区域生态足迹与经济增长演进关系及其社会经济动因

以吉林省白城市为例,在区域生态足迹计算、动态分析的基础上,研究区域生态足迹与经济增长演进关系及其社会经济驱动因素。基于生态足迹模型计算了白城市2003—2013年人均生态足迹、人均生态承载力与生态赤字(盈余),分析了三者的动态变化,评价了白城市可持续发展状况;基于环境库兹涅茨曲线(EKC)模型探究了白城市人均生态足迹与经济增长的演进关系;基于STIRPAT模型探析了白城市人均生态足迹的社会经济驱动因素。结果表明:2003—2013年,白城市人均生态足迹、人均生态承载力分别由1.392 9,1.785 3hm2/人增加到2.967 0,3.064 6hm2/人。人均生态足迹增速大于人均生态承载力,生态盈余呈逐渐减小状态,由0.392 4hm2/人减小至0.097 6hm2/人,在2012年出现生态赤字0.046 8hm2/人,可持续发展状况开始恶化;白城市人均生态足迹与经济增长的演进曲线呈现为"勺子型",预计拐点出现在2014年,之后人均生态足迹将随着经济增长呈下降走势;人口数、可比价格人均GDP、单位GDP能耗、第二产业比率、城市化率、恩格尔系数为白城市人均生态足迹的社会经济驱动因素,驱动力指数分别为0.157 5,0.164 7,1.050 0,0.471 9,0.020 6,0.588 5。白城市必须采取行之有效的对策,优化产业布局与能源结构,加大科技投入与转化力度,发展生态经济,加强耕地保护,提高人民生态文明水平,进而提升区域自然生态与社会经济的可持续性。     

山西省水资源生态足迹时空变化特征及驱动因素

采用水生态足迹模型,结合生态承载力和生态赤字原理,探讨了山西省水资源可持续利用的时空变化特征。并利用LMDI模型,分析了山西省2005—2015年水资源生态足迹变化的驱动因素;利用ARIMA模型预测了山西省未来5年的水资源生态足迹。结果表明:（1）2005—2015年山西省人均水资源生态足迹一直大于其生态承载力,水资源供给处于生态赤字状态,年均水资源生态赤字最高为朔州市0.372 hm²/人,最低的为长治市0.184 hm²/人;（2）山西11个行政区的水资源生态足迹账户中,除了太原市外,2005—2015年都以农业用水为主,其次为工业用水,城镇公共用水占有比例较为稳定,居民生活用水和生态环境用水占总用水生态足迹的比例有小幅提升;（3）结构效应是促进山西省水资源生态足迹增长的主要因素,经济效应为第二重要因素,人口效应对于山西省水资源生态足迹的贡献度比较低,技术效应是抑制山西水资源生态足迹过快增长的关键因素;（4）运用ARIMA （2,2,3）模型预测了山西省水生态足迹发展趋势,结果表明:未来5年山西省水生态足迹仍将继续上升,但上升趋势有所减缓,在2019年后开始缓慢下降。     

基于三维水足迹-LMDI的安徽省水资源压力及驱动力分析

[目的]探究区域水资源压力状态和产生的原因,为区域合理开发和配置水资源提供理论依据。[方法]通过构建三维水足迹模型,利用水资源可持续指数定性分析水资源可持续程度,并用对数平均迪氏指数(LMDI)分解法因素分解模型定量分析结构效应、技术效应、经济效应和人口效应对2007—2016年间安徽省水资源压力的影响。[结果]①2007—2016年间安徽省水足迹总体先增加后下降,其中比例达97.88%～98.73%的内部水足迹中以农业生产用水比例最高且与总水足迹变化趋势一致;2016年安徽省由北向南人均农业用水依次递减,其他类型水足迹以长江流域比例最高;②2007—2016年间安徽省水足迹深度在2～4内波动并最终呈下降趋势且由北向南逐渐递减;2007—2016年安徽省水资源整体可持续利用趋势在增强;③安徽省水足迹各驱动因素中,技术效应为逆向驱动,正向驱动中经济效应贡献值最大。[结论]本文所用三维水足迹模型更能反映安徽省水足迹的实际情况;虽然水资源可持续利用趋势在增强,但还需优化水资源利用结构,加快提高水资源利用效率以缓解经济发展和人口增长带来的水环境压力。     

