基于信息熵的耕地土壤养分与环境影响因子空间相关性研究

[目的] 探究耕地土壤养分含量空间格局及与环境因子的空间相关性,为区域耕地土壤施肥管控及农业生态环境保护等相关工作提供理论依据。[方法] 以湖北省枣阳市耕地为研究对象,选取土壤有机质、全氮、速效钾、缓效钾和有效磷5种土壤养分指标,并收集整理成土母质、土壤类型、土壤pH值、高程（DEM）、地表起伏度、坡度、植被覆盖度指数（NDVI）、平均气温、平均降水量和土地利用方式10种环境影响因子,利用普通克里金插值和信息熵原理,分析每种土壤养分的空间分布特征以及每种土壤养分空间分异特征与环境因子的相关性。[结果] 枣阳市土壤缓效钾空间异质性不明显,全域含量水平较高;其他4种养分均表现出不同程度的空间异质性。信息熵结果表明,5种土壤养分含量空间格局与成土母质、土壤类型和气候因子相关性均较强但相关程度存在差异;地形因子与全氮和有机质含量空间相关性较强,土壤pH值与土壤速效钾、缓效钾和有效磷相关性较强。[结论] 枣阳市土壤养分格局受自然因素影响较强,但相关性指数K值都较低,说明受到人为施肥与农作物消耗以及灌溉排水导致的土壤水化学反应及养分流失的影响。     

基于两维图论聚类的辽宁省土地利用多功能性分区

辽宁省土地利用功能间的矛盾相对突出,明晰区域土地利用多功能的现状、进行土地利用多功能性分区可为促进区域土地利用功能的协调发展提供依据。选取2017年辽宁省县域土地利用生活、生产、生态方面22个典型指标构建区域土地利用多功能性评价指标体系,运用熵权法和两维图论聚类法进行土地利用多功能性评价及分区研究。研究发现:1)研究区生活功能高值区于中部呈斜"X"状分布,生产功能值主要呈现以沈阳为中心的"环状"递减蔓延结构,生态功能值由外至内逐渐减少。2)区域县域生产功能和生活功能呈显著正相关,生产功能和生态功能呈显著负相关。3)根据区域土地利用多功能值和两维图论聚类法可将研究区划分为辽东生态功能优势区、辽北功能欠协调区、辽南功能相对均衡区以及辽西功能欠发展区。研究结果可为县域尺度国土空间规划的制定与实施等提供技术支撑和科学依据。     

连续投影算法融合信息熵选择霉变玉米高光谱特征波长

运用高光谱技术鉴别玉米霉变等级时,因光谱波段数多、数据量大、信息冗余度高,使鉴别工作难度加大。为了减少数据量,获得最有利于鉴别的高光谱信息特征波长,本研究提出了一种连续投影算法(SPA)融合信息熵的特征波长选择方法。首先,对霉变玉米样本高光谱数据运用多元散射校正(MSC)进行光谱预处理以消除噪声,然后利用SPA对处理过的光谱进行波长初选,得到8个初选特征波长,再通过信息熵原理处理初选特征波长下的图像信息,获得最佳特征波长。结果表明,运用SPA融合信息熵法得到有利于霉变玉米鉴别的最佳波长为819 nm,提取该波长下霉变玉米图像的纹理特征后,采用Fisher判别分析(FDA)进行鉴别,6个等级霉变玉米的鉴别正确率高达98.6%,充分证明所给出的特征波长选择方法是有效的。本研究特征波长选择方法可为更好地运用高光谱技术鉴别玉米霉变等级提供指导。     

系统论、信息论和控制论与我国农业生态学的发展

我国构建农业生态学的学科体系中,不仅把生态系统生态学作为其学科基础,而且把系统论、信息论和控制论同样作为其重要的学科基础。因此,在我国的农业生态学的学科体系中不仅像国外的农业生态学学科体系那样重视包括物种、种群、群落、生态系统和景观层次的农业生态系统的能流物流结构和相互关系;而且还十分重视系统的信息流和资金流,包括自然信息流,以及人们主动收集、传输和利用的人工信息流,劳动所体现的价值流,及其以货币形式反映出来的资金流。我国的农业生态学不仅像国际上农业生态学体系那样很重视包括生产者、消费者和分解者在内的农业生态系统的能流和物流转换结构,而且十分重视农业生态系统的调节与控制机制,包括自然调控机制和人为调控机制,其中人为调控机制又包括了如农业经营者在种植业与养殖业中各种操作所代表的人为直接调控,也包括如市场需求、政府政策、国家法律、社会习俗、教育宣传、信息传播等能够影响农业经营者行为的人为间接调控。在系统论、信息论和控制论基础上构建的农业生态学体系有利于更好地深入剖析我国优秀的传统农业实践,启迪农业生态学相关的基础研究和应用研究,开拓信息时代农业生态转型的创新途径。     

基于信息熵与空间洛伦兹曲线的土地利用空间结构分析——以重庆市合川区为例

结合重庆市合川区2009年土地利用数据,运用信息熵、均匀度、优势度及空间洛伦茨兹曲线等方法,对其土地利用现状、存在问题及土地利用结构进行了分析,研究了合川区30个街镇土地利用空间布局,这对于引导合川区土地利用结构的合理化与土地利用的可持续发展具有重要的意义。结果表明:（1）合川区土地利用结构信息熵在空间上差异性明显,总体上可以分为信息熵高值区、信息熵中值区和信息熵低值区,三者的土地利用结构均衡程度逐步降低;（2）合川耕地与其他用地的分布较为均衡,园地、林地和牧草地的分布则相对集中;（3）合川区30个街镇具有各自的土地利用特色,充分利用区域资源优势,发展特色产业,进而优化土地利用结构。     

