基于复杂网络分析法的空间生态网络结构研究

以荒漠绿洲区典型县域磴口县为研究区,将复杂网络分析方法中的点格局分析方法、网络骨架的提取算法和空间结构鲁棒性指标根据实际空间生态网络的特点进行改造,对研究区的空间复杂生态网络的结构进行分析。研究结果表明:7种类型的生态源地节点在较小尺度下均呈现聚集的空间分布格局,随着尺度的增大,逐渐呈现随机分布,最后呈现均匀分布,这种分布特征保证了小尺度和大尺度上生态网络的稳定。水网廊道的密度范围为0~1.46,路网廊道的密度范围为0~2.27,改造Kruskal算法识别出的骨架廊道符合实际情况。现状生态网络初始的连接鲁棒性仅为0.73,优化后生态网络的连接鲁棒性达到1。经过生态节点布局优化后的生态网络节点和边的抗打击破坏能力、恢复能力增强。     

猕猴桃果园不同采样密度下土壤含水率空间变异性研究

为揭示小区尺度乃至微尺度土壤含水率的空间变异性,在杨凌地区猕猴桃果园选取40 m×40 m区域,并在此基础上再以8、2 m为间距进行网格划分,基于经典统计学和地统计学理论,对不同采样密度条件下0~60 cm土层土壤含水率的空间分布特征及其空间变异性进行了研究。结果表明,对于40 m×40 m(L)、8 m×8 m(M)和2 m×2 m(S)3种尺度,0~60 cm深度各土层土壤含水率在水平方向上的变异强度表现为弱变异至中等(偏弱)变异,且随尺度减小和土层深度增加而减小,且所有取样点处0~60 cm深度内土壤含水率在垂直方向上的变异强度表现为弱变异至中等(偏弱)变异。在3种尺度中,土壤含水率存在强烈的空间相关性,表征土壤含水率空间分布形态的半方差函数因尺度不同存在较大差异,L尺度可采用球状和指数模型,M尺度可采用线性模型,S尺度可采用高斯、指数、线性模型。L尺度合理取样数较实际少,而M和S尺度合理取样数较实际多,对于3种尺度,基本表现出0~30 cm土层合理取样数较实际多、30~60 cm土层合理取样数较实际少,表明取样点的合理性分布有待进一步优化。由于地形原因导致当地果园内南北侧土壤含水率空间分布存在较大差异。     

小理河流域土地利用空间自相关格局与影响因素分析

为揭示土地利用空间自相关格局与自然社会经济因素的耦合关系,以黄土丘陵沟壑区的小理河流域为研究区,基于全局Moran’s I、Moran散点图和Anselin local Moran’s I分析了500 m×500 m格网尺度上流域土地利用全局和局部空间自相关格局,利用GIS技术研究各类用地在p0.05显著性水平下局部聚集区与高程、坡度、坡向、与水域距离、与道路距离、与居民点距离的关系。结果表明,各土地利用类型都表现出全局空间正自相关特性,但空间正自相关性随着距离的增加而逐渐减弱,且在32 km以内不同土地利用类型自相关程度的空间衰减强度不同。耕地、草地的空间分布呈显著的HH(高值-高值)、LL(低值-低值)聚集趋势,而园地、林地、建设用地和未利用地呈显著的HH聚集趋势。草地HH聚集区主要分布在流域中、上游的丘陵或山地区,林地HH聚集区主要分布在流域下游沟壑区和上游山地区,其他地类HH聚集区集中分布在流域下游宽阔黄土梁或开阔河谷区。随高程和坡度增加,各地类HH、LL聚集区面积总体呈先增加后减小的趋势。在1 000~1 300 m高程区、15°~25°的坡度区以及正阳向和正阴向区域,是各地类HH聚集分布最多样、面积最集中的区域。建设用地和林地HH聚集区主要分布在1 000~1 100 m高程区,耕地、园地和未利用地HH聚集区主要分布在1 100~1 200 m高程区,草地HH聚集区主要分布在1 200~1 300 m高程区。各地类HH聚集区按平均坡度由小到大依次为:建设用地、耕地、园地、林地、未利用地、草地。建设用地、园地和耕地HH聚集区主要分布在正阳向和半阳向区域(正阳向面积最多),林地和草地HH聚集区主要分布在正阴向和正阳向区域(正阴向面积最多)。距水域和道路越远,除未利用地外,各地类HH聚集区面积呈不断减小的趋势;距居民点越远,草地HH聚集区面积呈先增加后减小趋势,而其他地类HH聚集区面积呈不断减小的趋势。各地类HH、LL聚集区集中分布在距水域、道路1.5 km范围内和距居民点3 km范围内。距水域、道路和居民点越近,建设用地、园地和耕地的HH聚集区面积迅速增加。相比HH聚集区,耕地LL聚集区主要分布在1 200 m以上高程区,平均坡度增大,正阳向面积略大于其他坡向面积,与水域和居民点的距离较远且面积呈先增后减的趋势;草地LL聚集区主要分布在1 000~1 200 m高程区、15°~35°坡度区,各坡向上分布面积相差不大,与水域、道路和居民点的距离较近且面积呈不断减小趋势。     

