积雪变化对东北农田黑土盐基离子及有效硅铝含量的影响

[目的]为探究冬季积雪深度变化下东北农田黑土盐基离子及有效硅铝含量的季节性变化特征。[方法]采用人工控制积雪深度的方法,通过测定除雪处理组(SR)、减雪处理组(SL)、自然积雪对照组(C)、增雪处理组(SA)的东北农田黑土环境因子(温湿度、含水率、pH、总有机碳)、盐基离子、有效硅以及活性铝,分析土壤盐基离子及有效硅铝的含量变化过程,以及两者对土壤环境因子的响应关系。[结果]积雪深度的降低使季节性雪被覆盖下黑土受到积雪的保温作用减弱,0-30 cm土壤温度及湿度(未冻水含量)显著下降,使水盐运移过程中未冻水携带的HCO_(3)^(-)含量减少,土壤平均pH受HCO _(3)^(-)含量影响分别变化-0.06,-0.04,-0.02,0.01。土壤的碱性降低,低价阳离子对高价阳离子在土壤胶体吸附电位的置换能力增强,使得交换态一价阳离子(Na^(+)、K^(+))含量升高,同时使交换态及碳酸盐态二价阳离子(Ca ^(2+)、Mg^(2+))含量降低。碳酸盐态二价阳离子与交换态Na+分别对TOC含量构成正向和负向的影响,使土壤平均总有机碳(TOC)含量随积雪深度的降低分别增长0.87,1.09,1.32,1.48 g/kg。盐基离子与土壤pH、TOC的相互影响关系使在积雪深度降低的条件下土壤pH与TOC含量降低,进而对土壤有效硅铝含量构成间接影响。TOC含量的降低削弱了土壤对低活性腐殖酸铝(Al-HA)的固持作用,pH的降低促进低活性铝向高活性交换态铝(Ex-Al)与单聚体羟基铝(Hy-Al)的转化,土壤铝毒性提升,同时促进有效硅的溶解,造成土壤硅的流失。[结论]气候变暖引起的中高纬度地区季节性积雪覆盖面积减少将影响冬季东北地区农田黑土的物质能量分布状态,并由此改变生长季节农作物的生长发育环境,研究提示为冬季东北黑土区土壤矿质元素的季节性变化过程提供了一定的科学依据。

基于水土资源耦合的水资源短缺风险评价及优化

黑龙江省水资源系统的平衡对保障区域工农业发展至关重要。由于粮食主产区发展过程中水资源存在许多不确定性因素,在追求经济增长的同时,黑龙江省水资源也存在着较大的风险。该文以黑龙江省及其13个地级市为研究区域,基于熵权物元模型评价水资源短缺风险,利用平均迪氏分解法(logarithmic mean Divisia index,LMDI)分析影响用水量变化的驱动因素,通过耦合协调模型和GIS软件分析影响水资源短缺的因素及其区域差异性,采用经济与资源双重导向的优化路径,解决水资源短缺风险问题。结果表明,2014年黑龙江省整体水资源短缺处于III级-中等风险,水土资源处于拮抗耦合中度协调级别且土地资源发展略微滞后;鹤岗、双鸭山、大庆和佳木斯水资源短缺为V级,其中大庆市水资源发展明显滞后。随着经济社会的持续发展,应结合区域资源禀赋和风险特征,制定合理的水资源开发利用方案。

基于粒子群优化投影寻踪模型的区域土地资源承载力综合评价

为了解决土地资源承载力评价中指标权重赋值客观性差的问题,提出了基于粒子群优化投影寻踪模型的土地资源承载力评价方法,并将其应用于2008年三江平原土地资源承载力综合评价中,结果表明,该方法不仅可有效避免指标赋权时的主观任意性,而且评价结果与实际相符,方法可行有效。评价结果显示,2008年三江平原区域整体土地资源承载力综合评价值为2.621,土地资源的利用对社会的发展和生态环境的保护支撑能力较强,但其对经济技术发展的保障程度较差;三江平原区域内各市县土地资源承载力差异较为显著,应结合区域资源特点,制定科学合理的土地开发利用方案和社会经济发展战略。

