Simulation of future dissolved oxygen distribution in pond culture based on sliding window-temporal convolutional network and trend surface analysis

Dissolved oxygen (DO) is a key ecological factor to measure the quality of water in the aquaculture. As the pond water body is affected by the breeding environment, the spatial distribution of DO shows a certain law in the entire pond. Therefore, to simulate the distribution of DO in aquaculture waters and grasp the temporal and spatial variation of DO is the key to achieving precise regulation of DO. For this purpose, this paper proposed a method for simulating the temporal and spatial distribution of DO in pond culture based on a sliding window-temporal convolutional network together with trend surface analysis (SW-TCN-TSA). This paper first utilized SW to construct DO data sets with different prediction durations, and then used the improved TCN model to realize one-dimensional time series prediction for DO at single monitoring point. Based on the prediction results of DO, a TSA method was performed on the predicted values of DO at the extreme moments of all discrete monitoring points, so as to realize the simulation of the temporal and spatial distribution of DO in the pond. Experimental results show that the SW-TCN model has better prediction performance for one-dimensional time series prediction of DO. Compared with traditional deep networks, such as CNN, GRU, LSTM, CNN-GRU and CNN-LSTM, the values of evaluation indicators (MSE, MAE and RMSE) have been greatly improved. In the process of trend surface fitting, all fitting R² of DO at different water depths are higher than 0.9, indicating that the TSA can accurately reflect the temporal and spatial distribution of DO. This method can provide a basis for the prediction and early warning of DO in the three-dimensional space of the pond and has high practicability in aquaculture.     

常州市钟楼区耕地产能空间分布与影响因素分析

耕地产能评价对于耕地资源保护及质量提升具有重要的现实意义。通过构建耕地产能评价体系，运用空间自相关及主成分回归分析法对常州市钟楼区的耕地产能进行空间分布及影响因素分析。结果表明：基于气候、自然因素和技术水平综合指标的耕地产能评价体系具有适用性和可操作性；钟楼区耕地产能等别分为6等和7等，其中6等地占比达到97.55%，等别空间分布呈现出城区内部街道低、外围地区较高的格局；耕地产能整体空间集聚性显著，各街道（乡镇）均表现出较强的空间正相关性，正相关类型（HH型和LL型）多呈现组团式，负相关类型（LH型和HL型）则分布零散；耕地自然质量和技术水平是影响钟楼区耕地产能空间分布的主要驱动因素，其中，耕作层厚度、有机质含量、障碍层距地表深度和土壤养分元素为主导因素，pH值、灌溉保证程度和排水条件为次要因素。因此，应从增强耕地自然质量、提高耕地技术水平等方面制定提高耕地产能的针对性措施。     

农业用地土壤重金属样本点数据精化方法——以北京市顺义区为例

样本点空间分布是样点数据检测评价和挖掘分析的关键因素。以北京市顺义区为例，研发了一种农业用地土壤重金属样本点数据精化方法：首先构建样本点均匀变异指数和均匀因子离散图来共同检测样本点数据均匀性，进一步将样本点类型划分为均匀样本点、聚集样本点和稀疏样本点并确定其数量；其次删除聚集样本点，基于研究区历史数据加密稀疏样本点；最后基于地理空间样本点均匀变异指数、特征空间偏离指数和插值误差共同评价数据精化效果。结果表明，研究区样本点的均匀变异指数为0.429，存在一个聚集样本点和一个稀疏样本点，空间偏离指数为0.327，空间属性插值误差为6.538；冗余数据精化后进行均匀性检测没有发现聚集样本点和稀疏样本点，均匀变异指数下降到0.406，特征空间偏离指数微弱下降，空间属性插值误差下降到6.357。研究表明该方法可以对提高采样数据的均匀性和代表性提供理论指导，可以服务于土壤污染防治行动计划（土十条）、土壤污染状况详查等，为更加精确研究土壤空间信息变化提供一定的基础条件。     

九连山国家森林公园负氧离子浓度时空变化及影响要素研究

负氧离子不仅对空气质量具有改善作用，而且对人体健康起到重要的影响。通过连续观测九连山国家森林公园空气负氧离子浓度，分析负氧离子浓度的时空变化规律及与各气象要素之间的相互关系。结果表明，九连山国家森林公园负氧离子浓度水平达到Ⅰ级标准，对人体健康极有利。原始阔叶林中负氧离子浓度明显高于人工林中负氧离子的浓度，且原始阔叶林和人工林中负氧离子浓度都呈现夏秋高于冬春，夏季最高，冬季最低；早晚浓度明显高于白天浓度的规律。因此九连山国家森林公园适合出游时间为夏秋季，且上午或傍晚最佳。此外，负氧离子的浓度与空气温度、湿度以及降水量都有明显的相关性，同时也受其他气象因素的影响。这些结果可以为推进森林旅游业的建设提供科学支持，特别是自然保护区内负氧离子资源和旅游产品的开发。     

