Comparison of multivariate models and variable selection algorithms for rapid analysis of the chemical composition of field crops

This study evaluates the use of visible and near-infrared spectroscopy for rapid prediction of total carbon, total nitrogen, and total phosphorus concentrations in field crop samples. Two multivariate models (partial least squares regression and support vector machine regression) were compared. In addition, four spectral variable selection algorithms (competitive adaptive reweighted sampling, genetic algorithm, uninformative variable elimination, and variable importance for projection) were applied with support vector machine regression to determine the most accurate predictions. The results showed that support vector machine regression performed better than partial least squares regression for predicting the three chemical compositions. The combination of competitive adaptive reweighted sampling and support vector machine regression outperformed the other models for the predictions of total carbon and total nitrogen with high coefficients of determination of 0.91 and 0.90, respectively. For the determination of total phosphorus, the prediction accuracy of competitive adaptive reweighted sampling was comparable with the best result obtained from genetic algorithm with the coefficients of determination of 0.73 and 0.77, respectively. In conclusion, the support vector machine regression combined with competitive adaptive reweighted sampling has great potential to accurately determine the chemical composition of field crops using the visible and near-infrared spectroscopy.     

基于传统土壤图的土壤—环境关系获取及推理制图研究

在数字土壤制图研究中,从历史资料中提取准确的、详细的土壤—环境关系对于土壤图的更新和修正十分重要。从传统土壤图中提取土壤类型并从地形数据中提取环境参数,采用空间数据挖掘方法建立土壤—环境关系,并进行推理制图和精度验证。以湖北省黄冈市红安县华家河镇滠水河流域为例,首先选取成土母质和基于地形数据提取的高程、坡度、坡向等7个环境因子;然后利用频率分布原理得到包含土壤类型与环境因子信息的典型样本数据1 410个;采用See5.0决策树方法进行空间数据挖掘,建立土壤—环境关系;将其导入So LIM中进行推理制图;最后利用270个实地采样点验证所得土壤图的精度。土壤图的精度提高了约11%,证明了本研究方法对土壤类型和空间分布推理的可靠性。     

基于农户调查的江汉平原地区农村土地流转意愿研究及影响因素分析

农户是参与农地流转的主体之一,实现土地合理流转必须以尊重农民意愿为前提。以江汉平原为研究区,运用Logistic二元回归模型对研究区278户农户土地流转意愿的影响因素进行分析,得出以下结论:(1)研究区农户的土地流转意愿较低,流出土地的农户比例为17.99%,流入土地的农户比例为25.17%;(2)影响农户土地流出意愿的主要因素是农地收入功能、外出务工劳动比例和耕地面积,农地收入功能越高,外出务工人数越少,耕地面积越多,农户的土地流出意愿越强;(3)影响农户土地流入意愿的主要因素是户主文化水平、农地政策了解程度、是否具备耕种能力、农地收入功能、耕地质量和村集体经济状况,户主文化水平越高,对农地政策越了解,耕种能力越强,农地收入越高,农户的农地流入意愿越强,而耕地质量越高,村集体经济状况越好,农户的农地流入意愿越弱。     

品种和土壤对水稻镉吸收的影响及镉生物有效性预测模型研究进展

稻田受重金属镉(Cd)污染后,土壤中的Cd可能被植物吸收通过食物链进入人体,威胁人类健康。而水稻品种和土壤类型对Cd吸收和积累有着深远的影响,因此在进行Cd的农产品安全阈值制定和人体健康风险评价时,需考虑土壤Cd的生物有效性和不同水稻品种对Cd吸收的影响。本文综述了水稻品种和土壤类型对Cd吸收和积累的影响,并重点介绍了目前常用于预测重金属生物有效性的模型,以期为环境风险评价、土壤环境质量标准及农产品安全阈值制定提供有效的工具,并为生产安全(无公害)稻米提供参考。     

过去(1958-2007)和未来(2011-2060)50年淮河流域气候变化趋势分析

根据淮河流域1958-2007年观测资料和ECHAM5/MPI-OM模式对该流域2011-2060年气候变化的预估结果,分析淮河流域1958-2007年平均气温、极端高(低)温、农业界限温度和年降水量变化,并对2011-2060年气温和降水量变化趋势进行预估。结果表明:(1)淮河流域年平均气温,20世纪90年代以前以降温为主,90年代中后期增温显著;季节变化上,春秋两季气温呈波动增加趋势,冬季增温速率较高,夏季则呈下降趋势,极端气温事件出现次数和温度变化幅度均减小。淮河流域热量资源的时间变化以增温趋势为主,各界限温度初日提前,终日推迟,持续日数和累积温度增加。从区域分布上,流域东部增温趋势强于西部。1958-2007年年降水量和极端降水等无突变性的增加或减少趋势;季节变化上,流域夏季降水量变幅较大。(2)3种排放情景下淮河流域年平均气温升高趋势一致,且SRES-A1B情景升温幅度大于其它两种情景且约在2040年突变增温,3种情景下季节平均气温均为冬季升高最快;未来年降水量有微弱增加,但M-K检测均无显著变化趋势,未来50a淮河流域季节降水仍以春、夏季降水为主,约占全年降水量的70%。     

