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暴雨条件下水土保持措施对坡面产流产沙的影响

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水土保持研究 2024年

作者：赵泽坤史明昌杨润泽王奋忠王世雷北京林业大学水土保持学院北京市密云区水土保持工作站

[目的]探究暴雨条件下水土保持措施对坡面产流产沙的影响,可对科学制定高效的水土流失防治措施提供依据。[方法]依托北京密云区石匣小流域水土保持科技示范园的7个径流小区,选取了2010—2021年20场自然暴雨观测数据,运用统计和相关分析... 详细信息

[目的]探究暴雨条件下水土保持措施对坡面产流产沙的影响,可对科学制定高效的水土流失防治措施提供依据。[方法]依托北京密云区石匣小流域水土保持科技示范园的7个径流小区,选取了2010—2021年20场自然暴雨观测数据,运用统计和相关分析等方法探讨了不同水土保持措施对产流产沙和面源污染的影响,并分析了降雨、土壤、植被因子与产流产沙之间的相关性。[结果]（1）在2010—2021年研究区年降雨总量相对平缓,但年降雨频率有所增加、暴雨发生次数呈现出上升趋势。（2）在20次暴雨条件样本中,荆条的减流率和减沙率分别为94.13%和99.76%,减流减沙效益优于刺槐+侧柏+鱼鳞坑、玉米+梯田等其他组合。荆条、刺槐+侧柏+鱼鳞坑对面源污染的防治效果较好,污染指标显著低于平均水平。（3）降雨因子、植被因子与径流泥沙的相关性分析显示,平均雨强、I30、I60与径流量呈显著正相关,相关系数分别为0.54,0.73,0.7;平均雨强、I60与泥沙量呈显著正相关,相关系数分别为0.58,0.5;植物盖度与径流量、泥沙量明显负相关,相关系数分别为-0.51,-0.58。[结论]综合考虑暴雨条件下的径流泥沙数据,我们认为在保障经济效益的前提下,推荐该地区采用荆条作为优先水土保持措施。

关键词：土壤侵蚀暴雨产流产沙水土保持效益北方土石山区

2001~2020年乌梁素海流域植被NPP时空变化及驱动因素分析

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环境科学 2024年第8期45卷 4744-4755页

作者：肖晶饶良懿北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

植被净初级生产力(NPP)表征植物对生态系统碳的固定能力,是决定生态系统健康状态和可持续发展程度的关键指标,其时空变化及驱动因素对于揭示植被恢复状况和指导生态修复工作具有重要作用.基于2001~2020年MODIS17A3 NPP数据、土地利用和... 详细信息

植被净初级生产力(NPP)表征植物对生态系统碳的固定能力,是决定生态系统健康状态和可持续发展程度的关键指标,其时空变化及驱动因素对于揭示植被恢复状况和指导生态修复工作具有重要作用.基于2001~2020年MODIS17A3 NPP数据、土地利用和气象数据等,采用变异系数、Theil-Sen Median趋势分析及Mann-Kendall检验、Hurst指数和地理探测器等方法,探究了内蒙古乌梁素海流域植被NPP的时空变化特征及驱动因素.结果表明:①2001~2020年乌梁素海流域植被NPP整体呈波动上升趋势,平均值(以C计)为141.03 g·(m^(2)·a)^(-1),平均上升速率为2.33g·(m^(2)·a)^(-1);植被NPP具有明显的空间分异规律,整体上呈现西南高、东北低,河套平原高、沙地和山区低的特征;②NPP主要呈增长趋势,增长、减少和无变化区域的面积占比分别约为80%、3%和17%;NPP的平均变异系数为0.149,主要呈低波动变化和较低波动变化,面积占比约为51%;NPP未来变化趋势主要呈反持续性特征,面积占比约为75%.③土地利用、海拔、最高温和坡度是乌梁素海流域植被NPP变化的主导驱动因素,q值均在0.200以上.海拔∩相对湿度对乌梁素海流域植被NPP空间分异的解释力最大;土地利用与除夜间灯光外的其他因子对乌梁素海流域植被NPP空间分异的解释力均存在显著性差异.根据研究结果,未来应加强乌梁素海流域生态系统管理,实行严格的生态保护和修复政策,综合考虑气候、地形和人类活动等因素,因地制宜开展生态综合治理工作,以提升生态系统服务质量.