北京山区油松天然林的空间结构分析

在北京市松山自然保护区设立面积为0.8 hm2的样地,对胸径大于5 cm以上的林木进行每木定位调查,利用角尺度、大小比数和混交度3个林分空间结构参数,分析了油松天然林的空间结构特征。结果表明:①油松天然林物种多样性丰富,乔木层共出现17个种群,油松种群优势度明显,为该群落乔木层的优势种,也是建群种;②用林分平均混交度和混交度分布分析了树种空间配置情况,油松林主要以零度混交和弱度混交为主,林分混交程度较低;③林木大小比数分析表明,油松种群在空间结构单元中,林木大小比数的分布较均匀,伴生树种分化程度差异较大,核桃楸种群、辽东栎种群和大果榆种群的优势木、亚优势木较多;④用平均角尺度和角尺度分布分析了林木水平分布格局,表明该林分整体上的林木水平分布格局为随机分布。     

包头市草原景观斑块耦合网络结构特征研究

以内蒙古自治区包头市为研究区,选取包头市2016年夏季成像的Landsat OLI影像解译并结合外业调查,提取全域内草原景观斑块共28 009个。利用原始影像计算归一化差分植被指数(NDVI),根据研究区NDVI,把草原景观分为12级,构建草原景观网络。在景观水平上选取25个指数、类型水平上选取24个指数,对草原景观的空间格局、形状特征、聚集程度等进行分析。结果表明,在景观尺度上,包头市全域内景观相似临近百分比指数和散布与并列指数较高,景观分割指数较低。在类型尺度上,1～7级面积所占比例较高,斑块密度较低,聚合度较高; 8～12级面积所占比例较低,景观分割指数高,景观破碎,连通性差。利用度及度分布、平均路径长度、聚类系数分析草原景观网络特点发现,该草原景观网络的度为6的节点有5个,度最大值为8的节点有2个,平均路径长度为1. 606 1,草原景观网络具有明显的非均匀性。     

