基于野外试验,选取32m×32 m区域,并在此基础上改变采样幅度和采样间距,基于经典统计学和地统计学理论,研究了不同采样幅度和间距条件下0-50 cm土层土壤含水量的空间分布特征及其空间变异性。结果表明,对于所有5种采样幅度(32m×32 m、28 m×28 m、24 m×24 m、20 m×20 m和16 m×16 m),随土层深度的增加,土壤含水量呈减小的趋势,而变异系数呈增大的趋势,空间变异强度基本表现为弱变异至中等偏弱变异;当采样幅度增大时,土壤含水量的变异系数Cv、块金值C0及变程A均不断增大。对于4 m、8 m和12 m这3种采样间距,当采样间距增大时,土壤含水量的块金值C0不断增大,变程A不断减小,而变异系数Cv不受影响。在不同尺度内,土壤含水量均存在强烈的空间自相关性。各土层土壤含水量在不同采样间距下的空间分布形态相似,多处出现明显的"隆起"与"凹陷",受地形影响显著,并随着采样间距的增大,逐渐平坦化,8 m为较合理的采样间距。     

农作物分布格局动态变化的遥感监测——以东北三省为例

【目的】当前对涉及到耕地内部不同作物空间分布及其变化的研究较少。本文旨在探讨大尺度作物种植面积和分布格局遥感提取方法及景观生态学中景观格局指数在作物格局动态变化分析中的应用。【方法】基于2005年和2010年作物生育期内遥感影像全覆盖的MODIS-NDVI数据,利用RS、GIS技术,通过分析东北地区主要作物（水稻、玉米、大豆）的种植结构、物候历及NDVI曲线特征,建立不同作物面积遥感提取模型,提取大尺度农作物空间分布格局信息。同时,利用景观格局指数方法分析农作物格局动态变化特征和变化规律。【结果】与多年平均统计数据比较,基于MODIS遥感数据提取的作物面积信息,2005年和2010年平均精度达到了90%以上;5年间,东北地区主要作物种植结构发生了较大变化。其中大豆平均斑块面积减少,面积年动态度为-4.47%,水稻和玉米平均斑块面积均增加,且5年的变化幅度均超过20%。【结论】成本和收益是作物面积增加或减少的主要原因;用中等分辨率的遥感数据进行大尺度作物面积提取的方法是可行的;景观生态学中格局指数可以用来分析耕地内部作物格局的动态变化规律。     

Suitability of the DNDC model to simulate yield production and nitrogen uptake for maize and soybean intercropping in the North China Plain

Intercropping is an important agronomic practice. However, assessment of intercropping systems using field experiments is often limited by time and cost. In this study, the suitability of using the DeNitrification DeComposition(DNDC) model to simulate intercropping of maize(Zea mays L.) and soybean(Glycine max L.) and its aftereffect on the succeeding wheat(Triticum aestivum L.) crop was tested in the North China Plain. First, the model was calibrated and corroborated to simulate crop yield and nitrogen(N) uptake based on a field experiment with a typical double cropping system. With a wheat crop in winter, the experiment included five treatments in summer: maize monoculture, soybean monoculture, intercropping of maize and soybean with no N topdressing to maize(N0), intercropping of maize and soybean with 75 kg N ha~(–1) topdressing to maize(N75), and intercropping of maize and soybean with 180 kg N ha~(–1) topdressing to maize(N180). All treatments had 45 kg N ha~(–1) as basal fertilizer. After calibration and corroboration, DNDC was used to simulate long-term(1955 to 2012) treatment effects on yield. Results showed that DNDC could stringently capture the yield and N uptake of the intercropping system under all N management scenarios, though it tended to underestimate wheat yield and N uptake under N0 and N75. Long-term simulation results showed that N75 led to the highest maize and soybean yields per unit planting area among all treatments, increasing maize yield by 59% and soybean yield by 24%, resulting in a land utilization rate 42% higher than monoculture. The results suggest a high potential to promote soybean production by intercropping soybean with maize in the North China Plain, which will help to meet the large national demand for soybean.     

巴彦淖尔地区作物的结构变化与调整分析

对2003~2012年巴彦淖尔地区作物结构的演变趋势及成因进行了简要地分析和探讨,结果表明:小麦、牧草的种植面积比例呈逐年下降趋势;玉米、向日葵、油料作物的种植面积比例呈上升趋势,并趋于稳定;番茄、红黑白瓜子、西甜瓜的种植面积比例波动不大。根据分析结果对该地区作物结构的调整方向提出了指导性建议:以政策为准绳,加大支持力度;以市场为导向,经济效益优先;以"优、特"为中心;以产量为基础,以科技为依托。     

河北省粮食产量影响因子的灰色关联分析

运用灰色系统理论中的灰色关联分析方法,选择粮食单产、耕地面积、有效灌溉面积、化肥用量、农药用量、农业机械总动力、受灾面积7项因子,与河北省近10 a来粮食产量之间的关联性进行分析,结果表明,影响河北省粮食产量的主要因子依次为有效灌溉面积、农药用量、农业化肥用量、耕地面积、粮食单产、农业机械总动力和受灾面积。因此,提出加强农业基础设施建设,合理使用化肥和农药,实行严格的耕地保护制度,实施科技兴农战略等建议,以稳定和增加河北省粮食产量。     

