基于机器学习算法的蒸发量模型评估

[目的]探讨合理的气候因子个数,建立蒸发量模型,提出基于特征选择算法筛选最优特征集。[方法]以陕西榆林、泾河和汉中3个气象站16年(2005-01至2021-03)的逐小时观测资料为研究对象,利用特征选择函数和遍历循环方法对模型参数、特征变量个数进行优化。基于最佳参数结合随机森林模型和多元线性回归模型两种机器学习算法建立榆林、汉中和泾河地区蒸发量模型,采用平均绝对误差、均方根误差和平方相关系数三项指标评估模型的预测精度。[结果]特征变量和随机森林模型中的决策树个数分别是8,61时,模型预测效果最佳。采用优化的随机森林模型、多元线性回归模型评估3个地区的平均绝对误差均为0,均方根误差除泾河地区相等外,榆林、汉中地区的均方根误差均小于优化的多元线性回归模型。优化的随机森林模型预测榆林、泾河和汉中地区蒸发量拟合效果分别为0.85,0.90,0.86,优化的多元线性回归模型的拟合效果分别为0.77,0.83,0.79。[结论]整体而言,优化的两种模型都具有良好的预测效果且随机森林模型的预测效果优于多元线性回归模型。

承德市接坝地区土地利用变化及驱动因素分析

为了探究承德市接坝区土地利用时空变化特征及原因,本文以2000、2010、2019年三个时期土地利用数据以及各类社会经济数据为基础,通过土地利用动态度、变化轨迹法、核密度分析法、地理探测器等方法分析了该区近20年土地利用变化时空特征及驱动因素。结果表明接坝区主要土地类型为耕地、林地、草地。近20 a耕地、草地面积分别减少了230.889 km^(2)和2099.745 km^(2),林地、建设用地面积分别增加2240.749 km^(2)和86.857 km^(2)。地类转移总体表现为耕地、草地的相互转化、草地对林地的转移和耕地、草地两种地类对建设用地的转移;所选两个时期中前一时期的地类变化更具方向性,后一时期变化更剧烈、范围更广;人口、高程、社会消费品零售总额、GDP等四种因子是承德市接坝区20 a间主要地类变化的主要驱动因子。

聚水阻渗措施对矮砧密植苹果园土壤水分、硝态氮及果树细根的影响

为提高土壤水肥利用效率,探索适宜渭北地区苹果园发展的聚水阻渗措施。通过大田试验,以矮砧密植苹果园为研究对象,分析不同聚水阻渗措施对土壤水分、硝态氮和果树细根的影响。结果表明:在垂直方向,防渗层、起垄+防渗层、起垄+覆膜+防渗层处理均可有效提高0—40 cm土层土壤含水量、硝态氮含量和细根根长密度,其中,起垄+防渗层和起垄+覆膜+防渗层处理土壤含水量和细根根长密度高于防渗层处理,硝态氮含量则低于防渗层处理。在50—100 cm土层,3种处理措施均降低土壤硝态氮含量,有效缓解硝态氮淋溶累积。在水平方向上,起垄+防渗层和起垄+覆膜+防渗层处理使定植带内(树下、株间)土壤含水量与根长密度平均分别提高15.1%,5.0%,硝态氮含量降低8.6%,防渗层与清耕处理相比无显著差异。在施肥沟内(中间点),3种处理措施使土壤水分含量和细根根长密度增加,土壤硝态氮含量降低,以起垄+覆膜+防渗层处理效果最好,使土壤含水量和细根根长密度分别增加48.6%,48.3%,硝态氮含量降低17.4%。在所有处理措施中,起垄+覆膜+加防渗层处理对果园土壤环境和果树根系的调控效果最佳,研究结果为渭北地区矮砧密植苹果园聚水阻渗技术措施的应用和推广提供参考。

