基于灰度关联-岭回归的荒漠土壤有机质含量高光谱估算

为改善高光谱技术对荒漠土壤有机质的估测效果,该文采集了以色列Seder Boker地区的荒漠土壤,经预处理、理化分析后将土样分为砂质土和黏壤土2类,再通过光谱采集、处理得到6种光谱指标:反射率(reflectivity,REF)、倒数之对数变换(inverse-log reflectance,LR)、去包络线处理(continuum removal,CR)、标准正态变量变换(standard normal variable reflectance,SNV)、一阶微分变换(first order differential reflectance,FDR)和二阶微分变换(second order differential reflectance,SDR)。通过灰度关联(gray correlation,GC)法确定SNV、FDR、SDR为敏感光谱指标,采用偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)法和岭回归(ridge regression,RR)法,构建基于敏感光谱指标的土壤有机质高光谱反演模型,并对模型精度进行比较。结果表明:砂质土有机质含量的反演效果要优于黏壤土;基于SNV指标建立的模型决定系数R~2和相对分析误差RPD均为最高、均方根误差RMSE最低,所以SNV是土壤有机质的最佳光谱反演指标;对SNV-PLSR模型和SNV-RR模型综合比较得出,SNV-RR模型仅用全谱4%左右的波段建模,实现了更为理想的反演效果:其中,对砂质土有机质的预测能力极强(R_p~2为0.866,RMSE为0.610 g/kg、RPD为2.72),对黏壤土有机质的预测能力很好(Rp2为0.863,RMSE为0.898 g/kg、RPD为2.37)。荒漠土壤有机质GC-SNV-RR反演模型的建立为高光谱模型的优化、土壤有机质的快速测定提供了一种新的途径。     

气吸滚筒式垄上三行大豆密植排种器设计与参数优化

针对1.1 m大垄垄上三行密植大豆栽培技术配套播种机不得不采用单行播种单体前后错排使用,导致播种机结构复杂、通过性差等问题,研究设计了一种与垄上三行大豆密植栽培模式配套的气吸滚筒式大豆排种器。通过理论分析初步确定其主要结构参数并建立充种过程力学模型,运用三因素五水平二次正交旋转中心组合试验方法,以真空度、作业速度、型孔孔径为试验因素,以粒距合格指数、重播指数、漏播指数、各行排量一致性变异系数为目标函数,参照国标GB6973-2005《单粒(精密)播种机试验方法》实施参数优化试验。结果表明:当参数组合为型孔孔径4.5 mm、真空度4.7~5.9 k Pa、作业速度低于9.1 km/h时,该排种器的合格指数≥95%、重播指数≤3%、漏播指数≤2%、各行排量一致性变异系数≤6.5%。研究结果为气吸滚筒式三行大豆排种器的开发奠定了基础。     

基于MCR模型的城镇生态安全格局构建和建设用地开发模式

近年来,在中国城市土地开发的顶层设计中越发强调生态空间的重要性,充分识别城市生态安全格局并探讨建设用地空间扩展格局成为划定生态保护红线、确定城市开发边界和"三规合一"空间管制等政策实施的迫切需求。该文以唐山市为例,基于"生态过程—格局"理论和GIS的空间相关性分析、距离分析和叠加分析等方法,从综合水安全、地质灾害预警、生物生境保护、水土保持、游憩安全5个方面,整合构建了底线安全格局、缓冲安全格局和最优安全格局3种不同等级的综合生态安全格局。该文在MCR模型算法引入不同等级"源"的权重系数,以综合生态安全格局为阻力因子,并结合城镇中心的吸引力、主要道路的吸引力和政策调控(区域开发重点)等城镇用地扩展影响因素,得到在不同约束条件下的区域空间扩展阻力面,分别确定了唐山市在"生态安全约束型""经济增长主导型"和"生态与经济并重"3种模式下城镇空间可能的发展范围,经过多方案比较,"生态与经济并重"城镇建设用地空间发展模式是未来城镇健康有序发展的最优模式,这种发展模式既有利于减少大规模、高强度的城镇化和工业化过程所造成的城市发展和环境保护之间的用地冲突,也可为城市用地布局规划和生态红线划定提供科学依据。     

含水量和容重对旱地耕层土壤热导率的影响及预测

土壤热导率是研究地表能量平衡和土壤水热运移过程中的一个基础参数。受土壤耕作、干湿交替和根系生长等过程的影响,耕层土壤的含水率和结构呈现较强的变异特征,而目前缺乏关于定量分析耕层土壤热导率变异特征的研究。该研究利用田间定位试验,采用热脉冲技术测定了含水率和容重变化条件下耕层土壤热导率的变异特征,并利用传递函数模型对耕层土壤热导率进行了预测。结果表明:含水率和容重是影响耕层土壤热导率变异的主要因子,而耕作强度和干湿交替是这种变异的关键驱动力;与翻耕和旋耕处理相比,免耕处理提高了土壤容重和含水率,从而增大了土壤热导率;在干湿交替作用下,翻耕后土壤容重逐步增加,耕层热导率也呈现上升趋势,波动幅度与含水率的变化相关。基于含水率、容重和质地信息,土壤热导率传递函数模型可以给出可靠的田间土壤热导率估计值,其均方根误差和平均偏差分别为0.09和-0.01 W/(m·K);考虑耕层土壤容重的动态信息,可以提高该模型预测土壤热导率的准确性。     

