Soil nutrient changes due to land use changes in Northern China: a case study in Zunhua County, Hebei Province

Abstract. Since the 1980s, land use in rural areas of China has changed greatly as the result of political initiatives. These changes have caused soil nutrient changes which are examined in this paper for Zunhua County, northern China from 1980 to 1999. The areas of farmland, grassland, and paddy decreased greatly and were replaced by increases in forest and residential land. The soils under forest in 1999 transformed from farmland in 1980 increased in organic matter by 21%, total nitrogen by 18%, available nitrogen by 65%, available phosphorus by 17% and available potassium by 17%. Similarly, in the area which was converted from farmland in 1980 to grassland in 1999, soil organic matter, total nitrogen, available nitrogen, available phosphorus, and available potassium increased by 38%, 37%, 71%, 2% and 28%, respectively. Changes from farmland to forest and grassland not only changed land cover but also improved soil fertility and probably reduced soil nutrient losses.     

小型水源工程在水保治理中的作用调查

稷山县有小流域承包治理户324户，均处在条件恶劣的高山深沟，实地调查了22处（户），有小型水源工程的13处，除1处因管理不善效益较差和3处效益一般外，其余9处均经济设新水源工程和积极兴建集雨微灌工程的同时，广泛推广节水灌溉技术。     

基于近红外光谱技术的三种硬实种子无损鉴定

摘要：为探讨近红外光谱技术在鉴定种子硬实特性上的普遍性,该文采用近红外光谱法结合偏最小二乘法建立了大豆、苦豆子和决明子单粒种子硬实特性的定性分析模型,每种种子均选择120粒种子进行近红外定性分析,种子分为建模集、检验集2组,建模集80粒,检验集40粒,各组中硬实与非硬实种子的比例为1:1,比较了光谱重复次数、光谱范围以及不同建模样品的建模效果。结果表明：采用二次平均光谱所建模型的鉴别率优于单次光谱;大豆采用4 000～5 000 cm-1光谱范围,矢量校正预处理,主成分为8时,建模集与检验集鉴别率均在85%以上;决明子采用4 000～8 000 cm-1光谱范围,一阶导数预处理,主成分为4时,模型建模集与检验集鉴别率均在90%左右;苦豆子采用4 000～8 000 cm-1光谱范围,二阶导数预处理,主成分为8时,模型的建模集与检验集鉴别率均在95%以上。以上结果表明近红外光谱技术可以很好地应用于单粒种子硬实特性的判断,有助于硬实机理的深入研究。     

台风“利奇马”暴雨引发的土壤侵蚀调查研究——以山东省临朐县为例

[目的]实地调查极端降雨事件下的土壤侵蚀特征,探寻水土流失治理中存在的问题,为人类应对极端天气灾害提供科学依据。[方法]以受2019年8月9号台风"利奇马"暴雨影响较大的山东省临朐县为调查区域,采用资料分析与野外调查相结合的方法,分析曾家沟、耿家沟典型小流域的坡面侵蚀、道路侵蚀及弥河上游各级河道的冲淤情况。[结果]"利奇马"台风过境期间,暴雨中心的雨量站降雨量达到50 a一遇标准;林草地、撂荒地基本无细沟侵蚀发生,坡耕地细沟侵蚀模数为4 560～19 500 t/km~2,梯田田面上细沟集中于承接上方汇水的位置;受植被保护或石坎梯田的田坎完好,而其他类型田坎滑塌严重。调查样地滑塌侵蚀模数301～36 321 t/km~2,田坎滑塌最为严重;河岸尤其是弯顶处冲刷严重,河道回流区、两河交汇处、拦河坝以及桥梁上游等淤积量较大。[结论]小流域的水土保持措施可减少暴雨造成的土壤侵蚀量。建议针对不同部位和利用类型的土地设计修建适宜的蓄排水和保土措施,并加强对农民的水土保持型农艺培训,提升极端暴雨下的水土流失防灾减灾能力。     

