黄淮海旱作区土壤压实度空间分布特征及其影响因素

为探究旱作区农田不同层次土壤压实度特征,基于2017年采集的255个土壤样品,运用Mann-Kendall突变检验法、地统计学和冗余分析等方法,探究黄淮海旱作区耕作层和压实层空间分布特征,分析不同层次的土壤压实度的空间变异特性及影响因素,并提出了最佳土壤压实度范围。研究结果表明:旱作区耕作层和压实层厚度均呈现由北向南递增的趋势,耕作层最大厚度可达22.50 cm,最低仅有10.21 cm;压实层厚度最大可达17.50 cm,最小值也达到7.50 cm。从不同层次来看,耕作层和压实层的压实度具有空间分布一致性,耕作层压实度高值区主要分布在河南省东部、安徽北部及河北北部地区,最大值可达87.68%以上,低值区则主要集中在山东西北部以及河北南部地区。和压实层压实度相比,耕作层压实度是影响粮食产量的主要因素,且在70%～80%时获得较高产量。分析表明,土壤压实度受到年降水量、平均气温、土壤自然属性等环境因子和机械耕作等人为因素综合作用的影响。研究结果可为黄淮海农田土壤压实情况的改善及管理措施的科学制定提供理论支撑。     

耕地利用强度评价方法的县域休耕适用性——以曲周县为例

为研究耕地利用强度评价方法的县域休耕适用性,以曲周县为例,对比基于种植强度、农业投入产出、土地集约利用、土地利用时序性的4种耕地利用强度评价体系。结果表明:1)基于土地利用时序性和基于投入产出的耕地利用强度评价方法对曲周休耕的适用性较好,可从宏观层面辅助区域休耕决策;2)基于种植强度和基于土地集约利用的耕地利用强度评价结果与曲周县耕地利用特征较为不符,不宜应用于曲周县休耕。4种评价方法均是对区域耕地利用强度的宏观评价,若从微观层面评价耕地利用强度,制定具体休耕措施需引入地块尺度的区分不同耕作方式的指标。     

基于阻隔因素的耕地质量分等因素插值方法研究

在山地丘陵区,耕地质量等级调查评价中的分等因素属性值估算受到大、中型山体阻隔影响,造成分等单元各分等因素属性赋值结果的失准。以青海省平安区为研究区,研究基于阻隔因素的分等因素属性值估算方法,并与反距离权重插值、样条函数插值方法进行了交叉验证。结果表明:不同的插值方法对3个分等因素空间分布趋势的模拟基本一致;由于插值原数据的特征与插值原理的不同,导致基于阻隔因素的插值方法对不同的土壤性质表现不一致。土壤有机质和有效土层厚度最适宜的插值方法是基于阻隔因素的样条函数插值,而在土壤pH值插值中,基于阻隔因素的反距离权重插值精度最高;研究区内的土壤有机质含量和有效土层厚度的插值精度比不考虑阻隔因素的样条函数插值的平均绝对误差、平均相对误差、均方根误差、相对均方根误差分别提高了11. 23%、10. 98%、7. 54%、9. 20%和15. 08%、11. 74%、17. 41%、9. 40%;采用基于阻隔因素的样条函数插值方法对有机质含量和有效土层厚度进行插值,二者实测值与预测值之间的决定系数分别为0. 927和0. 901。     

基于灰色-BP神经网络模型的多情景交通用地需求预测——以长江中游城市群为例

为探索科学预测区域交通用地需求的合理途径,指导国土空间规划编制中交通用地规模的划定,拟通过灰色-BP神经网络模型识别主要社会经济影响因素,以长江中游城市群为例,在预测其远景交通用地需求规模的同时,基于城市群发展的阶段特征选取典型城市群样本设置3类情景,对不同情景下的交通用地需求分别进行预测。结果表明:1)城镇化水平、产业结构高度化程度和劳动力资源禀赋是当前影响长江中游城市群交通用地需求的主要社会经济因素。2)通过系统仿真试验对比不同方法的交通用地需求预测结果,可以发现基于灰色-BP神经网络模型的预测方法精度较高,误差较小,该预测方法对于区域交通用地规模的预测具有一定的适用性。预测得到的长江中游城市群2020和2030年交通用地需求分别为31.22万和49.07万hm2。3)不同情景下长江中游城市群交通用地需求预测结果存在明显差异,底线情景可作为划定交通用地规模的底限,一般情景可作为基准,极限情景可作为红线,长江中游城市群交通用地合理规模应以基准为参考,介于底线和红线之间。     