秦艽产量及主要药用成分对氮磷钾肥的响应

为研究不同氮、磷、钾施肥模式对秦艽产量及主要药用成分含量的影响,同时探明宝鸡地区秦艽种植的最优施肥方案,通过田间试验,采用3因素2次饱和D-最优设计施肥方案,建立以氮、磷、钾肥施用量为自变量,秦艽产量、龙胆苦苷、马钱苷酸含量为因变量的数学模型,通过模型寻优获得最适施肥区间。根据对氮、磷、钾的单因素效应分析,适宜的氮肥、磷肥施用量可以增加秦艽产量以及龙胆苦苷和马钱苷酸含量,而施用量过高则会产生抑制作用;钾肥对马钱苷酸的影响和氮肥、磷肥相同,但钾肥的施用不利于秦艽龙胆苦苷的积累。氮、磷、钾3种元素对秦艽产量、龙胆苦苷、马钱苷酸含量影响均表现为:磷>氮>钾。对各函数进行频率分析法寻优,得到秦艽产量超过2100.0 kg·hm^(-2)、龙胆苦苷含量超过7.5%、马钱苷酸含量超过2.0%时的施肥区间为氮(N)147.2~185.1 kg·hm^(-2)、磷(P_(2)O_(5))92.6~98.9 kg·hm^(-2)、钾(K 2 O)95.8~134.2 kg·hm^(-2),N、P_(2)O_(5)、K_(2)O的最佳比例为:1∶1.49~2.00∶1.10~1.93。

陕西关中地区猕猴桃园土壤水分、矿质氮空间分布特征

为探明陕西关中平原猕猴桃适生区的猕猴桃园土壤水分、矿质氮空间分布的情况,以期为猕猴桃园生态调控提供参考。在周至县和杨凌区选取2个猕猴桃园(以下简称周至园和杨凌园),以9年生猕猴桃树为研究对象,采用土钻法,对不同径向距离(株间75 cm、行间30 cm、行间100 cm)的土壤剖面进行分层取样,对土壤含水量、矿质氮的含量及硝态氮累积量进行测定,探究其空间分布特征。周至园和杨凌园在0~200 cm剖面土壤含水量的分布特征随着土层深度的增加,均呈现先减少后增加的趋势。周至园土壤平均含水量为13.69%,40~100 cm土层平均含水量仅为11.45%,杨凌园土壤平均含水量为19.94%。周至园的硝态氮和铵态氮含量比杨凌园分别高出24.8%和51.5%,2个猕猴桃园都存在硝态氮深层累积的现象,80~200 cm土层的硝态氮累积量分别为508.06、437.94 kg/hm^(2),分别占总剖面的69.4%和67.0%。相同灌溉水平下,周至园土壤含水量处于较低水平,杨凌园土壤湿润度适宜。80~200 cm土层是关中地区硝态氮主要累积区域,容易发生硝态氮深层淋溶,造成地下水体污染。针对不同猕猴桃园水肥分布特征应制定不同的管理和改良措施,改善根系生长微环境,提高猕猴桃树体水肥利用率,才能达到猕猴桃园高效和高产的目标。

公路边坡绿化覆盖物水土保持效果试验研究

公路施工过程中产生大面积裸坡,植物无法迅速生长,土壤流失量也特别大,铺设覆盖物是一种有效而廉价的保持水土的方法。为了研究不同覆盖物在坡面的水土保持效果,该文基于自制的室内人工模拟降雨器,在对其进行标定后,对已覆盖无纺布、遮阳网或草帘子的正在进行绿化喷播施工的模拟公路边坡进行人工模拟降雨试验,对3种覆盖物在公路边坡的水土保持效果进行了详细描述。3种覆盖物下坡面的径流量、径流系数、泥沙浓度以及产沙量均明显(P=0)小于裸坡的,说明无纺布、遮阳网和草帘子均可以有效的减少公路边坡喷播绿化过程中的水土流失。其中,草帘子覆盖下坡面的径流量(1.9mL/s)比裸坡减小69.9%,径流系数(6.4%)比裸坡减小14.9%,坡面产沙量(1.5g/m2)仅为裸坡的3.4%,且远小于无纺布和遮阳网覆盖下的,说明草帘子对公路边坡的水土保持效果较好。该文为公路边坡绿化施工中覆盖物的水土保持效果提供理论依据,为覆盖物的选择提供科学参考。

生态治理技术评价指标体系

为了对生态治理技术进行更加科学合理的评价,在确定了指标体系构建思路的基础上,根据评价指标的筛选原则,通过对评价指标的理论初选和专家筛选,构建了能够揭示生态治理技术本身属性、相宜性、应用效果、推广潜力等的综合评价指标体系。该指标体系包含目标层和指标层两个层次,目标层为生态治理技术适应效果,指标层分为控制性指标和分类评价指标。控制性指标包含5个一级指标和14个二级指标,适用于所有类型的生态治理技术;分类评价指标为三级指标,共有水土保持技术、荒漠化治理技术、石漠化治理技术和生态恢复技术四个类型的三级指标各29个,针对不同的生态治理技术可以选用合适的三级指标对其进行评价。这样的评价指标体系既可体现区域差异,又可建立公共评价平台,为生态治理技术的评估提供了科学依据和关键技术支撑。

