基于多层感知器神经网络的土地利用数据库更新模型及应用

针对土地利用数据库更新规则复杂、不同更新类型与更新规则自动匹配困难等问题,该文提出并构建了一种基于多层感知器神经网络的土地利用要素自适应更新模型。该模型将土地利用要素的每个变更类型判断及更新行为判断过程均设计成一个神经元,同类神经元组织成一个网络层,所有网络层采用全连接方式构成一个多层感知更新策略判断模型。该模型可以自动完成变更类型与更新规则的正确快速匹配,且可根据更新规则的变化,灵活改变知识库并产生新的推理机。试验表明:该模型明显减少了人工交互环节,综合更新效率较各基地软件可以提高30%左右,一次性更新正确率可以提高5个百分点以上,研究成果可为土地利用数据库的高效自动更新提供一整套新的解决方案。     

河北省表层土壤可侵蚀性K值评估与分析

利用河北土系调查成果中的土壤颗粒组成、土地利用及土壤化学性质等资料,利用EPIC模型中土壤可蚀性K值算法以及结合地统计学方法,研究了不同土壤类型、不同质地及不同土地利用类型的土壤可侵蚀性K值和土壤可侵蚀性K值的空间变异特征。结果表明:1河北土壤可侵蚀性K值平均为0.27,其变化范围为0.12~0.40,土壤可蚀性K值在0.30~0.35之间易蚀性土壤面积占总土地面积的63.71%,土壤可蚀性K值在0.25~0.3之间较易蚀性土壤面积占总土地面积的21.52%,这说明该省易蚀性土壤面积较大。2不同质地的K值之间显著性差异,粉砂黏壤质的可侵蚀性K值最大,为0.37;壤砂质的可侵蚀性K值最小,为0.13。而在不同的土地利用类型之间的K值差异性不显著,耕地的K值最大,为0.33;草地的K值最小,为0.22。3河北土壤可侵蚀性K值存在较强的变异性,其变异系数为29%。因此,在土壤侵蚀定量监测、评价水土流失时,应考虑土壤可蚀性K值的这种空间变异状况。块金值/基台值为37.3%,表明在变程内具有中等强度的空间相关性。步长为23 km,变程为440 km,变程远大于步长,表明在小流域尺度下有较好的空间相关性,进行Kriging插值能得到较准确的结果。4河北土壤可蚀性K值大体呈现南高北低的空间分布特征,南部主要是耕作栽培区,北部主要是自然植被区。该研究结果为宏观大尺度土壤资源可持续利用与制定水土保持规划提供科学依据。     

基于多项式分布滞后模型的上海市地面沉降验证与预测

[目的]对上海市地面沉降进行验证与预测,为地下工程建设和地下水开采格局的科学调整提供参考。[方法]基于地下水抽灌量、地面沉降和土层分层变形等长期监测数据,研究地面沉降量与地下水开采量、土层分层变形量之间的相关性,并结合上海市地面沉降特性及原因,建立考虑地下水开采量和第4含水层变形量的地面沉降多项式分布滞后模型(PDL模型)。[结果]①上海市累计地下水开采量、第4含水层累计变形量与累计地面沉降量之间均具有高度的正相关性,但由于砂土蠕变、弱透水层释水缓慢等原因,地面沉降相对于地下水开采量和第4含水层变形都有着一定的滞后性;②采用考虑滞后效应的多项式分布滞后模型预测地面沉降,其计算结果相对误差较小、拟合效果较好;③若以当前采灌格局及第4含水层变形量作为参考进行预测,地面沉降在2019—2024年间将会发生稳定的轻微回弹现象。[结论]上海市地面沉降与地下水开采量和土层变形量之间有着较高的相关性,且控制地下水开采能够有效缓解地面沉降的发展。     