基于卷积神经网络的中国北方冬小麦遥感估产

针对传统的农作物估产方法过度依赖人工经验,以及实地采样成本高等问题。该研究使用MODIS数据构建了基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的冬小麦估产模型。对2006-2016年中国北方冬小麦核心区的60个地级市进行模型训练,鲁棒性检验以及估产误差空间特征分析。结果表明:1)估产模型在训练集和验证集的均方根误差(root mean squareerror,RMSE)分别为183.82kg/hm2、689.72 kg/hm2,决定系数(R2)分别为0.98、0.71。2)以同样的神经网络结构对2006-2016年估产样本分别作为验证集,训练11个独立模型的RMSE平均值是772.03 kg/hm2,证明算法具有较高的鲁棒性。3)2007、2012和2016年不同省份的估产结果表明,模型对北方冬小麦区的平原区估产精度较高,尤其是河北和山东2省(RMSE为500 kg/hm2)。该文构建的估产模型可以实现冬小麦单产的复杂拟合,可以应用于较大尺度(范围)冬小麦产量预报。     

利用机器视觉与近红外光谱技术的皮蛋无损检测与分级

为了对优质蛋、次品蛋和劣质蛋这3种皮蛋进行检测及分级,该文应用机器视觉结合近红外光谱技术,研究利用皮蛋凝胶品质无损检测的分级方法。首先采集皮蛋透射光图像,提取18个图像颜色特征值,然后将所提取的18维特征利用主成分分析(principal component analysis,PCA)进行降维,对PCA降维后的3个主成分建立遗传算法优化支持向量机(genetic algorithm-support vector machine,GA-SVM)分级模型,把皮蛋样本分为两大类:可食用蛋(优质蛋与次品蛋)与不可食用蛋(劣质蛋),劣质蛋测试集识别率为100%。然后在机器视觉分类结果的基础上,利用近红外光谱技术获取可食用蛋(优质蛋与次品蛋)的原始光谱,并进行多元散射矫正(multiplicative scatter correction,MSC),利用竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)降维提取特征波长,基于支持向量机(support vector machine,SVM)对特征波长变量建立分级模型,区分出优质蛋与次品蛋,优质蛋测试集识别率为96.49%,次品蛋识别率为94.12%。研究结果表明:基于机器视觉和近红外光谱进行皮蛋凝胶品质无损检测分级是可行的。     

基于GF-1影像的沿淮地区冬季耕地撂荒遥感调查应用

耕地作为一种稀缺资源对国家和农民来说都具有极其重要的意义,但随着市场经济的深入和农村经济的发展,农村耕地撂荒现象时有发生,撂荒耕地必然导致土地资源浪费,影响到中国粮食安全和农民增收,也不利于农村经济社会稳定发展。沿淮地区是安徽省乃至全国重要的商品粮生产基地,但近年来冬季撂荒情况日益严重。该文拟选取安徽省霍邱县,利用2015、2016、2017三年冬小麦生长期内的GF-1卫星16 m多光谱影像,提取霍邱县冬季作物种植的空间分布和面积,通过多年数据对比,来分析霍邱县近年冬季耕地撂荒情况。结果显示:2015、2016、2017三个年度冬小麦种植面积分别为937.72,821.79,608.91km~2。参照2015年度冬小麦种植情况,2016年度冬季撂荒面积115.93 km~2、占比12.36%,2017年度冬季撂荒面积328.81 km~2、占比35.06%。结合实地调研分析,霍邱县近年来冬季撂荒面积不断增大的的主要原因有农田排灌等水利设施不足、稻茬麦效益低、外出务工等。而2017年度撂荒面积明显增加的直接原因是冬小麦播种期间,出现连续阴雨异常天气,低洼地区田间积水严重,致使冬小麦无法播种,被动撂荒。该文的研究可以为沿淮地区冬季撂荒遥感调查提供技术参考。     

