基于可见-近红外光谱预处理建模的土壤速效氮含量预测

以皖南地区采集的188份黄红壤样本为研究对象,利用地物非成像光谱仪获取原始光谱数据。首先,分析样本在350~1 657 nm波段经过预处理变换的平均光谱反射率曲线特征,再基于原始光谱,以及经29种预处理变换后的光谱,分别结合偏最小二乘回归(PLSR)和径向基核函数(RBF)-PLSR算法,建立60个针对土壤速效氮含量的预测模型,并进行模型优化;然后,以模型的决定系数(R²)和相对分析误差(RPD)来评价模型性能。结果显示,基于Savitaky-Golay卷积平滑和对数变换预处理的光谱,用PLSR建立的模型最适用于土壤速效氮含量的校正预测,其在建模集中R²=0.94、RPD=3.88,预测集中R²=0.91、RPD=3.38。该模型达到A类预测精度,可实现对土壤速效氮含量的定量估测。     

岷江上游藏区聚落土地利用演变及预测

【目的】探究岷江上游藏区聚落土地利用类型、数量演变规律及空间分布。【方法】利用岷江上 游 1995、2005、2015 年 3 期土地利用数据,运用 CA-Markov 模型模拟预测了 2025 年岷江上游的土地利用情况。 在此基础上,对岷江上游藏区聚落 4 期土地进行对比分析。【结果】前期只有林地面积大幅减少,其他用地增加, 建设用地的动态度波动最大,总面积增加 139.52 hm2,而建设用地和裸地的增幅分别为 92.16% 和 25.72%;中期 只有建设用地面积大幅度增加,动态度波动最大,总面积增加 1 943.03 hm2,其他用地面积虽然减少,但动态度 变化不大;而近期裸地和旱地扭转减少的趋势变为增加,林地和草地分别减少 1 735.45、1 367.14 hm2,减少的 部分主要去向为建设用地和裸地。从整个研究期来看,研究区各类型土地所占比例变化很小,建设用地、裸地 以及旱地数量都有所增加。【结论】模拟结果具有一定可行性,较好地体现了岷江上游藏区聚落土地利用动态 变化的趋势,可对该地区土地资源优化配置提供一定程度的指导。     

乡村振兴背景下贫困山区农户耕地流转影响因素分析——以山西和顺县为例

【目的】对贫困山区农户的耕地流转影响因素进行分析,探讨更为有效的引导机制。【方法】基 于山西和顺县农村土地确权工作、抽样调查和入户访谈,构建 Logistic 模型和 Tobit 模型。【结果】（1）研究 区耕地流转市场较为活跃,约 74% 的农户参与耕地流转,且转出行为发生率大于转入行为。（2）兼业人数、 劳动力人数、种植经济作物和农业保险均在 90% 以上水平显著影响农户转入耕地;户主年龄、家庭最高受教 育水平、人均年收入、人均耕地面积和农业保险均在 90% 以上水平显著影响农户转出耕地。（3）贫困山区的 社会保障有效规避了耕地流转风险,活跃了耕地流转市场。【结论】农村土地流转政策应针对农村发展合理进 行改革,在流入户提升耕作专业技能基础上,鼓励专业大户、家庭农场发展;同时在提升非农就业农户的文化 素养和非农就业竞争力基础上,鼓励其放开耕地经营权。     