林地开垦对黄土区坡面土壤养分空间分布的影响

研究黄土高原侵蚀环境下林地开垦后坡面土壤养分空间分布状况,确立林地开垦后侵蚀驱动的坡地土壤养分空间变异特征。以黄土高原丘陵区子午岭林地和开垦28年的侵蚀坡面为研究对象,分析土壤主要性质和养分含量的变化情况,运用经典统计学和地统计法分析坡面土壤基本性质和养分空间分布规律。林地开垦后坡面土壤pH增加了0.24个单位,有机质、全氮、全磷和铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾分别降低了13.77,1.14,0.10 g/kg和6.05,1.63,4.99,58.44 mg/kg。林地的土壤有机质、全氮和全磷的变异系数大于开垦地,而pH和各速效养分的变异系数小于开垦地。开垦后中坡位和下坡位养分含量减少幅度较大,上坡位减少幅度较小。林地和开垦地的土壤各指标都呈中等或强烈的空间自相关。林地开垦增强了有机质、全氮、全磷、铵态氮、速效磷和速效钾的空间异质性,但减小了pH的空间异质性,地形等结构性因子主导了土壤养分空间异质性的形成。林地开垦后,pH、有机质、全氮和全磷变程增大,铵态氮、硝态氮和速效钾变程减小,速效磷在2个坡面上的变化趋势不一致。研究结果表明林地开垦极大地减少了坡面土壤养分含量,但减少幅度与坡位和坡面形态有关。同时,开垦增大了坡面土壤有机质、全氮和全磷的空间依赖性,减小了速效养分的空间依赖性。     

水力侵蚀对砒砂岩区土壤有机碳空间变异性的影响

以侵蚀剧烈的砒砂岩区为研究对象，应用地统计学Kriging插值法准确描述水力侵蚀下土壤有机碳空间动态迁移过程来探究侵蚀与碳平衡的关系并为有效治理砒砂岩区坡面水土流失提供科学的参考。结果表明：（1）降雨前后各土层有机碳均随着土层增加而减少，表现为中等变异、空间自相关均为正相关且0—10 cm土层自相关性最大。降雨后0—20 cm土层有机碳含量减少而20—40 cm土层增加，且各土层变异程度均较雨前减弱。（2）降雨前后土壤有机碳分别与高斯模型，球状模型较为拟合，且变程值均随土层增加而增大。降雨前后0—10 cm土层表现均为强烈空间相关性且雨后结构比增大，而10—40 cm均为中等相关性雨后结构比减小。（3）降雨后空间异质性减弱斑块面积变大，总体表现为同一土层坡上侵蚀坡下沉积，而不同土层下0—20 cm土层表现为侵蚀，20—40 cm土层表现为沉积。（4）降雨前后土壤有机碳均与黏粒呈现较显著正相关，其中降雨前0—10 cm土层有机碳与黏粒为极显著正相关，降雨后各土层相关性增强均为极显著正相关。但降雨前后土壤有机碳与粉粒相关性均较小且不显著，与砂粒则基本表现为负相关。     

县域高标准农田建设项目遴选布局方法——以舒兰市为例

本研究旨在为科学布局高标准农田建设项目提供技术支持。从分析建设适宜性和空间稳定性入手,提出了基于耦合协调度模型和冷热点分析的项目区遴选方法,并在吉林省舒兰市进行实证研究。结果表明：舒兰市高标准农田建设潜力较大,高适宜区和中适宜区合占耕地总面积的74.91%,主要分布在北部乡镇;空间稳定性与建设适宜性的空间分布大致相同,整体呈现“北部高于南部”的特征;高标准农田建设呈现明显的“北部易于南部”特征,其中优良协调类占耕地总面积的52.92%,主要分布在平安镇、金马镇、七里乡、开原镇、水曲柳镇和天德乡等,该类耕地自然禀赋较好、基础设施完备,并且与城镇、交通干线有一定距离,建设占用的可能性较小,高标准农田建设难度最小;高标准农田建设适宜性和空间稳定性耦合协调度的热点区主要分布在法特镇、莲花乡、天德乡、平安镇、七里乡等北部乡镇,是高标准农田项目的优先选择区域。结合研究区实际,确定舒兰市“十三五”期间高标准农田建设区总面积10828.89 hm ²。     

