生物能源发展及科技创新机遇

能源是经济增长和发展的动力,能源安全问题关系到政治稳定、社会发展和国家安全.目前,世界各国从保证国家能源安全的角度考虑,都在不遗余力地发展包括生物质能在内的可再生能源,以减少能源进口,降低能源对外依存度.该文利用大量数据分析了中国能源利用的特点、现状和问题,指出科学利用生物质能源是解决中国能源问题的出路之一,并提出了建设中国生物质能持续发展体系的构想,为中国生物质能源可持续发展提供科学依据.     

湖北省水土保持监测站点的空间优化布局

[目的]对湖北省水土保持监测站点空间优化布局进行探究,为该区水土保持监测系统的完善、水土保持科学管理与决策提供支撑。[方法]收集湖北省土壤侵蚀相关资料,利用GIS空间分析功能开展湖北省土壤侵蚀强度分级评价,在此基础上应用尺度理论对监测站点进行空间优化布局,并对优化结果进行分析验证。[结果]经过优化研究,湖北省共需布设86个监测点,其中一级尺度12个监测点,二级尺度26个监测点,三级尺度布设48个监测点。经泰森多边形验证,优化后的站点布设合理,控制突出,层次分明。[结论]湖北省丹江口水库周边山地丘陵水质维护保土区、南阳盆地及大洪山丘陵保土农田防护区和鄂渝山地水源涵养保土区水土流失严重,需要在现有基础上进一步增加水土保持监测站点密度;江汉平原及周边丘陵农田防护人居环境维护区等地区水土流失轻微,可适当减少水土流失监测站点数量。     

长江经济带耕地集约利用多尺度时空特征与影响因素分析

科学分析区域耕地集约利用时空分异及影响因素,对于促进耕地资源集约潜力挖掘和高效利用具有重要现实意义。以长江经济带作为研究案例地,从投入强度、利用强度、产出效率及持续状况等维度上构建耕地集约利用评价指标体系,运用投影寻踪模型定量测度1978—2016年长江经济带耕地集约利用水平;基于流域、省域、市域多尺度视角,通过变异系数、ESDA、GIS模型,探究长江经济带耕地集约利用多尺度时空分异格局;运用地理探测器模型揭示长江经济带耕地集约利用分异的影响机制。结果表明:1)1978年以来流域尺度上长江经济带耕地集约利用水平表现提升态势,但演化过程中呈现"东高西低"差异特征;省域、市域尺度上长江经济带耕地集约利用呈现空间集聚特征,并且尺度越小空间集聚越显著。2)研究期间省域、市域尺度空间关联类型均以正向相关为主,且市域尺度上长江经济带耕地集约利用存在空间集聚"俱乐部趋同"现象,表现为H-H(high-high)型主要集聚在上海及苏南地区,并逐渐向绍杭、皖江地区演化;而L-L(low-low)型主要集聚在川西高原区。3)自然因素、人口增长、经济社会发展及制度政策可有效解释长江经济带耕地集约利用时空分异,其中人口因素、经济社会因素对耕地集约利用分异影响显著,而政策因素呈现较强驱动效应。4)最后从开展土地综合整治、加大要素投入力度、优化调整耕地结构、推进农业科技创新等方面提出促进长江经济带耕地集约利用提升政策建议。     

江苏省生物质能资源调查与评估方案设计

生物质能既是近期急需的补充能源,又是未来能源系统的基础。利用好生物质能既可以减少化石能源的使用,同时又有利于环境保护。该文以江苏省为例,制订了生物质能资源调查与评估方案和技术路线,提出了生物质资源调查采用面上资源普查、家庭能源消费抽样调查和主要生物质资源专项调查相结合的方法,制订了资源调查和农户抽样调查的具体方案,提出了生物质能源资源评价、供需平衡分析、资源预测、生物质资源利用现状分析的重点和方法,为省级生物质能资源调查与评估方案的制订提供了方法。     

生物质致密成型产品的生产及应用

生物质是光能循环转化的载体。这里所指的是广义生物质能,包括植物种子、秸秆、树木、牧草、畜禽粪便以及生活有机垃圾等。狭义的生物质能是指各种作物秸秆、树叶、锯屑、蔗渣及农业、林业废弃物等。生物质具有资源丰富、分布比较均匀的特点,加之在其生长过程中吸收大气中的CO2,因此用工业技术开发利用生物质能,不仅有助于减轻温室效应和促进生态良性循环,而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料,成为解决能源与环境问题的重要途径。但是生物质的松散性、易燃性、低含碳量、不均匀性又成为工业化大规模利用以及储存和运输时所必须解决的技术问题。     

