基于多模型优选的区域土壤重金属含量空间预测方法研究

土壤重金属含量空间预测研究对实现区域土壤资源的优化利用以及土壤环境的保护和污染防治具有重要意义。以江苏省常州市金坛区为例,基于源、汇和空间分异因子,利用BP神经网络(back-propagation network)建模方法,分别构建了源汇模型(BP-S)、空间分异模型(BP-K)和改进的多因素综合模型(BP-SK),模拟预测了区域土壤重金属Cd、Pb、Cr、Cu和Zn含量的空间分布,并对各模型预测精度进行对比分析。针对不同模型在不同区域和元素间预测精度的差异,优选出预测精度最高的模型组合,以此探求区域重金属含量空间分布最优预测结果。结果表明:(1)BP-SK模型对Cd、Cr、Cu和Zn含量预测精度均高于BP-S和BP-K模型,仅在对Pb含量的预测中BP-S、BP-K模型精度高于BP-SK模型,BP-SK模型比其他模型更能突出局部特征,包含的信息更丰富。(2)优选后最优模型预测精度较原单一模型均有不同程度的提高,对Cd、Pb、Cr、Cu和Zn含量的预测精度分别提高15.15%、20.71%、19.19%、1.75%和9.24%。(3)各模型对Cd、Pb、Cr、Cu和Zn含量的空间预测高值区均位于区域中部和东北部,低值区位于西部丘陵山区,BP-SK模型在人为影响剧烈的地区预测效果更好,而BP-K模型在自然因素影响较大的丘陵山地区的适用性更好。     

黄淮海地区干湿状况的时空分异研究

干旱作为自然灾害的一种,对人类社会、经济的发展构成严重威胁,如何准确的监测干旱的发生发展是开展抗旱减灾工作的关键.目前学者们多选用众多的指标来指示干旱,SPI标准降水指数作为其中的一种,是以更符合实际情况的Г分布概率来描述降水量的变化.其计算过程简单,具有较强的时空适应性,因而得到广泛应用.本文选取黄淮海平原区作为研究区域,以长时间尺度(本文选取12个月与36个月)的月值SPI来表征研究区域在1961-2000年这段历史时期内干湿状况的变化,从时间和空间两个角度研究长时间尺度的SPI值在指示地表干湿状况的效用,研究分析研究区域内干湿状况的时空分异,探索其成因,得出以下初步结论:研究区内2000年偏干旱的区域面积较1963年有所增大,与此同时,极端情况相对较少;除呼和浩特与郑州外,研究区域内有相当大面积的区域呈现偏干趋向,主要位于呼和浩特与郑州之间的大范围区域,推测区域的这种总体偏干旱的趋势可能是区域对全球变暖的响应.时间序列分析结果表明:在1961-2000年这段历史时期内呼和浩特与太原站出现的极端干旱的情况相对要多一些,北京次之,郑州最少;各站点的SPI值在时间序列上变化存在巨大差异,其主导因素是它们的纬度位置.     

中国农业碳排放拐点变动及时空分异研究

与基于总量或人均指标衡量经济增长与环境质量相比,以播种面积作为测算指标揭示农业经济增长与农业环境质量之间的关系,既便于年度间纵向对比,又消除了复种指数影响,使得研究更具操作性和公平性。以农业碳排放强度作为碳排放指标、以农业经济强度作为经济增长指标,对中国农业碳排放进行EKC检验,在此基础上对农业碳排放拐点变动及时空分异进行实证分析。结果表明:1从长期来看,中国农业碳排放强度与农业经济强度之间存在"倒N型"EKC关系且存在双拐点,其临界值分别为15 167元/hm2和27 647元/hm2。2012年,我国农业经济强度为28 725元/hm2,已超出高拐点临界值(27 647元/hm2),这意味着伴随我国农业经济的进一步发展,农业碳排放强度将呈现下降趋势。2从空间分布来看,有18个省(区、市)农业经济强度超过高拐点值,包括北京、福建、海南、浙江、广东、上海、天津、江苏、辽宁、山东、陕西、河北、新疆、湖南、湖北、四川、广西、河南等,主要为东部沿海省份以及中西部部分农业较为发达的省份。这18个省(区、市)农业碳排放量将随其农业经济的发展而逐渐下降。其余13个省(区、市)则低于拐点值,均分布于我国中西部地区。3从时间路径来看,对于未抵达拐点的13个省(区、市)而言,各自农业碳排放EKC拐点存在明显差异,甘肃、重庆、吉林、青海在未来5年内可达到EKC拐点;宁夏、安徽、黑龙江、陕西在未来6-10年内可达到EKC拐点;西藏、内蒙古、江西、云南、贵州则分别需要12年、14年、21年、23年、32年才有可能抵达EKC拐点。     

