基于InVEST模型的祁连山地区土壤保持功能时空演变及驱动因素分析

[目的] 探讨祁连山地区土壤保持服务时空变化特征及空间异质性影响因素,为该区生态保护与可持续发展提供科学参考。 [方法] 基于2005—2020年4期土地利用数据,结合地形、土壤和气象数据,运用InVEST模型及地理探测器方法,模拟土壤保持服务、探究土壤保持量时空变化特征及其价值,对其空间异质性进行归因分析。[结果] ①祁连山地区2005—2020年土壤保持量变化区间为5.02×10⁹～7.89×10⁹ t,呈下降趋势;土壤保持量在空间分布上表现为东南高西北低,高值区均集中在研究区青海湖东侧和祁连山脉区域。 ②不同土地利用类型中,草地土壤保持总量最大,林地土壤保持强度最大;土壤保持强度随海拔增加呈先增后减的单峰曲线,随坡度增加呈线性增大。 ③研究区年均土壤保持服务价值为3.912×10¹³元,以保持土壤肥力的价值E₁为主。 ④地理探测结果显示：坡度和土壤类型对土壤保持空间异质性的解释力最高,整体上以植被覆盖度和土壤类型交互作用解释力最高。 [结论] 坡度和土壤类型共同作用于植被覆盖度。植被覆盖度为影响土壤保持服务空间异质性的主导因子,应将部分耕地转为草地或林地,加大生态保护力度,提高植被覆盖度,减少水土流失,增加土壤保持能力,从而改善生态环境。     

基于水盐生产函数的绿洲灌区水盐调控研究

土壤次生盐碱化是新疆灌溉农业所面临的最大环境问题。灌溉农业的快速扩展与灌排系统不完善是造成土壤次生盐碱化发生与恶化的关键因素。以水盐生产函数为依据,计算了不同生育阶段及全生育期阶段棉花相对产量与土壤全盐的关系,依据该计算结果对塔里木灌区的土壤盐化程度做了初步划分。基于塔里木灌区地下水埋深较浅且多为微咸水的事实,比较深入地探讨了地下水合理的动态水位及作物对潜水利用问题。最后,提出了灌区水盐调控的对策,强调排水系统的通畅运行是控制土壤次生盐碱化的关键,通过排水系统和减少灌溉定额使作物生长期的地下水埋深控制在1.6~2.1 m内,不但可以减少排水成本,而且也可使作物充分利用地下水,同时促进塔里木河水质的改善。     

基于要素配置功能识别的差异化乡村发展策略

乡村要素分析与功能识别是实现乡村发展科学决策与高效治理的理论基础,而要素是造成当下乡村主体功能不明确、同质化发展等问题的重要驱动力。为了解决乡村主体功能定位模糊问题,立足"要素-功能"耦合关系,因地制宜提出引导策略以期支撑乡村高效治理与高质量发展。该研究对江西省万年县域128个行政村的资金、劳动力、设施、资源、环境五类要素展开分析,采用多因子综合分析法测算乡村要素配置优势度指数,运用基于竞争学习规则的非监督算法——自组织竞争网络算法划分出乡村要素类型,通过"要素-功能"衔接矩阵识别出乡村功能类型,并明确差异化发展策略。结果表明:1)万年县乡村发展要素综合配置优势度空间分异性显著,表现为以梓埠-裴梅一线为界,东北侧总体高于西南侧,县域北部优于南部,并划定高优势度村、中高优势度村、中低优势度村、低优势度村;2)基于自组织竞争网络算法将万年县乡村发展要素组合类型划分为环境劳动力主导型等8种类型,同一类型乡村呈现"整体零散,局地集聚"的分布特征;3)基于"要素-功能"衔接矩阵识别出万年县生产功能主导型、生活功能主导型、生态功能主导型以及拆迁撤并型乡村,并建议分别以三产融合、转型升级为主要方向制定集聚式发展策略,以构建田园综合体、康养产业配置为主要抓手制定融合式发展策略,以打造生态乡旅、发展绿色经济为目标制定生态经济发展策略,以保障农民生计、改善农业生产条件为宗旨制定科学拆迁撤并策略。该研究可为开展乡村功能识别与科学分类提供新思路,有利于准确认知乡村发展规律。     