规模养猪场户清洁生产认知与行为的影响因素及其作用机理——基于山东省509家规模养猪场户的调查数据

生猪养殖是重要的环境污染源,规模养猪场户实施清洁生产行为是防治生猪养殖污染的重要途径。为从根本上降低生猪养殖污染,避免废弃物末端治理带来的弊端,实现环境效益与经济效益相统一。依据计划行为理论,利用山东省17地市509份问卷调查数据,运用结构方程模型,实证研究了规模养猪场户清洁生产认知与行为的影响因素及其作用机理。结果表明,由如何看待清洁生产和对生猪养殖污染熟悉度组成的规模养猪场户清洁生产态度,以及由年龄、受教育年限和生猪养殖出栏量组成的规模养猪场户禀赋特征对清洁生产认知具有显著的正向影响;由政府对清洁生产支持力度和经营组织对清洁生产的要求组成的外部规范对清洁生产认知有正向影响,但并不显著;规模养猪场户清洁生产认知对源头预防行为、过程控制行为和末端治理行为有显著的正向影响;规模养猪场户清洁生产态度、禀赋特征及外部规范约束对清洁生产行为有间接影响。其作用机理为：规模养猪场户清洁生产行为受制于认知程度,而认知程度又是行为主体态度、外部规范和主体自身禀赋特征共同作用的结果,而三者产生的作用条件又归因于外界环境（政府机构、经营组织、上下游企业等）与行为主体间的不断沟通。可见,规模养猪场户清洁生产行为作用机理并非单个因素间简单的线性作用,而是全产业链参与者与其所处环境间相互作用的结果。因此,应当根据认知与行为的影响因素和作用机理,提高规模养猪场户对清洁生产的积极态度,加强外部规范性,强化主体自身良好的禀赋,通过较高的认知水平正向作用于行为的形成和完善,并最终从根本上降低生猪养殖污染,实现经济效益与环境效益相统一。     

基于稳定同位素和贝叶斯模型的引黄灌区地下水硝酸盐污染源解析

地下水硝酸盐（NO₃^-）污染已经成为全球严重的水环境问题之一,由于饮用水中高含量NO₃^-会转化成亚硝酸盐而增加各种疾病和癌症风险,其来源的确定对于NO₃^-污染的预防和控制非常重要。本文以黄河下游第二大灌区——潘庄灌区为例,首次采用NO₃^-的氮氧稳定同位素结合贝叶斯模型追溯地下水NO₃^-的来源并量化各种来源的贡献比例。结果表明,地下水NO₃^-含量分布在0.1~197.0 mg·L^-1,平均值为34.2 mg·L^-1。与《生活饮用水卫生标准》中规定的地下水NO₃^-最大含量[20 mg（N）·L^-1,相当于NO₃^-含量90 mg·L^-1]相比,有10%的样品NO₃^-含量超标。井深<30 m、30~60 m和>60 m的地下水NO₃^-平均含量分别为25.9 mg·L^-1、39.7 mg·L^-1和20.1 mg·L^-1。空间上,宁津县、武城县、平原县和禹城市有大片区域地下水NO₃^-含量较高。地下水NO₃^-的δ¹⁵N组成范围为0.72‰~23.93‰,平均值为11.62‰;δ¹⁸O组成范围为0.49‰~22.50‰,平均值为8.46‰。同位素结果表明粪便和污水、农业化肥是地下水中NO₃^-的主要污染来源。这反映了人类活动是引起地下水NO₃^-污染的主要原因。贝叶斯模型结果显示,粪便和污水对潘庄灌区地下水中NO₃^-平均贡献率高达56.2%,化肥的平均贡献率为19.3%,大气降水和土壤的平均贡献率分别为6.2%和12.3%。由于污水、粪便和化肥是地下水中NO₃^-的主要来源,为保护和改善研究区地下水水质,建议加强污水管道建设,强化畜禽粪便的管理以及提高化肥利用效率。     

雄安新区上游农业种植结构及需水时空演变

本文利用作物模型模拟小麦、玉米灌溉需水量,结合蒸发皿法估算蔬菜、果树等其他作物需水量,回溯雄安新区上游1986-2015年农业种植结构及农业需水的时空演变趋势,摸清不同作物的需水量比例及时间变化,并推算了消除降水年际波动的1970-2015年农作物灌溉需水量,探讨单纯人类活动下的农业需水量变化趋势。结果表明,1986-2015年,研究区作物播种总面积总体呈上升趋势,耕地面积多年平均84.9万hm²,有效灌溉面积平均71.3万hm²,占总耕地面积的84%。其中小麦播种面积稍有下降,玉米、蔬菜播种面积显著增加,果树种植比例在山区增加、平原区减少。研究区多年平均灌溉需水量22.52×10⁸ m³,小麦、玉米、蔬菜、果树和其他作物分别占灌溉需水总量的58.6%、12.6%、5.8%、16.3%和6.7%,受播种面积增加影响,1970-2015年,蔬菜和果树需水显著上升。从空间上来看,灌溉需水总量在上游山区上升显著,而在平原区表现为下降;排除降水的年际波动后,研究区作物需水自1970年以来一直呈上升趋势,进入20世纪80年代中期,虽然整体上升减缓,但随农业播种总面积增加和蔬菜、水果需水增加影响,需水量整体呈缓慢上升趋势。因此,控制上游农业用水,种植低耗水作物、减少耗水作物的种植面积,是恢复雄安新区清水产流的关键。     

