快速获取土壤含水率(SMC)和土壤有机质(SOM)含量对于盐碱农田土壤的改良利用至关重要.本研究基于河套平原农田土壤野外高光谱反射率和土壤属性实测数据,对原始光谱反射率(Ref)进行标准正态变量(SNV)转换后,采用竞争性自适应重加权采样算法(CARS)筛选敏感波段,然后分别以Ref、Ref-SNV和Ref-SNV+土壤协变量(SC)及数字高程模型(DEM)作为建模输入变量的策略Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ,基于随机森林(RF)和轻梯度提升机(LightGBM)建立SMC和SOM估算模型,并对模型精度进行验证和对比.结果表明:经CARS筛选后,SMC和SOM敏感波段压缩至全波段的3.3％以下,有效优化波段选择,减少了冗余光谱信息.与LightGBM模型相比,RF模型在SMC和SOM估算中精度更高,输入变量策略Ⅲ优于Ⅱ和Ⅰ,辅助变量的引入有效提升了模型的估算能力.综合分析,基于策略Ⅲ-RF的SMC估算模型验证决定系数(Rp2)、均方根误差(RMSE)和相对分析误差(RPD)分别为0.63、3.16和2.01,基于策略Ⅲ-RF的SOM估算模型Rp2、RMSE和RPD分别为0.93、1.15和3.52,策略Ⅲ-RF模型是估算土壤水分和土壤有机质的有效方法.研究结论可为盐碱农田土壤水分和有机质含量快速估算提供新方法.

目的 分析2016-2021年山西省长治市食管癌发病风险的时空变化规律和地理影响因素,为开展预防控制提供参考.方法 利用2016-2021年山西省长治市各县(区)食管癌发病率建立贝叶斯时空模型,以可能影响食管癌患病风险的地理因素年均气温、年均降水量、海拔高度、坡向、植被覆盖率、土壤有机质、土壤pH作为协变量进行回归分析.结果 2016-2021年长治市食管癌男性发病例数为女性的1.68倍,且各年份男性发病数均高于女性;发病率在空间上呈显著聚集状态(Moran's I指数为0.25,P=0.031),时间上整体呈下降趋势.地理因素的回归分析显示,年均气温[相对危险度(RR)=1.31,95％置信区间(CI):1.09～1.50]、坡向(RR=1.32,95％CI:1.18～1.46)、海拔高度(RR=1.19,95％CI:1.03～1.36)和土壤 pH(RR=1.35,95％CI:1.21～1.47)与食管癌发病风险均呈正相关,植被覆盖度(RR=0.46,95％CI:0.22～0.68)与食管癌发病风险则呈负相关.结论 山西省长治市食管癌发病率具有南高北低的时空分布格局,且与年均气温、坡向、海拔高度、土壤pH和植被覆盖度等地理因素密切相关,高风险区域主要集中于南部县(区),建议食管癌一级预防策略应考虑相关危险环境因素.

土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统碳库的核心组成部分,其动态平衡受气候、土壤、植被、地形及人类活动等的影响,但在不同的空间尺度上,这些影响因素的相对重要性和差异还不明确.为阐明不同尺度和不同土层深度土壤有机碳密度(SOCd,kg/m3土壤)的环境影响因子差异,选用全球113571个土壤剖面SOCd测量数据以及38个环境协变量数据,利用数据挖掘方法,分析了全球尺度和生物群系尺度不同土层深度SOCd的控制因子,并量化了空间自相关对相关结果的影响.研究结果表明:仅空间自相关就能解释全球尺度不同土壤深度13％-20％的SOCd空间变异,但是随土壤深度的增加,空间自相关的解释率降低.在剔除空间自相关的影响后,分析结果表明:全球尺度上,气候因素对SOCd空间变异的解释率最高,但只能解释17％—20％,这种解释率在不同土层之间没有显著差异.在生物群系尺度上,除北方森林地区,气候因素能够解释SOCd空间变异的24％—37％;而在北方森林地区,地形是影响SOCd空间变异的重要因素,对SOCd的解释率为21％—43％.这些结果表明,SOCd的控制因子在不同的尺度上明显不同.无论是在全球尺度上,还是生物群系尺度上,如果不考虑空间自相关,地形的影响会被低估,其他环境因素的影响被严重高估.为了准确计算全球与生物群系尺度上各土层SOCd分布的控制因子及其分异情况,空间自相关必须被考虑.

