基于植被初级生产力的农用地理论和可实现产能核算研究

为解决传统基于农用地分等成果计算农用地理论产能和可实现产能时遇到的问题,本文将植被初级生产力(NPP)测算应用于农用地产能核算。以湖北省武汉市为研究区,运用CASA模型测算研究区农用地NPP,通过样点调查分别建立NPP与农用地理论单产和可实现单产的线性回归模型,在此基础上进行农用地理论产能和可实现产能核算。通过核算得到研究区75个乡镇的农用地理论产能及单产和可实现产能及单产,理论和可实现产能较大的乡镇主要分布在研究区北部及东南部地区,理论和可实现单产较大的乡镇则主要分布在研究区西部和东北地区,而靠近主城区周边乡镇的理论和可实现产能及单产均较低。将核算结果与传统方法计算得到的农用地产能核算成果进行对比分析,发现两种方法的核算成果在乡镇理论和可实现产能分布上非常接近,具有较高一致性;但在乡镇理论单产和可实现单产分布上并不完全一致。研究结果表明基于NPP测算的农用地产能核算方法是可行的,该方法避免了传统核算方法资料收集繁琐,主观性强等不足,且不以农用地分等定级成果为基础,可实现农用地产能快速核算。     

辽宁省农用地产能核算研究

农用地产能核算是对农用地综合生产能力的测算与评估,是农用地分等成果的实践与转化应用。本文以辽宁省为研究区域,以产能核算理论与技术方法为指导,以县市级行政区、分等指标区和分等等别为单位开展不同角度的农用地产能核算研究,从区域分布、自然特征条件和利用水平等多角度实证分析农用地综合生产能力。研究结果表明:(1)理论产能、可实现产能及实际产能较高区域集中分布在辽宁中部平原区及其他指标区的山前平原区,自然等别集中在13~21等,利用等别集中在7~13等,该区自然条件优越,综合利用系数高;(2)产能核算总值与相应县区、市区、等别、指标区的耕地面积相关性较强,因此产能第一受制因素是耕地面积,其次是单产水平;(3)农用地产能核算是以农用地分等成果为基础进行的,农用地分等基础成果要适时更新,监测样点设置要具有长久稳定性。     

河北省不同耕作区综合产能空间分异规律

耕地综合产能精确地核算了耕地系统内部每个梯级绝对值水平,是农用地分等工作的深化与延续.基于农用地分等成果,通过抽样补充调查,依据自然等指数与理论抽样样点构建理论产能核算模型,利用等指数与现实抽样样点构建现实产能核算模型,统计数据核算实际产能,在河北省从东南-西北选取霸州、栾城、遵化、张北为典型耕作区域,分析不同耕作区产能差异及空间变异规律.结果表明:四个研究区域理论总产为2.52×109kg,现实总产为1.88×109kg,均高于实际总产1.44×109kg,不同层次产能差异明显;各层次单产水平次序同自然等指数次序是一致的,依次为栾城县>遵化县>霸州市>张北县;空间分异的大小取决于区域单产的浮动水平,空间变异程度依次为霸州>遵化>张北>栾城.通过核算结果对比证实了从农用地分等多个层次上测算综合产能的科学性、合理性和可行性,是深化耕地资源数量、质量并重管理的重要途径和方法.     

