东北旱作区农业生态系统协同发展与权衡分析

随着传统农业向现代农业过渡,农业已由单一的生产功能向多功能方向转变,全面评价农业生态系统的协同性对区域可持续发展具有指导意义。本文基于2005—2015年东北旱作区85县市的社会经济数据和土壤属性数据,应用协同模型和统计参数均方根误差(RMSE)分析了不同时段东北旱作区农业生态系统发展的协同性及农业生产、生活和生态功能之间权衡关系的时空演变特征。结果表明:1)2005—2015年,东北旱作区农业生态系统综合协同度下降0.12,整体处于低度协同水平;区域农业生产功能和生态功能协同度分别下降0.03、0.45,而农业生活功能协同度小幅上升。除辽宁省旱作区外,吉林、黑龙江省旱作区农业生态系统协同度均明显下降,表明区域农业生态系统的生产功能、生活功能及生态功能之间的协同性向无序方向演变。2)研究区农业生态系统的各功能之间存在时空权衡关系。2005—2010年,农业生产-生态、农业生活-生态功能之间的权衡关系整体表现为收益于农业生态功能,而2010—2015年则分别收益于农业生产功能和农业生活功能,各功能之间权衡关系变化及收益方向的转变是导致东北旱作区农业生态系统整体协同度出现波动的直接原因。3)应用协同函数和统计均方根误差可以定量化描述区域农业生态系统发展的有序程度及系统内部各功能之间的关系,能够更直接有效地识别引起东北旱作区农业系统变化的因素,结果可为区域农业生态系统可持续发展提供参考。

东北旱作区黑土保护培育技术探究

旱作区黑土保护培育技术依靠种植两年玉米和一年大豆的周期式轮作种植制度,以及秸秆粉碎技术,在保证玉米高产的同时,合理增加大豆种植面积,有效降低玉米连作带来的病虫害发生机率,合理解决大豆重迎茬问题;秸秆还田,改良土壤,还可以保证中国玉米、大豆的供应平衡,具有良好的经济、社会和生态效益。为此,文章根据东北地区黑土特性和发展状况,提出旱作区黑土保护利用措施和培育技术。

基于CWT-sCARS的东北旱作农田土壤有机质高光谱反演

精准高效获取不同类型土壤的有机质含量,对促进东北土壤退化防治和耕地质量提升有重要意义。本研究以东北旱作农田典型土壤类型为研究对象,采集了黑土、黑钙土、潮土和棕壤共118个土壤样品,采用倒数对数、一阶微分、连续统去除和连续小波变换分别对其光谱曲线进行预处理。通过稳定性竞争自适应重加权采样(sCARS)算法筛选敏感波段,并建立偏最小二乘回归模型。研究结果表明:连续小波变换处理可以抑制背景和噪声的干扰,挖掘土壤光谱内隐含的有效信息,提高土壤光谱与有机质含量的相关性。sCARS算法能够提取与土壤有机质相关的重要特征信息变量,去除冗余、重叠的光谱信息,提高建模效率。黑土、黑钙土、潮土和棕壤的最佳模型均为连续小波变换模型,R^(2)分别达到了0.83、0.88、0.93和0.93;一阶微分模型也有较好的表现,而倒数对数、连续统去除的模型效果不佳。连续小波变换处理后,模型的精度和稳定性得到了显著提升,建模集、验证集决定系数R^(2)最高提升了0.13、0.28,均方根误差(RMSE)最大降低了2.48、2.40 g/kg。连续小波变换结合sCARS算法,为土壤有机质含量的高光谱快速精准估测提供了新途径。