基于循环修正的灌溉用水效率综合评价方法

灌溉用水效率是最严格水资源管理制度建设中用水效率控制红线的重要组成部分,也是衡量灌区节水改造进展与效果的重要指标。针对灌溉用水效率评价中存在的单一方法评价结果不一致的难点问题,该文以12个灌区用水水平与用水效率实地调查分析为基础,首先采用突变理论评价方法、熵值法和层次分析法进行灌溉用水效率评价,再以Spearman等级相关系数作为检验标准,利用平均值法、Board法、Copeland法、模糊Borda法4种组合评价方法对单一评价结果进行组合,反复迭代,得到各灌区农业用水效率综合评价排序。最后,根据影响灌区排序的主要指标将灌区分为3类,指出了影响各灌区灌溉用水效率的主要因素及其改进措施,对灌区节水改造与农业用水效率管理具有参考意义。     

基于主成分分析的畦灌质量评价

针对畦灌灌水质量影响因素和评价指标较多造成分析和评价困难的问题,基于大田灌水试验数据,使用主成分分析方法将各评价指标的加权和作为灌水质量综合主成分指标,并利用该指标评价和分析灌水质量。结果表明,灌水质量综合主成分可以代表96.74%的灌水质量变异信息,且服从正态分布,具有较好的代表性与客观性,可用于畦灌灌水质量的评价。利用灌水质量综合主成分作为指标分析表明,畦长和改水成数对灌水质量有显著的影响,各因子对灌水质量的影响从大到小依次为改水成数、畦长、坡度、单宽流量、灌水定额、入渗系数、粗糙系数和入渗指数,并且影响灌水质量的因子之间存在相互拮抗作用或相互协同的作用。     

基于主成分分析的长江经济带水资源承载力评价

[目的]综合评价长江经济带水资源承载力的时空变化特征,为长江经济带水资源的合理利用和区域的可持续发展提供决策参考。[方法]从社会经济、水资源量、用水量和废水排放量4个方面选取18项指标,建立长江经济带水资源承载力评价指标体系,运用主成分分析法对长江经济带9省2市水资源承载力的时空变化特征进行了综合评价。[结果]2004—2013年长江经济带水资源承载力呈现逐年上升的趋势,水资源赋存条件、人口的增加、经济的发展以及水污染治理水平的提高是水资源承载力上升的主要驱动因素;长江经济带水资源承载力的空间差异显著,东部和中部地区总体较好,西部地区除四川省外水资源承载力相对较差。[结论]长江经济带水资源承载力的时空变化主要受所在地区的水资源赋存条件和社会经济条件的影响。     

基于主成分分析和模糊数学的黄河小浪底水质监测与评价

[目的] 监测了黄河小浪底水库南山、大横岭、桐树岭3个断面,分析了黄河小浪底水库水质现状及潜在污染来源,以期为其环境改善提供帮助。[方法] 根据3个断面的水质实测数据,采用主成分分析选择主要评价因子,运用模糊评价法对水库水质进行评价。[结果] 通过主成分分析得到6个主要水质因子,分别是溶解氧（DO）、五日生化需氧量（BOD₅）、氨氮（NH₃-N）、总氮（TN）、总磷（TP）、高锰酸盐指数（COD_Mn）。其中DO和BOD₅属于Ⅰ类水,其值分别在3.8~12.8 mg/L和0.9~1.7 mg/L之间;NH₃-N介于Ⅰ类水与Ⅱ类水之间,其值为0.03~0.72 mg/L;TN超过Ⅴ类水,其值在2~4.88 mg/L之间;TP和COD_Mn属于Ⅱ类水,其值分别在0.02~0.05 mg/L和1.8~2.7 mg/L之间。通过模糊综合评判法得到水库主要污染物为TN和TP,水质整体属于Ⅲ类水,达到了水质要求。[结论] 通过主成分分析与模糊综合评价法发现,小浪底水库水质基本满足要求,但存在TN和TP污染风险。     

基于Copula函数的区域需水量随机模拟

受社会经济发展、气候等因素的影响,区域需水量不可避免存在一定的随机性。鉴于Copula函数可以用来描述事件序列的自相关结构,该文建立了基于Copula函数的区域需水量随机模拟模型。该模型能够考虑各月需水量间的相关性,克服了分离处理各月需水量而导致模拟精度不高的缺点。将模型应用于汉江中下游地区的需水模拟,并与现有的基于Cholesky因子分解模拟模型进行比较,研究了该模型的适用性。结果表明,该模型所模拟需水序列的均值、均方差等统计参数的相对均方误差均较小,同时能够保持各月需水量之间的相关关系,为区域的需水模拟提供了新思路。     