三江平原水资源承载力评价及区域差异

为了定量评价三江平原水资源承载力,指导区域农业生产规模和社会经济发展,该文在构建三江平原水资源承载力评价指标体系和确定评价标准的基础上,采用基于粒子群优化算法的投影寻踪评价模型对三江平原水资源承载力进行综合评价和承载力所属等级的判定,并借助ArcGIS的可视化功能实现三江平原区划内6市1县的水资源承载力区域差异分析。评价和分析结果表明,2008年三江平原区域整体水资源承载力处于III级,区划内的双鸭山市、七台河市和穆棱市水资源承载力处于II级,水资源承载力较强,水资源处于弱无压力状态;鸡西市、鹤岗市、佳木斯市和依兰县水资源承载力处于III级,水资源承载力中等,水资源开发利用和社会经济发展处于协调状态。随着区域社会经济的快速发展,应结合水资源承载力评价结果和区域特点,制定科学合理的水资源开发利用方案,以保证水资源对社会经济发展的可持续供给能力。

黑龙江省西部半干旱区土壤水分空间变异性研究

土壤中的水分是影响半干旱区作物生长的重要因素,由于自身的特点决定了其在空间分布上存在着变异性。以黑龙江省西部半干旱农业气候区的查哈阳农场为研究对象,利用GS+地统计软件和ArcGIS中的地统计分析模块(Geostatistical Analyst),对该地区土壤水分特性的空间变异性进行分析,得出土壤水分特性的变异程度、影响因素以及空间分布图。借助于土壤水分特性的空间分布图对该地区的灌溉水量进行了分析,为该地区的合理灌溉和精确灌溉提供依据。

基于多维临界调控理论的水资源优化配置研究进展

水资源系统是由水资源-社会-经济-生态-环境组成的复杂巨系统,各组成要素和子系统间存在相互联系和制约关系,易造成水资源优化配置后系统运行向不协调、无序和崩溃方向演化,基于已提出的多维临界调控理论和方法,在介绍多维临界调控理论的基础上,剖析其在水资源系统的适用性表征,对多维临界调控模型、调控效果评价和调控方案风险评估研究现状进行系统评述,提出基于多维临界调控理论的水资源优化配置问题和展望,为后续相关研究提供指导。

空间变异理论在土壤特性分析中的应用研究进展

空间变异理论是研究随机变量空间变异性的理论。该理论是建立在地统计学基础之上,其研究的主要对象就是那些在空间上具有一定变异性的随机变量。空间变异理论被广泛应用到土壤学、生态学、地质学、水文学、气象、资源环境及其存在"空间变异性"的领域。对空间变异理论的研究方法进行简要的介绍,并且对空间变异理论在土壤的物理、化学特性及微量元素中的应用研究进行介绍。在对空间变异理论的研究方法和在土壤特性中应用的归纳和分析中,指出空间变异理论在理论和应用中存在的问题并为其提出展望。

改进的蚁群聚类在精准灌溉管理分区中的应用

为了便于精准灌溉的田间实际操作和管理,采用改进的蚁群聚类算法进行灌溉管理分区研究。蚁群算法的离散性和并行性特点对于数据的特征聚类非常适用,然而当数据量较大时,蚁群聚类在系统循环过程中,对数据的搜索时间较长,计算量大,因此将初始聚类中心作为蚂蚁的初始食物源加以引导,减少蚂蚁行走的盲目性,以达到降低计算量、加快聚类的目的。该文以土壤物理特性作为数据源,在运用主成分分析消除初始指标相关性的基础上,采用改进的蚁群聚类对研究区进行精准灌溉管理分区的划分。将改进的蚁群聚类分区结果与传统的K-均值聚类进行比较,前者分区结果表现出土壤物理特性区内均一性更强、区间差异性更加显著的特点。改进的蚁群聚类分区结果表明,研究区可划分成2个灌溉管理分区,I区土壤的田间持水率、饱和含水率和凋萎含水率均较II区大,表明在相同的气候条件下,I区的土壤耐旱能力较II区强,分区结果可以为精准灌溉的分区管理提供参考依据和数据支持。