土壤无机氮解吸模型及其特征值生物效应研究

8种土壤126个氮素解吸实验表明,解吸模型C=ClH-a能模拟土壤铵态氮、硝态氮的解吸动态规律,其中有125个实验的复相关系数达到极显著水平。盆栽试验和田间试验结果表明,对生长期较短的空心菜、菜心和莴苣而言,土壤氮素可解吸量Q和土壤溶液氮素初始浓度C li与供试蔬菜的氮素吸收量和产量之间有显著的抛物线型关系,为评价土壤氮素生物有效性和临界指标提供了一种新方法。     

烟台沿海地区土地利用景观格局演变研究

基于地理信息技术、景观格局分析理论和马尔可夫模型，利用1986、1992、2000和2004年4期影像，分析了烟台沿海地区土地利用类型变化及其景观格局动态特征。结果显示，近20年来，烟台沿海地区各种土地类型变化及其相互转化频繁。水域、果园和建设用地分别增加335.61%、70.43%和134.48%，而耕地、林地分别减少18.63%和20.75%。各种土地利用类型空间格局变化显著，耕地、果园破碎度增加，连通性降低，水域、林地和建设用地则趋于集中，连通性增强，景观类型有向多元化方向发展的趋势。马尔可夫模型预测表明，从2022年至平稳期，耕地、林地和果园面积将持续减少，水域和建设用地将逐年增加，耕地保护与建设用地扩张之间的矛盾将更加突出。     

Genetic tracking of the brown bear in northern Pakistan and implications for conservation

Asian bears face major threats due to the impact of human activities as well as a critical lack of knowledge about their status, distribution and needs for survival. Once abundant in northern Pakistan, the Himalayan brown bear (Ursus arctos isabellinus) has been exterminated in most of its former distribution range. It presently occurs sparsely, in small populations, the Deosai National Park supporting the largest isolate. This decline might imply a reduction in genetic diversity, compromising the survival of the population. Using a combination of fecal DNA analysis and field data, our study aimed at assessing the size and genetic status of the Deosai population and give guidelines for its conservation and management. Using fecal genetic analysis, we estimated the population to be 40-50 bears, which compares well with the field census of 38 bears. The northern Pakistani brown bear population may have undergone an approximate 200-300-fold decrease during the last thousand years, probably due to glaciations and the influence of growing human population. However, in spite of the presence of a bottleneck genetic signature, the Deosai population has a moderate level of genetic diversity and is not at immediate risk of inbreeding depression. Gene flow might exist with adjacent populations. We recommend careful monitoring of this population in the future both with field observations and genetic analyses, including sampling of adjacent populations to assess incoming gene flow. The connectivity with adjacent populations in Pakistan and India will be of prime importance for the long-term survival of Deosai bears.     

区域土地利用变化态势及其对土地可持续利用影响分析——以江苏省为例

在分析快速城市化区域土地利用变化与土地可持续利用相互作用机理的基础上,分析了江苏省土地利用结构的多样化和集中化趋势,并着重通过构建灰色系统动态模型,预测了2005年、2010年和2015年江苏土地利用结构的变化趋势,以及城市化快速发展对江苏土地可持续利用的影响。研究结果表明,2005~2015年间,江苏省土地利用结构将呈现农业用地非农化、农业用地质量退化以及土地利用效率难以快速提高、土地后备资源日趋减少等变化态势,据此,论文提出推进研究快速城市化区域土地可持续利用的政策建议,具体是:适度保护农地资源尤其是耕地资源,合理协调农业用地与非农业用地之间的相互关系,进一步完善区域土地利用政策体系以及提高科学技术对于土地资源的替代率。     

农业非点源污染国内外研究进展

农业非点源污染正日益成为水体富营养化最主要的污染源,并已成为当前限制我国经济可持续发展的重要因素。笔者从农业非点源污染物迁移转化机制、非点源污染物的防控机制、非点源污染模型模拟、农业非点源污染研究中的尺度问题等方面对国内外研究进展进行了论述。提出我国非点源污染研究需在以下方面有所加强：（1）非点源污染物耦合作用下的运移;（2）转化机理及其界面行为过程机制研究;（3）不同空间尺度和格局农业非点源污染物的迁移转化规律;（4）适合我国不同区域特色的非点源污染机理模型研究。