四川柑橘适宜分布及其对气候变化的响应研究

柑橘是四川省和我国主要水果产品之一。以气候为主的环境变化,对作物空间布局产生了显著影响。为合理优化柑橘生产空间,本研究基于最大熵模型（MaxEnt）构建柑橘适宜分布与环境变量的关系模型,运用受试者工作特征曲线（ROC曲线）检测模型精度,刀切法（Jackknife）筛选主导环境变量;采用ArcGIS技术对比1980年、2010年四川柑橘适宜区分布,揭示近30 a气候变化背景下四川省柑橘适宜区的分布与变化情况。结果显示：四川柑橘适宜性的主导环境变量主要体现为以光、热、水为特征的气候环境变量。近30 a四川省气候暖干化的变化趋势改变了区域生态系统的结构和功能,引起了柑橘种植适宜区的时空变化。1980—2010年柑橘种植适宜性空间格局呈现出2个变化特征,一是高适宜区呈整体向北迁移的趋势,主要分布在成都平原区与川东北地区过渡地区;中适宜区界线向东南方迁移。二是适宜性级别呈现出逐级调整,低、中适宜区的等级调整变化明显。2010年高适宜区面积约为4.22万km²,中适宜区4.19万km²,低适宜区4.4万km²,大部分地区为不适宜区。以高适宜区为参照,通过政策措施,政府部门可增加在川南地区、成都平原地区南部的柑橘生产布局。本研究客观地反映了气候变化下,四川省柑橘种植适宜性变化特征,合理确定了柑橘适宜性面积及分布,为柑橘空间优化提供了科学依据。最大熵模型在对物种分布进行准确模拟和预测时具有较强应用价值,对作物气候适宜性区划具有重要指导意义。但对于不同区域和作物应选取合适的环境变量、空间尺度和物种采样位置,减少系统累计误差,提高作物气候适宜区划定精度。     

基于LSTM神经网络模拟的陇中黄土高原沟壑区保护性耕作下土壤贮水量变化

为分析陇中黄土高原沟壑区不同保护性耕作措施的贮水效果,本研究利用春小麦/豌豆（W/P）、豌豆/春小麦（P/W）轮作的长期定位试验,分别设置传统耕作（T）、免耕（NT）、传统耕作秸秆覆盖（TS）和免耕覆盖（NTS）4种耕作措施,以当地月平均气温、月降水量、月平均辐射量、月平均蒸发量、月作物耗水量为输入因子,以月土壤贮水量为输出,建立基于长短期记忆（Long Short-Term Memory,LSTM）神经网络的土壤贮水量预测模型,并对该模型的有效性进行评估。研究结果表明：1）基于LSTM神经网络建立的土壤贮水量模型对陇中黄土高原沟壑区保护性耕作下土壤贮水量预测具有较好的适用性,模型模拟结果的平均均方根误差为7.76 mm,平均绝对误差为6.95 mm,相对误差控制在-5%~+5%的范围内。2） P/W轮作序列中各处理的土壤贮水量均比W/P轮作序列增加1.09%~1.43%。3）不同轮作序列,NTS处理的贮水效果均优于其他3种耕作措施,在W/P轮作序列中,NTS处理的年均土壤贮水量比T、NT和TS分别增加2.89%、1.70%和2.46%;在P/W轮作序列中,NTS处理的年均土壤贮水量比T、NT和TS分别增加3.03%、1.91%和2.57%。4）不同降水年型,NTS处理的土壤贮水量最高,且干旱年效果更加显著,其中丰水年NTS处理的土壤贮水量比T、NT和TS平均增加2.71%、1.48%和2.19%,而干旱年平均增加3.97%、2.54%和3.64%。5）保护性耕作措施的贮水效果随季节发生变化,作物生长前期（3-5月）保护性耕作措施的贮水优势较为明显,进入作物生长旺盛期（5-6月）保护性耕作措施与传统耕作的贮水效果差异不显著,而作物生长后期（7月）保护性耕作措施较传统耕作土壤贮水量明显增加。基于LSTM神经网络模拟环境下免耕覆盖的贮水保墒效果最好,为陇中黄土高原沟壑区最适宜的保护性耕作措施。     

