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基于机器学习的土壤侵蚀空间分布预报及影响因子分析——以西南高山峡谷区云南省云龙县为例
1
作者
窦占宁
王彬
周金星
《生态学报》
北大核心
2025年第14期6663-6677,共15页
土壤侵蚀预报对区域生态修复和水土保持具有重要作用。由于受地域特异性影响,土壤侵蚀经验模型在不同地区使用时需进行参数率定和校验,时间和人力成本高。研究通过集成前人研究成果并结合研究区特点,确定土壤侵蚀特征因子(降雨量(Pre)...
土壤侵蚀预报对区域生态修复和水土保持具有重要作用。由于受地域特异性影响,土壤侵蚀经验模型在不同地区使用时需进行参数率定和校验,时间和人力成本高。研究通过集成前人研究成果并结合研究区特点,确定土壤侵蚀特征因子(降雨量(Pre)、黏粒含量(Clay)、粉粒含量(Sil)t、砂粒含量(Sand)、坡长(SL)、坡度(Slope)、归一化植被指数(NDVI)、土地利用类型(Land use)和剖面曲率PC),并以RUSLE模型计算的土壤侵蚀模数为基准值,采用随机森林、LightGBM和Catboost三种机器学习模型,对土壤侵蚀量进行建模计算;引入SHAP值以解析各土壤侵蚀特征因子对土壤侵蚀的作用机制。结果表明:(1)3种机器学习模型在训练集与测试集的性能表现均为“非常好”,表明机器学习模型可用于土壤侵蚀预报研究。(2)以云龙县为例,Catboost模型表现最好(NSE=0.984,RSR=0.125),其次分别为随机森林(NSE=0.966,RSR=0.183)和LightGBM(NSE=0.964,RSR=0.189)。(3)SHAP值分析表明,对云龙县土壤侵蚀影响最大的4个因子依次是NDVI、SL、Slope和Pre,其中NDVI与SHAP值呈极显著的负相关关系(r=-0.68,P<0.01),而SL、Slope和Pre与SHAP值呈极显著的正相关关系(r=0.54,P<0.01;r=0.57,P<0.01;r=0.69,P<0.01)。(4)基于Catboost模型,仅需3.07s便可完成土壤侵蚀空间分布制图(CPU i5-9300H),分类正确区域占总区域的86.62%,且误差未呈现明显的聚集现象。研究结果不仅能为快速、准确地进行土壤侵蚀空间分布分析提供新的途径,也可为土壤侵蚀预报模型研究提供科学依据。
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关键词
土壤侵蚀
机器学习
随机森林
LightGBM
Catboost
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职称材料
绒毛白蜡展叶期树干液流及其影响因子研究
被引量：
1
2
作者
邓炜展
苏雨
+5 位作者
窦占宁
韩叙
白浩荣
贺露露
罗欢
吴海龙
《南方林业科学》
2022年第4期11-16,23,共7页
为了解树木在展叶期树干液流变化情况,加深对树木耗水量的认识,本研究以干旱半干旱地区常见的城市绿化树种绒毛白蜡为例,采用热扩散探针法(TDP)结合自动气象站等设备,对绒毛白蜡树干液流、气象因子和土壤因子等进行同步监测。研究结果表...
为了解树木在展叶期树干液流变化情况,加深对树木耗水量的认识,本研究以干旱半干旱地区常见的城市绿化树种绒毛白蜡为例,采用热扩散探针法(TDP)结合自动气象站等设备,对绒毛白蜡树干液流、气象因子和土壤因子等进行同步监测。研究结果表明:展叶后期树木的液流启动时间及到达峰值的时间均早于展叶前期,且展叶后期液流速率显著高于展叶前期。晴天夜间(20:00-次日5:00)液流速率表现为前半夜(20:00-24:00)液流速率大于后半夜(0:00-5:00),雨天夜间液流速率维持在较低水平,但波动较强烈。绒毛白蜡展叶后期树干液流活动较展叶前期活跃,夜间液流主要集中在前半夜,且夜间液流整体呈速率下降趋势。展叶期的液流速率与气象因子的时滞性存在动态变化,展叶前期绒毛白蜡液流速率与空气温度、土壤温度具有较高同步性,与风速主要存在滞后效应,在展叶后期液流速率与风速具有较高同步性,置前于空气温度、土壤温度。展叶期与大气压强主要存在置前效应,与光合有效辐射主要存在滞后效应,与相对湿度、土壤含水量成反向同步。液流速率与空气温度、光合有效辐射、土壤温度(P<0.01)和风速呈显著正相关,与大气压强、相对湿度和土壤含水量呈显著性负相关(P<0.01)。
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关键词
树干液流
土壤含水量
展叶期
夜间液流
绒毛白蜡
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职称材料
题名
基于机器学习的土壤侵蚀空间分布预报及影响因子分析——以西南高山峡谷区云南省云龙县为例
1
作者
窦占宁
王彬
周金星
机构
北京林业大学水土保持学院
北京林业大学重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站
北京林业大学林业生态工程教育部工程中心