关键词：净初级生产力(NPP) 乌梁素海流域气候变化人类活动驱动因素

基于不同时间尺度与特征优选的黄淮海平原冬小麦识别

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农业机械学报 2024年第9期55卷 262-274页

作者：周俊伟冯浩董勤各中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心(中国科学院水利部水土保持研究所) 中国科学院大学西北农林科技大学水土保持科学与工程学院

准确及时地监测区域作物种植面积对保障我国粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。本研究利用Google Earth Engine（GEE）云平台和融合的Sentinel-1 SAR雷达影像与Sentinel-2 SR地表反射率影像，对黄淮海平原2021年冬小麦进行了监督... 详细信息

准确及时地监测区域作物种植面积对保障我国粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。本研究利用Google Earth Engine（GEE）云平台和融合的Sentinel-1 SAR雷达影像与Sentinel-2 SR地表反射率影像，对黄淮海平原2021年冬小麦进行了监督分类。通过对Sentinel时间序列数据进行不同时间尺度合成与平滑处理，并对极化特征、光谱特征、植被指数、谐波系数和纹理特征进行优选，以探究不同时间尺度的影像序列及特征优选对黄淮海平原冬小麦识别精度和泛化能力的影响。结果表明：特征优选过程可以提高模型分类精度，在各类特征因子中，光谱特征重要性最高，其次为谐波系数、极化特征和纹理特征。随着影像序列时间尺度的缩减，可以得到更高的分类精度，尺度30、20、10d平均总体精度分别为95.4%、95.6%和96.4%;但泛化能力也随之降低，对应的泛化能力分别为0.935、0.919和0.918。短时间尺度影像序列能够更准确地捕获地物的特征细节，展现出更高的分类精度，但其对数据变化的适应能力更差。此外，模型泛化能力在空间上呈现“越近越相关”的规律。利用GEE平台及Sentinel系列卫星遥感数据，实现了对黄淮海平原冬小麦面积的准确识别。整体上，混淆矩阵总体精度（OA）和F1值均在90%以上，分类结果在空间细节上与高分辨率图像高度一致，同时提取的冬小麦种植面积与市级官方统计数据高度相关（决定系数R2>0.9）。

关键词：冬小麦遥感识别 Google Earth Engine 随机森林时间尺度特征优选

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黄河流域2001—2020年植被物候及其对气候变化的响应

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生态学报 2024年第2期44卷 844-857页

作者：王祎宸贺洁何亮张宇洁张晓萍西北农林科技大学水土保持研究所杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100

植被周期性的物候更替被公认为是全球气候变化的综合指示器,深入研究区域植被物候的变化趋势和时空特征,可以提高对该区生态系统稳定性及动态变化程度的认识。基于2001—2020年16天、250m分辨率的中分辨率成像光谱仪归一化植被指数(MODI... 详细信息

植被周期性的物候更替被公认为是全球气候变化的综合指示器,深入研究区域植被物候的变化趋势和时空特征,可以提高对该区生态系统稳定性及动态变化程度的认识。基于2001—2020年16天、250m分辨率的中分辨率成像光谱仪归一化植被指数(MODIS NDVI)数据,利用Savitzky-Golay滤波法(S-G)和相对阈值法提取黄河流域植被物候参数,结合谷歌地球引擎(GEE)平台提供的欧洲中期天气预报中心第五代陆地再分析数据集(ERA5-LAND)小时气候再分析数据集和气候危害组红外降水站数据(CHIRPS)日降水数据集数据,运用趋势分析和偏相关分析等方法,探究全球气候变化下黄河流域不同植被分区物候参数空间分布特征、变化趋势,及其对气候因子的响应。结果表明:(1)2001—2020年黄河流域气候整体呈暖湿化的发展趋势,年均温上升幅度为0.15℃/10a(P>0.05),年降水增加幅度为24mm/10a(P<0.05)。(2)黄河流域暖温带落叶阔叶林区域的生长季始期和中期最早,温带南部典型草原亚地带和温带南部荒漠草原亚地带最晚,温带灌木、禾草半荒漠亚地带的生长季结束期最晚,青藏高原高寒植被区域的生长季长度最短。(3)全流域内生长季始期和中期分别有69.3%和66.4%的面积呈提前趋势(P<0.05),生长季末期50.9%的面积结束期呈推迟趋势(P<0.05),66.1%的面积整个生长季长度呈延长趋势(P<0.05)。(4)不同植被地带气候对物候参数影响存在差异,温度因子对带北部典型草原亚地带、高寒草原地带和高寒草甸地带的物候参数影响较大,降水和太阳辐射因子对温带南部典型草原亚地带、温带灌木、禾草半荒漠地带、温带南部荒漠草原亚地带和中亚热带常绿阔叶林地带的物候参数影响较大。

