基于最小数据集权重(MDS)的稀土土壤质量评价研究

为研究稀土矿区周边土壤质量状况以及稀土元素的迁移效果,以赣州市定南某稀土矿区周边土壤和植物为研究对象,分别研究了稀土元素在当地土壤稀土背景浓度下的迁移能力以及在稀土地球化学背景值下的综合迁移能力。结果表明:镝的迁移效果最好;单位质量植物的迁移效果研究中,稀土元素向栀子花的迁移效果最好。同时,利用主成分分析对测定的土壤指标进行筛选,构建最小数据集,从而计算得到全数据集土壤质量指数(SQI-T)、重要数据集土壤质量指数(SQI-I)和最小数据集土壤质量指数(SQI-M)。根据得到的SQI-T与SQI-M相关性分析,检验最小数据集权重(MDS)的合理性,最终结果显示MDS在土壤评价上有较良好的应用潜力。

结合最小数据集和改进灰色-TOPSIS的全国耕地土壤质量评价及影响因素研究

探究耕地土壤质量的空间分布及影响因素,为指导农户行为及促进农业生态可持续发展提供理论依据,基于中国土壤数据集(HWSD V2.1),利用主成分分析构建耕地土壤质量评价的最小数据集,结合灰色-TOPSIS多目标评价模型,对全国(港澳台除外)耕地土壤质量进行评价,运用地理探测器探索外部因子(年平均降水、年平均温度、人口密度和GDP)对耕地土壤质量的影响程度。结果表明:(1)最小数据集能有效减少指标体系之间的相关性,改进灰色-TOPSIS方法一定程度上提高耕地土壤质量评估的准确性;(2)根据耕地土壤质量评价结果,将耕地质量分为5个等级,从全国范围来看,长江中下游区、华南区耕地土壤质量较好,而黄土高原区、青藏高原区、内蒙古高原区耕地土壤质量则较差;(3)从地理探测器结果来看,年平均温度与年平均降水量共同对耕地土壤质量的解释程度大的省份共有20个,远远大于其他两两因子共同对耕地土壤的解释程度,2个因素交互作用效果大于单因子对耕地土壤质量的影响。综上,年平均降水量和年平均温度是影响耕地土壤综合质量的主要因素。

基于最小数据集与LESA体系的县域耕地质量评价

建立科学合理的县域耕地质量评价体系对快速准确摸清耕地质量家底和建立耕地保护分区具有重要指导意义。该研究基于主成分分析法建立最小数据集精选指标,构建土地评价与立地条件分析(land evaluation and site assessment,LESA)体系,开展耕地质量综合评价,分析耕地质量区域分布特征及差异性特征并划定耕地保护分区。结果表明:(1)自然质量指标最小数据集由砂粒、有机质、全钾、有效磷、pH值、综合污染指数、耕层质地、容重、阳离子交换量组成,立地环境指标最小数据集包括排水条件、连片度、生态兼容性、河流距离、路网密度、灌溉能力、农田林网化率、耕地利用类型。(2)采用LESA评价模型计算耕地自然质量指数及立地环境指数,确定LESA体系为FLESA=0.5FLE+0.5FSA(FSA、FLE、FLESA分别为耕地立地环境条件、自然质量条件和综合分值),采样点综合评分为51.517~81.838。综合比选各插值误差检验结果后采用普通克里金法进行耕地质量结果空间插值,评价单元耕地质量综合评分为52.148~79.624。(3)铁岭县耕地资源可划分为5个等级区:1级区划分为永久基本农田核心保护区,占比20.52%;2级区划分为耕地自然地力条件重点治理区,占比36.79%;3级区和4级区耕地土壤和立地条件均存在多样性的限制因素,可划分为耕地综合整治区,占比36.33%;5级区划分为耕地生态自然保育区,占比6.36%。(4)经计算基于最小数据集与LESA相结合的评价结果有效系数为0.615,相对偏差系数为0.009,说明该体系耕地质量评价结果准确,可信度较高。该研究成果简化了县域耕地质量评价指标体系,量化了自然质量与立地条件协同关系,为开展耕地质量提升和保护利用提供了理论和方法依据。