系统动力学在水土资源系统中的应用研究进展

为促进系统动力学(System dynamics,SD)方法在水土资源系统中应用,概述引入SD理论的水土资源系统,论述SD在水土资源利用模拟、承载力评价、优化配置、生态系统仿真、水土资源复合系统模拟等领域应用及现实意义。针对SD方法在水土资源系统中应用现状,从研究体系、模型和方法等方面分析SD方法在水土资源系统应用中存在的问题,并从多方法、多角度及多维度展望发展趋势,以期SD方法与水土资源系统融合,为今后研究提供借鉴。

空间变异理论在土壤特性分析中的应用研究进展

空间变异理论是研究随机变量空间变异性的理论。该理论是建立在地统计学基础之上,其研究的主要对象就是那些在空间上具有一定变异性的随机变量。空间变异理论被广泛的应用到土壤学、生态学、地质学、水文学、气象、资源环境以及其它存在“空间变异性”的领域。对空间变异理论的研究方法进行了简要的介绍,并且对空间变异理论在土壤的物理、化学特性及微量元素中应用的研究进行了介绍。在对空间变异理论的研究方法和在土壤特性中应用的归纳和分析中,指出了空间变异理论在理论和应用中的存在的问题并为其提出了展望。

水资源系统风险评估研究进展及展望

介绍了水资源系统风险评估指标体系构建和风险评估方法研究进展,着重分析了多种风险评估方法在实践中的优缺点和适用性,总结了传统统计学方法的不足和系统分析方法的局限性及新方法的发展前景,提出了结合数据特征综合利用所需评估方法,同时也为更好地建立水资源风险评估体系奠定了理论基础。

关于土力学教学过程中学习兴趣的思考

土力学是土木工程、水利工程等专业的一门重要的专业基础课,该课程在研究对象、研究方法、理论体系和思维方式等方面具有自身独有的特点。结合土力学课程特点,针对目前高等学校大学生学习土力学课程的学习兴趣普遍低下的问题,对土力学教学过程中提高学生学习兴趣的策略进行了有益的思考和探讨。

基于水资源价值成本核算的黑龙江省绿色GDP研究

针对现有经济核算体系和指标存在的不足,亟须将资源和环境因素纳入统计核算范畴,以此全面、准确地描述经济和环境的关系。以综合环境经济核算体系为基础、以水资源环境经济核算研究为依据,描述了水资源耗减成本、水环境退化成本和水环境保护成本的概念。通过建立数学模型,对2007年黑龙江省的水资源价值成本进行了定量分析,获得2007年黑龙江省的绿色GDP为6 795.26亿元,研究结果表明,黑龙江省社会经济用水过程对环境造成了负面影响。首次将水资源耗减成本、水环境退化成本和水环境保护成本应用到黑龙江省经济核算中,完善了综合环境经济核算中价值量核算的研究。

Python语言在水文水资源领域中的应用与展望

Python编程语言逐渐成为各领域中应用前景广阔的数据分析工具。然而,在水文水资源领域中利用Python语言进行科学分析的研究较少。介绍了常用于水文水资源领域的Python库;基于Python语言的主要研究方向和应用场景,从网络爬虫、数据分析、深度学习和Web开发4个方面综述了Python语言在水文水资源领域的主要研究内容;归纳了深度学习运用在水文水资源领域的常见算法;从自动预测、边缘计算、虚拟现实技术、强化学习和迁移学习等方面进行了展望,期望以Python语言实现的前沿计算机技术为动力,促进水文水资源领域的快速发展。

季节性冻土区不同时期土壤剖面水分空间变异特征研究

为解决季节性冻土水分在冻融过程中迁移复杂性及空间非均一性的定量化描述困难问题,以季节性冻土区土壤剖面水分为研究对象,运用地统计学的理论与方法对季节性冻土区不同时期土壤剖面水分的空间变异特征进行研究。结果表明,不同时期土壤剖面水分具有良好的空间结构及较强的空间相关性;季节冻融过程削弱土壤剖面水分的空间相关性,并且对土壤含水量具有强烈的空间重分布作用。地统计学理论与方法的应用可为季节性冻土区土壤冻融过程中水分运移机理的研究提供一种新的思路和方法。

