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黄土丘陵沟壑区小流域小型浅层滑坡对降雨和下垫面的响应

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中国水土保持科学(中英文) 2024年

作者：李萌萌焦菊英严晰芹徐倩赵文婷姜晓晗张子琦祁泓锟章志鑫王颢霖广东省科学院广州地理研究所西北农林科技大学水土保持研究所中国科学院水利部水土保持研究所

受全球气候变化影响，极端暴雨发生频率越来越高，导致山区滑坡易发多发，严重威胁到人们的生命财产安全。利用2013和2020年坊塌小流域逐日降水资料，分析2年诱发滑坡的降雨特征；结合遥感和GIS技术，获取降雨型滑坡的分布特征；进而研... 详细信息

受全球气候变化影响，极端暴雨发生频率越来越高，导致山区滑坡易发多发，严重威胁到人们的生命财产安全。利用2013和2020年坊塌小流域逐日降水资料，分析2年诱发滑坡的降雨特征；结合遥感和GIS技术，获取降雨型滑坡的分布特征；进而研究滑坡数量与规模对不同降雨特征及下垫面的响应，并探讨滑坡复发特征。结果表明：1)2013年7月长历时降雨和2020年8月5日暴雨是引发小流域2年滑坡群发的主要原因。2)滑坡类型主要为小型浅层滑坡，2013年比2020年的滑坡规模大，滑坡侵蚀模数分别为6 428.24t/km2、4 197.40 t/km2。3)≥30°～50°坡度和≥1100～1250 m高程的区间是滑坡高敏感区间；林灌草区域滑坡较多，且距离道路越近滑坡可能性越大。4)流域内21.9%的滑坡复发，其中近90%的滑坡复发面积减小，部分滑坡出现多处小规模的复发。研究结果可为今后暴雨天气造成的滑坡侵蚀灾害的应对和防治提供科学依据。

关键词：小流域暴雨滑坡规模地形地貌土地利用滑坡复发

黄土丘陵沟壑区坡沟系统产流产沙对源-汇-路径格局的响应

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农业工程学报 2024年第5期40卷 118-127页

作者：严增焦菊英唐柄哲曹斌挺李航梁越祁泓锟廖俊徐倩严晰芹李萌萌姜晓晗张子琦李建军西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100

坡沟系统是流域水土流失与治理的基本单元,掌握其产流产沙规律是有效解决水土流失区生态环境恢复重建的核心问题之一。该研究利用无人机遥感与地理信息系统技术对流域的土地利用进行识别,再确定5个不同坡沟系统(2个无人为干扰的退耕植... 详细信息

坡沟系统是流域水土流失与治理的基本单元,掌握其产流产沙规律是有效解决水土流失区生态环境恢复重建的核心问题之一。该研究利用无人机遥感与地理信息系统技术对流域的土地利用进行识别,再确定5个不同坡沟系统(2个无人为干扰的退耕植被恢复+自然植被坡沟系统SG1和SG2、2个人为扰动的退耕植被恢复+自然植被坡沟系统SG3和SG4、1个果园+坡耕地的坡沟系统SG5)内泥沙源、汇及其输移路径分布特征,并在量化指标的基础上,结合2016—2022年坊塌小流域5个坡沟系统的降雨和产流产沙的监测数据,研究了不同坡沟系统的产流产沙特征及其对源-汇-路径格局的响应。结果表明:次降雨条件下,SG1和SG2的产沙模数显著低于其他坡沟系统(P<0.05),且SG3径流深和产沙模数均较大;SG2的年平均径流深显著低于SG5(P<0.05)。坡沟系统径流深分别与总坡沟系统、沟间地、沟谷地的泥沙源和汇最大斑块面积比显著正相关(P<0.05),且与沟间地泥沙源、汇指数的相关系数均要大于沟谷地,径流深与总坡沟系统路径的分岔比、沟间地与沟谷地的路径比降均呈现出显著负相关(P<0.05);产沙模数与各源汇指数之间均无显著的相关性,但与路径数量密度、长度密度、沟间地的路径分岔比呈显著正相关(P<0.05);径流深和产沙模数均与路径复杂度呈显著负相关(P<0.05)。可见,降低源/汇比例大小,适当增加泥沙输移路径的复杂度和输移距离,可有效减少坡沟系统的水土流失。研究可为坡沟系统土壤侵蚀防控以及流域生态保护和修复提供科学支撑。

关键词：泥沙景观径流坡沟系统产流产沙源汇输移路径

基于机器学习确定青藏高原拉萨河流域洪积扇发育的主要影响因素

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Journal of Geographical Sciences 2022年第8期32卷 1557-1580页