基于数量生态学的农地优先路径水平分布特征研究

应用数量生态学中的空间点格局分析方法(g(r)函数),经Monte-Carlo随机模拟检验,对三峡库区紫色砂岩区农地(垂直土层深度10~50 cm)不同影响半径土壤优先路径水平分布特征、以及与生物活动的空间关联性进行分析。结果表明:同一影响半径的优先路径随土层深度的增加,数量逐渐减少,同一土层随影响半径的增加优先路径的数量逐渐减少;同一土层,较小影响半径优先路径仅在小尺度(0~20 mm)上呈聚集分布,但随影响半径和尺度的增加,聚集分布状态逐渐明显;不同影响半径的优先路径随土层深度的增加,也逐渐表现为聚集分布格局,较大影响半径优先路径聚集分布状态显著大于较小影响半径的优先路径;优先路径的分布与形成,不仅受到土壤自身膨胀、干缩等因素影响,而且与生物活动的空间关联性呈正相关关系,对大影响半径(R≥1.0 mm)的优先路径影响较大。空间点格局分析法相比CT扫描、土壤水分穿透曲线等测定土壤优先路径的方法更简单易行,所得结果相一致。这种方法能从形态学角度来量化分析土壤优先路径的分布特征,更好地揭示其潜在形成过程。     

成都市旅游景区(点)空间随机聚集分形特征研究

以成都市旅游景区(点)系统为研究对象,在全市尺度下,运用分形理论的随机聚集维数对旅游景区(点)的空间分形特征进行测算。结果表明:①成都市旅游景区(点)系统具有空间随机聚集分形结构特征,且存在明显的尺度效应;②全市尺度下,以天府广场为中心,成都市旅游景区(点)呈向心分布状态,空间结构随机聚集程度很强;③从空间结构角度来看,天府广场是周围一定范围内旅游景区(点)系统自我演化的聚集中心。     

滇中城市群国土空间格局识别与时空演化特征分析

为探索国土空间格局时空演化规律和分异特征,揭示国土空间数量结构与空间格局之间的耦合机理,开展了区域国土空间格局变化研究。以高原山区城市——滇中城市群为例,选取2000年、2005年、2009年和2015年土地利用数据、DEM数据作为基础数据源,从数量结构和空间布局两个方面对4个时点上滇中城市群国土空间格局变化特征进行分析。结果表明:以高原山区为主导的地形特征影响了滇中城市群国土空间格局分布,其垂直差异性显著,滇中城市群生态空间为绝对主体,生产、生活空间主要分布在城市群中部以东区域; 2000—2015年三生空间变化速度加快,且区域差异明显,生产、生活空间逐渐增加,生态空间持续减少,总体呈现"入不敷出"的态势,生态空间和生产空间面积的相互转换构成了国土空间格局图谱演变的主要类型;国土空间利用程度逐年提高,国土空间利用程度热点区主要集中分布在研究区中部和东部的部分地区; 4个时点上,研究区国土空间格局总体沿东北-西南走向分布,生产、生活空间在东北方向的分布最为聚集,生态空间格局分布较随机;生产、生活空间核密度测算值空间分布特征表现为中部、西部及东北部高,南部、西南部及西北部低,多核扩散破碎化明显,生态空间核密度测算值空间分布特征表现为中部以东较为密集,受人类活动干扰,破碎化严重,分布不均匀;西部大开发战略与相应土地政策实施促使滇中城市群国土空间格局变化明显。     

晋城市传统村落空间分布格局及影响因素研究

以晋城市的中国传统村落为研究对象,运用数理统计和ArcGIS空间分析法,对其空间分布格局及影响因素进行研究,研究发现:晋城市的中国传统村落数量多、密度大,空间分布不均衡,整体呈集聚分布特征,集中分布在阳城县东北与沁水县东南的交界处以及高平市西南与泽州县西北的交界处,高平市是晋城境内传统村落分布密度最大的地区.研究结果:...     