基于多层次模糊综合评价模型的喀斯特地区水资源承载力研究

[目的]研究影响水资源系统承载力变化的关键因素,为贵阳市水资源的可持续利用及合理管理政策的制定提供决策依据。[方法]以贵阳市为例,将水资源系统分为水资源、生态环境、社会经济3个子系统,选取评价指标,建立多层次模糊综合评价模型对该市水资源承载力进行评价。[结果]整体上,2003—2013年贵阳市水资源承载力状况不断提高,可较好地支持贵阳市社会经济发展。其中水资源子系统指数处于波动缓慢下降状态,生态环境子系统指数呈持续上升趋势,社会经济子系统指数呈下降趋势。[结论]水资源子系统对水资源承载能力的贡献率逐渐降低,生态环境质量的改善是水资源承载力提高的主要驱动因素,而社会经济子系统是水资源承载力提高的主要压力源。     

浙江省水资源生态足迹时空格局

[目的]研究浙江省水资源生态足迹时空格局,并对浙江省及各市水资源可持续利用水平进行评价,为区域发展和相关政策的制定提供必要的理论指导和依据。[方法]以生态足迹理论为基础,运用水资源生态足迹和生态承载力模型,核算浙江省及其各市水资源生态足迹和生态承载力。[结果]从时间序列看,2003—2013年浙江省整体水资源生态足迹呈较小波动的上升趋势;水资源生态承载力波动较大;人均水资源生态量均为盈余,且整体为上升趋势;水资源利用处于安全状态;水资源利用效率逐步提高。从空间差异看:浙江省各市水资源生态足迹可分为高值、中值和低值3个级别;水资源生态承载力和人均水资源量均呈自西南向东北递减格局;南部地区水资源生态安全程度高于北部地区;东部地区水资源利用效率高于西部和北部地区。[结论]浙江省整体水资源可持续利用水平逐步提高,但内部差异显著。为提高水资源利用科学化水平,浙江省及其各市应从发展阶段和发展目标出发,合理调整产业结构,建设相关水利工程设施,加强水资源循环利用,增强水资源保障。     

2007-2016年贵州省水资源生态足迹的演化特征

[目的]分析近10 a来贵州省及各地市的水资源生态足迹及其时空变化规律,揭示其主要影响因素,为该省社会经济发展与水资源可持续利用提供参考依据。[方法]以贵州省为例,基于生态足迹模型,计算该省2007-2016年水资源生态足迹及水资源生态承载力,并分析其演化过程。[结果]①贵州省水资源生态足迹由2007年的1.62×10⁷ hm²上升至2016年的1.66×10⁷ hm²,整体呈波动上升趋势。水资源生态承载力小于生态足迹需水量,但生态承载力的年际变化明显,导致生态压力指数为0.105~0.203。水资源存在1.779~3.827 hm²/人的生态盈余,可持续开发利用潜力较大。②从工业、农业、生活及生态各部分用水的人均生态足迹变化看,人均工业用水生态足迹下降明显,2007-2016年下降了18.9%,主要得益于万元GDP生态足迹的持续下降;人均农业用水和生活用水生态足迹变化幅度小,分别维持在0.085,0.024 hm²/人左右。③2014-2016年贵州省各地州市人均水资源生态足迹、人均水资源生态承载力以及生态盈余的空间变化差异显著,整体上表现为与经济发展呈明显的正相关。经济较为发达的中西部地区,水资源需求量大,生态盈余较低;经济较为落后的东部地区,水资源需求量较小,生态盈余较大。[结论]贵州省水资源消耗量减少,利用效率逐渐提高,水资源开发利用处于安全状态,可开发利用空间大。但贵州省9个市州水资源生态足迹与生态承载力存在严重分布不均的现象,需合理调配和利用。     