关键词：植被物候气候变化响应黄河流域

黄土区农田土壤细菌和真菌群落对长期施氮的响应特征

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植物营养与肥料学报 2024年第2期30卷 232-241页

作者：张薇王润泽李彤彤郭苗苗郭胜利王蕊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

【目的】细菌和真菌是调控土壤生态功能的重要因素,摸清细菌和真菌群落的变化有助于深入理解微生物在生态功能中的调节作用。【方法】黄土区渭北旱塬定位监测试验始于1984年。2022年选择其中5个不同施氮(N)量处理小区:0、45、90、135和1... 详细信息

【目的】细菌和真菌是调控土壤生态功能的重要因素,摸清细菌和真菌群落的变化有助于深入理解微生物在生态功能中的调节作用。【方法】黄土区渭北旱塬定位监测试验始于1984年。2022年选择其中5个不同施氮(N)量处理小区:0、45、90、135和180 kg/hm^(2)(分别记作N0、N45、N90、N135和N180),采集0—20 cm土层样品,采用16S rRNA和ITS高通量测序方法,分析细菌和真菌群落结构及其功能变化,同时测定土壤碳组分、微生物活性、根系生物量及土壤酶活性等。【结果】随着施氮量增加,土壤微生物量从113 mg/kg增加到177~234 mg/kg,微生物活性从4.92 g/(m^(2)·s)增加到5.83~7.26 g/(m^(2)·s),土壤植物根系量从1.73 t/hm^(2)增加到2.32~2.98 t/hm^(2)。施氮处理土壤细菌群落丰富度(Chao1)和多样性(Shannon)显著降低,分别下降4.0%~12.3%和1.6%~1.8%,但真菌群落丰富度和多样性无显著变化。施氮处理土壤变形菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门相对丰度分别下降了2.4%~16.4%、2.1%~26.3%、24.1%~50.0%,细菌中座囊菌纲、伞菌纲相对丰度分别下降了29.4%~58.8%、44.4%~88.9%,而放线菌门、酸杆菌门、绿湾菌门等细菌相对丰度提高了10.4%~34.7%、37.8%~54.1%、14.3%~28.6%,子囊菌门、银耳纲等真菌的相对丰度分别提高了8.3%~73.8%、18.2%~45.5%。施氮后,土壤有机碳含量由6.50 g/kg提升到7.00~7.35 g/kg,可溶性有机碳含量由22.43 mg/kg提高到27.60~34.87 mg/kg,NO_(3)^(-)-N含量由1.38 mg/kg提高到1.78~2.25 mg/kg,C/N由8.90下降到8.64~7.74,微生物的硝化作用显著提高了14.3%~39.6%,好氧氨氧化功能提高了25.1%~48.2%,参与碳循环功能的木糖苷酶活性提高了13.5%~39.3%,纤维二糖水解酶活性提高了50.3%~126.8%。细菌丰富度和多样性变化与土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳、NO_(3)^(-)-N含量和C/N有关。施氮条件下细菌变形菌门丰度降低与土壤可溶性有机碳(DOC)含量升高有关,而放线菌丰度升高与SOC、DOC和NO_(3)^(-)-N含量的升高有关,但子囊菌和担子菌的丰度变化与土壤理化性质间的关系不显著。【结论】在黄土高原地区,细菌群落结构对氮肥施用的响应较真菌更为敏感。细菌群落组成的变化与土壤有机碳、可溶性有机碳和NO_(3)^(-)-N呈显著正相关,与全氮和C/N呈显著负相关。此外,氮肥施用增加了土壤中与碳循环相关的功能菌丰度,促进了木糖苷酶和纤维二糖水解酶的分泌。