基于最小数据集的保山市植烟土壤质量评价与障碍诊断

【目的】通过分析保山市5个县(市、区)植烟土壤质量特征,明确制约土壤质量的主要障碍因子,为区域性植烟土壤障碍治理技术研发、养分管理和优质烤烟生产提供科学依据。【方法】采集保山市5县(市、区)24个乡(镇)72个村的植烟土壤样品,选取pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、土壤容重、田间持水量、蔗糖酶和脲酶等12项指标作为总数据集(TDS),通过构建评价指标最小数据集(MDS),计算土壤质量指数;采用障碍因子诊断模型,分析主要障碍因子。【结果】12项指标经K-S检验,均服从正态分布,进入总数据集(TDS)。经主成分分析筛选,有机质、全磷、碱解氮、有效磷、土壤容重和蔗糖酶等6项指标进入最小数据集(MDS)。土壤质量指数(SQI)的MDS-SQI与TDS-SQI呈极显著正相关关系,最小数据集可代替总数据集对保山市植烟区土壤质量进行评价。施甸县、昌宁县、隆阳区、龙陵县和腾冲市的MDS-SQI土壤质量指数分别为0.681、0.668、0.665、0.626和0.579。障碍度分析表明,保山市各县(市、区)植烟土壤主要障碍因子为田间持水量(平均障碍度0.251)、碱解氮(平均障碍度0.196)、pH(平均障碍度0.142)和有机质(平均障碍度0.110)。【结论】建立的土壤质量评价最小数据集具有一定的代表性和准确性,可以对土壤质量和障碍因子进行评价和诊断。

基于最小数据集的典型绿洲农田土壤质量评价

【目的】基于最小数据集对新疆莫索湾灌区农田土壤质量进行评价。【方法】利用GPS定位和随机均匀抽样的方式采集新疆莫索湾灌区内共50个土壤样品,测定土壤有机质、速效磷、速效钾、碱解氮、pH值、EC、K^(+)、Ca^(2+)、Na^(+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)共13项指标,采用主成分分析和聚类分析分别构建最小数据集,基于土壤综合指数法对新疆莫索湾灌区农田土壤质量进行评价,并比较主成分分析和聚类分析得出的结果与灌区土壤实际条件的符合程度。【结果】莫索湾灌区农田土壤有机质量较少,碱解氮量较低,速效磷量和速效钾量较为丰富但分布不均;盐分空间分布差异大,土壤盐碱化程度高。大部分土壤质量处于中等偏下水平,且土壤质量差异较大。主成分分析法得出的评价结果更符合莫索湾灌区土壤质量的实际条件。【结论】新疆莫索湾灌区土壤质量水平总体较差,采用不同分析方法对其进行评价,主成分分析法最合理,聚类分析法次之。

基于最小数据集沂蒙山区不同治理模式下的土壤质量评价

沂蒙山区是北方土石山区水土流失治理重点区域,定量评价不同治理模式下的土壤质量,进而优选适宜的生态恢复措施,是推进沂蒙山区生态环境建设的关键。以沂蒙山区4种治理模式(乔草混交、土坎梯田+果树种植、撂荒、封禁植草)为研究对象,基于主成分分析、相关性分析和Norm值计算,对土壤养分、孔隙、水分、容重4类9项土壤属性指标进行筛选,构建土壤质量评价最小数据集。结果表明:(1)治理模式对土壤理化性质具有明显影响,硝态氮属于极敏感指标,全氮为高度敏感指标,而有机质、全磷、无机磷、田间持水量与饱和含水量属中度敏感指标,土壤容重为低度敏感指标;(2)影响沂蒙山区土壤质量的最小数据集指标包括全氮、土壤孔隙度、容重,经总数据集验证所构建的最小数据集可体现沂蒙山区土壤质量有效信息、准确性较高;(3)沂蒙山区不同治理模式下土壤质量指数介于0.41~0.53,土壤质量属于中等水平,且0—5 cm和5—10 cm土层的土壤质量指数较10—20 cm分别增加136.20%和37.60%。土壤质量表现为乔草混交>土坎梯田+果树种植>撂荒>封禁植草。综上,在水土流失严重、土壤较为贫瘠的沂蒙山区,生态恢复措施应以乔草混交模式为主。

