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基于物候与极端气候信息的耕地土壤有机碳空间分布预测研究

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土壤学报 2024年第3期61卷 648-661页

作者：周琪清赵小敏郭熙周洋江西农业大学国土资源与环境学院南昌330045 农业农村部鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室(江西农业大学) 南昌330045

土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)作为陆地生态系统中最大的碳库,在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图(Digital Soil Mapping,DSM)框架下,选择有... 详细信息

土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)作为陆地生态系统中最大的碳库,在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图(Digital Soil Mapping,DSM)框架下,选择有效的环境协变量是提高SOC空间预测精度的重要方法。以往遥感指数和气候变量通常使用某个时段或时点的(平均)值作为输入变量,而很少有研究将时间特性和事件用于土壤有机碳预测。因此,引入物候变量、极端气候变量弥补部分损失的地物信息和气候特征,探讨其对研究区耕地SOC空间变异的响应特性及预测SOC空间分布的可行性。以江西省上高县为研究区域,采用随机森林模型,选取遥感数据、DEM衍生变量、物候参数、气候特征因子等作为环境协变量引入模型中,并用普通克里格(Ordinary Kriging,OK)对模型结果进行残差修正,最后对比不同类型变量组合下模型的预测效果及预测精度。结果表明,时序变量、物候变量及极端气候变量能够改善模型的预测性能,并且残差作为误差项还能进一步提升模型的精度。结合时序变量、物候变量、极端气候变量、地形变量和残差的组合拥有最高的预测精度,相较于地形变量、遥感变量和气候变量的组合,将R2、MAE和RMSE提升了90.00%、58.95%和57.14%。变量贡献率分析显示,SU、a3和TXx是影响研究区耕地SOC分布的重要变量。因此,物候变量和极端气候变量具有较好的应用前景,未来还需验证极端气候变量作为环境变量在不同土地利用、大尺度研究区下预测土壤属性的有效性。

关键词：土壤有机碳数字土壤制图随机森林残差克里格物候极端气候

基于HRU的抚河上游地表径流对土地利用变化响应特征

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水文 2024年

作者：黄嘉伟黄宏胜张浩填卢鑫江西农业大学国土资源与环境学院江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室

为定量分析抚河上游地表径流对土地利用变化响应特征，以2005—2019年实测径流数据、气象数据和土地利用数据为基础构建SWAT模型，在HRU（水文响应单元）尺度分析地表径流对土地利用变化的响应规律。研究表明：（1）SWAT模型在抚河上游... 详细信息

为定量分析抚河上游地表径流对土地利用变化响应特征，以2005—2019年实测径流数据、气象数据和土地利用数据为基础构建SWAT模型，在HRU（水文响应单元）尺度分析地表径流对土地利用变化的响应规律。研究表明：（1）SWAT模型在抚河上游有较好的适用性；（2）2005—2019年抚河上游土地利用主要类型为林地和耕地，而建设用地扩张速度最快；（3）抚河上游土地日益细碎化，主要是林地和建设用地的面状扩张造成耕地破碎导致HRU数量增加；（4）抚河上游流域月地表径流系数与降雨量呈正相关，全年呈现先增加后下降趋势，由于耕地面积的减少和建设用地的扩张，抚河上游地表径流呈增加趋势；（5）2005—2019年4期土地利用现状下，不同土地利用类型的地表径流大小次序为建设用地>耕地>林地。

关键词：抚河上游 HRU 地表径流土地利用变化 SWAT模型

基于多源遥感特征融合与卷积神经网络(CNN)的丘陵地区水稻识别

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江苏农业学报 2024年第1期40卷 93-102页

作者：曾学亮郭熙钟亮吴俊江西农业大学国土资源与环境学院江西南昌330045 江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室江西南昌330045

为探究卷积神经网络(CNN)算法和多源遥感优选特征数据融合对丘陵地区水稻种植区的识别效果和适用性,以江西省上高县为研究区,利用Sentinel-2与GF-1遥感影像数据,对研究区晚稻种植区域进行识别。选取影像波段特征、植被指数、纹理特征及... 详细信息

为探究卷积神经网络(CNN)算法和多源遥感优选特征数据融合对丘陵地区水稻种植区的识别效果和适用性,以江西省上高县为研究区,利用Sentinel-2与GF-1遥感影像数据,对研究区晚稻种植区域进行识别。选取影像波段特征、植被指数、纹理特征及地形特征等分类特征,用分离阈值法(SEaTH)筛选出对各类别分离度较大的特征变量。基于Sentinel-2优选特征数据、GF-1优选特征数据、Sentinel-2与GF-1优选特征融合数据,使用CNN分类算法进行晚稻识别,同时用支持向量机(SVM)、最大似然法(MLC)分类算法进行对比。结果表明,Sentinel-2与GF-1优选特征融合数据在CNN分类算法下对水稻的识别效果最好,总体精度、Kappa系数分别为96.19%、0.93,结合野外调查数据进行验证,实际验证精度达94.69%。由研究结果可知,Sentinel-2与GF-1优选特征融合数据在CNN分类算法下对丘陵地区水稻识别具有较好的效果和适用性,是丘陵地区水稻遥感识别的有效手段。