农用地分等中最高单产和最高产量-成本指数确定方法

为提高农用地分等中最高单产和最高产量-成本指数确定方法的科学性和合理性,该文以土地报酬递减理论为基础,应用河南省农用地分等的小麦投入产出调查数据,将样点小麦单位面积产量(kg/hm~2)作为土地报酬递减曲线中的总产量(纵坐标),将样点小麦单位面积投入(元/hm~2)作为土地报酬递减曲线中的总投入(横坐标),从而使土地报酬递减理论中的平均产量(kg/元)与产量-成本指数具有相同的内涵。依据边际产量曲线的变化,分2种情况最高单产的确定:1)边际产量曲线表现为下降趋势,但没有与横坐标轴相交即边际产量仍大于0,这时单产曲线最右端的产量为最高单产;2)边际产量曲线向下与横坐标轴相交即边际产量递减为0时,边际产量曲线与横坐标轴相交点对应的产量为最高单产。依据产量-成本指数和边际产量2条曲线间的关系可以确定最高产量-成本指数:产量-成本指数曲线向上与边际产量曲线相交点的产量-成本指数为最高产量-成本指数,并建立了异常产量-成本指数的修正方法。采用研究数据和验证数据确定的最高单产和最高产量-成本指数分别相差0.12%、0.50%,表明该研究方法确定的区域最高单产和最高产量-成本指数具有相对稳定性。该研究为确定最高单产和最高产量-成本指数提供了理论依据,丰富了土地利用系数和土地经济系数的内涵。     

基于多元线性回归的东北地区春玉米单产空间化模拟

春玉米是东北地区主要粮食作物，研究分析不同气候和土壤模式下春玉米产量的空间差异对于指导农业生产和保障粮食安全具有重要意义。本研究选取土壤、地形和气候因素三个方面共13个关键影响因素，采用多元线性回归分析法构建春玉米单产和13个影响因素的多元线性回归模型，并利用Arc GIS软件将春玉米单产进行栅格化，对东北地区春玉米单产空间分布情况进行分析。结果表明：(1)经多元线性回归模型计算的空间化数据(空间分辨率为1km)与春玉米单产统计数据基本一致，东北地区春玉米单产在2482.49～10147.10kg·hm^-2。(2)春玉米单产空间分布图客观反映了春玉米单产的空间分布趋势，大体呈现由中部地区向四周不断减少的格局。本研究准确取得栅格尺度的东北地区春玉米单产空间化的模拟结果，平均相对误差1.45%，可为东北地区农业生产布局优化和决策制定等提供方法参考。     

经济快速发展地区耕地生产能力空间格局

为准确把握区域经济快速发展地区耕地生产能力空间格局,基于农用地分等成果,通过抽样补充调查,建立耕地生产能力核算模型,在此基础上分析3个层次产能（理论产能、可实现产能和实际产能）的空间分布得到：较高的理论单产和可实现单产主要分布在以唐山市为中心向四周延伸的各个乡镇;而较高的实际单产主要分布在唐山市南部地区和东北部地区的乡镇;处在北部山地丘陵区的迁西县和迁安市等地区的一些乡镇的3个层次的产能单产都比较低;以唐山市为中心的西部和东部及东南部地区的一些乡镇的3个层次产能的总产都比较高,北部的山地丘陵区的产能总产比     

基于MA-ARIMA-GASVR的食用菌温室温度预测

食用菌温室温度具有时变、非线性、多耦合特性,准确预测对稳定食用菌生产具有重要意义。本研究从挖掘温室历史温度数据时序信息角度出发,提出一种MA-ARIMA-GASVR组合方法建立温度预测模型,利用移动平均方法将历史温度序列分解成线性序列和残差序列,然后采用移动平均差分自回归模预测线性序列的趋势,再将移动平均差分自回归预测值、历史残差数据、历史温度数据作为支持向量回归模型的输入,并结合遗传算法优化支持向量回归模型参数改善其性能,从而获得更符合实际情况的温度预测值。最后选取实测温度数据作为训练集,对未来2d的温度进行预测验证。结果显示,MA-ARIMA-GASVR组合方法能更好地拟合原始温度数据,间隔1h的均方误差、平均绝对误差和平均绝对百分误差分别为0.18、0.36和1.34,均显示本研究方法预测精度优于支持向量回归、遗传算法优化的支持向量回归单一模型,也优于未经移动平均以及未经遗传算法优化的组合模型;此外,间隔6h的均方误差、平均绝对误差和平均绝对百分误差为0.29、0.52和1.95,说明本研究方法还能满足6 h以内的多步预测,为食用菌生产者预留更多调整时间。     