生物质能与冷热电气联产耦合系统研究进展

当前冷热电联产系统广泛与生物质气化、生物质厌氧发酵、生物质直燃等生物质能利用技术相耦合。合理耦合后不仅能发挥生物质资源储量大、分布广、可再生、低污染、利用方式多样等优点,更因生物质资源相较太阳能、风能等独有的可运输、可储存特点,可轻松实现冷热电的高效稳定输出,克服当前太阳能、风能等可再生能源利用时,由于可再生能源自身固有的时间不稳定性、空间不稳定性所带来的系统稳定性差的问题。凭借高能源利用率、低污染、运行稳定等优点,将生物质能利用技术与冷热电联产系统耦合越来越受到研究人员的青睐。该文综述了耦合生物质资源能源化利用的冷热电气联产系统的发展基础、系统集成、系统运行模式、系统多维评价及系统优化,结合当前研究现状,从多方面预测了相关系统的发展方向,为相关系统的推广与发展提供参考。     

县域农田土壤采样布局多目标优化分析模型

合理布置农田土壤采样点可以在满足采样精度的前提下显著降低采样数量及成本,或在有限采样数量的限制下确保采样具有最佳的代表性。通过研究筛选区域范围内多种影响农田土壤养分采样点分布的因素,以及不同土壤养分的空间效应,建立区域农田土壤养分采样点布局多目标优化决策分析模型;并结合改进的遗传算法进行模型的求解过程分析。采用江苏省宝应县的农田空间数据及筛选的环境数据,分别从给定采样点数量条件下寻求最佳采样点分布方案,以及在满足采样精度和代表性的前提下确定最小采样点数量等2个角度进行了模型的分析验证工作;结果表明该模型可适用于解决县域范围大量分散耕作农田的土壤养分统一采样规划问题,为采样点的合理分布提供了一种定量优化分析手段。     

利用海藻发展生物燃油的现状与展望

1国内外利用海藻发展生物燃料的现状 生物质能是以生物质为载体,将太阳能以化学能形式贮存其中,能源主要依靠植物的光合作用产生。生物能可以转化为固态、液态和气态燃料形式,替代传统的化石燃料．具有环保和可再生双重属性。生物质能产业属于朝阳产业,其前景广阔。工程海藻的研究和开发,为生物质能产业提供充足和廉价的原料供给成为可能。     

生物质能与节能减排及低碳经济

生物质(Biomass,原意生物量)一词出自生态学,现已成为生物质能和生物基材料的惟一可再生性原料的专用词.生物质可部分替代化石能源,减少化石能源使用产生的温室气体及污染物.我国农业和农村在节能减排中应有所作为.农业是惟一生产生物质的产业,在我国的节能减排及向低碳经济战略转型中,生物质能可发挥重大作用,也能成为生态农业的新内涵.     

基于GIS的黑龙江省耕地集约利用水平的空间格局分析

利用现代信息手段研究一定尺度的耕地集约利用水平空间分布,为促进区域规模化耕地集约经营以及缩小区域耕地集约利用水平差距具有重要的作用.以黑龙江省64个县(市)为评价单元,采用熵值法和综合指数法定量计算各县(市)耕地集约利用水平,利用GIS手段和地学模型方法,分析和研究各县(市)耕地集约利用水平的空间分布.结果表明,64个县(市)耕地集约利用水平呈现4级分布,东南部耕地集约利用水平明显高于西北部,全局Moran指数,为0.23,各县(市)耕地集约利用水平趋向聚集,但聚集程度不强,耕地集约利用高值区的扩散效应不显著.     