中国粮食生产类家庭农场的适度经营规模研究

当前中国超小规模的农业生产方式导致农户农业收入低下,严重阻碍了农业的可持续发展,发展适度规模的家庭农场已是大势所趋。土地适度规模受到社会平均收入、粮食生产收益等多重因素的综合影响,是一个动态数值。该研究基于收入均等化测算法,以打工农户的收入水平为衡量标准,研究了中国地级市尺度的土地适度经营规模。研究表明,2016—2017年中国粮食类家庭农场的适度规模在13～14 hm~2左右,相当于全国户均耕地面积的30倍左右。依据各市农业适度经营规模,参考区域耕地资源禀赋、经营规模形成的难易程度将全国划分为9个一级大区、38个二级亚区。东北地区大区与内蒙古高原大区适度经营规模在15～17 hm~2范围,华北平原大区在10 hm~2左右,长江下游大区与东南沿海大区在7～9 hm~2范围,西南山地大区为6 hm~2,黄土高原大区为18 hm~2,西北干旱大区为25 hm~2,青藏高原大区的适度经营规模为全国最高,达到30 hm~2。从适度经营规模与户均耕地面积的比值来看,内蒙古高原大区为8倍,华北平原大区、长江下游平原大区为35倍左右。中国实现规模经营整体难度较大,区域上呈现从东南沿海向西北内陆难度依次降低的规律性带状分布。建议将适度经营规模标准提升至15～20倍范围,同时制度创新,消减高昂的土地流转交易成本。     

基于自适应进化相关向量机的耕地面积预测模型

为解决耕地面积预测模型建立过程中的非线性、稀疏化及结果可靠性评价等问题,该文将相关向量机与差分进化优化算法进行融合及改进,提出基于自适应进化相关向量机的耕地面积预测模型。该文以黄石市为例,建立基于自适应进化相关向量机的短期、中期耕地预测模型,并与多元线性回归、BP神经网络、支持向量机算法在精度、计算效率及可靠性方面进行对比分析。试验验数据表明,自适应进化相关向量机的预测精度大约是其余3种方法的2倍以上;模型的计算效率是多元线性回归方法的2倍,比BP神经网络、支持向量机高出2个数量级;测试数据的实际耕地面积均在自适应进化相关向量机估计的95%置信度的置信区间内,并且由后验差比、小误差概率判定模型等级属于"好"。基于以上数据,证实该模型是一种精度高、计算快、可靠性强的耕地预测新方法。     

"池-田"蓄引水模式改善环渤海棉田水盐运移提高棉花产量

为探明环渤海"池-田"蓄引水模式下棉田水盐运移规律对棉花生产的影响,2017和2018年4-10月对未改造棉田(CK)及模式中的台田(A)、浅层地下水抽提棉田(B)、抑盐排涝棉田(C)进行土壤水分、盐分和pH值、棉花光合指标、产量进行测定,结果表明,模式中棉田0～80cm土层盐分和pH值显著降低,A和B棉田盐分降至3.0g/kg左右,pH值低于8.0;C棉田盐分低于5.0 g/kg,7-8月pH值低于8.0。A棉田土壤水分、盐分和pH值最低,滴灌条件下棉花光合性能长期保持高值,光合物质积累的直线增长持续时间和活跃期最长,籽棉产量超过3 500 kg/hm~2。B棉田水分0～40 cm土层高于20%,光合性能高值较长,籽棉产量超过3 000 kg/hm~2。C棉花7-8月光合性能明显提高,籽棉产量超过2 500kg/hm~2。环渤海"池-田"蓄引水模式显著改善棉田水盐运移,有利于棉花生产,从而提高产量。研究可为高效开发利用滨海盐碱地提供科学模式和理论基础。     