作者：陈同德魏伟焦菊英张子琦李建军 State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau Institute of Soil and Water ConservationNorthwest A&F UniversityYangling 712100ShaanxiChina School of Automation Northwestern Polytechnical UniversityXi'an 710072China Institute of Soil and Water Conservation Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water ResourcesYangling 712100ShaanxiChina

Alluvial fans are an important land resource in the Qinghai-Tibet Plateau with the expansion of human activities. However, the factors of alluvial fan development are poorly understood. According to our previous investigation and research, approximately 826 alluvial fans exist in the Lhasa River Basin(LRB). The main purpose of this work is to identify the main influencing factors by using machine learning. A development index(Di) of alluvial fan was created by combining its area, perimeter, height and gradient. The 72% of data, including Di, 11 types of environmental parameters of the matching catchment of alluvial fan and 10 commonly used machine learning algorithms were used to train and build models.The 18% of data were used to validate models. The remaining 10% of data were used to test the model accuracy. The feature importance of the model was used to illustrate the significance of the 11 types of environmental parameters to Di. The primary modelling results showed that the accuracy of the ensemble models, including Gradient Boost Decision Tree,Random Forest and XGBoost, are not less than 0.5(R^(2)). The accuracy of the Gradient Boost Decision Tree and XGBoost improved after grid research, and their R^(2) values are 0.782 and 0.870, respectively. The XGBoost was selected as the final model due to its optimal accuracy and generalisation ability at the sites closest to the LRB. Morphology parameters are the main factors in alluvial fan development, with a cumulative value of relative feature importance of 74.60% in XGBoost. The final model will have better accuracy and generalisation ability after adding training samples in other regions.

关键词： alluvial fan machine learning feature importance XGBoost Lhasa River Basin

黄丘区自然植被对暴雨的拦蓄作用——以坊塌小流域为例

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水科学进展 2023年第5期34卷 731-743页

作者：赵文婷姜晓晗李萌萌焦菊英严晰芹祁泓锟西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

植被对暴雨的拦蓄是调控全球变暖进程中频发的雨洪灾害的重要手段。为探究黄丘区大规模退耕后自然植被坡面对暴雨的拦蓄作用,针对陕西省延安市安塞区坊塌小流域2019—2022年全部发生的6场暴雨事件,使用土壤水分自动监测系统对1个灌丛和... 详细信息

植被对暴雨的拦蓄是调控全球变暖进程中频发的雨洪灾害的重要手段。为探究黄丘区大规模退耕后自然植被坡面对暴雨的拦蓄作用,针对陕西省延安市安塞区坊塌小流域2019—2022年全部发生的6场暴雨事件,使用土壤水分自动监测系统对1个灌丛和3个草本群落坡面10 m土层进行逐小时监测。分析结果表明:暴雨对草本群落最大补给深度可达200 cm,但对灌丛群落仅为100 cm;灌丛的拦蓄效果优于草本群落,草本群落的拦蓄效果随退耕年限增长而提高;自然灌草植被坡面对低雨量短历时暴雨的拦蓄率可达60.8%,而对高雨量长历时暴雨仅可拦蓄40.8%。因此,建议在黄丘区合理保护和布局灌-草生态系统,以提升植被-土壤对暴雨的容蓄减灾作用。

关键词：暴雨事件灌草植被拦蓄作用土壤入渗黄丘区

柴达木盆地尕海湖区白刺灌丛沙堆剖面土壤养分的分布和富集特征

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应用生态学报 2022年第3期33卷 765-774页

作者：王湘焦菊英曹雪李建军白雷超孙晓晨西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱作农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

白刺沙堆作为柴达木沙漠地区一种特殊的生物地貌景观,在固定流沙、改良土壤和维持区域生态环境稳定等方面发挥着极为重要的作用。本研究以柴达木盆地尕海湖区的白刺沙堆为对象,选取了盖度分别约15%、25%、45%和60%的白刺沙堆分析其剖面... 详细信息

白刺沙堆作为柴达木沙漠地区一种特殊的生物地貌景观,在固定流沙、改良土壤和维持区域生态环境稳定等方面发挥着极为重要的作用。本研究以柴达木盆地尕海湖区的白刺沙堆为对象,选取了盖度分别约15%、25%、45%和60%的白刺沙堆分析其剖面及堆间地的土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量,探究白刺灌丛沙堆土壤养分垂直分布规律和富集特征。结果表明:研究区SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK含量在4个沙堆中变化范围分别为1.67~10.22 g·kg^(-1)、0.05~0.42 g·kg^(-1)、0.31~0.54 g·kg^(-1)、15.87~18.84 g·kg^(-1)、2.26~11.68 mg·kg^(-1)、0.80~15.00 mg·kg^(-1)、45~161 mg·kg^(-1)。垂直方向上,在盖度15%的白刺沙堆中,除TP无明显变化外,其余土壤养分指标均随土层深度的增加呈先减少后增加再减少趋势;在盖度25%、45%和60%的白刺沙堆中,SOM、TN、AN、TP、AP均表现为随土层深度的增加整体呈减少趋势,而TK、AK随土层变化不明显。在沙堆地平面以上,除TP未表现出富集效应外,SOM、TN、TK、AN、AP、AK均有富集,且基本在表层富集程度最大,其中AN富集率达5.19;在沙堆地平面以下,TN、TK、AN、AK、AP也均表现出富集效应。Pearson相关性分析和逐步回归分析表明,SOM、TN、AN、TP、AP、TK、AK均与土壤含水量呈显著正相关,与海拔呈极显著负相关;其中除TP外,其余养分指标均主要受海拔的影响。综上,白刺沙堆剖面土壤养分含量在表层最高,其富集效应不仅体现在沙堆内部,在沙堆地平面以下也有所体现。本研究结果可为柴达木盆地地区白刺沙堆科学利用和环境保护提供参考。

