为提升我国北方农牧交错带农业水资源利用效率,研究旨在提出一种基于机器学习极限梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)算法的农业水资源利用效率评价和分析框架。首先,利用熵权TOPSIS(Technique for Order Preference by Simil...为提升我国北方农牧交错带农业水资源利用效率,研究旨在提出一种基于机器学习极限梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)算法的农业水资源利用效率评价和分析框架。首先,利用熵权TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution)模型对北方农牧交错带七省区2008年至2021年的农业水资源利用效率进行测度;其次,将效率值作为XGBoost回归预测算法的先验样本进行训练测试,并使用贝叶斯优化(Bayesian Optimization,BO)算法对极限梯度提升回归预测模型的超参数进行优化。此外,应用五折交叉验证对TOPSIS-XGBoost回归模型结果进行稳健性检验;最后采用SHAP(Shapley Additive Explanation)模型系统分析影响北方农牧交错带七省区农业水资源利用效率的关键驱动因素。研究结果表明:2008年至2021年的北方农牧交错带七省区农业水资源利用效率整体有所提高,平均效率值由2008年的0.328上升至2021年的0.437,但总体效率均值较低;2021年河北省、宁夏回族自治区、辽宁省、陕西省和内蒙古自治区的农业水资源利用效率相对较高,效率值分布在0.40至0.59之间;甘肃省和山西省的农业水资源综合利用效率较低,效率值分别为0.33和0.31;BO-XGBoost回归预测模型测试集的R2较基准XGBoost模型提高了2.63%,且五折交叉验证的R2均值为0.96,表明模型误差较小,具有良好的预测性能和稳健性;供水模数、有效灌溉率以及农业规模化程度是影响七省区农业水资源利用效率的关键驱动因素。TOPSIS-BO-XGBoost-SHAP模型可为我国农业可持续发展提供科学参考和技术支持。展开更多
对农村面源污染物负荷的估算、来源分析及控制措施制定是当前研究的热点之一。利用输出系数模型和生态系统服务与权衡综合评价模型(Integrate valuation of ecosystem services and tradeoffs tool,InVEST模型)估算宝兴县面源污染物总氮...对农村面源污染物负荷的估算、来源分析及控制措施制定是当前研究的热点之一。利用输出系数模型和生态系统服务与权衡综合评价模型(Integrate valuation of ecosystem services and tradeoffs tool,InVEST模型)估算宝兴县面源污染物总氮(TN)、总磷(TP)负荷,并结合水环境功能分区标准,分析面源污染物的超标情况。旨在揭示山区农村面源污染治理的空间异质性,为农村面源污染防治规划、山区水环境治理效率的提升提供科学依据。结果表明,1)2010年宝兴县面源污染物TN、TP负荷分别为1156.44、81.41t/a,TN、TP负荷的空间格局整体上呈现出分布不均,局部集中,靠近水体的规律;2)不同污染源对TN、TP负荷的贡献率大小顺序均为:畜禽养殖>农业用地>农村生活;3)从流域尺度看,宝兴县TN、TP负荷没有超过III类水质标准规定的污染物负荷阈值;而从30m×30m栅格尺度看,宝兴县TN、TP超标量分别为763.63、51.16t/a,其超标区域主要集中在耕地、草地、居民地以及靠近水体的地方,以上超标区域即为面源污染控制和治理的关键区域。展开更多
文摘为提升我国北方农牧交错带农业水资源利用效率,研究旨在提出一种基于机器学习极限梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)算法的农业水资源利用效率评价和分析框架。首先,利用熵权TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution)模型对北方农牧交错带七省区2008年至2021年的农业水资源利用效率进行测度;其次,将效率值作为XGBoost回归预测算法的先验样本进行训练测试,并使用贝叶斯优化(Bayesian Optimization,BO)算法对极限梯度提升回归预测模型的超参数进行优化。此外,应用五折交叉验证对TOPSIS-XGBoost回归模型结果进行稳健性检验;最后采用SHAP(Shapley Additive Explanation)模型系统分析影响北方农牧交错带七省区农业水资源利用效率的关键驱动因素。研究结果表明:2008年至2021年的北方农牧交错带七省区农业水资源利用效率整体有所提高,平均效率值由2008年的0.328上升至2021年的0.437,但总体效率均值较低;2021年河北省、宁夏回族自治区、辽宁省、陕西省和内蒙古自治区的农业水资源利用效率相对较高,效率值分布在0.40至0.59之间;甘肃省和山西省的农业水资源综合利用效率较低,效率值分别为0.33和0.31;BO-XGBoost回归预测模型测试集的R2较基准XGBoost模型提高了2.63%,且五折交叉验证的R2均值为0.96,表明模型误差较小,具有良好的预测性能和稳健性;供水模数、有效灌溉率以及农业规模化程度是影响七省区农业水资源利用效率的关键驱动因素。TOPSIS-BO-XGBoost-SHAP模型可为我国农业可持续发展提供科学参考和技术支持。
文摘对农村面源污染物负荷的估算、来源分析及控制措施制定是当前研究的热点之一。利用输出系数模型和生态系统服务与权衡综合评价模型(Integrate valuation of ecosystem services and tradeoffs tool,InVEST模型)估算宝兴县面源污染物总氮(TN)、总磷(TP)负荷,并结合水环境功能分区标准,分析面源污染物的超标情况。旨在揭示山区农村面源污染治理的空间异质性,为农村面源污染防治规划、山区水环境治理效率的提升提供科学依据。结果表明,1)2010年宝兴县面源污染物TN、TP负荷分别为1156.44、81.41t/a,TN、TP负荷的空间格局整体上呈现出分布不均,局部集中,靠近水体的规律;2)不同污染源对TN、TP负荷的贡献率大小顺序均为:畜禽养殖>农业用地>农村生活;3)从流域尺度看,宝兴县TN、TP负荷没有超过III类水质标准规定的污染物负荷阈值;而从30m×30m栅格尺度看,宝兴县TN、TP超标量分别为763.63、51.16t/a,其超标区域主要集中在耕地、草地、居民地以及靠近水体的地方,以上超标区域即为面源污染控制和治理的关键区域。