出处
《生态学报》
北大核心
2025年第14期6663-6677,共15页
基金
国家重点研发计划项目(2022YFF1302902)。
文摘
土壤侵蚀预报对区域生态修复和水土保持具有重要作用。由于受地域特异性影响,土壤侵蚀经验模型在不同地区使用时需进行参数率定和校验,时间和人力成本高。研究通过集成前人研究成果并结合研究区特点,确定土壤侵蚀特征因子(降雨量(Pre)、黏粒含量(Clay)、粉粒含量(Sil)t、砂粒含量(Sand)、坡长(SL)、坡度(Slope)、归一化植被指数(NDVI)、土地利用类型(Land use)和剖面曲率PC),并以RUSLE模型计算的土壤侵蚀模数为基准值,采用随机森林、LightGBM和Catboost三种机器学习模型,对土壤侵蚀量进行建模计算;引入SHAP值以解析各土壤侵蚀特征因子对土壤侵蚀的作用机制。结果表明:(1)3种机器学习模型在训练集与测试集的性能表现均为“非常好”,表明机器学习模型可用于土壤侵蚀预报研究。(2)以云龙县为例,Catboost模型表现最好(NSE=0.984,RSR=0.125),其次分别为随机森林(NSE=0.966,RSR=0.183)和LightGBM(NSE=0.964,RSR=0.189)。(3)SHAP值分析表明,对云龙县土壤侵蚀影响最大的4个因子依次是NDVI、SL、Slope和Pre,其中NDVI与SHAP值呈极显著的负相关关系(r=-0.68,P<0.01),而SL、Slope和Pre与SHAP值呈极显著的正相关关系(r=0.54,P<0.01;r=0.57,P<0.01;r=0.69,P<0.01)。(4)基于Catboost模型,仅需3.07s便可完成土壤侵蚀空间分布制图(CPU i5-9300H),分类正确区域占总区域的86.62%,且误差未呈现明显的聚集现象。研究结果不仅能为快速、准确地进行土壤侵蚀空间分布分析提供新的途径,也可为土壤侵蚀预报模型研究提供科学依据。
关键词
土壤侵蚀
机器学习
随机森林
LightGBM
Catboost
Keywords
soil erosion
machine learning
Random forest
LightGBM
Catboost
分类号
S157.1 [农业科学—土壤学]
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职称材料
题名
绒毛白蜡展叶期树干液流及其影响因子研究
被引量：
1
2
作者
邓炜展
苏雨
窦占宁
韩叙
白浩荣
贺露露
罗欢
吴海龙
机构
天津理工大学环境科学与安全工程学院
出处
《南方林业科学》
2022年第4期11-16,23,共7页
基金
大学生创新创业训练计划项目资助(项目编号:202010060095)
国家自然科学基金青年项目“重构松散堆积体径流侵蚀对植物群落结构的响应机制”(项目编号:41907047)。
文摘
为了解树木在展叶期树干液流变化情况,加深对树木耗水量的认识,本研究以干旱半干旱地区常见的城市绿化树种绒毛白蜡为例,采用热扩散探针法(TDP)结合自动气象站等设备,对绒毛白蜡树干液流、气象因子和土壤因子等进行同步监测。研究结果表明:展叶后期树木的液流启动时间及到达峰值的时间均早于展叶前期,且展叶后期液流速率显著高于展叶前期。晴天夜间(20:00-次日5:00)液流速率表现为前半夜(20:00-24:00)液流速率大于后半夜(0:00-5:00),雨天夜间液流速率维持在较低水平,但波动较强烈。绒毛白蜡展叶后期树干液流活动较展叶前期活跃,夜间液流主要集中在前半夜,且夜间液流整体呈速率下降趋势。展叶期的液流速率与气象因子的时滞性存在动态变化,展叶前期绒毛白蜡液流速率与空气温度、土壤温度具有较高同步性,与风速主要存在滞后效应,在展叶后期液流速率与风速具有较高同步性,置前于空气温度、土壤温度。展叶期与大气压强主要存在置前效应,与光合有效辐射主要存在滞后效应,与相对湿度、土壤含水量成反向同步。液流速率与空气温度、光合有效辐射、土壤温度(P<0.01)和风速呈显著正相关,与大气压强、相对湿度和土壤含水量呈显著性负相关(P<0.01)。
关键词
树干液流
土壤含水量
展叶期
夜间液流
绒毛白蜡
Keywords
SAP flow
water content of soil
leaf-spreading stage
nocturnal fluid flow
Fraxinus velutina
分类号
S715.4 [农业科学—林学]
Q945.171 [生物学—植物学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于机器学习的土壤侵蚀空间分布预报及影响因子分析——以西南高山峡谷区云南省云龙县为例
窦占宁
王彬
周金星
《生态学报》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
绒毛白蜡展叶期树干液流及其影响因子研究
邓炜展
苏雨
窦占宁
韩叙
白浩荣
贺露露
罗欢
吴海龙
《南方林业科学》
2022
1
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