同种农机机群动态作业任务分配方法

为解决农机作业过程中因突发状况引起的作业时间增加、某些作业任务无法完成等问题,该研究提出一种基于改进合同网算法的同种农机机群动态作业任务分配方法。基于农机性能参数和任务参数综合考虑用时最长农机的作业时间、农机机群油耗和路上的路程建立机群代价函数,建立单个田块和地头相邻田块的路径规划方法,参考合同网算法中的招-投标过程,建立农机对任务进行投标的代价函数,基于降低服务器计算量、减少通信次数、任务均衡分配和减小非作业路程等原则,通过选择招标者、设定招标阈值、中标者任务再分配和农机间任务交换等方式改进合同网算法。在不同时间进行基于传统合同网算法和改进合同网算法的农机机群动态作业任务分配仿真试验和农场实际播种作业试验。仿真结果表明,基于改进合同网算法的动态任务分配仿真结果比基于传统合同网算法的动态任务分配仿真结果机群时间代价降低0.83%～12.89%,与服务器通信次数降低77.4%～85%。农场实际试验结果表明:在不同的任务分配时间,基于改进合同网算法的动态任务分配的机群时间代价比实际理论机群时间代价降低30.20%～34.09%。本文提出的动态作业任务分配法能够满足农业生产中同种农机机群动态作业任务分配需求。     

基于多源空间数据的"三生"空间异质性评价与分区划定

为优化"三生"空间评价方法体系,探索海南岛"三生"空间聚集性与协调度特征并制定有效的空间分区方案,该研究从空间异质性角度出发,采用多源空间数据从栅格尺度上对同地类不同地块的"三生"空间功能进行评价,再通过空间自相关及三角坐标图分析乡镇尺度上"三生"空间的聚集性与协调度特征,并为国土空间优化提供相关分区方案。结果表明:1)海南岛生产空间高分值区域集中分布在沿海市县,呈"四周高、中间低,北部高、南部低"的分布特征,且城镇生产空间与农业生产空间有所差异;生活空间高分值区域多集中在各市县城镇范围内,整体呈"小集聚、大分散"的空间格局;生态空间高分值区域集中在中部地区,呈"中间高、四周低,南部高、北部低"的分布格局。2)乡镇尺度上海南岛生产、生活、生态空间功能值的Moran’sI指数分别为0.569,0.221和0.716,表现出空间自相关性特征,据此面向全岛提出基于空间聚集性的"三生"空间分区方案。3)海南岛各乡镇"三生"空间存在较大的协调度差异,高值区以生态主导和"三生"协调型为主,分别占乡镇总数的51.72%与43.97%;低值区则以生态主导型为主,占乡镇总数的72.41%,据此面向全岛提出基于空间协调度的"三生"空间分区方案。该研究有效识别了同地类不同地块"三生"空间的异质性,并从空间聚集性与协调度视角提出"三生"空间分区管制方案,能够为当前国土空间优化提供参考。     

物种敏感性分布法拟合函数的拟合优度评价

为明确物种敏感性分布(SSD)法适用于酸性土壤条件下的最优拟合函数,以均方根(RMSE)和残差平方和(SSE)为评价指标,系统分析了不同pH和累积概率条件下5种常见拟合函数(Log-logistic、Gamma、Log-normal、Weibull和BurrⅢ)的拟合优度。研究表明:两种pH条件(pH 5.5和pH 6.5)下5种拟合函数的拟合优度无明显差异,其中Log-logistic、BurrⅢ函数的SSE值分别为0.021、0.024和0.169、0.191,RMSE值分别为0.038、0.040和0.106、0.113,两者拟合效果较好;但不同累积概率条件下拟合函数的拟合优度存在一定差异,其中低累积概率(p≤20%)条件下Log-logistic与Gamma的SSE值分别为2.45×10-4和2.46×10-4,RMSE值分别为4.04×10-3和4.05×10-3,两者拟合效果较好;中累积概率(20%p≤80%)条件下Log-logistic与Log-normal的SSE值分别为0.018和0.021,RMSE值分别为0.034和0.037,两者拟合效果较好;而高累积概率(p80%)条件下BurrⅢ与Log-logistic的SSE值分别为0.151和0.203,RMSE值分别为0.100和0.116,两者拟合效果较好。研究表明,酸性土壤(pH≤6.5)中低、中累积概率(0≤p≤80%)条件下优先推荐使用Log-logistic拟合函数,而高累积概率(p80%)条件下优先推荐使用BurrⅢ拟合函数。     