基于三维生态足迹扩展模型的中国海岸带生态足迹及其影响因素研究

[目的]计算中国大陆海岸带地区的生态足迹并分析其驱动因素,为生态文明建设与可持续发展提供参考。[方法]基于三维生态足迹扩展模型,计算中国大陆海岸带地区2008-2017年的生态足迹、生态承载力、足迹深度,从时间和空间两方面分析中国海岸带地区可持续发展的状况,并利用偏最小二乘法对驱动因素进行分析。[结果]①2008-2017年中国海岸带地区总生态承载力、人均生态足迹逐年增大,从组分贡献率来看,化石燃料用地人均生态足迹最大;②2008-2017年人均生态承载力变幅不大,在各省市中,广西壮族自治区人均生态承载力始终最大,上海市人均生态承载力始终最小;③足迹深度呈现出逐年增大趋势且深度值均大于1,消耗自然资本存量,生态赤字加剧。从空间上看,中北部省市的人均足迹深度普遍较大,南部的广西、广东、福建3省足迹深度则相对较低;④经济发展、城市规模、环境污染和区际交流是导致生态足迹和足迹深度增加的驱动因素;生态建设和科学技术提高对缓解生态足迹和足迹深度加大有着积极作用。[结论]未来可以通过调整产业结构和人口结构,改变消费方式,进一步加强生态建设和提高科技水平来实现中国海岸带地区的可持续发展。     

福建省2010-2019年水资源生态足迹与生态承载力

[目的] 对福建省水资源生态承载力进行研究,为该区水资源可持续利用提供科学依据。[方法] 以水资源生态足迹作为理论基础,叠加水资源生态足迹三维模型,并以福建省2010—2019年数据为主,分析福建省水资源生态足迹、水资源生态承载力以及水资源空间格局。[结果] 福建省2010—2019年水资源生态足迹总体呈下降趋势,变化范围为0.696～0.928 hm²/人;水资源生态承载力受降水影响,年际变幅较大,变化范围为2.602～10.944 hm²/人,为水资源生态盈余。万元GDP水资源生态足迹呈现明显下降趋势;福建省西部地区水资源承载力明显好于东部沿海地区。水资源足迹深度为1,水资源足迹广度波动范围在1以下,并呈下降趋势。[结论] 福建省水资源比较丰富。目前条件下,该省水资源承载力能够满足当地经济发展。但福建省水资源承载力年际变化较大,空间分布差异较大,随着经济的发展,水资源还是存在一定风险。     

基于生态足迹的广西壮族自治区水资源生态特征时空变化规律及其驱动因素分析

[目的] 分析近10 a来广西壮族自治区水资源生态特征的时空变化规律，探讨水资源生态足迹变化的驱动因素，为该区或同类区域的水资源合理开发与利用管理提供参考依据。[方法] 基于生态足迹模型中的水资源生态足迹、水资源生态承载力及水资源生态容量指标分析2008-2017年广西壮族自治区水资源生态特征的时空变化规律，并采用LMDI模型分析生态足迹变化的驱动因素及各地级市在关键驱动因素上的贡献比例。[结果] ①广西壮族自治区人均水资源生态足迹整体呈下降趋势，平均下降速率为-0.017 4 hm²/（人·a），人均水资源生态承载力和生态容量整体呈波动上升趋势，平均上升速率分别为0.324 6 hm²/（人·a），0.342 1 hm²/（人·a），三者在空间上均呈一定的差异性和不均衡性；②经济效应、人口效应是拉动该区水资源生态足迹增长的第一、第二因素，贡献效率分别为191.8%，25.38%，技术效应、结构效应是抑制水资源生态足迹增长的第一、第二因素，贡献效率分别为-238.0%，-79.18%；③南宁市、桂林市在结构效应和技术效应上对减少水资源生态足迹的空间贡献比例最大。[结论] 广西壮族自治区水资源生态容量处于生态盈余状态，该区的水资源利用效率逐渐提高，水资源开发局势整体向好。但城市发展与规划存在较大差异，需因地制宜地采取对策。     