1961—2020年东北三省干旱时空分布特征

【目的】分析1961—2020年东北三省干旱时空分布格局。【方法】基于1961—2020年东北三省的86个气象站实测数据,计算1961—2020年不同时间尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）,并结合游程理论、Mann-Kendall检验、经验正交函数（EOF）分解等方法对东北三省的干旱时空变化特征进行分析。【结果】年尺度上,SPEI均呈缓慢减小趋势,但整体上高于-2.0,无显著突变点,干旱发生频率为25.5%～37.6%,中旱、重旱、特旱发生的频率自西向东呈“高-低-高”、“中间高两边低”、“逐渐降低”的分布规律;季尺度上,春夏秋季呈下降趋势,冬季呈现上升趋势,这表明冬季东北三省干旱有所减轻,而春夏秋三季的干旱有所加重,干旱在空间上发生的频次为春季>冬季>夏季>秋季;干旱历时越长其干旱烈度越小,代表站点越干旱;年际尺度上EOF分解得到的前4个特征向量和四季尺度分解得到的第一个特征向量的主要空间模态表现为全区一致、南北反向分布特征。【结论】东北三省除春季和冬季外,年和其余两季SPEI都呈现出下降趋势,其中南部干旱有加重趋势,北部呈现湿润趋势。     

基于核密度估计的京津冀地区耕地破碎化分析

为了深入分析京津冀地区耕地破碎化和人工干扰程度,以空间网格为基本单元,采用核密度函数法对耕地进行密度计算,继而采用自然断点法进行密度分区,采用景观格局指数法,对耕地的空间分布特征、破碎化程度进行定量分析,最后采用耕地破碎度指数和人工干扰指数对比分析提出耕地整治的方向。结果表明:耕地核密度变化范围为0~95.08点/km2,85%以上的耕地集中分布在区域中部和东南部的中密度区到高密度区,耕地面积随着密度降低而减少;耕地斑块密度指数、斑块边界密度指数、面积加权分维数和耕地斑块聚集度在不同密度区的变化情况均反映出破碎化程度随着耕地密度减小而增大;耕地破碎度指数和人工干扰度指数均随着耕地密度降低而升高,人工干扰是该区域耕地破碎化程度加剧的主要因素。采用核密度估计法能合理地反映耕地聚集程度和破碎化程度,可为京津冀地区协同发展、耕地整治和土地利用优化布局提供理论支撑。     

基于SPI的云南省多尺度干旱时空演变特征识别

【目的】识别云南省多尺度干旱的时空演变特征。【方法】基于云南省36个气象站31 a的气象数据,基于标准化降水指数（SPI）,结合GIS空间分析、非参数Mann-kendall趋势检验,识别云南省多尺度气象干旱时空分布及演变特征。【结果】(1)SPI在年尺度、季节尺度均呈波动变化趋势,除春季SPI略有增长外,夏季、秋季、冬季和年尺度的SPI均表现为减小趋势,秋季SPI变幅最大,冬季变幅最小。(2)年尺度干旱频率分布在32.26%～50.00%之间,主导的干旱等级为轻微干旱和极端干旱,干旱频率高值区主要分布在文山、红河、昆明、楚雄、德宏。(3)春、夏、秋、冬4个季节的干旱频率分别为39.86%、39.83%、38.43%、41.33%,尽管季节间干旱频率差异较小,但不同季节主导性干旱等级差异较大。除春季外,各季节的主导性干旱等级均包含极端干旱。(4)年尺度上,除5个站点干旱呈增强趋势外,其余站点均无显著变化趋势;春季大部分站点干旱演变呈减小趋势,而夏季、秋季、冬季则分别有11、6、2个站点呈显著增强趋势。【结论】云南省年尺度和季节尺度干旱频率分布及演变趋势呈明显的时空分异特征,区域干旱以季...     

基于多尺度感知的高密度猪只计数网络研究

猪只盘点是生猪规模化养殖和管理中的重要环节,人工计数方法费时、费力,在大数据量的猪只盘点中容易出错。本文使用多尺度感知网络对高密度猪群图像中的猪只进行计数。通过对人群计数网络CSRNet的改进,得到猪只计数网络（Pig counting net, PCN）,PCN采用VGG16作为前端网络提取特征,中间层采用空间金字塔（Spatial pyramid）结构对图像中的多尺度信息进行提取与融合,后端网络采用改进的膨胀卷积网络。PCN增加了多尺度感知结构、扩大了后端网络感受野,通过感知多尺度特征得到预测密度图,预测密度图反映了猪只空间分布,通过对密度图积分实现了猪只数量的估计。结果表明,在平均猪只数为 40.71的测试集图像上,PCN的计数准确率优于人群计数网络 MCNN、CSRNet和改进Counting CNN 的猪只计数网络,MAE和RMSE 分别为1.74和 2.28,表现出较高的准确性和鲁棒性;单幅图像平均识别时间为0.108s,满足实时处理要求。     

