基于SHAP重要性排序和机器学习算法的灌区渠道调度流量预测

渠道泄水闸能够快速排除灌区入渠洪水,避免渠道漫顶。研究以淠史杭灌区灌口集泄水闸为例,以闸门调度流量为目标变量,以不同时段过去和未来降雨量、泄水闸闸上实时水位及其变化量为特征变量,比较8种机器学习算法的预测精度,同时采用Shapley Additive exPlanations（SHAP）法分析特征变量重要性。结果表明：1）集成学习算法预测评价指标优于传统回归算法,8种机器学习算法中随机森林回归（random forest regression, RFR）算法预测精度最高（训练集均方根误差、平均绝对误差、均方误差及决定系数分别为 0.146 m³/s、0.094 m³/s、0.021 m³/s、0.976;测试集分别为0.306 m³/s、0.197 m³/s、0.093 m³/s、0.931）;2）采用SHAP法确定的特征变量重要性排序表明灌口集泄水闸闸上水位对于泄水闸调度流量的预测结果影响最大,占特征重要性值总和的34.6%;3）以过去6 h降雨量、过去9 h降雨量、未来6 h降雨量、灌口集泄水闸闸上水位作为输入变量的RFR算法预测灌口集泄水闸调度流量效果最佳,模型误差指标为（训练集均方根误差、平均绝对误差、均方误差及决定系数分别为0.126 m³/s、0.080 m³/s、0.016 m³/s、0.982;测试集分别为0.263 m³/s、0.164 m³/s、0.069 m³/s、0.950）,研究结果对灌区防洪调度决策具有重要参考价值。     

降雨量和水土保持对皇甫川输沙量变化的贡献率分析

为探究黄河支流输沙量减少与流域内降雨量变化及水土保持措施的定量关系。以黄河中游皇甫川流域为研究区域,基于1960—2015年准格尔气象站日降水量、皇甫水文站年径流量和年输沙量数据,分析对皇甫川流域年径流量与年输沙量有影响的降雨量参数。通过双累积曲线法和突变点检验法确定输沙量变化的3个典型时期：Per1(1960—1986年)、Per2(1987—1999年)和Per3(2000—2015年);计算了降雨量变化、植被恢复和工程措施对该流域不同时期输沙量变化的贡献率。结果表明：(1)1960—2015年皇甫川流域降雨强度超过25 mm/d的降雨减少,径流量和输沙量呈显著减少趋势(M—K检验Z<0,p<0.01);(2)因水土保持引起流域下垫面条件的改变,当Per3与Per1时期中有相似降雨量的年份,Per3时期这些年份的输沙量比Per1时期显著减少,减小范围为50.2%～98.6%;(3)1987—1999年植被恢复和工程措施的减沙贡献率分别为73.0%和38.4%,2000—2015年降雨量变化、植被恢复和工程措施的减沙贡献率分别为11.5%,69.8%和18.7%。研究结果...     

降雨对河岸生态系统杨树树干液流及其环境控制的影响

降雨能够改变土壤水分状况进而促进林木蒸腾,然而场降雨量及其持续时间对林木树干液流及其环境控制机制的影响尚不明确。为此,在华北半干旱半湿润区的北京市顺义区共青林场,选取位于河岸生态系统不受土壤水分胁迫的欧美杨(Populus×euramericana)人工林为研究对象,在2019年和2021年生长季,使用TDP热扩散法测量树干液流,同步监测气象及土壤含水量等环境因子。根据对该区长期(2016—2017年、2019年和2021年)降雨数据统计分析结果,将2次降雨脉冲间隔超22.5 h的事件划分2场独立的降雨事件。按照降雨事件雨量及历时,将其中位数±1.5倍标准误的事件定义为常见事件,而将累积概率大于90%的事件定义为极端事件。结果表明:(1)太阳辐射是唯一显著控制该杨树人工林生长季树干液流的环境因子(偏相关系数r_p=0.539),饱和水汽压差、风速和土壤含水量均与树干液流不相关(p>0.533),降雨事件发生前后这一环境控制特征没有发生变化;(2)雨后树干液流随着场降雨量的增加而降低(R²=0.78,p=0.004),但与降雨事件历时无显著相关关系;(3)树干液流在常见降雨事件和极端事件后,在半小时尺度上随时间变化无显著差异(p≥0.264),但4类降雨事件后主导的环境控制因子却不完全相同,太阳辐射和饱和水汽压差总能显著促进半小时尺度的树干液流(r_p≥0.374),而土壤含水量仅在常见和极端的强降雨历时事件后,显著促进雨后半小时尺度液流(r_p≥0.215)。风速显著抑制常见场降雨量事件后半小时尺度的树干液流(r_p=-0.258),却能显著促进常见和极端场降雨历时事件后半小时尺度的树干液流(r_p≥0.183)。研究成果为进一步深入揭示降雨特征对树干液流及其生物物理控制机制的影响,以及改进气候变化下生态水文过程的模拟与评估提供参考。     

观赏竹与建筑景观配置研究

为探索观赏竹与建筑的景观配置,以北京市观赏竹和建筑的配置实例为研究对象,分析了观赏竹与各类建筑的种植方式、配置手法和景观作用;总结了观赏竹与建筑配置的景观特色,为观赏竹景观的营造提供科学依据.     