基于SPA-VFS耦合模型的河套灌区灌溉用水效率分级

针对大型灌区用水效率分级评价问题,该研究构建河套灌区用水效率综合评价指标体系和指标分级标准,采用改进熵值法对评价指标赋权,将集对分析法（Set Pair Analysis theory,SPA）和可变模糊理论（Variable Fuzzy Set theory,SFS）结合,应用SPA-VFS耦合模型,进行河套灌区用水效率分级评价。结果表明：SPA-VFS耦合模型得到河套灌区用水效率等级为Ⅲ级,与VFS模型和SPA模型的评价结果一致,说明SPA-VFS耦合模型用于河套灌区用水效率分级评价合理可行;SPA-VFS耦合模型和VFS模型所得级别特征值的稳定范围分别为3.12～3.17和3.00～3.33,SPA-VFS耦合模型稳定范围明显小于VFS模型,评价结果更可信,更适宜河套灌区用水效率等级评价。指标评价结果可为河套灌区现代化改造建设提供决策依据,同时为类似灌区的改造建设提供参考。     

基于主成分分析的片麻岩山地新栽幼树不同保水措施评价

[目的]探索北方退化干旱山地新栽幼树适宜的土壤保水措施,为北方干旱退化山地发展高效节水经济林产业提供科学依据。[方法]以2年生"绿岭"核桃嫁接幼树为试材,进行保水剂、秸秆覆盖和地膜覆盖等保水措施的不同组合处理,研究不同保水措施对土壤环境状况及新栽核桃幼树生长的影响,并采用主成分分析法对保水措施进行科学的综合评价。[结果]用土壤理化性质、土壤微生物数量和新栽幼树生长状况3个层次的17个指标构建了片麻岩山地新栽幼树保水措施的筛选模型,将原始数据标准化,提取出了4个主成分,可反映保水措施93.453%的综合效果。[结论]地膜覆盖是片麻岩山地新栽幼树最佳的保水措施。     

基于流向跟踪和多重赋权的引黄灌区用水效率评价

针对引黄灌区灌溉用水效率的综合评价问题,利用灌溉用水流向跟踪法,构建了由19个确定性指标、3个子系统组成的开放型评价指标体系,按照多重赋权理念,确定了在多层次模糊评价体系中的各个层采用多种赋权方法。在指标体系的第1层(输入层),通过计算指标数据所携带的熵值对其赋予数学权重;在第2层(准则层),采用熵值权重法、等权重法和经验赋权法等对3个子系统进行多重赋权,获得和比较不同权重对评价结果的影响。选择三义寨引黄灌区为研究实例,对2005—2014年共计10 a的灌溉用水效率进行综合评价,经过赋权计算,第1种熵值权向量为(0.307,0.348,0.345),第2种等权向量为(0.333,0.333,0.334),第3种主观权向量为(0.400,0.200,0.400)3种不同权重的评价结果呈现出整体趋势和走向基本一致,权重对于评价结果的影响非常有限。根据多重赋权的评价结果,2013年均为10 a中灌溉用水效率的最优年份,评价等级为优,综合评价平均值为0.993。此评价结果与三义寨引黄灌区的实际情况相符,2013年在降雨量和地下水相对较少的情况下,灌溉实际引水量和实际灌溉面积都保持了较高水平,保证了灌溉的效果,也确保了灌区作物的丰收。根据第二层的评价值可以清晰地看到工程因素和管理因素两个子系统的动态变化过程,2007年之前都处于较低发展水平,2009年之后进入稳步发展阶段,从而查找到灌溉用水过程中存在的问题和薄弱的环节,为下一步引黄灌区的科学规划和可持续发展提供数据基础和技术支撑。     