城市化扩张影响流域水文生态系统服务供给,导致水文生态环境压力增加.明晰滇池流域水文生态系统服务权衡与协同关系及归因,对于滇池流域社会经济发展与生态可持续管理的双赢具有重要意义.基于InVEST模型估算了滇池流域2000、2010、2018年碳存储、氮输出、土壤保持和产水量4种水文生态系统服务,分析了水文生态系统服务时空格局变化,利用双变量Moran's I指数分析了滇池流域水文生态系统服务间时空异质性,通过冗余分析和条件效应分析等方法识别水文生态系统服务归因.结果表明:(1)水文生态系统服务的高值分布与土地利用覆盖有密切关系.(2)水文生态系统服务空间变化主要体现在滇池周边人类活动干扰强烈的区域,表现为氮输出、土壤保持和产水量增加,碳存储减小.(3)水文生态系统服务权衡与协同关系变化明显.碳存储和土壤保持为协同;氮输出和产水量先呈协同后呈权衡;产水量、氮输出均与碳存储和土壤保持为权衡,前者空间变化不明显,后者协同范围扩大,权衡范围缩小.(4)水文生态系统服务主要受多个因素共同影响,主要包括:高程、耕地比例、林地比例、建设用地比例.研究结果可为研究区水文生态系统环境治理和土地利用优化配置提供科学依据和决策支持.

“一带一路”沿线多数发展中国家地处生态脆弱区,土地资源空间配置亟待优化.研究生态系统服务间的相互关系可以为土地利用决策提供定量化支持,但该关系在不同地域的表现形式有较大的差异性.基于InVEST模型,评估“一带一路”区域2000、2005、2010和2015年土壤保持、产水量、碳固定和生境质量4种生态系统服务时空变化,通过相关性分析和局部空间自相关分析等方法识别生态系统服务相互关系,以及其对不同地域特征变量的响应.就区域整体而言,土壤保持、产水量、碳固定和生境质量呈现中亚和西亚为一致低值区,而高值区分布不一致的空间格局;生态系统服务之间均呈显著协同关系,但冷热点格局的区域异质性显著.在生态区单元中,泰加林、温带草原和灌木的多种生态系统服务间为权衡关系;在国家单元中,生态系统服务间协同与权衡关系并存.产水量与碳固定间的协同关系对人口分布有良好的响应,而土壤保持与碳固定对人口分布的响应不明显.定量化评估生态系统服务及权衡关系,为区域土地资源优化配置提供依据,研究结果也为“一带一路”地区沿线国家间生态保护合作提供空间指引.

以甘肃榆中县为例,综合InVEST模型、ArcGIS、R和GeoDa软件,基于村级尺度,利用空间热点分析、相关分析和空间自相关分析,研究了该县2015年生物多样性维持、土壤保持、产水量、碳储量和食物供给5种典型生态系统服务的空间分异特征及权衡与协同关系.结果 表明:5种生态系统服务具有明显的空间异质性,生物多样性维持、产水量和碳储量呈现出“南-中-北”逐渐递减的三级梯度特征,土壤保持表现为南部高、北部居中、中部低的态势,食物供给则表现为中部高、南部和北部低的空间格局;热点分析表明,生态系统服务空间一致性较高,高值集聚区(热点)主要位于南部山区,低值集聚区(冷点)多分布于北部黄土丘陵区,而食物供给服务的高值集聚区主要位于中部川区,低值集聚区集中在北部黄土丘陵区;基于相关性分析和双变量MoranI分析结果表明:食物供给与其他4种服务之间是权衡关系,其中与土壤保持和生物多样性维持的权衡关系较强,与碳储量和产水量的权衡关系较弱,而其他4种服务之间主要是强弱不等的协同关系;空间格局上,生态系统服务间的权衡与协同关系异质性较强.

为探讨不同特征挖掘方法与广义提升回归模型相结合在数字土壤制图中的应用,本研究首先使用递归特征消除和过滤式两种特征筛选方法对环境协变量进行筛选,再分别使用原始环境协变量、筛选后的最优变量组合作为自变量,建立基于广义提升回归模型和随机森林模型的安徽省土壤pH预测模型并进行制图.结果 表明:引入两种特征挖掘方法均可有效提高广义提升回归模型和随机森林模型预测土壤pH的精度,并且可以起到降维的作用;相较于随机森林模型,广义提升回归模型的验证集预测精度略低,在训练集中,广义提升回归模型的精度却远高于随机森林模型,模型解释度高,整体效果较好;随机森林模型的主要参数ntree和mtry对于模型的影响程度较低,而不同参数对于广义提升回归模型的预测精度影响较大,不同参数组合模型精度不同,建模前需要进行调参.空间制图结果表明,安徽省土壤pH呈“南酸北碱”趋势.