基于最小数据集的宁都县不同整地方式下果园土壤质量评价

为探究不同整地措施下梯田果园土壤质量的变化,以赣南宁都县小洋小流域脐橙果园开发示范区内的3种典型坡面(优化整地T y、传统整地T c、撂荒地CK)为研究对象,采用主成分分析法(principal component analysis,PCA)筛选最小数据集指标,对该地区土壤质量进行评价。结果表明:(1)由全量数据集(total data set,TDS)和最小数据数据集(minimum data set,MDS)计算的土壤质量指数存在显著正相关关系,R^(2)=0.604,表明MDS可以代替TDS对宁都县脐橙果园开发示范区进行土壤质量评价;(2)3种典型坡面的土壤质量指数(soil quality index,SQI)表现为优化整地(SQI=0.477)>撂荒地(SQI=0.436)>传统整地(SQI=0.220),其中T y与CK之间无显著差异,T y的SQI相较于T c提升1.16倍,表明优化整地措施下土壤质量有显著提升;(3)果园不同土层总体表现为表层(0—10 cm)土壤质量指数大于深层(10—20 cm)土壤,通过土壤质量指数分级发现,优化整地梯田和撂荒地土壤质量优于传统整地。研究结果可以为我国红壤丘陵区的坡地资源利用管理以及梯田修建后水土保持措施布设提供科学依据。

基于最小数据集的黄土高原半干旱区苜蓿地土壤质量评价

通过评价不同种植年限苜蓿地土壤质量变化,可为紫花苜蓿人工草地的可持续利用和适宜种植年限的确定提供理论依据。本文以黄土高原半干旱区不同种植年限的苜蓿地为研究对象,农田为对照,测定了耕层土壤物理、化学和生物学性质的21个指标,作为全数据集(Total data set,TDS)进行描述性特征分析,并通过主成分分析、相关性分析和Norm值计算构建了土壤质量评价最小数据集(Minimum data set,MDS),运用加权综合指数法开展土壤质量评价。结果表明,长期种植苜蓿会提高土壤有机碳、全氮和可溶性碳含量,但降低了土壤水分和速效磷含量。构建的MDS包括土壤容重、全氮、速效磷、脲酶、真菌Shannon指数和真菌Chao指数;全数据集土壤质量指数(TDS-Soil quality index,TDS-SQI)与最小数据集土壤质量指数(MDS-Soil quality index,MDS-SQI)均表现为L2012>L2003>农田>L2019,且两种评价体系结果呈显著正相关(R^(2)=0.599,P<0.05),表明采用最小数据集评价苜蓿地土壤质量是可行的。土壤速效磷和全氮是影响黄土高原半干旱区苜蓿地土壤质量的主要障碍因子,可通过适当施用氮、磷肥及轮作促进区域紫花苜蓿人工草地的可持续利用。

基于最小数据集的周至地区土壤重金属地球化学特征及成因分析

周至县是陕西省乃至全国的猕猴桃主产区之一,为了查明周至地区土壤重金属地球化学特征及其成因,采集了周至地区8个典型农用田中226件土壤样品,分析测试了Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr、As、Hg、Sn、Co、Mn、V和Fe含量,通过地球化学数据分析、主成分分析、Norm值计算,构建由Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr和As组成的最小数据集对周至地区土壤重金属生态风险进行评价,并分析了其成因。结果显示,最小数据集7种重金属的单因子污染指数和综合污染指数值均小于1,潜在生态风险指数为30.90,说明研究区土壤重金属于安全级别。通过相关性分析及主成分分析认为,第1主成分包括Cu、Ni、Cr、Co、Mn和V,其含量与地质背景密切相关;第2主成分包括Pb、Zn和Cd,主要受人为活动影响;第3主成分是As、Sn和Hg,可能受土壤组成的影响或者人为活动的影响。