基于四维变分和集合卡尔曼滤波同化方法的冬小麦单产估测

为了通过数据同化方法提高冬小麦的估产精度,以陕西省关中平原为研究区域,采用标定的CERES-Wheat模型模拟8个典型样点冬小麦整个生育期的叶面积指数(LAI),通过四维变分(4DVAR)和集合卡尔曼滤波(En KF)2种同化算法同化CERES-Wheat模型模拟的LAI和遥感数据反演的LAI,获得单点尺度的LAI同化数据,将单点尺度的LAI同化值扩展到区域尺度,对两种同化方法的单点尺度和区域尺度的同化结果进行对比与分析。结果表明,两种同化方法均能综合遥感反演LAI和模型模拟LAI的优势,使LAI同化值更符合冬小麦LAI的实际变化规律;在单点尺度和区域尺度上,En KF-LAI均更能反映关中平原冬小麦的实际生长状况。采用En KF-LAI构建关中平原冬小麦估产模型估测2008年和2014年的冬小麦单产,通过实测单产对估产模型进行验证,结果表明,2008年样点估测单产与实测单产的相对误差均小于15%,部分县估测单产与实测单产的相对误差均小于10%;与2014年模拟单产与实测单产间的相对误差相比,估测单产与实测单产间的相对误差降低0.57%~9.30%,RMSE降低217 kg/hm2,其中,8个样点的估产精度达到94%以上,表明组合估产模型的估产精度较高。     

优化支持向量机在鲜切生菜加工HACCP分类中的应用

该文介绍了一种基于支持向量机模型解决鲜切生菜加工HACCP（hazard analysis and critical control point）关键控制点智能发现的方法。在通用支持向量机模型进行鲜切生菜加工关键控制点的发现试验中,依靠人工经验选取支持向量机（support vector machine,SVM）核函数参数,识别关键控制点准确率波动较大。该文利用遗传算法优化支持向量机核函数参数的选取,构建了一种基于遗传算法的支持向量机（GA-SVM）模型,应用该模型在鲜切生菜生产关键控制点的发现试验中获得了87.5%的识别率,比传统方法稳定性更高。该方法对其他HACCP关键控制点的智能发现具有很好的借鉴意义。     

基于农用地分等的耕地产能监测体系研究

为了建立一个基于农用地分等的耕地产能监测体系,结合中国农用地分等和产能核算工作进展,确定了耕地产能监测的相关定义和原则.在土地可持续利用与管理的理论框架下,设计了耕地产能监测的体系,构建了监测样点与监测样区相结合、重点监测和基线监测相结合的耕地等别及其产能监测流程.基于农用地分等的耕地产能监测体系主要解决了监测样点与非监测样点的关系问题,耕地等别及其产能渐变与突变的监测问题和传统监测方法与新技术手段相结合的问题.     

基于综合生产能力核算的河北省耕地重点保护区划定

耕地保护的实质是要保护耕地的综合生产能力,按耕地生产能力重新划定耕地的保护等级是保护耕地资源安全,最终实现耕地综合生产能力稳定的根本举措。基于农用地分等成果,通过抽样补充调查,依据自然等指数与理论生产能力抽样样点构建耕地远景潜在生产能力的核算模型,应用利用等指数与现实生产能力抽样样点的实际调查数据构建耕地现实生产能力的核算模型。在此基础上,采用综合生产力优势指数和生产规模优势指数对耕地生产能力进行分析,从远景潜在生产能力、现实生产能力、耕地投入水平和产出水平4个方面构建耕地重点保护区划分指标体系并将河北省耕地划分为4个保护等级,其中第一级别为国家级耕地保护区,面积为2.02×106 hm2,占耕地总面积的32.1%;第二级别为省级耕地保护区,耕地总面积为2.98×106 hm2;第三级别为市级耕地保护区,占河北省耕地总面积的30.1%;第四级别占河北省耕地总面积的9.7%。通过耕地保护区域的划分,明确不同主体的保护职责,并认真研究与完善耕地保护政策,这对于稳定农业生产、确保粮食安全具有重要的现实意义。     