沙冬青豆荚螟-天敌空间分布的地统计学分析

空间分布格局是昆虫种群的重要属性。沙冬青是我国重点保护的珍稀濒危植物,豆荚螟是为害沙冬青种子的主要害虫,研究种子害虫及其天敌的区域性空间分布格局是害虫宏观管理的前提和基础。地统计学是深入研究昆虫种群空间格局的有效方法。2018年5月-6月,选择宁夏灵武白芨滩国家级自然保护区内沙冬青分布片区,采用地统计学方法,分析了沙冬青种子害虫豆荚螟幼虫及其天敌的空间分布格局。结果显示沙冬青有虫株率为100%,豆荚受害率为23.02%,豆粒受害率为14.11%;沙冬青豆荚螟幼虫的密度为(0.296 9±0.002 0)头/荚,寄生性天敌密度为(0.012 0±0.000 2)头/荚。分别采用不同的理论模型来拟合豆荚螟幼虫及其天敌的空间半变异函数曲线,其全方向半变异函数曲线最优模型分别为高斯模型和球面模型,空间格局均呈聚集分布;害虫和天敌存在一定空间相关性,空间依赖范围分别为88.61～434.05 m和159.05～426.88 m。用Kriging空间插值法对害虫和天敌的空间分布进行模拟,结果呈斑块状分布,二者存在空间依赖性和互补性。天敌对害虫有一定的空间跟随效应和控制效应。     

假眼小绿叶蝉与其天敌的空间关系及最佳样方确定

为了分析在聚块大小不同时天敌对假眼小绿叶蝉Empoasca vitis Gothe空间上跟随关系的密切程度、聚集原因和聚集范围,为评价假眼小绿叶蝉的天敌优势种提供科学依据,用聚块样方方差分析法、灰色关联度法、空间聚集强度指数、种群聚集均数法和ρ指数法对安徽省合肥市‘乌牛早’和‘白毫早’茶园不同大小聚块条件下的假眼小绿叶蝉及其7种蜘蛛类的天敌空间关系进行分析。假眼小绿叶蝉与其7种蜘蛛类天敌均方差峰值时的聚块样方数的关联度分析结果表明:‘乌牛早’茶园中与假眼小绿叶蝉空间上跟随关系密切的前四种天敌依次是茶色新圆蛛Neoscona theisi(0.753 5)、八斑球腹蛛Theridion octomaculatum(0.720 1)、锥腹肖蛸Tetragnatha maxillosa(0.681 3)和草间小黑蛛Erigonidium graminicolum(0.644 2)。‘白毫早’茶园中与假眼小绿叶蝉空间上跟随关系密切的前四种天敌依次是粽管巢蛛Clubiona japonicola(0.823 5)、鳞纹肖蛸Tetragnatha squamata(0.800 9)、锥腹肖蛸(0.794 2)和茶色新圆蛛(0.794 2)。两种茶园前四种天敌中相同的天敌是茶色新圆蛛和锥腹肖蛸。假眼小绿叶蝉在聚块内基本样方数k为1、2、4、8时,随着聚块内基本样方数的增多,聚集分布格局时的扩散系数C不断增大,均匀和随机格局时扩散系数不断减小。聚块内基本样方数k为2、4、8时与k为1时的假眼小绿叶蝉的空间分布聚集程度差异均不显著。假眼小绿叶蝉的种群聚集均数λ多数情况均大于2,其聚集是该虫本身原因引起的,假眼小绿叶蝉在种群聚集均数λ为正值时,随着聚块内基本样方数的增加,则种群聚集均数λ不断增大。用假眼小绿叶蝉不同大小聚块的ρ指数判断个体群聚集时的最小范围是聚块中有1个基本样方,即本文的4 m~2。该研究为该虫抽样时确定样方大小提供了科学依据。     

不同坡位条件对毛乌素沙地长柄扁桃林地土壤水分的影响

[目的]揭示半干旱区固定沙丘不同坡位条件下土壤水分空间变化规律,为固定沙丘土壤水分合理利用提供决策依据。[方法]在毛乌素沙漠东南缘陕西省神木市生态协会毛乌素治沙造林基地,以固定沙丘12 a龄人工长柄扁桃林地为研究对象,建立土壤水分定位观测小区,使用CNC503DR型中子仪对2018年7—10月0—300 cm土层土壤水分进行测定,并分析不同坡位条件下长柄扁桃林地生长季土壤水分时空变化特征。[结果](1)坡顶与坡上0—300 cm土壤剖面含水量随土层深度的增加呈先增加后减小,之后趋于稳定的变化趋势,而坡中(上、下)与坡底表现为类似S形的变化规律,土壤含水量表现为:坡底坡中(上)坡上≥坡顶坡中(下);(2)坡底土壤含水量表现出强变异性,其他4种坡位条件下为中等变异;(3)不同坡位条件下蒸散发表现为:坡底坡顶坡中(下)坡上坡中(上),坡上属强变异,而坡底则表现出中等变异且变异系数最小。[结论]不同坡位条件对固定沙丘土壤水分及蒸散耗水具有重要影响,坡底土壤含水量及蒸散发量均最大,且具有较强的不稳定性。