关键词：水稻多源遥感数据卷积神经网络南方丘陵特征优选

昌江流域土地利用冲突时空演变及关键影响因子探析

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生态与农村环境学报 2024年第1期40卷 55-67页

作者：陈理庭蔡海生江西农业大学江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室江西南昌330045 江西农业大学富硒农业产业发展研究中心江西南昌330045

科学认知土地利用冲突的时空演变规律,揭示其关键影响因子的作用,对区域可持续发展具有重要意义。以水土资源矛盾明显的昌江流域为研究区,利用景观格局指数构建土地利用冲突量化模型,以反映流域内2000—2020年土地利用冲突空间位置及强... 详细信息

科学认知土地利用冲突的时空演变规律,揭示其关键影响因子的作用,对区域可持续发展具有重要意义。以水土资源矛盾明显的昌江流域为研究区,利用景观格局指数构建土地利用冲突量化模型,以反映流域内2000—2020年土地利用冲突空间位置及强度变化,应用随机森林模型评判重要影响因子,以偏依赖关系图刻画影响因子对土地利用冲突强度变化的边际响应。结果显示:(1)2000—2020年昌江流域土地利用冲突总体处于基本可控状态,且高冲突值呈环绕城区、沿河流水系两侧分布的特点,城乡交错带成为冲突发生的主要空间单元,流域内对水资源的竞争矛盾突出,整体冲突强度大小表现为中游>下游>上游。(2)在影响因子中,距主要道路距离、人口密度等社会人为干扰及年均降水量、距主要水系距离等水资源条件对土地利用冲突强度变化起关键作用。(3)各影响因子与土地利用冲突强度之间呈非线性响应关系,人口的集聚效应、自然本底的约束性等是造成非线性响应的重要原因。昌江流域需要合理制定水资源配置方案,同时严格控制社会经济发展过快带来的城乡用地矛盾。

关键词：土地利用冲突时空演变随机森林模型驱动因子昌江流域

基于改进地形分布指数的耕地土壤属性空间变异特性研究

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核农学报 2024年第8期38卷 1595-1604页

作者：周琪清赵小敏郭熙曾学亮江西农业大学国土资源与环境学院农业农村部鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室江西南昌330045

为解决现有地形位指数和地形位置指数因忽视地物在空间上的规律变化而造成的误差累积、异常值等问题,本研究基于地理学第一定律对地形分布指数模型进行加权修正,并利用改进后的地形位置指数进行半自动地形分类,从定性、定量角度分析地... 详细信息

为解决现有地形位指数和地形位置指数因忽视地物在空间上的规律变化而造成的误差累积、异常值等问题,本研究基于地理学第一定律对地形分布指数模型进行加权修正,并利用改进后的地形位置指数进行半自动地形分类,从定性、定量角度分析地形因子对耕地土壤属性空间变异的影响特性。结果表明,改进后的地形分布指数可显著改善现有地形指数的多峰与偏态问题;在与土壤有机质、速效钾含量的相关性分析中,改进地形分布指数普遍优于传统地形指数,其中与土壤有机质、速效钾含量相关性最高的指数分别是TPI_IDW(0.367)、TPI_RBF(0.277);与地形位置指数相比,基于改进地形位置指数的地形分类对细部信息的刻画更符合实际。研究区土壤有机质含量表现为中坡>下坡>山谷>山脊>平坡,速效钾含量表现为山脊>山谷>平坡>下坡>中坡。综上,改进地形分布指数具有一定的科学合理性。本研究结果为地形分类等其他相关领域研究提供了新思路。

关键词：土壤属性地形位指数地形位置指数地理学第一定律地形分类

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政府推广、社会网络与农户测土配方施肥技术采纳行为

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中国农业资源与区划 2024年第5期45卷 133-143页

作者：张馥林陈美球刘桃菊江西农业大学农村土地资源利用与保护研究中心南昌330045 江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室南昌330045

[目的]测土配方施肥作为一项国际公认的环境友好型技术,对于减少化肥投入、提高化肥利用率具有积极的现实意义。[方法]文章基于江西省1092份农户问卷调查数据,借助Probit模型和交互项研究法,探讨政府推广与社会网络二者对农户测土配方... 详细信息