基于农用地分等成果的陕西周至县耕地粮食生产能力测算

为了充分利用农用地分等成果合理测算耕地产能,该文提出了基于农用地分等成果的耕地粮食生产能力体系,并对不同层次的生产潜力的测算方法进行了探讨,认为基于农用地分等成果的耕地粮食生产能力测算要充分利用农用地分等成果;耕地粮食生产能力体系包括自然生产潜力、利用生产潜力及现实生产能力3个方面;农用地分等的自然质量等级指数与利用等级指数本质上就是2个不同的生产潜力,分别代表了2种不同情况下潜在的单位面积产量。用分等单元的面积分别乘以该分等单元的自然质量等级指数和利用等级指数,可得到该分等单元相应的生产潜力。把全县所有分等单元的生产潜力相加就得到全县相应的生产潜力。通过理论分析及各种模型的实际模拟,采用Logistic模型对现实生产能力进行测算效果较好。结果表明,周至县耕地自然生产潜力为176.778×104t,利用生产潜力105.0×104t,现实生产能力为54.637×104t。     

基于改进农业生态区划法的耕地综合量能指数模型构建

研究粮食产量与耕地产能间的关系以及区域差异,对于挖掘区域增产潜力,提高耕地资源利用效率,实现区域均衡增产,保障粮食安全战略具有重要意义。该文在农业生态区划法估算土地生产潜力基础上,提出基于耕地质量新内涵的耕地质量修正的耕地产能核算方法。通过探讨耕地综合产能的概念体系,构建了反映粮食产量与耕地产能关系的耕地综合量能指数模型,模型由耕地综合量能指数、耕地质量产能指数和耕地数量产能指数构成。并以曲周县为例,对该模型进行了实证研究,曲周县耕地综合量能指数为0.16,耕地质量产能指数为0.31,耕地数量产能指数为0.99,耕地总体产出效率不高,粮食增产的潜力较大,耕地粮食生产平均开发程度也不高,但数量增加潜力较小。     

基于植被指数的作物产量监测方法研究

在作物收获以前进行大范围的作物长势评价与作物产量估测,对粮食供需平衡、贸易、农业政策制定非常重要。该文收集了1984年到2002年的NOAA卫星和农业统计资料,计算耕地范围的植被状态指数VCI、温度状态指数TCI和植被生长状态指数VHI,分析了遥感植被指数与作物产量间的相关关系,分别建立了基于植被指数的线性回归模型和非线性回归模型。结果表明,遥感植被指数与作物产量间存在较好的相关性,其非线性回归模型在拟合精度上高于线性回归模型。研究目的是利用卫星资料得出应用于监测作物长势的植被指数,建立作物产量监测模型,应用于农作物遥感监测业务化运行系统。     

基于耕地系数和预评价法的耕地整治潜力测算方法

为科学合理测算耕地整治潜力,提高潜力测算结果的应用性,该文结合二调数据及农用地分等数据,进行了耕地整治数量潜力和质量潜力的测算研究,耕地整治数量潜力测算采用耕地系数法(CLC,cultivated land coefficient),耕地整治质量潜力测算采用农用地分等因子提高后的预评价法。研究表明:五华县耕地整治潜力较大,数量总潜力为841.69 hm2,各行政村数量潜力分布情况为南高北低;质量潜力方面,经过整治,耕地自然等别可平均提高1.28等,利用等别可平均提高0.71等,生产能力可提高57 862.99×104kg。该研究方法符合当地土地整治实际情况,研究结果可为制定县域土地整治规划、划定高标准基本农田建设区及确定耕地整治建设重点项目区提供参考。     