大连市生态脆弱性评价及其不确定性分析

[目的]分析大连市生态脆弱性总体结果和空间分布特征,并识别分析评价体系的敏感性特征。[方法]基于生态敏感性—生态恢复力—生态压力度(SRP模型)构建城市生态脆弱性指标体系评估模型;采用OAT(one-at-a-time)方法评估指标权重不确定性下的结果变异程度。[结果]大连市极度脆弱、重度脆弱、中度脆弱、轻度脆弱、微度脆弱5个等级面积比例分别是4.17%,22.97%,41.00%,23.69%,8.16%;脆弱性最高的地区位于市中心及甘井子区东部,脆弱性最低的地区位于大连市北部地区、甘井子区与旅顺区交界处。土壤有机碳含量指标对结果影响最大,区域绝对平均变化率的最大值及最大像元变化率分别为11.49%和17.27%。[结论]大连市整体生态脆弱性处于中等脆弱水平,对于土壤有机碳含量指标权重应慎重考虑以减少评估结果不确定性。     

复合益生菌发酵液的功能特性及对对虾诱食效果

为探求复合菌发酵液的多种功能,该试验选择具有脱氮、产酶、抑菌等优良性能的酵母菌、乳酸菌及芽孢杆菌各1株,利用已优化的HJ培养基进行共培养,实时监测发酵过程,分时段取样,对复合菌发酵液的脱氮、产酶、抑菌、培藻及诱食等功能进行研究。结果表明,酿酒酵母菌NJ-02、屎肠球菌SC-01及枯草芽孢杆菌M7-1能够在HJ培养基中进行共发酵,连续培养24 h后3株微生物活菌数量分别达到3.88×10~8、2.41×10~(10)、5.38×10~9 CFU/mL。复合菌发酵液的脱氮、培藻性能同复合菌中枯草芽孢杆菌M7-1的活菌数相关较大,发酵至16h其降解亚硝态氮和培藻性能最为理想,亚硝态氮降解率为89%,并使小球藻叶绿素a质量分数提升49.6%。复合菌发酵液具有同枯草芽孢杆菌M7-1相当的产酶(蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶)活性及同屎肠球菌SC-01相当的抑菌(副溶血弧菌)活性。复合菌发酵液饲喂对虾,诱食效果明显好于对照组(P0.05),同化学诱食剂二甲基-β-丙酸噻亭(dimethyl-beta-propiothetin hydrochloride, DMPT)差异不显著,其肠道中乳酸菌、酵母菌数目显著高于对照组及化学诱食剂组(P 0.05)。该研究所制备的脱氮、培藻、抑菌及诱食功能复合菌发酵液,为可持续生态水产养殖提供了新的微生物资源和技术方法。     

高压/酶解/闪式高速提取对金华火腿骨呈味物质的影响

以金华火腿骨为研究对象,研究不同提取方法对其呈味物质释放的影响。通过感官评价及可溶性糖、有机酸、5′-核苷酸和游离氨基酸的测定分析不同处理组间样品的差异,同时采用偏最小二乘回归法（partial least squares regression,PLSR）对提取物感官和呈味物质间进行相关性分析。感官评价发现,高压蒸煮的样品的鲜味、咸味和可接受度最高,其协同滋味的综合评分最佳;呈味物质分析发现,原液中所有呈味物质含量都最低,高压-复配酶解处理的样品中可溶性糖总量最高,高达132.68 mg/100 g;经过酶解处理样品有机酸含量显著增加（P<0.05）,达到3 733.32 mg/100 g;样品经不同处理后,5′-核苷酸含量呈现显著性增加（P<0.05）,总含量最高的是经过高压蒸煮处理的样品,质量分数高达1.24 mg/100 g,是原液和其他处理组样品的2.38～12.4倍;与样品原液相比,游离氨基酸总量都显著增加（P<0.05）,高压蒸煮处理的样品中含量最高,总质量分数为642.44 mg/100 g。借助偏最小二乘回归方法对样品的感官属性及呈味成分进行相关性分析,发现样品间具有显著性差异（P<0.05）,不同的处理方式所释放的呈味物质分布规律显著不同,高压蒸煮的样品与咸味和鲜味具有显著相关性（P<0.05）;酶解处理的样品与酸味和甜味有较强相关性,其他组样品与感官与呈味属性相关性不强。结论：不同处理方式的金华火腿骨具有不同的风味,其风味特征与多种物质有关,该研究结果为火腿骨的深度开发提供了理论指导,提高金华火腿骨的附加值。