华北东部高速公路边坡立地类型划分

【目的】基于微立地的概念对工路边坡立地类型进行划分,为提高公路边坡植被恢复措施的针对性、更好地选配工程绿化方法、降低工程成本、提高边坡植被的成活率和保存率。【方法】以华北东部廊涿(廊坊至涿州)高速公路、京石(北京至石家庄)二通道高速公路大苑村至市界段及京承(北京至承德)高速公路沙峪沟至市界段的边坡为研究对象,运用实地边坡调查和室内试验分析相结合的方法,调查分析高速公路边坡各立地因子,通过对标准化后的立地因子数据进行方差分析、主成分分析及分层聚类分析后划分立地类型。【结果】共划分出6个高速公路边坡立地类型组:平原土质路堤边坡、平原土质路堑边坡、丘陵土质路堤边坡、丘陵土质路堑边坡、平原岩质路堑边坡和丘陵岩质路堑边坡,以及24个高速公路边坡立地类型。【结论】将华北东部高速公路边坡立地类型与中国森林立地分类相结合,得到华北东部高速公路边坡立地类型系统,提高了边坡绿化的科学性和合理性。

工程堆积体降雨条件下土压力的变化规律

土压力是影响堆积体稳定性的重要因素,以生产建设项目工程堆积体为研究对象,通过室内人工模拟降雨试验,研究不同砾石含量条件下生产建设项目工程堆积体土压力随降雨时间的变化规律及砾石含量和降雨场次对土压力的影响。结果表明:土压力随降雨时间呈先下降后增加再下降的变化过程;砾石含量对土压力具有极显著的影响,降雨场次对土压力无显著性影响;生产建设项目工程堆积体的中部土压力较大,两侧的土压力较小。

基于ViewGIS 3.0的半干旱黄土丘陵沟壑区太阳辐射分布规律研究

基于ViewGIS的太阳直接辐射模拟计算功能,进行了峪口花果山太阳直接辐射时空分布规律的研究,并对太阳直接辐射模型进行了精度校验和误差分析,以期为当地的区域规划和生态环境建设提供基础资料和科学依据。主要结论:(1)太阳辐射总体趋势为一日中日出和日落前后的误差变化较为剧烈,中间阶段变化平稳。(2)太阳直接辐射随时间的变化呈现早晚小、中午大的变化规律。(3)太阳直接辐射随月份的变化也呈单峰型的变化规律,即7月份太阳直接辐射值最大,依次向两边递减。(4)太阳直接辐射随24个节气的变化呈典型的正态分布规律,即以夏至日太阳直接辐射值为中心依次向两边递减的规律。(5)不同坡度,随着坡度增大,太阳直接辐射日总量逐渐减小;不同坡向,太阳直接辐射日总量南坡最大,东南坡、西南坡次之,北坡最小。

高速公路绿化带土壤水分动态变化规律研究

【目的】研究高速公路绿化带边坡的土壤水分动态变化规律,旨在为高速公路生态绿化提供参考。【方法】2009年4-11月对河北固安县廊涿高速各观测点（阳坡、阴坡、平地及中央隔离带）不同土层深度（0~40cm）含水量及降雨量进行连续观测,分析了高速公路绿化带土壤水分的动态变化规律。【结果】4-5月,各观测点土壤含水量持续下降;5-8月,各观测点土壤含水量迅速增加,并保持在较高水平;8-10月,各观测点土壤含水量逐渐降低;10-11月,各观测点土壤含水量稳中有升。各观测点表层（0~10cm）和下层（10~20cm）的土壤含水量波动较大,变异系数平均值为28.39%和24.85%,深层（20~40cm）土壤含水量的变化明显减弱,变异系数平均值为19.41%。在0~40cm土层,中央隔离带的土壤含水量较高,阴坡和阳坡次之,平地最低。【结论】高速公路边坡土壤水分的季节性动态变化规律显著,且与降雨规律一致。5-10月的土壤水分条件最好。土壤水分的空间变化可分为速变层（0~20cm）和活跃层（20~40cm）2个层次。各观测点中,中央隔离带的土壤水分条件最好,阴坡和阳坡次之,平地土壤水分条件最差。