山东省农业可持续发展空间分异研究*

本文选取山东省2012年—2020年的数据,通过构建山东省区域农业可持续发展指标体系,利用熵值法对山东省整体及各地级市农业可持续发展进行综合分析和评价;同时借助地理空间分异图以及三维趋势图分析山东省农业可持续发展水平的空间变化状况。经一系列分析后,结果显示：（1）山东省整体农业可持续发展水平不断提升,各区域之间农业可持续发展水平差距日益缩小。（2）从空间格局分布来看,山东省各地级市农业可持续发展水平分布不均匀且具有不均衡性,序列两端区域稳定。（3）从东西方向来看,农业综合发展水平由西向东平滑过渡,东部地区优于西部地区,呈阶梯状。南北方向上呈现南部与北部弱于中部地区的趋向。各区域在空间上仍存在差异但也呈缩小的趋势,但空间差异格局仍然存在。最后根据上述的研究结论,提出相关建议：（1）西部地区要依靠技术创新改造其传统农业存在的弊端,加大现代化农机设备的投入力度;（2）东部地区依靠其独有的资源优势,加快新技术、新产品的开发;（3）中部地区依托其地形的特点,开发多样化的新型农业发展模式。     

县域尺度玉米产量信息空间变异性研究

采用传统统计学和地统计学相结合的方法,研究县级尺度作物产量信息的空间变异特征及其空间相关性.在确定合理采样数的基础上,利用传统统计学方法研究样本的统计特征,获得传统方法估计的总体产量信息分布概况,利用地统计学理论分析其空间变异性特征和克里格插值对作物产量的空间格局进行分析.传统统计学分析表明,玉米产量及其构成因子的空间变异系数均在10％ ～ 100％之间,属于中等变异性,而利用地统计学方法进行最佳半方差函数拟合发现,县域尺度上的玉米产量信息表现为强烈的空间相关性,说明产量的空间变异性主要是由其结构性因素决定的,随机性因素对该尺度下的变量空间变异性影响较小,且相关范围较大,在3 400 m左右.     

中国灌溉水粮食生产率及其时空变异

为了评价农业引水总量的生产效益,从全国459个主要灌区的实际灌溉水和粮食生产数据入手,计算、比较了1998,2005和2010年31个省区的灌溉水粮食生产率,利用空间自相关分析方法对1998—2010年中国灌溉水粮食生产率的时空变异规律进行探究.结果显示：各省区灌溉水粮食生产率呈增大趋势,代表年的中国均值为1.03 kg/m3,最大、最小值分别为河南的2.15kg/m3和海南的0.25 kg/m3,区域间差异较大;灌溉水粮食生产率在空间上存在显著的聚集现象,聚集程度随时间变化不明显,高值省区以黄淮海平原为核心集中分布,长江以南则密集了低值省区;江西、安徽及重庆灌溉水粮食生产率的变化幅度与其相邻省区不同步,造成了局部分异特征的变化.分析了中国灌溉水粮食生产率格局的形成及其随时间变化的原因.     