基于主成分分析的饲料级磷酸盐理化特性评价

该研究旨在探究不同饲料级磷酸盐理化特性指标的差异,分析其相关性,找出关键理化特性指标,并建立饲料级磷酸盐的评价体系。选取常用的5种磷酸氢钙、4种磷酸二氢钙和3种磷酸一二钙为试验材料,测定分析水分、比表面积、滑动摩擦角、休止角、松散密度、振实密度、压缩度、吸水性指数、水溶性指数及溶胀度等理化特性指标,运用主成分分析法精简理化特性指标,并计算各样品的综合得分。结果表明：1）不同饲料级磷酸盐理化特性存在一定差异,也存在不同程度的相关性。饲料级磷酸盐的休止角与比表面积呈极显著正相关（r=0.919,P<0.01）;压缩度与休止角呈极显著正相关（r=0.926,P<0.01）;溶胀度与吸水性指数呈极显著正相关（r=0.930,P<0.01）、与水溶性指数呈极显著负相关（r=-0.987,P<0.01）。2）运用主成分分析,提取了3个有效主成分,累积方差贡献率达到88.27%,确定休止角、比表面积、松装密度、压缩度及水溶性指数为关键的理化特性指标。饲料级磷酸盐理化特性得分排序由大到小依次为磷酸氢钙、磷酸一二钙、磷酸二氢钙,粒状磷酸盐得分较低。综合分析,从饲料级磷酸盐的理化特性考虑,为改善多元化配方的加工性能和颗粒饲料质量,可优先选用磷酸氢钙,研究为不同饲料级磷酸盐在饲料中的应用提供数据基础及参考依据。     

基于主成分分析的哈尔滨市土地生态安全评价

土地生态安全关系到一个区域整体生态环境的可持续发展。按照哈尔滨市土地资源现状,从自然、经济、社会三个方面选取与土地生态安全关系密切的21个指标,构建评价指标体系。运用主成分分析方法,对2001—2008年哈尔滨市土地生态安全状况进行分析,最后设定安全阈值,并进行初步探讨。结果表明:2001—2008年哈尔滨市土地生态安全状况呈波动变化的递减发展趋势,但总体处于较安全水平。具体来说哈尔滨市土地生态安全变化水平可分为几个变化阶段,2002年前处于较安全水平;2003年处于生态安全拐点,随后至2007年安全水平不断下降,期间虽2005年有小幅上升,但变化总趋势递减,直至2008年稍有好转处于较安全水平。土地生态安全处于连续波动状态,近些年有不安全趋势。     

基于DSSAT模拟的灌溉用水效率评价指标比较

为研究不同灌溉用水效率评价指标间的差异、相关关系、影响因素和使用条件,该文利用DSSAT-CERES-Wheat模型,模拟得到新乡地区1963-2013年50 a冬小麦的灌溉用水效率5个常用评价指标:农田总供水利用效率、广义水分利用效率、作物水分生产率和灌溉水利用效率及真实灌溉水利用效率。结果表明:1)农田总供水利用效率、广义水分利用效率和作物水分生产率用于评价水分利用效率结果相近,相关系数均在0.8以上(P0.05),综合考虑建议使用农田总供水利用效率或作物水分生产率;2)灌溉水利用效率大小受降雨量的影响,用于灌溉用水效率评价依赖于情境,需谨慎使用;真实灌溉水利用效率因数据获取困难,并不实用。该研究可为灌溉用水效率的评价提供一定的参考,对宏观决策及指标的正确使用均有重要的指导意义。     

主成分分析法和熵值法在农村居民点集约利用评价中的比较

土地集约利用评价方法的选择直接决定了评价结果的准确性。该文以石家庄市为例,从利用程度、投入强度、产出效果和可持续性4个方面构建指标体系,采用主成分分析法(PCA)和熵值法,对1999、2005和2008年3个时间点的农村居民点用地集约度进行评价,在此基础上对2种评价方法进行了对比分析。研究结果表明:对于集约度等级划分,2种方法测算的农村居民点集约度级别差基本控制在±1范围内,仅个别县(市)级别差为±2。对于集约度变化率,2种方法在1999-2005年、2005-2008年和1999-2008年3个不同时段数值变化方向上基本保持一致,熵值法测算所得农居点集约度的变化率明显高于PCA测算所得集约度变化率。对于空间分布上,在同一时间点2种方法所划分的农居点集约度具有一定的一致性,但也表现出一定的差异性。2种方法的结果差异主要与其计算所得的权重差异、结果处理差异、方法理论差异、数据标准化处理差异等有关。建议在农居点集约度评价中,如果涉及一个或多个时间段的评价,熵值法较为适用;如果仅对某一具体年份进行评价,则可考虑采用PCA方法。     