基于GEE的山东省近30年农业大棚时空动态变化研究

针对精确获取大尺度空间范围内农业大棚的分布情况并进行长时间的序列动态监测存在数据量大、计算效率低、精度不高等问题,利用Google Earth Engine(GEE)云平台能够实现快速存取、实时处理海量卫星数据,基于多时相Landsat影像进行农业大棚时序光谱特征和纹理特征的自动提取,采用随机森林算法实现山东省农业大棚的遥感分类,从而生成了山东省近30年农业大棚的空间分布和时空动态变化图。结果表明,本文分类流程具有较高的分类精度,其平均总体精度达到91.63%,Kappa系数均值为0.8642。经分析,山东省农业大棚从1990年的6.67 km^2增加到2018年的9919.40 km^2,增长速度为354.03 km^2/a。     

复垦年限及植被模式对煤矿复垦土壤微生物多样性的影响

了解露天煤矿区复垦状况及其对土壤微生物的影响机制,对于估算受损生态系统的恢复程度至关重要。该文以采用多种模式复垦的安太堡露天煤矿为研究区域,通过野外调查与采样分析,借助于Biolog EcoPlatesTM方法对复垦区和原地貌(对照)表层土壤中的微生物功能多样性状况进行了探索,评价了复垦年限和复垦植被模式对土壤微生物特征的恢复效应;并从土壤物理化学性质(土壤容重、pH值、土壤有机碳、总氮、速效氮、速效磷和速效钾)和生物性质(土壤微生物量碳和微生物量氮)中筛选可反映土壤微生物功能多样性变化的代表性指示物质。结果表明:1)露天煤矿复垦年限和复垦植被模式均对土壤微生物的功能多样性有明显影响。复垦年限越长的样地中土壤微生物有较高的活性和均匀度,但丰富度较低;若样地的复垦年限较长,复垦植物种植模式对土壤微生物多样性的作用强于复垦时长对其的影响。2)从土壤微生物多样性恢复层面分析,单一植物复垦配置的优化次序为杏树、榆树和柠条,混交林配置较优的选择为柠条×刺槐。3)土壤微生物生物量碳的含量与土壤微生物功能多样性指标Shannon-Wiener指数(ρ=–0.69,P0.01)和McIntosh指数(ρ=–0.69,P0.05)显著负相关,在一定程度上可作为复垦区生物多样性指示物质。研究成果将为露天煤矿及其所在区域的生态恢复、治理和监测提供参考。     

基于多时相GF-1 WFV和高分纹理的制种玉米田识别

为给监管部门提供更准确的数据，及时发现非法玉米制种区域，根据不同地物在多时相光谱、高空间纹理等特征上的差异，基于163个地面样本、多源时序优选植被指数集和高空间分辨率遥感影像纹理分析的方法，进行制种玉米田识别。通过相关性分析，从GF-1 WFV 多光谱影像计算的8个植被指数(VI)中确定6种，多维度反映不同作物光谱差异，并利用随机森林（RF）分类方法实现玉米田块的识别；利用玉米抽雄期的1期0.7m Kompsat-3全色影像，构建灰度共生矩阵（GLCM）纹理特征体系，并进行局部二值模式（Uniform-LBP）旋转不变处理，解决了影像中作物种植纹理的方向性问题，同时为体现制种玉米父母本间隔种植的特点，提出了Subtract纹理特征，进一步识别制种玉米田。以新疆维吾尔自治区奇台县为研究区，对本文提出的方法进行实例验证，试验结果表明，制种玉米田识别的制图精度、用户精度分别为93.34%、99.19%。     