基于水资源生态足迹模型的水资源可持续性研究

基于水资源生态足迹模型,结合水资源生态赤字、生态压力指数、水资源利用效率指数等指标,分析了山西省2003-2012年水资源生态足迹变化趋势和水资源可持续利用状况。结果表明:全省人均水资源生态足迹整体上呈缓慢增长趋势,人均水资源生态承载力总体上变化幅度比较平缓,从而导致人均水资源生态赤字的变化趋势与人均水资源生态足迹的变化趋势基本相同;尽管水资源开发利用效率逐年提高,但仍处于不安全状态。     

The Influence of Organic Carbon and pH on Heavy Metals,Potassium, and Magnesium Levels in Lithuanian Podzols

Industrial activities can contribute to the accumulation of heavy metals in soils, which could potentially threaten public health and the environment. This research was conducted to investigate the relationships between pH and total organic carbon (TOC) with soil chemical parameters, including exchangeable and total Cu, Zn, Cd, Pb, K, and Mg concentrations in soils near Panevėžys and Kaunas, Lithuania. Principal component regression (PCR) and non‐linear regression were used to find statistical relationships between pH, TOC, and the other soil properties studied. The results of correlation tests indicated that pH and TOC had strong relationships with most of the soil properties. The results of PCR [R ² = 0·87, RMSE = 0·046] and non‐linear regression [R ² = 0·91, RMSE = 0·041] (pH and the entire parameters), PCR [R ² = 0·777, RMSE = 0·058] and non‐linear regression [R ² = 0·871, RMSE = 0·046] (pH and the exchangeable parameters) to model the relationships between pH and soil chemical properties were promising and significant. Exchangeable heavy metal concentrations increased for pH > 5. Even though the relationships between TOC and heavy metals were significant, they were not as powerful as the relationships between pH and these metals. It was concluded that total metal concentrations in the study soils can be predicted by either pH or TOC. Metal mobility could most likely be controlled at the study site by manipulating soil pH and/or TOC. Finally, it is suggested that when there are financial and time limitations, assessment of total exchangeable metal concentrations using soil pH and/or TOC could be productive. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于非线性PLSR模型的气候变化对粮食产量的影响分析

考虑气候因子间多重共线性及其与粮食产量间复杂的非线性关系,本文在HP滤波分离出气候产量的基础上,尝试引入基于三次B样条变换(Spline-PLSR)和内部嵌入GRNN的两种非线性偏最小二乘模型(GRNN-PLSR),利用1961-2008年气候因子数据建立气候产量计算模型,以2009—2013年数据进行拟合检验,并与常用的C-D生产函数法计算的气候产量进行比较。结果表明,Spline-PLSR法在拟合气候因子变化对粮食产量影响时预测精度较高。而且,与C-D生产函数法相比,Spline-PLSR所需要素较少,操作简单,相对误差最高仅为13.6%;与GRNN-PLSR法拟合结果相比,Spline-PLSR相对误差波动较小,因此,基于三次B样条变换的非线性偏最小二乘法建模较适合拟合气候产量。     