关键词：施氮量全氮碳氮比酶活性微生物群落结构

2016—2021年松嫩平原黑土区季节性地表形变监测与分析

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地理科学进展 2024年第6期43卷 1203-1218页

作者：古丽米热·甫拉提张学霞胡韵哲王景萍北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

受全球气候变暖、冻融作用、地壳运动以及人类活动的影响,地表形变对区域生产、生活和生态造成一定威胁。松嫩平原黑土区是中国重要的耕地后备资源,同时也是典型的季节性冻土区,以往的冻土地表形变监测集中在青藏高原等地区,对松嫩平原... 详细信息

受全球气候变暖、冻融作用、地壳运动以及人类活动的影响,地表形变对区域生产、生活和生态造成一定威胁。松嫩平原黑土区是中国重要的耕地后备资源,同时也是典型的季节性冻土区,以往的冻土地表形变监测集中在青藏高原等地区,对松嫩平原等高纬度地带的地表形变监测鲜有提及。论文利用68景Sentinel-1合成孔径雷达影像数据,通过D-InSAR技术获取2016年和2021年松嫩平原黑土区融化期、冻结期地表形变结果,通过空间自相关、变化矩阵和平均中心探索地表形变时空分布特征,并结合断裂带、地下水和土地利用方式分析地表形变成因,主要结果如下:(1)融化期形变量均值较冻结期高且变化幅度明显,融化期形变量平均值113 mm,范围为-63~244mm;冻结期形变量平均值23 mm,范围为-64~120 mm;2016—2021年同一季节地表形变量范围呈现收敛特征。(2)松辽盆地季节性地表形变呈现“冻胀融沉”规律,小兴安岭西部山麓地带形变微小;融化期内沉降区逐渐朝东北方向移动,抬升区由东北向西南转移;冻结期内沉降区由绥化市向西部齐齐哈尔市辐散,抬升区由西北部向中南部转移。(3)地表形变量高值区位于断裂带沿线破碎带,地表抬升与岩石富水程度空间分布重合。(4)土地利用方式影响地表形变量,空间上显著相关,其中耕地发生地表形变的情况最普遍。松嫩平原黑土区地表形变呈现季节性分异、年际波动的特征,实时监测地表形变并探究其影响因素可以为农耕管理、地下水调控以及地质灾害预防等提供现实依据。

关键词：地表形变 Sentinel-1 D-InSAR 冻土黑土区松嫩平原

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基于纹理增强的双分支遥感建筑物提取网络

激光与光电子学进展 2024年第14期61卷 291-301页

作者：谌旭史明昌北京林业大学水土保持学院北京100083

针对高分辨率的遥感影像建筑物提取过程中,卷积神经网络难以兼顾全局信息、边缘信息和底层纹理信息,导致提取结果出现边缘模糊、结果不完整的现象,提出联合浅层卷积神经网络和Transformer网络的基于纹理增强的双分支遥感建筑物提取网络(... 详细信息

针对高分辨率的遥感影像建筑物提取过程中,卷积神经网络难以兼顾全局信息、边缘信息和底层纹理信息,导致提取结果出现边缘模糊、结果不完整的现象,提出联合浅层卷积神经网络和Transformer网络的基于纹理增强的双分支遥感建筑物提取网络(TEOA-UNet)。首先,为了在学习全局上下文信息的同时保持模型对局部建筑的关注,引入Outlook注意力机制;然后,为了提升模型对建筑物边缘的感知能力,使用边缘感知模块(EAM)促进模型学习建筑物边缘信息;最后,为了提升模型对底层纹理的感受能力,提出基于浅层卷积网络的纹理增强分支来加强模型的底层信息学习。在Massachusetts、WHU,以及Inria建筑物数据集上的实验结果表明,TEOA-UNet在不同分辨率和不同场景的遥感影像建筑物提取方面表现良好,能够有效提升建筑物边界分割精度和完整性。F1分数在上述3个数据集分别达到88.54%、95.22%、90.94%,相比Baseline模型SDSC-UNet分别提升1.72百分点、0.49百分点和0.23百分点。这一结果表明,TEOA-UNet具有较高的提取精度。