基于分等成果的农用地综合生产能力

分析了农用地综合生产能力的内涵,阐述了农用地综合生产能力和生产潜力的理论体系,对不同层次的生产能力和生产潜力的核算方法进行了探讨。以东北地区为例,测算了区域农用地的生产能力和生产潜力,揭示其空间分布规律,并划定生产潜力区,为实现区域的耕地保护和粮食安全战略提供理论依据和技术支撑。     

土地利用规划修编中粮食产量预测方法比较

为探索提高土地利用总体规划修编中粮食产量预测精度的方法,该文应用1988-2005年晋城市粮食产量相关数据的分析,对线性回归模型、灰色GM(1,1)模型和灰色多元线性回归组合模型3种粮食产量预测方法进行了研究.首先,运用灰色关联分析对影响粮食产最的影响因素作出关联因子排序;其次,在灰色关联分析的基础上选取主要影响因子;再次,利用灰色GM(1,1)模型得到主要影响因素的预测值,同时,利用原始数据建立多元线性回归模型;最后,将灰色GM(1,1)模型的预测结果作为多元线性回归模型的输入值,得到灰色多元线性回归组合模型.通过比较这3种粮食产量预测方法的预测结果,得出灰色多元线性回归组合模型最适宜于晋城市粮食产量的预测.该研究可提高土地利用总体规划编制的科学性.     

基于深度置信网络的农用地基准地价评估模型

该文针对现有基准地价评估模型主观性较强及精度不够等问题,提出了一种基于深度学习思想的农用地基准地价评估方法,构建了样本特征集合与地价标签集合的深层网络结构映射关系,并以广东省普宁市农用地基准地价评估为实例,验证了模型的可行性和有效性。结果如下：1）与神经网络、支持向量机这类浅层学习模型相比,深度置信网络模型其对地价的拟合精度要高出3.61%,3.12%;2）在训练样本只有300时,深度置信网络模型对地价的拟合误差为16.43%,比神经网络、支持向量机模型的拟合精度最少要高出6.76个百分点;3）深度置信网络模型对单个样本的运算时间及内存占用比神经网络、支持向量机模型都要高,但在评估精度都达到95%左右的情况下,深度置信网络模型所需训练样本较少,支持向量机训练时间为193 s,而深度置信网络模型耗时187 s,两者耗时基本持平;4）基于DBN模型对耕地评估单元的地价测算结果,将将普宁市耕地评估单元划分为5级,然后利用面积加权法求取对应的级别基准地价范围为21.34～26.23元/m2。上述试验结果表明该方法在对样本点地价的评估精度上要优于传统的浅层方法,并且该模型计算所得普宁市耕地基准地价与耕地质量在空间分布规律上保持一致。     

黑土区土壤侵蚀厚度对土地生产力的影响及其评价

为了研究黑土区土壤侵蚀厚度对土地生产力的影响,采用盆栽试验,人为剥离黑土表层0、5、10、15、20、25和30 cm土壤以模拟侵蚀厚度不同的耕层土壤,分析土壤侵蚀厚度对土壤理化性质、大豆生物性状和水分利用效率等指标的影响。并对TOPSIS(technique for order preference by similarity to ideal solution)模型进行改进,用于评价侵蚀厚度不同的土壤的土地生产力。结果表明:土壤全N、碱解N、全P、速效P、有机质含量和土壤田间持水率均随侵蚀厚度的增加而递减,土壤容重随侵蚀厚度的增加而递增。土壤侵蚀厚度对大豆生长有显著影响,随着侵蚀厚度的增加,大豆减产率呈"S型"曲线递增,产量、耗水量呈"Z型"曲线递减,水分利用效率呈指数曲线关系递减。改进的TOPSIS模型对不同侵蚀厚度下土地生产力的评价结果较为理想,计算的土地生产力指数随土壤侵蚀厚度的变化呈"Z型"曲线,与大豆产量的变化趋势相同,且二者呈指数函数关系,决定系数达0.996,均方根误差为0.65。研究结果可为黑土区土壤侵蚀防治提供理论依据。