多尺度EGLSN的构建及耕地地力模拟研究

准确获得区域耕地地力是配方施肥的基础。本文依据景观生态学"过程、尺度与等级"原理,通过探索山西省耕地地力影响因素的等级与作用过程的控制范围,提出生态气候、地貌景观、利用措施、土壤条件、养分管理5个从大到小的不同尺度,构建了多尺度EGLSN(eco-climate,geomorphologic landscape,land usemeasure,soil condition,nutrient management)耕地地力模拟模型。根据山西省117个县(市、区)的土壤调查GPS采样点数据进行统计获得模型相关参数,应用多尺度EGLSN模型针对山西省北部的忻府区、中部的榆次区和南部的襄汾县3个典型区域,选择了积温、地形、地貌、平整措施等指标计算作物产量,进行耕地地力模拟。模拟结果误差检验表明,榆次区地貌景观尺度、利用措施尺度、土壤条件尺度、养分管理尺度模拟单产与土壤调查GPS点数据单产的标准根均方误差(NRMSE)依次为32%、27%、15%、4%,襄汾县4个尺度单产的NRMSE依次为35%、28%、13%、7%,忻府区4个尺度单产的NRMSE分别是31%、26%、14%、3%。忻府区、榆次区和襄汾县3个典型区域总产量相对生态气候尺度基准偏差的检验结果中,地貌景观尺度模拟精度分别为83%、80%和82%,利用措施尺度模拟精度为93%、90%和91%,土壤条件模拟精度分别是95%、95%和91%,养分管理尺度模拟精度依次达到96%、95%和93%。这一模拟方法适用于多尺度耕地地力模拟研究,可为大尺度耕地地力模拟及配方施肥提供借鉴。     

国土主体功能区划分与水土保持战略

 国家“十一五”经济社会规划纲要首次提出,根据资源环境承载能力、现有开发密度和发展潜力,统筹考虑未来我国人口分布、经济布局、国土利用和城镇化格局,将我国国土空间划分为优化开发、重点开发、限制开发和禁止开发4类主体功能区,将在财政、产业、投资、土地、人口管理以及绩效评价和政绩考核等方面,制定分类管理的“差别化”区域政策。4个国土功能区的划分为水土保持事业的发展创造了新的机遇。笔者根据“中国水土流失与生态安全综合科学考察”研究,提出了4个国土功能区的水土保持发展战略、工作目标、重点方向和考核指标等意见,以国土功能区的划分指导水土保持的发展,以水土保持促进和保障国土功能区战略的实施。     

土地利用的弹性规划研究

市场经济越发达，经济生活中的不确定因素就越多。经济的不可预见性和难以预测性导致土地利用的变异性增加，从而对土地利用规划的弹性提出了要求。该文首次明确地界定了土地利用弹性规划的涵义；探讨了土地利用弹性规划的内容和研究方法。通过弹性比计算和弹性区间确定、评价目标和评价体系设计、以及柔性决策模型等方法对土地利用规划中的弹性预测、弹性评价、弹性决策以及弹性用地分区进行了探讨，结果表明：土地利用的弹性规划能较好地适应经济生活中不确定因素导致的用地数量、用地结构、用地方式等方面的变化。     

采煤沉陷对土壤侵蚀与土地利用的影响预测

中国新建和将建的煤矿区主要集中分布在生态脆弱的晋、陕、蒙区，生态环境压力大。正确预测采煤沉陷引发的人为加速土壤侵蚀与土地利用变化，可为生态脆弱煤矿区的生态恢复和重建提供依据。该文采用RS、GIS为手段进行信息提取和图形叠加，结合类比法和专家咨询法等，研究了山西大同塔山矿采煤沉陷引发的土壤侵蚀和土地利用的变化。结果表明：1)采煤后88.80%土地发生不同程度的沉陷。2)沉陷后土地年土壤侵蚀总量增加42.32～79.05万t，单位面积年侵蚀量增加了246.01～464.56 t/km²，侵蚀模数为2321.78～4335.64 t/(km²·a)，部分地块沉陷后土壤侵蚀强度上升了一个等级。3)地表移动变形产生的裂缝、陷坑、塌方或小滑坡等，使农用地被分割而破碎、地块变小，其中，沉陷后旱地最小斑块面积为7.72 m²，有林地最小斑块面积为72.95 m²，灌木林地最小斑块面积为6.71 m²，疏林地最小斑块面积为75.79 m²，中覆盖度草地最小斑块面积为14.81 m²，低覆盖度草地最小斑块面积为9.44 m²。局部裂缝密集带，可造成土地毁坏。4)除工交用地和居民点用地外，原地貌沉陷后土地利用率，较原地貌降低10%的比例为14.05%，降低10%～20%(含10%)的比例为85.18%，降低20%(含20%)以上的比例为0.77%。