中国经济增长与能源消耗的脱钩——东部地区的时空分异研究

工业时代的经济增长是以大量消耗能源为代价的,直接导致环境污染和资源枯竭。将经济增速与环境压力脱钩的同时,实现将人类福祉与资源消耗的脱钩,是实现绿色可持续发展的焦点问题。采用Tapio基本模型构建中国能源消耗与经济增长的脱钩模型,将1979-2014年的脱钩指数划分为8种脱钩类型。结果说明,绝对而稳态的脱钩是不存在的。虽然大部分年份的中国处于弱脱钩状态,但长时间尺度上,经济增长与能源消耗存在"连接-脱钩-复钩-再脱钩"的动态反复过程。以中国东部地区10省份为例,研究脱钩指数变化的趋势和时间分异情况。结果显示,进入21世纪后该地区复钩的可能性不断增加,特别在经济增速趋缓的背景下,需要警惕以能源消耗驱动经济发展的模式重现。计算并比较脱钩指数的5年均值,研究中国东部地区脱钩的空间分异情况。结果表明,经济增长与能源消耗是否脱钩与宏观政策的调整密切相关。不断提高利用效率以减少能源消耗总量,保持弱脱钩是中国经济发展与能源消耗关系的常态。     

重庆市农用地整治项目时空分异特征研究

以2002~2013年重庆市农用地整治项目数据为基础,采用数理统计法和重心模型法,对12 a间重庆市农用地整治项目的时空分异特征进行研究。得出以下结论:1重庆市农用地整治项目主要分布在城市发展新区和渝东北生态涵养发展区。项目平均规模受地形影响较大,项目平均投资额与项目区区位条件、地形条件、现代农业发展方向、生态文明建设等因素有关。2项目数量、项目规模及项目投资额的重心移动均在经度和纬度方向呈现波动变化,但基本集中在全市的中部位置,全市农用地整治项目的空间分布具有一定的地域均衡性。项目重心整体呈向东北方向移动的趋势,重心移动的方向和距离受政策因素影响明显。3根据项目数量、项目规模和项目投资额的重心点及其移动轨迹可以将重庆市12 a间农用地整治项目分为起步阶段、发展阶段、完善阶段、成熟阶段四个阶段。最后对重庆市农用地整治政策制定和项目布局提出了相应的政策建议。     

岷江上游植被生境适应性空间分异格局的间隙度分析

了解岷江上游不同植被生境适宜性类型在整体和局部上的空间分异格局对植被生境管理和修复具有非常重要的意义。基于岷江上游4类植被生境适宜性类型空间分布图借助分形和贝叶斯理论,建立间隙度指数模型和多水平贝叶斯模型,实现定量表征不同植被生境适宜性类型在整体和局部空间上的聚簇和分异程度。结果表明:1)汶川在Ⅰ~Ⅳ类、Ⅲ类和Ⅳ类生境适宜性下的间隙度指数最大,其对应的空间分异尺度为3 000 m(即为30倍网格边长,网格边长为100 m)、2 900 m、2 800 m,而松潘在Ⅰ类和Ⅱ类型下的间隙度指数最大,其空间分异尺度为3 000 m、2 700 m。2)Ⅰ~Ⅳ类、Ⅰ类和Ⅱ类生境适宜性分别在汶川、松潘和理县的间隙度维数最大,空间格局聚簇性较小,进一步证明空间分异尺度较大,而Ⅲ类和Ⅳ类生境适宜性在茂县的间隙度维数最大。岷江上游植被生境空间分异格局的间隙度分析,可以为研究生境空间格局及其生境管理尺寸在整体和局部上的差异提供必备的条件和依据。     

PO43-和柠檬酸对稀土元素在小麦体内积累和分异的影响

基于营养液培养,添加外源稀土和ICP-MS分析技术,研究了无机配体PO₄^3-(Pi)及有机配体柠檬酸(Cit)对小麦器官中稀土元素积累和分异的影响.结果表明,不同Pi水平对小麦根中的稀土总含量(∑REE)影响较小,但显著降低叶中∑REE含量;而不同Cit水平对小麦根、叶中∑REE含量都有明显降低作用.对照植物(无Pi、Cit添加)中,稀土元素在小麦根中具有中稀土(MREE)富集及M-型四重效应分布特征,叶中有重稀土(HREE)富集及W-型四重效应分布特征.不同Pi处理对四重效应无明显作用,但进一步加强HREE在小麦叶片中的富集.添加柠檬酸使对照植物根和叶中的分异有逐渐减弱的趋势,在高浓度处理时(Cit≥150μmol·L^-),小麦根和叶中出现轻稀土(LREE)富集.     