基于GIS与属性识别模型的土壤肥力综合评价

运用基于熵权的属性识别模型,对三江平原试验区100个土壤样品的全氮、有机质、pH值等7项土壤物理和化学指标进行综合评价,在GIS技术的基础上绘制土壤肥力空间分布图。结果表明:试验区的土壤肥力总体水平较高,90%以上的区域属于肥沃、较肥沃水平;土壤氮素和有机质有下降趋势,土壤中的磷、钾元素过低且分布极不均衡,需保持和提高该地区土壤肥力水平,实施平衡施肥;评价方法识别准确、简单稳定,很大程度上减小了主观因素的影响,能为土壤肥力信息系统及专家决策系统提供有力的技术支撑;评价结果直观实用,能够为改良土壤、调节农业产业结构提供直接的科学依据。

基于RAGA一PPPCA模型的区域农业水土资源承载力综合评价

在全面分析影响农业水土资源复杂系统承载力变化诸多因素的基础上,初步提出了农业水土资源承载力的概念,选取27个与农业水土资源密切相关的承载力评价指标,为了解决评价指标过多引起的评价过程复杂性问题,将主成分分析法有效解决指标间多重相关性的特性和投影寻踪模型高效降维技术有效结合在一起,提出了投影寻踪主成分分析模型。将该模型应用于三江平原农垦建三江分局农业水土资源承载力综合评价中,取得了满意的结果,同时为农业水土资源承载力评价研究提供新的研究思路和研究方法。

基于粒子群优化算法的土壤养分管理分区

土壤养分管理分区的划分为变量施肥技术提供依据,是精准农业实施变量施肥管理的重要环节。在对7种土壤养分的空间变异特征和变异结构进行分析的基础上,以其中6种养分作为变量进行土壤养分管理分区的研究,最后用基于粒子群优化属性均值聚类来划分管理分区,并引入3种指标确定合理的分区数目。通过计算得出,试验区的合理分区数目为2个,对各管理分区实际采样点的土壤养分数据进行单因素方差分析,除速效磷外各土壤养分均在99%的置信水平上具有极显著差异,其中分区2土壤肥力水平较高,分区1较低。基于粒子群优化属性均值聚类算法可以很好地划分土壤养分管理分区,分区结果能够为精准农业变量施肥提供决策依据。

积雪参数遥感反演研究进展

积雪是地表重要自然要素,积雪参数反演研究对相关领域研究及应用具有重要意义。以当前研究成果为基础,对比分析相关积雪遥感资料优缺点,探讨利用遥感资料进行积雪反演合理性及不足。介绍当前进行积雪遥感反演遥感平台系列。探讨光学传感器及微波遥感仪器各自优缺点,强调结合光学、微波遥感仪器影像数据进行积雪反演研究重要性;重点介绍中分辨率成像光谱仪、改进型甚高分辨率辐射仪等光学传感器在积雪面积计算、雪盖制图等方面研究进展,先进微波扫描辐射仪、特定微波传感器/成像仪、多通道微波扫描辐射计等被动微波传感器在雪深计算、雪水当量估算等领域发展现状;强调主动微波遥感传感器在未来积雪遥感研究中重要性。总结并探讨当前积雪遥感研究中的问题及不足。

水土资源系统风险评估研究进展

地理环境差异及水土资源利用不合理导致了水土资源的诸多风险问题。只有正确认识到水土资源现存的风险问题,并将二者风险综合考虑,才能发挥水土资源系统的最大价值,最终满足人类的生存发展需求。本文从水土资源风险评估的意义及方法等方面,介绍了水土资源风险的由来、现状及国内外研究进展,指出了目前研究的不足之处,提出未来水土资源研究发展方向,以期丰富和完善水土资源风险评估理论。