关键词：遥感影像建筑物提取注意力机制边缘感知纹理增强

不同类型侧柏人工林下优势草本生态位及种间关系研究

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草地学报 2024年第1期32卷 261-274页

作者：唐颖齐实张林李鹏赖金林廖瑞恩张岩张岱北京林业大学水土保持学院北京100083

探究北京山区不同类型侧柏人工林下优势草本的生态位和种间关联性,为京津风沙源工程人工林营造与管理提供参考,本研究以侧柏(Platycladus orientalis)纯林(C1)、侧柏-油松(Pinus tabuliformis)混交林(C2)和侧柏-黄栌(Cotinus coggygria ... 详细信息

探究北京山区不同类型侧柏人工林下优势草本的生态位和种间关联性,为京津风沙源工程人工林营造与管理提供参考,本研究以侧柏(Platycladus orientalis)纯林(C1)、侧柏-油松(Pinus tabuliformis)混交林(C2)和侧柏-黄栌(Cotinus coggygria ***)混交林(C3)为研究对象,对不同类型林下优势草本生态位宽度、生态位重叠度、总体关联性和种间联结性进行研究。结果表明:生态位宽度排序与重要值排序无显著定性关系;茜草(Rubia cordifolia)是3种林分类型共有的优势草本,与其他草本的生态位重叠程度大于0.90;总体关联性检验表明,C2为显著正关联,C3为显著负关联,C1为不显著正关联;此外,C2林下优势草本种间正联结性强,而C3林下优势草本种间负联结强。黄花蒿(Artemisia annua)-唐松草(Thalictrum aquilegiifolium ***)、茜草-萝藦(Cynanchum rostellatum)等种对联结性强、生态位重叠值大,在北京山区侧柏人工林下具有较强的生境适应性。

关键词：北京山区侧柏人工林优势草本生态位种间联结性

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海河流域植被变化时空分异及影响因素探测

环境科学 2024年

作者：刘芃凯饶良懿北京林业大学水土保持学院水土保持国家林业局重点实验室

认识海河流域植被覆盖变化时空分异规律及影响因素可为其生态保护与建设提供参考。基于2000～2020 年归一化植被指数（NDVI）、自然因子和社会经济因子数据集，采用最大值合成法、Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall显著性检验、Hu... 详细信息

认识海河流域植被覆盖变化时空分异规律及影响因素可为其生态保护与建设提供参考。基于2000～2020 年归一化植被指数（NDVI）、自然因子和社会经济因子数据集，采用最大值合成法、Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall显著性检验、Hurst指数及地理探测器等方法分析了2000～2020 年海河流域NDVI时空变化特征并探讨了NDVI时空分异影响因素。结果表明：①2000～2020年海河流域NDVI呈波动上升趋势，增长速率为0.0032 a-1，高植被覆盖和中高植被覆盖占比总面积81.79%，植被覆盖总体处于较高水平。NDVI空间分布具有明显分异规律，表现为西部高、环渤海湾地带和城市区域较低。植被未来呈现改善趋势的面积为49.68%。②土地利用类型和土壤类型q值分别为0.254和0.222，是影响NDVI空间变化规律主导因子。降雨和气温为次要因子，q值分别为0.164和0.147。交互作用上，土地利用类型∩土壤类型的q值最高为0.442，其次是土地利用类型∩年降水量的q值为0.428，均表现出双因子增强和非线性增强两种关系。植被变化是多因素综合作用的结果，需因地制宜制定不同规划和管理策略，研究结果可为海河流域生态环境建设及可持续发展提供理论依据。

关键词：海河流域归一化植被指数(NDVI) 地理探测器影响因子空间分布格局