基于卷积神经网络与迁移学习的油茶病害图像识别

传统的植物病害图像识别准确率严重依赖于耗时费力的人工特征设计。该文利用深度卷积神经网络强大的特征学习和特征表达能力来自动学习油茶病害特征,并借助迁移学习方法将Alex Net模型在Image Net图像数据集上学习得到的知识迁移到油茶病害识别任务。对油茶叶片图像进行阈值分割、旋转对齐、尺度缩放等预处理后,按照病害特征由人工分为藻斑病、软腐病、煤污病、黄化病和健康叶5个类别。每个类别各选取750幅图像组成样本集,从样本集中随机选择80%的样本用作训练集,剩余20%用作测试集。利用随机裁剪、旋转变换和透视变换对训练集进行数据扩充,以模拟图像采集的不同视角和减少网络模型的过拟合。在Tensor Flow深度学习框架下,基于数据扩充前后的样本集,对Alex Net进行全新学习和迁移学习。试验结果表明,迁移学习能够明显提高模型的收敛速度和分类性能;数据扩充有助于增加数据的多样性,避免出现过拟合现象;在迁移学习和数据扩充方式下的分类准确率高达96.53%,对藻斑病、软腐病、煤污病、黄化病、健康叶5类病害的F1得分分别达到94.28%、94.67%、97.31%、98.34%和98.03%。该方法具有较高的识别准确率,对平移、旋转具有较强的鲁棒性,可为植物叶片病害智能诊断提供参考。     

乙醇柴油发动机的颗粒排放及其热解动力学分析

利用热重分析仪对柴油机燃用0#柴油和乙醇柴油排放的颗粒进行热重及其动力学分析。研究表明,柴油中添加乙醇有助于降低柴油机的颗粒排放。通过颗粒的热重分析得出,颗粒氧化过程主要发生水分挥发、可溶性物质氧化和固体碳氧化3个过程,其中,固体碳约占颗粒总量的70%,可溶性有机物约占颗粒总量的25%。通过Coats-Redfern法对颗粒热重数据进行动力学计算分析,得出柴油机燃用0#柴油的颗粒的活化能为130.3 kJ/mol,燃用乙醇柴油的颗粒的热解活化能为122.9 kJ/mol,两拟合曲线的线性回归系数均大于0.99。为开发高效的颗粒催化剂及柴油机颗粒捕集器选择适当的可再生技术提供理论依据。     

黄河三角洲不同土地利用方式对土壤的改良效应

通过对黄河三角洲地区棉田、果园、林地和荒地4种不同土地利用方式下土壤样品的采集与理化指标的分析,研究了该区域不同土地利用方式对轻度盐渍化土壤的改良功能。结果显示:果园土壤的容重、pH值和全盐含量等物理性状要优于其它3种用地方式;棉田土壤有机质与全N、全P和全K含量超过果园与林地土壤,而速效N和速效P含量以果园土壤最高,速效K含量以棉田最高,果园土壤最低;果园土壤C/N比值明显高于其它3种用地方式,以荒地土壤的C/N比值最低。综合分析认为:种植果树对土壤的物理性状改良效果较好,种植棉花对土壤的化学性状具有较好的改良效果。     

六盘山北侧华北落叶松林分的水分利用效率研究

为定量研究华北落叶松人工林水分利用特征,2010年5-10月在宁夏六盘山北侧叠叠沟林场的华北落叶松人工林固定样地内,通过测定树干径向生长、林分叶面积指数变化、草本生物量变化、树干液流速率变化、植物降雨截持等,估计了华北落叶松人工林及各层的生产力、水分消耗和水分利用效率。研究表明：林分总生产力11.76t/hm2,其中乔木层占75.2%,草本层占24.8%;在整个生长期内,林分生产力各月的分量呈现先升高后降低的季节变化格局。林分总蒸散量为433.9mm,其中乔木层与草本层（包括土壤蒸发）耗水各约占一半,分别为总蒸散的50.5%和49.5%;林分蒸散在生长季中呈现先升高后降低的季节变化格局。在整个生长季,华北落叶松人工林的水分利用效率为2.71g/kg,其中乔木层的水分利用效率为4.04g/kg,草本层水分利用效率为1.36g/kg;其季节变化与乔木层的水分利用效率变化相类似,说明乔木层对于华北落叶松林分水分利用效率的影响较大。     

赣南地区生态建设30a来的综合效益评价

水土保持生态建设综合效益评价,对水土保持宏观决策具有重要意义。在分析总结已有水土保持综合治理效益评价指标与方法的基础上,结合赣南地区自然、经济、社会条件及治理特点,对赣州市30 a来的水土保持生态效益、经济效益和社会效益分别进行了评价。评价结果表明,赣州地区水土保持生态服务价值1980年为6.30亿元,1997年为25.98亿元,2007年为41.65亿元;1997,2002,2007年赣南国家水土保持重点治理工程的静态经济效益分别为17.11,35.27和45.16亿元;各阶段社会效益效果为中等或良以上。可见,赣南地区30 a来的水土保持综合治理取得了显著的生态、经济和社会效益。     

狗牙根根系分布特征及其抗拉强度试验研究

以狗牙根为研究对象,就狗牙根根系在土壤中的分布及其抗拉强度进行了初步研究。结果表明,根系密度及根系重量随土层深度(0—40 cm)的增加而减少,其规律均服从指数函数关系分布;根系抗拉力随直径增大而增大,其分布规律均可用二次函数进行拟合;根系的平均抗拉强度为39.349 MPa,约为Ⅰ级钢筋抗拉强度的17%,能产生显著的根系"加筋作用",抗拉强度随直径增大而减小,其规律服从指数函数关系分布。根据狗牙根根系分布特征及抗拉强度特性,其固土护坡作用较大。