基于最小数据集的宜章植烟土壤综合肥力评价

采用主成分分析和相关性分析方法,构建了由土壤有机质、全磷、pH值、交换性钙、有效钼、有效锰、有效硫、水溶性氯等组成土壤肥力评价的最小数据集(MDS),综合分析了湖南宜章烤烟产值与土壤质量的关系,探究了制约烤烟产质量的土壤因素,并提出了土壤保育和肥力提升技术措施。结果表明,全数据集的土壤肥力指数(TDS-IFI)与最小数据集的土壤肥力指数(MDS-IFI)之间呈显著正相关,R2达到0.6332。TDS-IFI介于0.451~0.756之间,均值为0.591;MDS-IFI介于0.444~0.734之间,均值为0.565,表明宜章烤烟区的土壤肥力属于中等。土壤pH值偏中性和弱碱性,有机质和碱解氮含量相对较高,有效铜、有效铁和水溶性氯含量较适宜,而有效硫和有效锰含量较低。

基于最小数据集的黄淮海旱作区耕层土壤质量评价及障碍分析

为探究黄淮海旱作区耕层土壤质量特征,基于土壤物理、化学及剖面特征,建立黄淮海旱作区耕层土壤质量评价指标体系,运用主成分分析法构建耕层质量评价指标的最小数据集(minimum data set,MDS),结合障碍因子诊断模型揭示黄淮海旱作区耕层土壤质量特征及其障碍因素。结果表明:1)研究区耕层土壤质量评价最小数据集由土壤有机质、土壤阳离子交换量、土壤pH、耕作层厚度、耕作层穿透阻力和耕作层压实度构成,基于最小数据集和全指标数据集的耕层土壤质量指数间显著正相关(R2=0.61,P<0.05),Nash有效系数和相对偏差系数分别为0.601和0.181,表明最小数据集的指标能够代替全部数据集指标对黄淮海旱作区耕层质量进行评价;2)研究区耕层土壤质量总体处于中等水平,质量指数为0.25~0.61;适宜耕层各项指标如下:耕作层厚度不小于17.20 cm,耕作层穿透阻力不大于896.10 kPa,耕作层土壤压实度不大于78.01%,pH值为8.01~9.37,有机质不小于17.87 g/kg,阳离子交换量不小于21.13 cmol/kg;3)黄淮海旱作区存在明显的障碍类型,耕层障碍可分为薄化紧实与养分贫瘠障碍耕层、养分贫瘠耕层、土壤紧实型耕层3类。其中有机质含量低、阳离子交换量低、耕作层压实度过高是黄淮海旱作区耕层质量主要障碍。研究为黄淮海旱作区耕层土壤质量提升和改善提供理论支撑。

基于低频采集数据的城市道路车辆轨迹重构

在进行城市道路交通流量调查及部分重要路网节点、交叉口交通数据采集时,采用低频数据收集方式会使车辆轨迹匹配精度低、交通流量数据误差大。通过研究隐式马尔可夫理论及最小费用最大流模型,提出一种车辆轨迹重构方法。该方法利用多源数据融合技术以及地理信息定位匹配技术,对无检测器路段缺失的各项交通基础数据进行合理的演进推算,为车辆轨迹重构研究提供重要的数据支撑。利用成都市某区域出租车的高频轨迹点位数据集进行验证。结果表明,利用车辆低频轨迹点位进行轨迹重构的完全覆盖率达到了89.4%,验证了所提出的车辆轨迹重构方法的有效性及可行性。