基于光谱变换的滨海湿地土壤全氮含量建模预测

基于133个滨海湿地土样的全氮（TN）含量和光谱反射率（R）及其对数（lgR）、对数的一阶微分（（lgR）''）、倒数（1/R）、倒数的一阶微分（（1/R）''）、一阶微分（R''）、平方根（√R）、一阶微分的倒数（1/（R）''）变换，采用偏最小二乘回归（PLSR）、随机森林回归（RFR）和支持向量机回归（SVR）3种算法分别建立土壤TN含量估测模型。结果表明：①土壤TN含量与光谱变换形式相关性由高到低为：（1/R）''> R''> （lgR）''> 1/R > lgR > 1/（R）''> √R > > R，经光谱变换，土壤TN含量与变换光谱的相关性均高于R，其中与（1/R）''的Pearson相关系数最大为0.746。②PLSR和SVR基于R''、（1/R）''、（lgR）''和1/（R）''变换构建的模型、RFR方法构建的所有模型R²均大于0.732，均可用于滨海湿地土壤TN含量的估算。③基于1/（R）''建立的SVR模型预测精度最高，其R²为0.987，RMSE为0.057 g/kg，MAE为0.050 g/kg，是预测滨海湿地土壤TN含量的最优模型，可为准确获取滨海湿地土壤TN含量提供稳定方法。     

Use of percentage and milliequivalent expressions in plant composition studies

Abstract

Corn yields and leaf samples vere obtained from experimental plots receiving various rates and combinations of N, P and K. Yields were regressed on leaf N, P, K, Ca and Mg as independent variables expressed in milliequivalents per 100 grams and percentages in three regression models. The fit of two models was shown to be equivalent regardless of method of expressing the independent variables. For the other model the choice of milliequivalents per 100 grams or percentages determines a unique function.     

玉米倒伏胁迫影响因子的空间回归分析

为指导玉米新品种的推广,采用回归模型分析玉米主产区倒伏胁迫空间分布成因。该文用多元逐步线性回归法筛选黄淮海夏播玉米区的倒伏胁迫的决定因素,比较普通最小二乘法线性回归模型和地理加权回归模型的结果,以确定倒伏胁迫及其决定因素是否存在空间非平稳性和空间依赖性。结果表明：在探索倒伏的空间异质性时,地理加权回归模型显著优于普通最小二乘法线性回归模型;日降水量是玉米倒伏胁迫的主要环境成因,且倒伏程度随日降水量增加而加重;土壤含氮量、留苗密度和日平均风速与倒伏的关系随空间位置而发生正负向变化,因地制宜的分析倒伏成因才能客观有效的指导农民种植生产。     

Developing Pedotransfer Functions for Predicting FC and PWP

Using pedotransfer functions (PTF) is a useful way for field capacity (FC) and permanent wilting point (PWP) prediction. The aim of this study was to model PTF to estimate FC and PWP using regression tree (RT) and stepwise multiple linear regressions (SMLR). For this purpose, 165 and 45 soil samples from UNSODA and HYPRES datasets were used for development and validation of new PTFs, respectively. %Clay, geometric mean diameter (dg), and bulk density (BD) were selected as predictor variables due to the highest correlation and lowest multicollinearity. The results showed that clay percentage with W* = 0.89 and dg with W* = ?0.57 were the most effective variables to predict PWP and FC, respectively. The RT method had a better performance (R² = 0.80, ME = ?0.002 cm³cm^?3, RMSE = 0.05 cm³cm^?3 for FC and R² = 0.85, ME = 0.003 cm³cm^?3, RMSE = 0.03 cm³ cm^?3 for PWP) than SMLR in estimation of FC and PWP.     

实测高光谱和HSI影像的区域土壤含水量遥感监测研究

基于典型研究区植被冠层实测高光谱数据和HSI高光谱影像数据,通过相关分析选择与不同深度土壤含水量响应敏感波段,建立两者的土壤含水量反演模型,并用实测高光谱土壤含水量反演模型校正HSI影像土壤含水量反演的模型。结果表明:土壤含水量响应敏感波段区域为450~650 nm和850~920 nm;两种土壤含水量反演模型对土壤深度为0~10 cm的土壤含水量估算效果最好,其中实测冠层高光谱土壤含水量反演模型精度高于HSI影像土壤含水量反演模型,判定系数(R~2)分别为0.659和0.557;经过校正的HSI影像土壤含水量反演模型精度有了较大的提高,判定系数(R~2)从0.557提升到0.719,均方根误差(RMSE)为0.043 5,较好地提高了区域尺度条件下土壤含水量监测精度,因此运用该方法进行土壤含水量遥感监测是可行的,为进一步提高区域尺度下土壤含水量定量遥感监测提供参考借鉴。     