某大型焦化企业污染场地中多环芳烃空间分布的分异性特征

以我国某大型焦化企业污染场地为研究对象,应用非参数地统计学中指示克里格方法对场地中0～50 cm深度土壤的多环芳烃（PAHs）空间分布进行污染概率分析,并绘制在设定阈值条件下的概率分布图.结果表明,对采样样点数据进行指示转换后,可获取较为稳健的指示半变异函数,但由于样本的空间变异原因,导致样本间空间相关性差;所研究的4种PAHs污染概率在空间分布上具有相似性,概率超过45%的区域主要分布于炼焦、煤气净化、焦油化产品回收等生产工艺的车间中,位于厂区的中部及西北和东南,污染较为严重;概率〈45%的区域主要分布在备煤和煤气净化等生产工艺车间,位于厂区西南和东北区域.污染概率预测结果与该场地污染源的产生和分布状况相一致.研究结果对后续的污染场地修复治理范围确定和土方量估算提供了重要参考。     

西部资源型城市绿色发展效率时空分异与驱动力

绿色发展是资源型城市高质量转型的重要体现。通过构建绿色发展效率评价体系,基于MinDs模型、泰尔指数、地理探测器等方法,测算2001—2019年西部资源型城市绿色发展效率时空分异特征,分析其驱动因素。结论如下：（1）西部资源型城市绿色发展效率以2015年为界,呈“先升后降”变化,西北、广西的资源型城市整体上升,西南和内蒙古的资源型城市近年呈下降趋势,成长型城市发展较为稳定,成熟型和再生型城市2017年后下降明显,衰退型城市呈上升趋势;（2）西部资源型城市绿色发展效率表现为极低和极高区间数量少、中间得分数量多的正态分布特征;（3）绿色发展效率空间非均衡的问题较为严重,其中,西北与西南地区的成熟型城市的变化是导致绿色发展效率差异扩大的主要原因;（4）经济发展、城市化、城市规模和技术创新能够显著提升西部资源型城市绿色发展效率,不同空间范围和不同生命周期下的资源型城市绿色发展效率驱动因素各有特点。研究对提升西部各类资源型城市绿色发展效率有实际意义。     

喀斯特岩溶、非岩溶区植被总初级生产力与土壤呼吸的空间差异及其环境因子分析

选取中国两个典型喀斯特石漠化生态系统(研究区Ⅰ广西盘阳河流域峰丛洼地石漠化区、研究区Ⅱ云南荞麦地流域中山山地石漠化区),通过遥感影像反演和广泛的野外验证,开展喀斯特生态系统植被总初级生产力(GPP)和土壤呼吸(Rs)的差异分析及其在地形地貌、海拔坡度、土地利用以及岩性等环境因子上的空间分异分析。结果表明:1)两个研究区雨季和非雨季的GPP均值均要大于Rs均值,峰丛洼地的GPP和Rs均值都要高于中山山地,但中山山地的Rs均值两级分异更为明显; 2) GPP与海拔总体上呈现显著的负相关关系(在平均海拔较低的研究区Ⅰ更为明显),GPP均值在坡度大于25°左右时随着坡度的增加而减少;两个研究区的Rs均随着海拔的升高先降后增,坡度小于40°时呈负相关; 3)不同土地覆盖类型GPP均值总体上呈现林地灌丛草地、耕地的规律,而Rs均值呈现出居住建设用地耕地草地灌丛林地的规律,常绿针叶林有着区域内最高的GPP值,城镇建设用地有着最高的Rs均值; 4)研究区雨季与非雨季的GPP、Rs均值均呈现岩溶区小于非岩溶区的特点(p0.001)。本研究可为西南喀斯特生态系统碳循环特征研究提供参考,为分析喀斯特区域碳汇特点和机制提供应用支撑,为区域制定侧重不同的生态策略提供思路和应用参考。