关键词：白刺灌丛沙堆土壤养分富集效应沙堆剖面

陕北安塞不同林龄刺槐林下幼苗更新的动态变化特征

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水土保持研究 2022年第2期29卷 287-295,303页

作者：宗小天焦菊英吴多洋寇萌徐倩西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 陕西师范大学西安710000 咸阳师范学院资源环境与历史文化学院陕西咸阳712000

为了探讨黄土丘陵沟壑区刺槐林下幼苗更新的动态变化特征,进而为黄土高原地区人工刺槐林生态恢复与功能提升提供参考依据,在陕北安塞纸坊沟流域不同林龄(10 a,20 a,30 a,40 a)的刺槐林下共设置8个典型样地作为研究对象,调查分析林下幼... 详细信息

为了探讨黄土丘陵沟壑区刺槐林下幼苗更新的动态变化特征,进而为黄土高原地区人工刺槐林生态恢复与功能提升提供参考依据,在陕北安塞纸坊沟流域不同林龄(10 a,20 a,30 a,40 a)的刺槐林下共设置8个典型样地作为研究对象,调查分析林下幼苗的物种组成、密度及月动态变化特征。结果表明:(1)幼苗和地上植物间相似性系数表现为10 a>20 a>40 a>30 a,都以菊科、禾本科、豆科为主,生活型以多年生草本和一年生草本植物为主。(2)4—10月间,不同林龄林下均有大量刺槐幼苗萌发;随林龄增加,林下幼苗更新过程各异,10 a林以狗尾草、猪毛菜幼苗为主,20 a林以猪毛菜、臭草、狗尾草、裂叶堇菜幼苗为主,30 a林以长芒草、裂叶堇菜幼苗为主,40 a林以翠雀、榆树幼苗为主。(3)随林龄增加,幼苗物种数与密度均呈降低趋势;幼苗种类在4月、6月、9月较多;幼苗密度在4月和6月相对较高。(4)林下草本植物幼苗大多数存活时间短;在刺槐林恢复初期(10年),田旋花幼苗容易建植成功;在刺槐林恢复的中、后期(20 a,30 a,40 a),裂叶堇菜、臭草、长芒草幼苗容易建植成功。因此,在陕北黄土高原丘陵沟壑区,根据刺槐林的恢复时期及林下不同物种幼苗存活特性对幼苗进行合理地抚育管理,促进林下植被的恢复与更新。

关键词：刺槐林下植被幼苗更新物种组成

黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀环境下芽库的季节动态及垂直分布

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应用生态学报 2013年第5期24卷 1269-1276页

作者：杜华栋焦菊英寇萌王宁中国科学院-水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100

研究了陕北黄土丘陵沟壑区5种土壤侵蚀环境(阳沟坡、阳峁坡、峁顶、阴峁坡、阴沟坡)下的植被组成、芽库组成、芽库季节动态及垂直分布特征.结果表明:该区拥有永久性芽库的多年生物种占总物种数的80.3%,具季节性芽库的一年生植物占19.7%... 详细信息

研究了陕北黄土丘陵沟壑区5种土壤侵蚀环境(阳沟坡、阳峁坡、峁顶、阴峁坡、阴沟坡)下的植被组成、芽库组成、芽库季节动态及垂直分布特征.结果表明:该区拥有永久性芽库的多年生物种占总物种数的80.3%,具季节性芽库的一年生植物占19.7%.在侵蚀严重的阳沟坡和阳峁坡,植物返青期的永久性芽库存量较大,而在侵蚀强度较小的峁顶、阴沟坡和阴峁坡,植物开花结实期的季节性芽库密度较大.不同侵蚀环境下地下部分芽库库存量占总永久性芽库的比例较稳定,地面永久性芽库存量在阳坡较大,而地上部分季节性芽库存量在阴坡和峁顶较大.由于不同侵蚀环境下植物群落的物种组成不同,加上土壤侵蚀干扰和植物季节更新,影响了芽库在季节及垂直分布上的变化.在黄土丘陵沟壑区植被更新过程中,芽库具有重要作用.