[目的]为了阐明锡林河不同景观要素间疣微菌群的空间分布异质性及环境驱动力.[方法]本文基于生境及微地形差异选择水生的河床中心、河床边缘与牛轭湖床,湿生的低河漫滩与高河漫滩,旱生的低阶地与高阶地等景观要素,基于16S rRNA基因高通量测序技术研究不同景观要素土壤疣微菌群的景观异质性,结合土壤湿度等环境变量研究其驱动力.[结果]景观要素内疣微菌群呈协同的分布特征,景观要素间呈趋异的分布特征.斯巴达杆菌纲的Chthoniobacter成员及疣微菌纲的突柄杆菌属等成员主要分布在水生河床中心,与砂粒含量存在显著正相关关系(P＜0.05);丰祜菌纲成员主要分布在湿生河漫滩,与pH存在正相关关系(P＜0.05或P＞0.05);斯巴达杆菌纲的DA101_soil_group成员主要分布在旱生河流阶地,与盐度及养分含量等存在极显著正相关关系(P＜0.01).双组与三组环境变量的变异权重分析表明,湿度、盐度、pH对疣微菌群景观异质性的解释度分别高达24.7％与21.4％、24.3％与22.7％、23.1％与20.8％.[结论]锡林河流域疣微菌群存在景观异质性.Chthoniobacter和突柄杆菌属等成员是河床中心景观要素的指示生物,DA101_soil_group是阶地景观要素的指示生物.湿度、盐度、pH协同驱动疣微菌群的景观异质性.

东北森林带是我国重要的生态屏障,生态系统服务权衡研究对协调该区生态环境保护和社会经济发展至关重要.本研究利用全局空间自相关分析、双变量空间相关分析、空间聚类分析等方法,探明了东北森林带水源涵养等6种生态系统服务的空间格局以及它们之间权衡、协同关系的作用机制和空间分异.结果 表明:研究所选取的6种生态系统服务均呈现出显著的聚集性分布;整体看来,水源涵养、生物多样性维持、土壤保持和固碳释氧4项生态服务呈现出协同关系,防风固沙、粮食供给与其他服务呈现出权衡关系.由于生态系统可以提供多种生态系统服务,且不同生态系统所提供的生态系统服务类型和数量具有明显差异,不同生态系统服务之间权衡/协同关系因此而存在明显的空间分异.本研究通过生态系统服务簇将研究区划分为生态系统服务平衡区、生态系统服务协调区、防风固沙区和粮食供给区4个区域,以期为研究区生态系统服务管理提供科学依据,促进资源与生态环境的全面协调和可持续发展.

生态系统服务与人类福祉和可持续发展息息相关,近年来生物多样性丧失极大影响了生态系统服务.探究生物多样性与生态系统服务之间的关系成为当前生态学领域内的一个重大科学问题.以四川省各乡镇为单元,计算了景观尺度上的多样性指数,评估了四川省水土保持功能、水源涵养功能、固碳功能,并研究了两者之间关系.结果表明:在景观尺度上,Shannon's多样性指数、修正Simpson's多样性指数、景观丰度三种多样性指数可以较好表征四川省生物多样性空间分布格局.由景观丰度、欧式最近邻距离的标准差、景观丰度密度构成解释变量矩阵,RDA模型矫正解释率42.25％(P＜0.001),可更好解释由土壤保持功能、水源涵养功能、固碳功能构成的响应变量矩阵.四川省生物多样性及生态系统服务关系的模式有以下几种:(1)成都平原区区县空间距离较近,在生态系统服务和生物多样性梯度均差异较小;(2)盆周山地区、盆地丘陵区各区县在水土保持功能梯度上差异较大,与多样性关系较弱;(3)川西高原区区县在固碳、水源涵养梯度上差异较大,并有协同关系,多样性梯度差异较大;(4)川西高山峡谷区、西南山地区区县之间生态系统服务和多样性差异较大,生态系统服务可能存在强烈权衡关系,需进一步引入解释因子.