不同供氮水平下玉米大豆间作体系干物质积累和氮素吸收动态模拟

玉米/大豆间作具有一定的养分利用优势,但是不同供氮水平对玉米/大豆间作体系干物质累积和氮素吸收的调控作用不同。本试验采用田间裂区设计,运用Logistic模型分析,模拟了4个氮水平下玉米/大豆间作作物干物质积累和氮素吸收的动态变化。结果表明,玉米、大豆干物质累积和氮素吸收动态符合Logistic模型,相关系数R²均在0.9以上。在N0（不施氮肥）、N1（180 kg·hm^-2）、N2（240 kg·hm^-2）和N3（300 kg·hm^-2）供氮水平时,间作玉米最大生长速率（I_max-B）分别比单作提高34.2%、46.7%、25.9%和25.1%,而相应的供氮水平下,大豆的I_max-B分别降低27.7%、30.3%、16.5%和23.7%,但整个间作系统的I_max-B平均增加32.1%;玉米和大豆干物质的其他模拟参数与I_max-B规律一致。氮素吸收动态与干物质积累表现出同步的变化特点,在N1水平下,单位面积间作玉米的氮素最大吸收量（K_-N）、最大吸收速率（I_max-N）和瞬时吸收速率（r-N）比相应单作分别提高18.4%、48.9%和25.8%,而间作大豆的K_-N、I_max-N和r-N值比单作处理分别降低15.9%、29.9%和16.69%,整个间作系统氮素分别提高0.4%、13.7%和7.8%;施氮水平对大豆r-N无显著性影响。间作显著地提高了氮素当量比（LER_N>1）,其中N0水平下LER_N值最高,随着施氮量的增加,LER_N有下降趋势。在本试验条件下,N2供氮水平下玉米/大豆间作体系干物质积累量和氮素吸收量最高,间作优势最明显。     

西南区域水稻关键生育期界限温度起始期的预测研究

保证作物安全生产是种植制度的根本要求,也是作物稳产、高产的基础。本文基于西南水稻种植区317个气象台站1961-2015年的日平均气温和最高气温资料,分析了近55年来该区域不同保证率下水稻安全播种期、水稻开花期高温热害和低温冷害的最早发生期,并建立了西南区域水稻各关键生育期界限温度起始期预测模型。预测结果表明：80%~95%保证率下,云南南部的水稻育秧安全播种期最早,平均在2月20日左右;云南北部、四川攀西南部和盆地中部、重庆大部和贵州部分地区在3月10日-4月10日;而其余大部地区在4月10日-5月20日。80%~95%保证率下中稻开花期高温热害主要发生在四川盆地、重庆、贵州北部和东南部,大部地区最早出现在7月15日-8月20日。80%~95%保证率下再生稻或晚稻开花期低温冷害最早出现在云南和贵州大部、四川攀西地区,平均在6月20日-7月15日;四川盆地西部、贵州东北部平均为8月1-20日;其余大部地区在8月20日-9月20日。基于纬度、经度和海拔高度建立的西南区域水稻各关键生育期界限温度起始期预测模型,简单实用,可为西南水稻安全生产、防灾减灾等提供理论依据。