CCPS法在林木郁闭度与蓄积量关系研究中的应用

CCPS法是采用带鱼眼镜头的单反数码相机获取林分冠层图像、应用Photoshop软件测定林分郁闭度的一种新方法。应用CCPS法对半干旱黄土丘陵沟壑区刺槐人工林郁闭度与蓄积量关系进行的研究表明:用CCPS法测得的郁闭度与冠层分析仪法所测得的郁闭度相关系数为0.9845,且最大绝对差值不超过0.05,表明CCPS法测得的结果与冠层分析仪法测得的结果一致,能够准确地记录冠层信息;样地单位面积蓄积量随郁闭度的变化呈先增大后减小的变化规律。

河北廊坊-涿州高速边坡水热因子动态变化规律研究

水热因子是影响高速公路边坡绿化的关键因子。运用自记温湿度计、自计地温计和太阳辐射表等仪器于2009年6月至2010年5月对廊涿(廊坊—涿州)高速公路阳坡、平地、阴坡和中央隔离带的太阳辐射、地温和土壤水分等水热因子进行了观测。结果表明:(1)不同地形条件下太阳辐射的日变化规律都满足二次曲线方程,地形对太阳直接辐射的影响不显著。(2)不同地形条件下地温月变化均呈"余弦曲线"变化趋势。各地形条件下,40cm的地温条件都是最好的;各深度条件下,在3—8月中央隔离带的地温最高,9—12月和1—2月阳坡的地温最高。(3)不同地形条件下土壤水分月变化均呈波浪形。各地形条件下,20—40cm的土壤水分条件都是最好的;各深度条件下,中央隔离带的土壤水分条件都是最好的。

晋西黄土丘陵沟壑区降雨分布的地形分异规律研究--以山西省方山县土桥沟流域为例

降雨是陆上水资源的直接来源和水循环的首要环节,尤其是在降雨匮乏的黄土丘陵沟壑地区,通过对降雨空间分布的研究,可以为人工林栽培、植被恢复、土壤侵蚀等研究提供指导。通过对研究地区不同地形位置布设雨量观测设备,进行场降雨观测。针对不同高程、坡向的降雨实测数据对比分析,得出结论:(1)降雨量随高程升高先增加,后减少,最大降雨量出现在高程为1280m附近;(2)降雨量随坡向变化的分布规律为:背风坡>迎风坡,即阴坡>阳坡,峁顶降雨量适中。

生产建设项目弃土场培肥试验研究

生产建设项目建设过程中会产生大量的弃土,弃土养分极度缺乏、结构紊乱。为了给黄土高原沟壑区弃土场培肥提供一定的技术依据,试验在黄土高原陕西省长武农业生态试验站模拟弃土场进行。试验选取白三叶、草木樨、紫穗槐、柠条、黑麦草5种植物,探究在不同施肥处理下各植物小区0~10 cm、10~20 cm土层的养分含量。设施有机肥(羊粪),施肥量为30000 kg/hm2;施秸秆,施肥量为9000 kg/hm2,以及不施肥三种施肥处理,探寻植物在单播、混播模式下对弃土场的土壤培肥效果。黑麦草+白三叶在三种处理下的土壤肥力均较高,培肥效果较好。

黄土丘陵沟壑区人工刺槐林土壤水分物理性质

为黄土丘陵沟壑区退耕地的植被恢复重建及生态环境建设评价提供科学依据,对晋西黄土丘陵沟壑区不同密度的刺槐人工林土壤水分物理性质的变化进行了研究。结果表明:刺槐林分的土壤平均密度都低于农田,密度为1 600株/hm2的林分土壤密度最小,为1.225 9 g/cm3;土壤密度随土壤深度的增加而增大;刺槐林分的孔隙度和通气度都大于农田,退耕还林后,土壤质量明显得到改善,密度为1 600株/hm2的林分孔隙度最大。刺槐林分土壤持水量都要好于农田,土壤平均最大持水量和毛管持水量随林分密度的增大先增加后减少,密度为1 600株/hm2的林分持水性能最好;持水量随土壤深度的增加而下降。密度为1 600株/hm2的刺槐林土壤饱和蓄水量和非毛管蓄水量最高,分别为558.12和52.45 mm,水源涵养能力最强;土壤表层蓄水能力好于中、下层;密度为1 800株/hm2的刺槐林土壤涵蓄降水量和有效涵蓄量最大。