[目的]测土配方施肥作为一项国际公认的环境友好型技术,对于减少化肥投入、提高化肥利用率具有积极的现实意义。[方法]文章基于江西省1092份农户问卷调查数据,借助Probit模型和交互项研究法,探讨政府推广与社会网络二者对农户测土配方施肥采纳行为的影响,利用社会乘数计算方法进一步分析社会乘数效应的异质性。[结果](1)政府推广与社会网络均对农户测土配方施肥技术采纳行为产生显著正向影响,农户技术采纳行为存在集体行动。(2)政府推广与社会网络具有双向放大作用,亲族网络、朋友圈网络均能强化了政府推广对农户测土配方施肥技术采纳行为的影响。(3)不同类型社会网络的社会乘数效应具有异质性,亲族网络社会乘数效应大于朋友圈网络,并且在政府推广介入社会网络后,亲族网络和朋友圈网络的社会乘数效应分别放大了1.326倍和1.208倍。[结论]为了促进测土配方施肥技术的推广与应用,应该完善政府推广模式,拓宽技术推广渠道,同时重视社会网络效应,建立稳定的局域网,发挥异质性社会网络的社会乘数效应。

关键词：政府推广社会网络社会乘数测土配方施肥技术农户

不同环境功能区大气颗粒物中水溶性有机碳的污染特征及其吸光性研究

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环境科学学报 2024年第4期44卷 252-262页

作者：丁润萍程振宇陆国繁彭琬钰韦玉贵幸娇萍叶清刘苑秋王燕江西农业大学鄱阳湖流域森林生态系统保护与修复国家林业和草原局重点实验室南昌330045 江西农业大学林学院南昌330045

为了探究不同环境功能区水溶性有机碳(WSOC)光学特性的差异及其影响因素,本研究采集了江西农业大学(城区)、南昌梅岭森林公园(郊区)和庐山风景区(背景点)的大气细颗粒物(PM_(2.5))样品.采用总有机碳分析仪和紫外可见分光光度计对WSOC浓... 详细信息

为了探究不同环境功能区水溶性有机碳(WSOC)光学特性的差异及其影响因素,本研究采集了江西农业大学(城区)、南昌梅岭森林公园(郊区)和庐山风景区(背景点)的大气细颗粒物(PM_(2.5))样品.采用总有机碳分析仪和紫外可见分光光度计对WSOC浓度及吸光系数(Abs_(365))、质量吸收效率(MAE_(365))和吸收波长指数(AAE)进行测量与估算.结果表明,城区、郊区和背景点均存在不同程度的PM_(2.5)污染,浓度水平呈城区>郊区>背景点的趋势.WSOC浓度水平呈郊区>城区>背景点的趋势,郊区和城区WSOC浓度与PM_(2.5)浓度有显著的相关性,而背景点没有显著相关性,说明城区和郊区的WSOC与PM_(2.5)颗粒物来源更具有同源性.WSOC的Abs_(365)呈城区>郊区>背景点的特点,3个观测点WSOC均存在一定量的吸光性物质,且城区的WSOC含有更多的吸光性物质.WSOC的MAE_(365)呈城区>背景点≈郊区的特点,说明城区的WSOC中有更强吸光性物质.郊区和背景点WSOC的MAE_(365)值相近,说明虽然背景点WSOC中含有较少的吸光性物质,但其含有的吸光性物质具有更强的吸光能力.3个观测点WSOC的AAE值接近,但分布范围有所不同.郊区的AAE值变化范围较大,WSOC的来源可能更为复杂.城区和背景点的AAE分布在4.7~7.0水平的占比较大,说明二次有机气溶胶(SOA)可能是城区和背景点WSOC的主要来源.WSOC的Abs_(365)与WSOC含量有关,随污染程度增加而增加.而WSOC的MAE_(365)与WSOC含量和Abs_(365)大小无关,高污染水平下不一定具有高MAE_(365).高污染水平下WSOC的吸光性更倾向于短波长,且污染水平越高,WSOC的Abs、MAE的波长依赖性越强.