基于多智能体遗传算法的土地利用优化配置

土地利用优化配置是促进土地资源可持续利用的必要手段,然而现有模型在解决土地利用优化配置问题时存在一定缺陷。该文将多智能体系统的建模框架与遗传算法的计算框架有机结合,设计了土地利用规划多智能体决策框架,将多智能体在空间决策行为与遗传进化算子相结合,构建基于多智能体遗传算法的土地利用优化配置模型,促进土地利用数量结构与空间布局向可持续方向发展。该文选取武汉市蔡甸区开展了实例应用研究,试验结果表明:模型能够合理地对区域土地利用数量结构与空间布局进行配置,协调不同土地利用决策主体的需求,明显提高了区域土地利用经济、社会和生态效益,促进区域土地资源可持续利用。     

Integrating soil map information in modelling the spatial variation of continuous soil properties

This paper presents two indicator algorithms that integrate soil map information into modelling the spatial variation of continuous soil properties: these are simple indicator kriging with varying means and the Markov–Bayes algorithm. Both methods are used to evaluate probabilities for copper and cobalt deficiencies in the Borders Region of Scotland. Results are compared with maps obtained by the polygonal method (Thiessen polygons) and an indicator kriging algorithm that does not use soil map information. Accounting for soil map information is shown to improve delineation of the deficient areas, especially where the sampling is sparse. Test locations are classified as deficient or not so as to minimize an expected cost of mis-classification that is derived from local probability distributions of copper or cobalt and functions measuring the cost of overestimating or underestimating metal concentrations. The comparison of classification results with actual copper and cobalt concentrations at test locations shows that the two proposed algorithms can decrease substantially the economic loss attached to misclassification.     

基于多功能评价与权衡-协同关系的福建省耕地区划管控

为促进耕地功能协调发展,实现耕地的科学保护与合理利用,该研究构建耕地多功能评价体系,以县域为评价单元,运用综合分析法和Pearson积矩相关系数法,评价2005—2020年福建省耕地多功能水平,分析其时空变化特征和各维度功能间权衡-协同关系。研究结果表明：1）耕地多功能水平在福建大部分地区微幅下降,高值区集聚于耕地生产条件和生态条件优越,且对农民生活和就业保障能力较高的闽东和闽西地区。其中,生产功能呈现上升趋势;生态功能略微下降;社会功能与景观功能均有所提高,前者空间变化由山区向沿海地区减弱,后者相反。2）各维度功能间多以权衡关系为主,仅生产-生态功能和生产-景观功能呈现协同关系的区域占50%以上。呈现权衡关系的栅格数量比例由高到低分别为生态-社会功能、生产-社会功能、社会-景观功能与生态-景观功能,且各对功能组合的权衡-协同关系存在空间异质性。3）根据耕地现状条件,结合各地区农业生产特点,通过叠加耕地单项功能组合与不同功能间权衡-协同关系,将耕地功能区划分为4类区域,包括优势保护区（38.52%）、严格管控区（36.71%）、整治修复区（6.98%）和转型退出区（17.79%）,并提...     

Implications of spatial averaging weather and soil moisture data for broad scale modelling activities

Abstract. Spatial averaging of data before or after modelling has important implications for large area land evaluation studies. Two procedures are evaluated for the spatial averaging of weather and soil moisture data before and after modelling (procedures A and B, respectively). The Thiessen polygon weighting technique is applied to a network of weather stations to derive daily weather values for the period 1955 to 1985 for 12 selected Agroecological Resource Areas (ARAs) on the Canadian prairies. These values are used in the model for procedure A. The components of the soil moisture balance for spring wheat are estimated with a budgeting model, assuming wheat is grown continuously for 30 years on soils with available water-holding capacities (AWCs) of 150 and 250 mm. In procedure B, the data from individual stations are used as input to the model and the same Thiessen polygon weighting coefficients are applied to the output variables. A comparison of the two procedures shows no significant difference for temperature-related variables such as frost dates, harvest date and cumulative potential evapotranspiration. The differences for moisture-related variables (soil moisture content at sowing, cumulative actual evapotranspiration, runoff and deep drainage) are often statistically significant, but the absolute differences are less than 10 mm at probability levels ranging from 10 to 90%. For many practical applications the two procedures give similar results.     

滴灌轮灌分组优化模型与算法

传统的轮灌组划分计算方式效率较低且难以获得较好方案。该研究首次采用智能算法来求解轮灌组划分问题,依据《微灌工程技术标准》及轮灌组划分原则,提出了基于流量均衡的数学模型及其约束条件。通过分析支管空间分布,确定了滴灌问题的邻域特征,在半径阈值范围内给出了最大限度查找关键路径的邻域搜索策略和不可行解修复算法,并采用传统遗传算法(Genetic Algorithm,GA)、贪心遗传算法(Greedy-GA)、泰森多边形遗传算法(Voronoi-GA)和网格遗传算法(Grid-GA)算法分别求解模型,探索适应轮灌分组问题的初始化方法。对标准差、组内路程、连通性和运行时间4项指标对比分析,结果表明:Grid-GA算法表现优异,采用的邻域策略可有效避免支管分布过于分散,有利于日常管理与维护。取半径阈值280 m条件下,算法在300代左右达到收敛,最小标准差10.9 m3/h,组内路程8 105.2 m,连通性指标25,与一种冒泡+贪心的近似算法相比最小标准差小59.1%。该研究对提高滴灌工程设计效率和促进轮灌工作制度有效运行有着重要研究意义。     