基于总体抽样下子总体追加抽样设计的棉花种植面积遥感估算方法研究

针对遥感与抽样相结合的农作物种植面积估算方法中,子总体的作物种植面积估算需要新的抽样体系设计和样本野外调查等繁重工作,缺少基于总体下对子总体的作物种植面积估算的方法,以沙湾县、玛纳斯县和呼图壁县为总研究区,提出了基于遥感和PPS抽样相结合的总体抽样下子总体追加抽样设计的子总体研究区呼图壁县棉花种植面积估算方法,并以新疆建设兵团统计局公布数据为真值对其估算结果进行对比分析。结果显示,基于总体抽样下子总体追加抽样设计后,子总体研究区估计量的变异系数为0.023 3,远低于0.05,而追加抽样设计前变异系数为0.122 3,说明样本在该方法下的代表性得到极大提高。以新疆建设兵团统计局公布数据为真值进行对比发现,子总体研究区棉花种植面积提取精度达到94.2%,能够有效提取子总体中的棉花种植面积,同时避免了重新建立子总体研究区抽样体系所需要的人力、物力、财力等资源的消耗。     

菜蚜种群密度简易估计的数学模型

根据田间菜蚜种群的数量消长和空间扩散规律，提出了一个根据有蚜株率Ｐ来估计种群平均密度Ｍ的数学模型，并利用同样数据，对几个常见的Ｐ～Ｍ关系模型进行拟合。根据各个拟合模型的残差平方和分析，新提出的模型对菜蚜种群数据具有较高的拟合能力，该模型适合于田间在一季作物的生长初期菜蚜种群处于定居扩散期间（Ｐ＜１００％）的种群密度简易（二项抽样）估计，可简化田间菜蚜种群的密度调查工作。文中还对该模型的密度估计方差及理论抽样数进行了分析。     

1961-2020年中国玉米需水量及水分盈亏的时空变化格局

为明确不同区域玉米需水量的时空变化,根据联合国粮食与农业组织(FAO)推荐的彭曼公式和作物系数法,利用1961-2020年558个典型气象站点的标准气象数据对我国不同区域玉米的生育期作物需水量进行计算,并结合玉米生育期内的降水量进一步分析不同区域玉米的水分盈亏时空变化.结果表明,全国玉米生育期内需水量在区域间呈现明显的...     

区域粮食生产系统变化趋势分析与预测

利用浙江省区域粮食生产系统时间序列数据,分析粮食种植面积、总产和单产等生产指标的变化特征及趋势,结果表明各区种植面积呈大幅减少趋势,减少幅度浙北>浙中西>浙南;粮食总产呈显著减少趋势,减少幅度浙北>浙中西>浙南;粮食单产均呈增加趋势,增加的幅度浙南>浙北>浙中西,但增幅都较小。利用综合增长率或减少率法,分别建立悲观、一般、乐观条件下的粮食生产系统预测方案,并以实际生产指标值为基数,预测未来粮食的总产、种植面积和单产。     

我国作物品种区域试验的精确研究

根据1982年以来我国部分作物品种区域试验的资料，对比研究棉花、小麦、水稻和玉米试验的试验精确度（EP）和品种比较精确度（VCP）。结果表明，棉花和玉米区试的EP及一年一点试验的VCP普遍低于小麦和水稻，其试验误差有待降低；棉花一点两年试验的VCP严重不足，平均低于25％，各种作物一年多点试验的VCP控制得较好，其平均均在10％以内或左右；但多年多点的试验的VCP在不同试验中差别较大，其差异主要表现在同一种作物的不同组别间。最后，针对区试中存在的精度问题，总结提出提高区精度的各种途径。     

采样密度对土壤有机质空间变异解析的影响

确定合理的采样密度以便更有效地揭示土壤属性的空间变异,是提高土壤质量评价工作准确性的前提。本文以合肥市北部地区为例,从5 207个土壤采样点(采样密度为1个/km2)中重复20次随机抽取不同采样密度的六个样本子集(对应采样密度分别是0.8个/km2、0.56个/km2、0.39个/km2、0.28个/km2、0.19个/km2、0.13个/km2),采用地理信息系统(GIS)技术和地统计学方法,研究采样密度对土壤有机质(SOM)空间变异解析的影响。结果表明:上述不同采样密度下,有机质含量的均值差异不显著,各样本对总体均具有较强的代表性。土壤有机质表现出中等的空间相关性,采样密度为0.28个/km2时探测到的SOM含量变异结构中结构性组分比例最高。采样密度小于0.28个/km2时,则局部细节信息被过滤,不能准确充分地表现其空间变异特征。在研究区的这种自然地理条件和土地利用方式下,若评价目的主要针对土壤肥力质量,揭示土壤有机质空间变异的最佳采样密度应为0.28个/km2。若是针对区域土壤碳汇潜力,则大约22 km2布置一个采样点即可获得预期的效果。