基于模糊物元模型的区域水环境承载力研究

在综合分析区域水环境特点的基础上选取了7项研究指标,运用模糊物元模型与熵权法计算了烟台市牟平区2005—2009年各年水环境承载力与标准样本之间的贴近度,揭示了区域水环境承载力的现状及变化趋势。研究结果表明,烟台市牟平区2005—2009年水环境承载力与标准样本之间的贴近度分别为0.675 9,0.684 2,0.666 7,0.675 3和0.696 1,研究区域2006和2009年的水环境承载力达到等级Ⅲ水平,其余几年均在等级Ⅲ水平以下,说明研究区水环境承载力较差。并基于水环境承载力现状对区域资源与社会经济的可持续发展提出了相关建议。     

T-M水量平衡模型在流域产流计算中的应用

[目的]旨在通过研究流域各月度产水量,对水资源管理和农业灌溉用水调度进行指导。[方法]以锦阳川流域为研究对象,运用遥感(remote sensing,RS)和地理信息系统(geographic information system,GIS)提取和处理空间土地利用、土壤及数字高程模型数据,结合降雨、气温及不同植物的根深数据,采用Thornthwaite and Mather(T—M)模型计算了水分亏缺与剩余,土壤水分补给与利用的周期及月度产流量。[结果]研究区2011年平水年全年总径流量为281.0mm,在1,3—4,6和10月,存在水分亏缺及土壤水分利用,面积加权的水分亏缺值为5.8mm;2月,11—12月降水对土壤水分进行补给;5和7—9月,存在水分剩余,面积加权的剩余值为286.2mm。丰水年(25%)、平水年(50%)和枯水年(75%)多年平均产水量分别为8.3×107,4.8×107及2.2×107 m3。[结论]研究区在丰水年(25%)的2,7—11月,平水年(50%)的2—3,7—9月和枯水年(75%)的12—2,7—9月存在水分剩余。     

城市土地集约利用评价及障碍因子诊断——基于生态健康与低碳发展视角

[目的]揭示京津冀地区城市土地集约利用状况,为生态健康与低碳发展视域下的城市土地集约利用提供理论基础。[方法]相对熵组合赋权法、多因素综合评价法、协调度测算法和障碍因子诊断法。[结果](1)京津冀地区城市土地集约利用水平呈现出以京津为核心的“十字形”扩散态势。(2)系统协调度与土地集约利用水平之间显著相关,但不同城市间存在相对差异。(3)高度集约区的北京市和天津市,主要障碍因子集中在与生态健康和低碳环保有关的指标上;中度集约区的秦皇岛市和唐山市,主要障碍因子集中在与土地利用程度和布局相关的指标上,石家庄、邯郸和保定地区则集中在与生态健康相关的指标上;低度集约区的沧州、廊坊和邢台地区的主要障碍因子集中在与生态环境和低碳投入相关的指标上,承德和衡水地区集中在与经济发展和土地投入相关的指标上;粗放利用区的张家口,主要障碍因子集中在与经济发展和生态保护相关的指标上。[结论]将生态健康与低碳发展理念纳入城市土地集约利用研究中,可以较为科学全面地刻画出城市土地集约利用状况,为今后城市土地的科学利用提供决策支持。     

环境因子对山西太岳山土壤微生物量的影响

本文以山西太岳山两个林型(华北落叶松人工林、灌木林)下阴坡和阳坡的土壤样品为研究对象,研究了不同坡向下土壤微生物量碳、氮、土壤理化性质、土壤微生物碳氮比值的变化特征。研究结果表明:土壤有机碳、全氮、微生物量碳、氮含量在0~10 cm土层均显著高于10~20 cm土层。在华北落叶松人工林和灌木林下,土壤微生物量碳、可溶性有机碳及两者之和在阳坡均显著高于阴坡;土壤微生物量碳占两者之和的比例约为81%~87%,在不同坡向下没有显著性差异。土壤微生物量碳氮比在灌木林阳坡下为6.5~7.2,阴坡为7.3~9.9;在华北落叶松人工林阳坡下为7.3~8.6,阴坡为8.2~8.6。两种林型下土壤微生物熵在阳坡均高于阴坡。相关性分析结果表明,土壤微生物量碳、氮与土壤pH值、可溶性有机碳呈显著正相关,土壤有机碳与土壤全氮、微生物量碳、pH值和含水率均有显著正相关性。总的来说,不同坡向对土壤微生物量产生重要影响,进而使土壤微生物熵不同,阴坡土壤有机碳活性较小,碳库的稳定性较好。本文从土壤微生物量及其与环境因子相互关系的角度探讨了土壤环境对土壤微生物的影响,以期为更好的理解该地区土壤碳周转和植被恢复生态效应提供参考。     

陇南山地土地利用结构动态演变分析

以土地利用变更调查数据为基础,借助信息熵原理分析了陇南市1996-2008年土地利用结构的时间演变规律及空间差异特征。结果表明:研究区土地利用结构信息熵经历了3个发展阶段:即缓慢增长期、显著下降期和快速回升期,熵值在波动中趋于降低,土地利用系统向低水平的有序状态发展。信息熵的区域差异显著,且变化趋势各异,除武都区与两当县的土地利用系统趋于稳定外,其余各县尚处于显著变化中。