关键词： PM_(2.5) 水溶性有机碳(WSOC) 光学特性不同环境功能区

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长江流域生态环境质量时空演变与驱动因素分析

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长江流域资源与环境 2024年

作者：王锐婕王伦澈戴崴巍曹茜牛自耕中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院中国地质大学(武汉)区域生态过程与环境演变湖北省重点实验室江西农业大学国土资源与环境学院江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室

长江流域在我国生态安全格局与社会经济发展中具有重要的战略地位。然而，目前长江流域生态环境质量的长时序监测研究相对缺乏，其影响因素尚不明确。为探讨长江流域1990-2020年生态环境质量时空变化及其驱动因素，本文利用谷歌地球引擎... 详细信息

长江流域在我国生态安全格局与社会经济发展中具有重要的战略地位。然而，目前长江流域生态环境质量的长时序监测研究相对缺乏，其影响因素尚不明确。为探讨长江流域1990-2020年生态环境质量时空变化及其驱动因素，本文利用谷歌地球引擎（Google Earth Engine， GEE），选择1990-2020年生长季（5-9月）的Landsat遥感影像，计算遥感生态指数（Remote Sensing Ecological Index， RSEI），并利用地理探测器进行驱动因素分析。研究结果表明：（1）湿度、绿度、干度、热度四个指标在第一主成分上的平均贡献率为85.49%，RSEI的平均相关度高于其他单一指标，验证了长江流域根据第一主成分构建RESI的可行性。（2）1990-2020年，长江流域生态环境质量整体维持在良好水平，呈现先下降后上升的缓慢增加趋势，中下游生态质量普遍高于上游，南部高于北部。1990-2005年，轻度恶化区域较为分散，2005-2020年轻度改善区主要聚集在金沙江流域、洞庭湖流域和鄱阳湖流域，基本不变区域主要分布在中部地区。（3）影响长江流域生态环境质量的主要驱动因素是海拔高度、平均气温和年降水量；多因子探测结果表明各因素之间的相互作用呈现协同增强效应。（4）不同的土地利用类型中，林地的RSEI均值最高，裸地最低。县域尺度上林地占比和RSEI的相关度最高，且对RSEI有正向影响，平均相关度为0.69；不透水面占比、人口密度和经济密度对RSEI有负向影响，平均相关度分别为-0.39、-0.43、-0.45。这一研究结果为长江流域的生态环境保护与发展提供重要的理论和技术支撑，对生态文明建设具有重要意义。

关键词：长江流域遥感生态指数生态环境质量评价演变特征地理探测器

初植和补植阔叶树对红壤丘陵区湿地松养分获取和转运的影响

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林业科学 2024年第1期60卷 47-57页

作者：夏成康林勇兰勇吴高洋王晟楠陈伏生江西农业大学林学院江西省森林培育重点实验室南昌330045 江西农业大学鄱阳湖流域森林生态系统保护与修复国家林业和草原局重点实验室南昌330045 江西官山国家级自然保护区管理局宜丰336300 江西省森林资源监测中心南昌330045

【目的】探究初植(同龄混植)和补植(异龄混植)阔叶树对湿地松养分获取和利用策略的影响,为湿地松林的科学管理提供参考。【方法】以种植于我国亚热带红壤丘陵区的湿地松林为对象,基于长期单种和混交试验平台,分别在林龄30年且立地条件... 详细信息

【目的】探究初植(同龄混植)和补植(异龄混植)阔叶树对湿地松养分获取和利用策略的影响,为湿地松林的科学管理提供参考。【方法】以种植于我国亚热带红壤丘陵区的湿地松林为对象,基于长期单种和混交试验平台,分别在林龄30年且立地条件相似的湿地松纯林、湿地松-木荷初植混交林、湿地松-木荷补植混交林(补植木荷14年)中构建5块20 m×20 m标准样地(共15块样地),采集湿地松标准木的根际土壤、细根、枝、新鲜叶和凋落叶样品,测定土壤和植物各器官的氮(N)、磷(P)含量,评估不同混交模式对根养分捕获能力、叶养分回收和树木养分转运的影响,揭示养分获取策略变化的驱动因素。【结果】混交阔叶树显著提高湿地松根际土壤的NH_4~+-N和矿质氮含量(P0.05);整体看,混交阔叶树提高湿地松各器官的N、P含量,其中初植混交效应比补植好。与纯林相比,初植混交林中湿地松根氮和磷捕获能力分别显著提高14.04%和46.16%,叶氮回收效率显著降低6.07%,磷回收效率显著提高15.49%。尽管补植阔叶树降低根养分捕获成本,但阔叶树根系抑制湿地松根系的养分捕获能力,导致补植混交林中湿地松根养分捕获能力和叶养分回收效率均无显著变化。此外,与纯林相比,初植混交林中湿地松运输根向枝、叶的N转运分别提高36.05%和15.61%,P转运分别降低35.13%和36.52%;补植混交林中N转运无显著变化,但运输根向枝、叶的P转运比在纯林分别降低53.21%和40.17%。【结论】混交阔叶树提高红壤丘陵区湿地松根际土壤和植株各器官的养分含量,改变湿地松养分获取策略,其中初植比补植更能促进湿地松的养分获取和利用。此外,养分在植物体内的转运过程可被检测,且反映根捕获和叶回收的权衡关系。

关键词：针阔混交林根捕获叶养分回收养分获取策略木荷

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