中国农田土壤有机碳贮存的空间特征

The soil organic carbon (SOC) pool is the largest component of terrestrial carbon pools. With the construction of a geographically referenced database taken from the second national general soil survey materials and based on 1546 typical cropland soil profiles, the paddy field and dryland SOC storage among quantified to characterize the spatial pattern of cropland SOC storage in China regions of China were systematically to examine the relationship between mean annual temperature, precipitation, soil texture features arid SOC content. In all regions, paddy soils had higher SOC storage than dryland soils, and cropland SOC content was the highest in Southwest China. Climate controlled the spatial distribution of SOC in both paddy and dryland soils, with SOC storage increasing with increasing precipitation and decreasing with increasing temperature.     

中国能源作物生产生物乙醇的潜力及分布特点

基于中国后备土地资源潜力,该文分析了在不影响现有粮食和经济作物种植结构的前提下,利用宜耕边际性土地资源发展生物乙醇能源的生产潜力及空间分布.结果显示:长期而言,中国能源作物生物乙醇的总生产潜力在7400×104t以上;中短期而言,如果仅考虑其中集中连片的土地资源,则可生产生物乙醇2170×104t,约占中国2006年汽油消费量的41.4%;中国生物乙醇产量潜力区域差异悬殊,潜力最大的几个省(区)依次为新疆、甘肃、山东、江西和宁夏.     

华北平原地区玉米秸秆连续供应模型的建立及应用

为保证秸秆连续稳定的供应,提高秸秆资源利用率,该文建立了基于秸秆田间收集-秸秆集中存储-秸秆利用的连续供应模型,并以华北平原地区（山东肥城）为例,确定了秸秆收储站的选址与数量,并分析了田间收集、初级运输、收储站存储、次级运输和原料装卸等5个环节的成本和能耗。结果表明,收集肥城市10万t玉米秸秆应用点的最优选址地理坐标为（N116.741,E36.069）,运用层次分析法确定收储站的优化选址与数量,拟建立10个收储站,秸秆供应成本约为169.14元/t,其中,按秸秆供应环节分析,收集成本和运输成本占比较高,分别占总成本的55%和23%;按运行成本分析,秸秆收购成本、人工成本以及燃料动力费占比较高,分别占总成本的41.39%、30.14%、25.90%。秸秆供应总能耗为186 MJ/t,其中,运输和打捆环节燃油能耗较高,分别占总能耗的45%和34%。该文建立的秸秆供应模型,对指导中国不同地区建立合理的秸秆供应模型提供参考,为秸秆综合利用过程中的原料持续稳定供应,节约供应成本和能耗具有积极的指导意义。     

基于时间序列NDVI的灌溉耕地空间分布提取

灌溉耕地空间分布地图是农业和粮食政策制定、水资源管理和环境变化研究的基础数据,及时、准确和适用性强是区域尺度灌溉耕地分布提取方法的重要要求。相比于非遥感数据融合和遥感影像分类方法,利用遥感参量对统计数据进行空间重建的方法具备少受样本限制、运算速度快、与统计数据匹配水平高和产品分辨率适宜的优势,但目前该方面的研究较为薄弱。该文以中国为研究区域,应用国外提出的基于时间序列NDVI的灌溉面积统计数据空间化方法,研制中国2010年、空间分辨率250 m的灌溉耕地空间分布地图,深入分析了该方法的应用效果及其影响精度的主要原因。结果表明,利用该方法获得的灌溉耕地空间分布数据的空间位置精度与同类遥感产品相当,在数量精度上具有明显优势,不同区域的制图效果具有差异性。全国总体精度64.20%,各省精度极差为48.35%。制图误差主要来源为耕地底图、方法假设和分类参量,未来方法的优化应重点加强耕地分布制图、改进方法假设、进行不同类别和时间点的特征参量的筛选和利用。