一种利用花粉管结合农杆菌介导方法将iaaM基因导入玉米自交系的研究

[目的]利用花粉管结合农杆菌介导方法将iaaM基因导入玉米自交系。[方法]利用电击转化法将iaaM基因的表达载体转入农杆菌LBA4404菌株中,通过花粉管通道法将验证正确的菌株直接转化京24玉米自交系,最后通过除草剂筛选及PCR检测得到阳性植株。[结果]试验共得到12株抗性植株,其中10株为阳性植株。[结论]该研究成功建立了一种无需组织培养体系,直接利用花粉管通道进行农杆菌介导的玉米转化方法。     

坝上高原防护林网内不同土地利用对土壤养分的影响——以沽源县黄盖淖镇为例

选择河北省沽源县黄盖淖镇农田、草场防护林网,在林网格内选取不同典型的土地利用/覆被类型地块,其中包括自然草地、林地、退耕还草地、旱耕地等地块.分别采集土壤样品化验,分析土壤有机质、氮、磷、钾等养分含量,揭示不同土地利用对土壤养分的影响.结果表明,莜麦耕地土壤养分含量比小麦、胡麻耕地高,撂荒杂类草地土壤养分含量比耕地高;退耕还林地土壤养分含量低于还草地,覆沙地段严禁造林;轻中度退化牧草地土壤养分含量相对较高;乔木防护林地有效减少土壤风蚀的距离不超过树高的20倍;退耕还草地土壤养分含量较高.同时,提出防护林网内土地科学、合理利用及防护林建设的若干建议.     

普洱茶对蚕豆根尖细胞微核形成的影响作用

[目的]研究普洱茶对蚕豆根尖细胞分裂和微核形成的影响作用.[方法]以蚕豆为材料,利用微核检测技术研究不同浓度茶溶液对蚕豆根尖细胞分裂和遗传物质的影响作用.[结果]一定浓度的普洱茶能有效降低细胞微核的形成,具显著抑制畸变作用,并对细胞有丝分裂具有一定的影响作用.[结论]该研究表明饮用低浓度的茶水更有益于身体健康.     

马克思主义生态伦理思想及其当代价值

马克思主义的生态伦理理论,是以历史唯物主义的观点和实践的观点为逻辑起点,以自然与人的辩证关系为核心命题的科学体系。它揭示了自然与历史、自然与人、自然与社会之间的相互作用、相互依存的辩证关系。马克思主义生态伦理思想的中心内容是人道主义的生态伦理原则、自然主义的生态道德情感和共产主义的生态伦理信念。这种先进的生态伦理理论应当成为中国从根本上解决生态问题的重要思想依据。结合"十八大"提出的全面落实科学发展观,进一步学习和研究这一重要体系,对于建设生态文明,具有极其重要的意义。     

基于地理探测器的土壤重金属污染影响因素分析

定量分析全国范围内Cd、Pb、Zn、As、Cu和Cr 6种土壤重金属累积量与影响因素的相关程度。通过描述性统计、地累积指数法分析了污染情况和累积量分布情况,并借助地理探测器,定量地揭示了土壤重金属含量的主要影响因素。结果表明:Cd呈现出大面积的连片污染,Pb、Zn和Cu呈现斑块状污染,As和Cr呈现零星污染。各种重金属的主要影响因素为:Cd与地理区划、海拔高度、地势三大阶梯和土壤类型相关性较强;Pb与地势三大阶梯、气候带类型和土壤类型相关性较强;Zn与海拔高度、地理区划和气候带类型相关性较强;As与气候带类型和土壤类型相关性较强;Cu与海拔高度、气候带类型和土壤类型相关性较强;Cr与土壤类型、东中西经济划分和地理区划相关性较强;全国大尺度上6种土壤重金属含量主要受自然因素主导控制,主要为多因素复合作用影响。通过定量化分析各重金属的影响因素,揭示了全国大尺度上6种土壤重金属含量整体趋势和宏观规律。