关键词：芽库生态适应黄土高原繁殖生物学土壤侵蚀

近40年塔里木河流域水沙演变及其空间分异特征

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水土保持研究 2022年第5期29卷 117-123页

作者：祁泓锟焦菊英严晰芹李建军西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

为探究塔里木河流域自然条件和人类活动改变造成的河流水沙变化,依据1980-2020年塔里木河干流阿拉尔站,源流玉龙喀什河控制水文站同古孜洛克站、叶尔羌河卡群站、阿克苏河新大河站和开都河焉耆站的实测径流和输沙资料,利用Mann-Kendall... 详细信息

为探究塔里木河流域自然条件和人类活动改变造成的河流水沙变化,依据1980-2020年塔里木河干流阿拉尔站,源流玉龙喀什河控制水文站同古孜洛克站、叶尔羌河卡群站、阿克苏河新大河站和开都河焉耆站的实测径流和输沙资料,利用Mann-Kendall检验、Pearson相关性分析和Pettitt非参数检验等方法,分析了近40年塔里木河流域水沙演变及其空间分异特征。结果表明:在1980-2020年期间塔里木河流域同古孜洛克站、阿拉尔站、卡群站、焉耆站径流量显著增加,新大河站、同古孜洛克站、阿拉尔站径流量出现突变点,分别在1992年、1999年、2000年,突变后较突变前增长18.23%,18.10%,62.15%;卡群站和同古孜洛克站的输沙量没有显著变化趋势,阿拉尔站、新大河站和焉耆站的输沙量都显著减少,突变点都在2001年,突变后较突变前降低36.73%,30.50%,68.31%。塔里木河水沙分布具有显著的空间差异,源流四站控制区的径流深存在南北空间上的差异,北部源于天山的阿克苏河和开都河径流深低于南部源于喀喇昆仑山的叶尔羌河和玉龙喀什河,从上游向下游输沙模数降低,径流主要受降雨和气温差距影响,而泥沙差异则是由于植被覆盖度变化。在上游三源流汇入干流的区间内,年平均消耗径流量98.21亿m^(3),径流深167.31 mm,淤积泥沙量4424.15万t,淤积模数753.69 t/(km^(2)·a)。对塔里木河四源一干径流泥沙实测数据的分析结果证明了塔里木河近期综合治理工程总体上取得了良好的生态环境效益。

关键词：径流量输沙量时空变化空间分异塔里木河流域

拉萨河流域洪积扇不同植被类型的土壤化学计量特征

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生态学报 2022年

作者：张子琦焦菊英陈同德林红陈玉兰徐倩程玉卓赵文婷西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室中国科学院水利部水土保持研究所

洪积扇是拉萨河流域珍贵的土地资源，而明悉其土壤养分状况是对其进行科学合理开发利用的基础。为此，在拉萨河流域选取了10个洪积扇，于2020年7—8月调查了其上的植物群落组成并采集对应土壤，测定了土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、...

洪积扇是拉萨河流域珍贵的土地资源，而明悉其土壤养分状况是对其进行科学合理开发利用的基础。为此，在拉萨河流域选取了10个洪积扇，于2020年7—8月调查了其上的植物群落组成并采集对应土壤，测定了土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）、碱解氮（AN）、速效磷（AP）和速效钾（AK）的含量并计算其化学计量比。结果表明：10个洪积扇的60个样方中共发现植物种87种，分属于29科79属，其中禾本科和菊科的物种居多；洪积扇SOC、TN、TP、AN和AK的平均含量分别/草地和农田下差异显著（P草地>灌丛；土壤AP的平均含量为/102.50、8.10和0.16，均表现为草地>灌丛>农田，总体来说洪积扇土壤P元素较为稀缺；土壤N∶K与SOC、TN、TP、TK、AN、AP、AK均极显著相关（P<0.01）,SOC和TN与植物群落盖度极显著正相关（P<0.01）；典范对应分析（CCA）进一步表明土壤养分及其计量比对洪积扇植物群落组成影响显著（P=0.002），且TP、K:P和AP是影响洪积扇植物群落组成的主要土壤生态化学计量因子。综上所述，拉萨河流域洪积扇植物种相对丰富，但分布不均匀，组成不稳定。SOC、TN、TK含量相对较高但C∶N值低，表现为有机质矿化速率高而土壤肥力低下；土壤TP和AP的含量均较低，洪积扇植物群落在生长发育过程中受到土壤P元素的限制。此外，本研究还发现土壤N∶K同C∶N∶P一样可作为评价土壤养分状况的生态化学计量指标。

关键词：