优化井渠轮灌下秸秆覆盖对夏玉米根系分布与产量影响

为探究夏玉米根系分布及产量对优化井渠轮灌模式下秸秆覆盖的动态响应,设置“渠井渠”灌溉模式下常规覆膜（FM）、秸秆表覆（BF）和秸秆深埋（SM）,全渠水灌溉的常规覆膜为对照（CK）4种处理,于2018年和2019年在河套灌区开展了不同耕作模式田间试验。结果表明,CK处理夏玉米根系分布呈浅宽型,根长密度随土层加深而降低,根长密度集中点在表层0~20cm;优化井渠轮灌模式下,常规覆膜（FM）根长密度集中点在10~30cm,提高深层根长密度不显著;秸秆覆盖显著提高根长密度（P<0.05）,BF处理根系呈宽浅型分布,根长密度集中点在0~20cm,较CK处理的0~20cm土层根长密度提高19.6%（P<0.05）;SM处理根系呈深扎型分布,根长密度集中点下移至20~40cm,显著提高大于40cm土层根长密度,较CK提高91.7%（P<0.05）;各处理水平方向根长密度近似呈以植株为中心的标准正态分布,分布半径约15cm;优化井渠轮灌模式显著降低夏玉米生育期耗水和提高水分利用效率（P<0.05）,但FM和BF较CK平均减产10.1%和1.3%;SM综合效果较佳,较CK平均增产8.9%,水分利用效率平均提高41.4%。该研究可为河套灌区合理安全利用地下微咸水资源、丰富井渠轮灌理论体系及节水增产提供借鉴。     

猪舍静电除尘器细颗粒脱除效应数值模拟及试验

为提高猪舍内静电除尘器（EP）的细颗粒污染物的捕集效率，采用k-ε湍流模型、电晕模型（CM）、颗粒追踪模型（PTM），研究细颗粒在EP内的输运行为，分析猪舍线板型EP内电场、流场和细颗粒运动的特性。计算结果表明，电势、流场和捕集效率η的预测值与试验数据符合良好；在线板型EP内，电势和电荷密度以电晕线为中心呈对称分布；0.01~10 μm粒径内，η随粒径dp的增大，先减小，再保持不变，再增大，直至恒定不变。试验与计算结果表明，PM2.5颗粒的η随流速u减小而增大，随电晕线电压V增大而增大；当u=1 m/s，V=50 kV时，η(dp=2.0 μm)可达100%。该细颗粒输运模型能有效预测细颗粒运动和捕集行为，为猪舍静电除尘器的优化设计提供科学方法。     

中国省域用水量空间关联结构及其驱动效应研究

水资源在空间分布上的不均衡制约着中国经济社会的可持续发展,量化研究中国省域用水量的空间关联结构和驱动效应,对节水型社会建设具有重要的意义。首先,基于省域用水量的统计数据,采用修正引力模型得到省域用水量之间的关联关系,构建了省域用水量空间关联网络。通过网络整体特征、个体中心性和块模型分析省域用水量的空间特征,发现省域用水量空间关联网络结构稳定,但网络密度、网络效率较低,各省域用水量的空间关联还有待加强。其次,通过LMDI方法将区域用水量空间差异的驱动效应分解为强度效应、结构效应、收入效应和人口效应,分析了4个板块区域间用水量差异的驱动效应,挖掘缩小区域用水量差异的有效措施。最后,提出了减小用水量和用水量整体调控的政策建议。     

晚稻细菌性条斑病空间分布型及抽样技术研究

通过对晚稻细菌性条斑病不同发病田块的调查,应用聚集度指标、M /X指数,以及平均拥挤度（M ）与平均数（X）的自回归、M =α＋βX及方差（S2）与平均数（X）的幂法则、S2=axb等方法对抽样技术进行探讨。结果表明,晚稻细菌性条斑病在发病盛期的空间格局为均匀分布型,空间格局的基本成分是松散的个体群;聚集是由于某些环境,如气候、栽培条件、植株生育状况等引起的。其抽样数模型为n=1.962/D2（4.5209/m-0.9391）,序贯抽样通式为Tn=4.5209/（D02＋0.9391/n）。为晚稻细菌性条斑病田间发病情况的调查和预测、预报提供依据。＊＊＊