基于非充分灌溉理论的水稻田间水利用效率的计算方法

传统的田间水利用效率计算方法是以充分灌溉理论为基础的,据此计算的有效灌溉水量还包含有无效耗水,不能反映田间节水灌溉情况下的水分转化利用情况,存在着明显缺陷。针对这一缺陷,该文基于作物水分生产函数对作物腾发量的有效性进行了分析,进而提出了基于非充分灌溉理论的田间水利用效率的计算方法。采用该方法对水稻常规淹灌及薄露灌溉的田间水利用效率进行了分析,水稻常规淹灌的田间水利用效率为0.768,薄露灌溉为0.915,其结果也更能反映田间水分转化利用的实际情况。     

基于遗传投影寻踪模型的农业水资源利用效率综合评价

针对农业水资源利用效率评价指标的不相容性问题,提出了农业水资源利用效率综合评价的遗传投影寻踪方法。该方法可以依据样本自身的数据特性寻求最佳投影方向,利用最佳投影方向可以判断各评价指标对综合评价目标的贡献大小和方向。通过最佳投影方向与评价指标的线性投影得到投影指标值,通过这一指标可以对样本进行统一评价和分类。利用该方法对甘肃省81个县域单元的农业水资源利用效率进行综合评价,评价结果很好的反映了各评价指标对综合评价目标的贡献大小和方向以及各评价单元综合利用效率。     

加热温度和时间对牛肉嫩度影响的主成分分析评价

为研究加热温度及时间对不同部位牛肉嫩度的影响,该研究以夏南牛肩肉、外脊和米龙3个部位肉为例,分别代表牛胴体前、中、后躯部位肉,提出了一种基于主成分分析的高熟度牛肉嫩度综合评价方法。利用剪切力测定法和质构剖面分析测定了6头夏南牛3个部位(肩肉、外脊、米龙)4个加热温度(70、80、90、100℃)6个保温时间(0、30、60、90、120、180 min)的剪切力值和质构指标,对不同加热处理牛肉的蒸煮损失、剪切力值、硬度、黏附性、弹性、内聚性、胶着性、咀嚼性和回复性等9个指标进行主成分分析,从中提取了3个主成分,方差贡献率分别为56.53%、24.43%、8.62%,分别代表牛肉的咀嚼特性、抗压特性和剪切特性,累积方差贡献率达89.58%,并建立了综合评价模型。试验结果表明,在高熟度牛肉的评价过程中,以剪切力值作为主要载荷的第3主成分在肉品嫩度综合评价中仅占很小的比例,并不能代表肉品嫩度的全部信息,因此不能把剪切力值作为高熟度牛肉嫩度评价的主要指标,在评价过程中应综合考虑与内聚性、胶着性、咀嚼性和回复性等与肉品质地相关的指标进行分析评价;加热温度和时间对牛肉嫩度综合得分影响较大,当肉块中心温度小于80℃时,随着加热时间的延长,牛肉嫩度综合得分整体变化比较平稳;而当肉块中心温度高于80℃时,随着加热时间的延长,牛肉嫩度品质综合得分整体呈下降趋势,且中心温度越高,加热时间越长,得分值越低。运用主成分分析减少了牛肉嫩度品质的评价指标,简化评价流程,为高熟度牛肉嫩度评价提供理论依据。     

Screening for intrinsic water use efficiency in a potato dihaploid mapping population under progressive drought conditions

A drought screening experiment focusing on intrinsic water use efficiency (WUE_i) was carried out among 132 clones belonging to a dihaploid potato mapping population. The clones were exposed to progressive soil drying during a five-day period in a greenhouse pot experiment. Analysis of the underlying variables was done based on a multivariate data analysis strategy. The strategy successfully divided the clones into WUE_i performance categories. Differences between clonal WUE_i responses were traced back to differences in the net photosynthetic rate. Stomatal conductance (g_s) did not vary significantly between the clones. Leaf abscisic acid (ABA) concentration and leaf water potential were found to reflect known isohydric behaviour for potato, and a non-linear relationship could be established for g_s and leaf ABA concentration across the WUE_i groups. Similarly, a common non-linear relationship between leaf ABA concentration and soil water potential was found. The latter findings suggest that the investigated population did not harbour significant genetic variation as to ABA production as function of soil desiccation level or with respect to the sensitivity of stomatal aperture vis-à-vis leaf ABA concentration and soil water potential.