基于改进YOLOv8n的复杂环境下柑橘识别

针对复杂环境下柑橘果实大量重叠、枝叶遮挡且现有模型参数量大、计算复杂度高等问题,提出了一种基于改进YOLOv8n的柑橘识别模型YOLOv8-MEIN。首先,该研究设计了ME卷积模块并使用它改进YOLOv8n的C2f模块。其次,为了弥补CIoU损失函数在检测任务中泛化性弱和收敛速度慢的问题,使用Inner-CIoU损失函数加速边界框回归,提高模型检测性能。最后,在自建数据集上进行模型试验对比,试验结果表明,YOLOv8-MEIN模型交并比阈值为0.5的平均精度均值mAP_0.5值为96.9%,召回率为91.7%,交并比阈值为0.5~0.95的平均精度均值mAP_0.5～0.95值为85.8%,模型大小为5.8MB,参数量为2.87M。与原模型YOLOv8n相比,mAP_0.5值、召回率、mAP_0.5～0.95值分别提高了0.4、1.0、0.6个百分点,模型大小和参数量相比于原模型分别降低了3.3%和4.3%,为柑橘的自动化采摘提供技术参考。     

运用直线加平台法确定黑土区玉米氮磷施肥量

施肥量的确定一直是玉米高产栽培研究的主要课题之一。分别运用肥料效应函数法和直线加平台法,对按照直线加平台法设计的在黑土上春玉米的田间试验结果进行了统计分析,发现利用直线加平台法设计的田间试验结果也可以用来建立肥料效应函数,并根据肥料效应函数求得相应的施肥量。利用肥料效应函数得到的最高产量推荐施氮量和最大利润推荐施氮量分别为107.4 kg hm-2和103.2 kg hm-2,而最高产量推荐施磷量和最大利润推荐施磷量分别45.5 kg hm-2和41.3 kg hm-2。利用直线加平台法得到氮、磷的推荐施肥量分别为73.9和38.0 kg hm-2,明显低于用肥料效应函数法求得的推荐施肥量。对于肥料效应函数无法处理的试验数据,利用直线加平台法仍然可以对实验数据进行处理并得出实验结果,后者是肥料效应函数法的补充。     

Soil microbial communities resistant to changes in plant functional group composition

The soil community is an often ignored part of research which links plant biodiversity and ecosystem functioning despite their influence on numerous functions such as decomposition and nutrient cycling. Few consistent patterns have been detected that link plant and soil community composition. We used a removal experiment in a northern Canadian grassland to examine the effects of plant functional group identity on soil microbial community structure and function. Plant functional groups (graminoids, legumes and forbs) were removed independently from plots for five growing seasons (2003-2007) and in the fifth year effects on the soil microbial community were examined using substrate-induced respiration (SIR - a measure of metabolic diversity) and phospholipid fatty acid analysis (PLFA - a measure of microbial community composition). Removal treatments were also crossed with both a fertilizer treatment and a fungicide treatment to determine if effects of functional group identity on the soil community were context dependent. Plant functional group identity had almost no effect on the soil microbial community as measured by either SIR or PLFA. Likewise, soil properties including total carbon, pH, moisture and nutrients showed a limited response to plant removals in the fifth year after removals. We found a direct effect of fertilizer on the soil community, with fertilized plots having decreased metabolic diversity, with a decreased ability to metabolize amino acids and a phenolic acid, but there was no direct soil microbial response to fungicide. We show that in this northern Canadian grassland the soil microbial community is relatively insensitive to changes in plant functional group composition, and suggest that in northern ecosystems, where plant material is only slowly incorporated into the soil, five growing seasons may be insufficient to detect the impact of a changing plant community on the soil microbes.     

陕北黄土高原月降雨理论分布的初步研究

利用陕北两个典型气象站点多年降雨强度数据,使用数学方法描述月雨强分布的形状,从而满足水文模型、土壤侵蚀模型等对降雨强度数据的需求。通过探讨小时雨强在月时间尺度上应符合的理论分布函数,并采用统计学参数估计方法进行参数拟合,来选择合适的数学方法对月雨强分布进行描述。使用最大似然法对常见的7种理论分布函数进行拟合的结果表明,LOGN、GAMA、WBL等理论分布函数都可以较好地再现月降雨强度分布,90%以上的月份COE值大于0.7,一半以上的月份COE值大于0.9。另外,WBL分布对降雨强度峰值亦有良好的表现能力,因此推荐在陕北黄土高原降雨分布的模拟过程中使用。