养老机构长期护理信息系统最小数据集的构建

目的构建适用于我国的养老机构长期护理信息系统最小数据集。方法通过文献研究、实地观察和访谈、护理记录内容分析等多种方式提取数据元,初拟养老机构长期护理信息系统最小数据集。采用德尔菲法,选取23名专家进行2轮专家咨询确定数据集的结构和内容。结果2轮专家咨询的有效问卷回收率分别为81%(26/32)和88%(23/26),专家权威系数分别为0.90和0.88,专家协调系数均具有统计学意义(P<0.001)。最终确定养老机构长期护理信息系统最小数据集包含255个数据元,其中基本信息包括5类60个数据元,护理诊断包括6类69个数据元,护理措施包括8类62个数据元,护理结局包括7类64个数据元。结论本研究构建了一个覆盖护理程序步骤和护理范围的养老机构长期护理信息系统最小数据集,为养老机构长期护理服务的专业化和信息化建设提供参考。

基于最小数据集的江淮丘陵区土壤质量综合评价

土壤具有维持植物与环境之间养分平衡的作用,土壤质量评价已经成为衡量植被生长和人类生活状况的重要依据。为了探究江淮丘陵区的土壤质量情况,本文主要利用经典统计方法、地统计方法和GIS技术,分析了江淮丘陵区土壤质量各项指标的均值与变化范围。运用土壤质量指标全集和最小数据集评价土壤质量,计算得到的基于指标全集的土壤质量指数平均值为0.423,范围在0.252~0.666。通过主成分分析法,最小数据集筛选出包括全氮、全磷、pH和孔隙度等4个指标,计算得到基于最小数据集的土壤质量指数平均值为0.539,变化范围在0.135~0.793。相关性分析显示,2种评价结果有较好的相关性,评价结果一致表明江淮丘陵区内的土壤质量以低水平和较低水平为主。

复垦复耕补充耕地质量评价指标最小数据集构建

复垦复耕补充耕地来源多样,通常斑块较小,且前期利用情况不清。构建科学合理且独立的质量评价指标来真实反映耕地质量状况,关乎到复垦复耕补充耕地可持续高效利用与粮食安全。第三次全国国土调查后各地涌现了大量补充耕地,当前复垦复耕补充耕地质量评价刚起步,内涵难以界定、评价标准尚未形成。从农业生产属性出发,以北京市平谷区28个复垦复耕补充耕地地块为评价单元,基于野外调查和室内检测,通过相关性分析、主成分分析方法对评价指标筛选,构建复垦复耕补充耕地质量评价指标最小数据集并对地块进行耕地质量评价,与全指标体系对比分析加以验证。结果表明:复垦复耕补充耕地质量相对较差,不同来源补充耕地的有机质、有效磷、速效钾和CEC无显著差异,其他草地和城镇住宅用地土壤的pH显著高于果园。构建了涵盖立地条件、土壤化学性状、土壤物理性状、土壤管理以及土壤清洁度复垦复耕补充耕地质量评价的最小指标体系。对比验证分析显示,评价结果相近,决定系数可达0.78。建立的最小数据集能够较为真实反映耕地质量状况,可为复垦复耕补充耕地质量合理评价提供方法指导。

基于最小生成树的不平衡数据集聚类算法

采用传统不平衡数据集聚类算法直接对数据集编码树进行构建,而未对数据集密度特征进行提取,造成传统算法数据聚类效果差,因此提出了基于最小生成树的不平衡数据集聚类算法。先利用数据区域密度的敏感性,提取数据密度特征,再利用提取的数据集密度特征构建编码树,并计算不平衡聚类状态下的数据集,最后基于最小生成树实现不平衡数据集聚类。设计对比实验,实验结果表明该研究算法聚类效果最好,具有研究价值。