基于鱼眼镜头的林冠郁闭度简易测量方法

为探究一种精度高、操作简便,成本低、便携性高的郁闭度观测方法和设备,于2008年8月在水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室方山试验站土桥沟流域进行了对比观测试验,提出了采用鱼眼镜头获取林分冠层图像,应用Photoshop软件测定林分郁闭度的新方法(CCPS法),并以冠层分析仪所测28个固定样地的郁闭度值为基准值,对CCPS法所获冠层图像客观性和方法的系统偏差、精度和稳定性进行检验与测试,探讨了不同测量高度、林冠选择方式和林木主干对郁闭度测量结果的影响。结果表明:建立多边形林冠测量范围,其测量精度可达99.43%;在距地面90～130cm高度范围内测量结果最为稳定,且便于操作;林木主干使郁闭度测量值均偏大,尤其对针叶林影响较大;该方法的稳定系数可达92.86%。

黄土高寒区不同土壤水分条件下银水牛果幼苗光响应研究

为了给黄土高寒区造林树种的选择和水分的有效利用提供理论依据和科学指导,本研究在青海大通县试验基地通过人工控制土壤水分的方法,利用Li-6400便携式光合测定系统对银水牛果气体交换参数因子的光响应进行分析。结果表明:银水牛果的的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)与光合有效辐射(PAR)及土壤含水量(SWC)密切相关。(1)当PAR为500～2000μmol/(m2·s)、SWC为14.35%～21.5%时,既能保证银水牛果叶片具有较高的Pn,又能维持较高的WUE。(2)与其他水分处理相比,在轻度水分胁迫下银水牛果既能在低光强下具有较高的光能利用能力,又能适应强光辐射,光适应生态幅度较宽。(3)在适度缺水条件下,银水牛果的光合作用强于供水充足的植株,而且适度水分亏缺并未使产量显著降低,反而使WUE提高。在受到较严重的水分胁迫时,银水牛果的WUE在PAR为500～2000μmol/(m2·s)时,仍保持较高。说明银水牛果具有高效用水的生理特征,在受到水分胁迫时,能通过自身生理调节来适应外界水分等环境变化,维持较高的WUE。综上所述,银水牛果对逆境(强光、干旱)具有较强的适应能力,可以作为黄土高寒区的造林树种进行推广种植。

晋西黄土丘陵沟壑区人工林下草本植物生物多样性研究

对黄土丘陵沟壑区不同密度的刺槐林、榆树林、油松林、侧柏林、油松刺槐混交林等林下草本层物种组成及多样性进行了研究,目的是为人工林生态功能恢复评价和植被建设提供理论依据。研究结果表明,该区林下草本植物共有36种,多以阳性植物为主;由于林分树种组成和密度不同,林下草本物种差异较大;林下植被演替大多处于植被演替初级阶段,针阔混交林在物种数量和建种群落上表现最好,其次是油松纯林和刺槐纯林,榆树纯林生境条件最差;无论是丰富度指数还是多样性和均匀度指数,针阔混交林表现最好,其次为刺槐、油松纯林,表现最差的为榆树、侧柏纯林。

基于CDMA1X的无线传输自动气象站系统的构建

近年来自动气象站的快速普及极大地促进了水土保持气象观测的发展,以往靠人工值守的观测方式已经不能适应于现代水土保持发展的需要,可远程控制和无线数据传输的气象观测系统是未来气象站系统发展的趋势。通过将美国DAVIS公司生产的Vantage Pro2型自动气象站和CDMA1X技术相结合,实现了无线远程控制自动气象站和远程获取气象数据。观测实践表明,无线传输自动气象站系统具有安装使用方便,实时在线、高速传输、登陆快捷、收费合理、监控方便和安全可靠等优点。特别是在间断、突发性的或频繁、少量的气象数据传输中表现出良好的性能。通过山西省方山县架设的基于CDMA1X技术的自动气象站与远程控制端北京林业大学进行实时数据传输的实践证明,该系统可以运用于水土保持气象观测等多种气象观测领域。