基于耕地要素的耕地质量评价指标体系研究及其发展趋势

耕地质量评价作为衡量耕地内在基础条件与外在利用水平的重要手段,而科学合理的指标体系是评价的关键。本文在对耕地和耕地质量概念内涵梳理分析的基础上,基于耕地要素特征构建耕地质量评价指标体系,并提出了耕地质量评价的研究趋势。结果表明:耕地是气候、土壤、地貌、权籍、利用和基础设施等要素综合作用而形成的以种植农作物为主的土地利用类型;耕地质量是由自然因素与社会因素综合作用而形成的满足作物生长的适宜性程度,包括气候条件、地貌状况、土壤特性、利用特征、权籍属性和基础设施等方面,并具有保障国家粮食安全、满足公众对高效生产、绿色食品供给等多重效用的能力;基于耕地要素特征,从气候、地貌、土壤、基础设施、权籍和利用等层面构建耕地质量评价指标体系;耕地质量评价研究应注重多目标的综合评价,通过构建时间与空间的多尺度评价体系,借助遥感、地理信息系统等"3S"技术创建耕地质量诊断与评价新模式。     

近40年大兴区耕地土壤有机质时空变异特征及其影响因素

研究长时期的土壤有机质(SOM)时空动态变化规律对指导大都市边缘区耕地保护、农田土壤肥力提升和农业生产管理具有重要意义。通过综合运用GIS、地统计学与数据统计分析方法,研究北京市大兴区近40年来五个时期(1980、1990、2000、2006、2017)耕地SOM的时空变异特征,并对其影响因素进行定量分析。结果表明:近40年来大兴区土壤有机质的动态变化表现为短期下降但整体呈上升趋势,从1980年的Ⅴ级地为主到2017年以Ⅳ级地为主,土壤有机质含量均值从9.36 g kg-1上升到14.87 g kg-1,增加了58.87%;大兴区五个时期的土壤有机质含量变异系数范围为0.22～0.38,均属中等程度变异;五个时期SOM的块金系数C0/Sill分别为50.00%、45.45%、49.92%、43.19%和38.17%,说明随着时间推移区域耕地资源的本底因素引起的异质性愈占主导;SOM的空间最大相关距离在8.14～14.57 km范围内波动;大兴区耕地土壤有机质含量整体上升,其主要受到土壤质地、土壤类型、种植作物类型和人为耕作管理活动的影响。在未来的农田管理过程中,应改善土壤结构,施用有机肥,强化对农田土壤的有效管理,提高土壤肥力。     

TRMM在海河流域南系的降水估算精度评价及其对SWAT模型的适用性

准确估算区域降水对水文过程评价和水资源管理意义重大。为评估TRMM 3B42V7降水产品在海河流域南系的估算精度及其在土壤和水评估模型(Soil and Water Assessment Tool,SWAT)中的适用性,利用28个气象站降水观测数据(2007-2016年)和101个雨量站观测数据(2010-2016年)开展研究。研究表明:站点尺度上,3B42V7降水产品对月降水估算的均方根误差小于15 mm,平均误差小于8.5 mm;在湿润季节的估算精度更好。流域尺度上,日降水估算精度较差,相关系数小于0.6。分区尺度上,3B42V7能够很好地捕捉到不同等级降水强度,但对微量降雨有所低估;山区和平原的年降水量均出现高估现象,平原区较为突出;此外,3B42V7能够较好地捕捉到研究区内极端降水的时间和空间分布。分2种情景进行水文模拟,利用月平均流量对模型进行校准和验证,在情景Ⅰ中,验证期模拟结果较好,决定系数在0.56~0.96之间,纳什效率系数在-11.09~0.94之间。TRMM 3B42V7可为海河流域及其类似区域的水资源管理提供参考。