基于最小数据集的杜蒙盐碱地修复土壤质量评价

土壤盐碱化已经成为制约松嫩平原区域可持续发展的主要因素。有机物料改良盐碱土可以减少表层盐分的积累,改善土壤结构,提高土壤质量。本研究以松嫩平原退化盐碱地为研究对象,选取四种有机物料施加于盐碱土,基于pH、电导率和水溶性盐等15项土壤理化指标,通过主成分分析法筛选建立最小数据集,构建土壤质量指数定量评价其土壤质量。结果表明:(1)影响研究区土壤质量的最小数据集指标为Na+、含水率、铵态氮、水溶性盐;(2)生长季的采样地土壤质量指数SQI依次为CN(0.452)>N(0.396)>SDN(0.374)>SNB(0.363)>CK(0.293),Na+和含水率是影响采样地处理组土壤质量的主要因素;(3)施加氨化秸秆处理组整体改良效果最好,显著降低土壤Na+和水溶性盐含量,提高土壤含水率。研究结果对修复改良松嫩平原盐碱地、遏制土壤盐渍化的加重具有重要意义。

基于一致性Hash的电力企业MDS集群高质量元数据管理模型

本文基于一致性Hash设计了电力企业动态化MDS集群高质量元数据管理模型。首先详细分析一致性Hash算法,其次设计数据集成化元数据框架,再次构建一致性Hash集群数据管理模型,最后进行实验验证。实验结果表明,此模型不仅可提高元数据分布均衡性,还可基于备份结点策略保留MDS失效数据信息,同时利用数据延迟处理方式促使集群变化数据迁移量减少,从而实现数据存储的元数据优化管理与扩展。

基于最小数据集的吉林省黑土耕层土壤质量评价

黑土作为吉林中部平原粮食主产区主要土壤类型,其质量的优劣直接影响区域生态安全和农业可持续发展。该研究以吉林省典型黑土耕层土壤作为研究对象,采集1401个土壤样本,测定8项土壤理化指标及玉米产量。采用最小数据集法筛选评价指标,对于黑土耕层土壤进行质量评价,并综合土壤质量指数和产量提出评价指标的适宜范围。结果表明:吉林省黑土耕层土壤质量评价最小数据集由耕层容重、有机质、速效磷、pH构成,由全量数据集(Total Data Set,TDS)、重要数据集(Important Data Set,IDS)和最小数据集(Minimum Data Set,MDS)分别计算的土壤质量指数之间存在显著正相关关系,R^(2)分别为0.716、0.771,表明MDS可以替代TDS对黑土耕层土壤质量进行评价。黑土玉米种植区耕层土壤质量指数分布在0.22~0.75之间,均值为0.53,呈现东部高西部低的趋势。土壤质量指数随产量先增加后降低。黑土耕层保持较高土壤质量及产量的评价指标适宜范围分别为:容重为1.23~1.43 g/cm^(3),酸碱度(pH值)为4.74~6.96,有机质为33.14~35.81 g/kg,有效磷为122.46~136.06 mg/kg。该研究结果可为吉林省黑土耕层土壤质量诊断、提高黑土肥力及选择适合农田管理措施提供理论及参数支撑。

基于土壤特征和土地利用变化的土壤质量评价最小数据集确定

进行土壤质量评价前,必须先从大量土壤理化、生物学参数中严格选取对土壤质量敏感的评价参数最小数据集(MDS)。考虑到目前经济转型期我国剧烈的土地利用变化对各种土壤过程的深刻影响,通过以下3步选取土壤质量评价MDS:通过主成分分析(PCA)计算各土壤参数在所有特征值≥1的主成分上的综合荷载;通过多变量方差分析定量了土地利用变化对各土壤参数的贡献;通过均值多重比较确定了土地利用年限对土壤性质的定量影响。最后经过线性变换、分组、相关分析检验等过程,得到一个能最大限度的代表所有候选土壤参数而又尽可能少的损失这些候选参数所包含的土壤质量信息的最小数据集。该土壤质量评价MDS因子选取方法能很好地整合土地利用变化的综合定量影响,同时具有很好的灵活性、可扩展性并能外推到其它地区。通过将该方法分别应用在1985年及2004年采样分析的两套数据各12个土壤候选参数集上,得到了各包含6个因子的MDS及其在20a尺度上的变化规律,发现MDS因子略有不同,但变化不大。