基于GBDT-LR和信息量模型耦合的滑坡易发性评价

[目的]探索准确、快速的滑坡易发性区划方法,为区域安全监测提供参考,为政府治理滑坡灾害提供科学依据。[方法]以安徽省池州市贵池区为研究区域,采用梯度提升决策树—逻辑回归(GBDT-LR)和信息量(I)模型耦合的方法,实现区域滑坡易发性评价。该方法通过对原样本地学习,组合产生新的模拟样本,从而增强易发性评价模型对滑坡的拟合能力;采用Borderline-Smote算法解决样本数据不对称的问题。选用r.slopeunits软件划分的斜坡单元作为最小评价单元,选取坡度、坡向、地形曲率、剖面曲率、平面曲率、地形湿度指数(TWI)、地形起伏度、归一化植被指数(NDVI)、距断裂距离和距水系距离总计10个评价因子。分别从频率比、滑坡灾害点及隐患点密度、ROC曲线3个方面对构建的滑坡易发性模型进行评价。[结果]试验结果表明：耦合模型I-GBDT-LR分别比I,LR,I-LR模型的高易发区频率比所占比例提升约10%,13%,7%,高易发区滑坡灾害点及隐患点密度分别提升约9,11,7,ROC精度提升约10%,9%,5%。[结论]从检验指标综合来看,耦合模型的精度均高于单一模型,所提出耦合模型精度又高于I...     

基于环境变量的中国土壤有机碳空间分布特征

研究中国土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)的空间分布特征对SOC储量估算以及农业生产管理具有重要意义。以全国第二次土壤普查2473个土壤典型剖面的表层(A层)SOC含量为研究对象,探寻地形、气候和植被等环境因素对SOC空间异质性分布的影响;以普通克里格法为对照,利用地理加权回归、地理加权回归克里格、多元线性回归和回归克里格模型建立SOC空间预测模型;并分别绘制了中国SOC的空间分布预测图。结果表明:(1)SOC含量与年均降水量、年均温、归一化植被指数、高程以及地形粗糙指数呈极显著相关关系;(2)平均绝对估计误差、均方根误差、平均相对误差和皮尔逊相关系数等模型验证指标表明地理加权回归的预测精度优于其他模型,可以更好地绘制SOC在大尺度上的空间分布特征;(3)较高SOC含量主要分布在研究区东北部、西南部以及东南部,而西北部SOC含量普遍偏低。本文以期从大尺度上探讨土壤属性与环境变量之间的相关关系,为全国土壤属性的空间制图提供一定的解决方案和思路。     

Soil erodibility and its prediction in semi-arid regions

ABSTRACT

Pedotransfer functions (PTFs) have been used to save time and cost in predicting certain soil properties, such as soil erodibility (K-factor). The main objectives of this study were to develop appropriate PTFs to predict the K-factor, and then compare new PTFs with Universal Soil Loss Equation (USLE) and the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) K-factor models. The K-factor was measured using 40 erosion plots under natural rainfall in Simakan Watershed, an area of 350 km² in central of Iran. The Regression Tree (RT) and Multiple Linear Regression (MLR) were used to develop PTFs for predicting the K-factor. The result showed that the mean of measured K was 0.01 t h MJ^?1 mm^?1. The mean K value predicted by USLE and RUSLE was 2.08 and 2.84 times more than the measured K, respectively. Although calcium carbonate was not considered in the original USLE and RUSLE K-factors, it appeared in the advanced PTFs due to its strong positive significant impact on aggregate stability and soil infiltration rate, resulting in decreased K-factor. The results also showed that the RT with R² = 0.84 had higher performance than developed MLR, USLE and RUSLE for the K estimation.