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冻融作用对东北黑土区坡耕地土壤微生物养分限制的影响

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应用生态学报 2024年第10期35卷 2744-2754页

作者：安小兵郑粉莉王雪松杨新月梁瑞王伦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

分析冻融作用对土壤微生物养分限制的影响，可为黑土资源可持续利用提供重要支撑。本研究选取位于黑龙江省克山县典型厚层黑土区的坡耕地，测定自然条件下冻融前后土壤养分、土壤微生物生物量和土壤酶活性等，结合137Cs示踪技术估算多... 详细信息

分析冻融作用对土壤微生物养分限制的影响，可为黑土资源可持续利用提供重要支撑。本研究选取位于黑龙江省克山县典型厚层黑土区的坡耕地，测定自然条件下冻融前后土壤养分、土壤微生物生物量和土壤酶活性等，结合137Cs示踪技术估算多年平均土壤侵蚀速率，研究冻融作用对土壤微生物养分限制的影响，并分析土壤微生物养分限制对土壤侵蚀速率的响应。结果表明：1)坡耕地土壤侵蚀速率变化范围为479.31～7802.33 t·km-2·a-1，平均值为2751.02 t·km-2·a-1。2)冻融作用下坡耕地土壤水溶性有机氮（DON）和微生物生物量碳（MBC）分别显著降低了27.9%和37.3%，而冻融作用对土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、水溶性有机碳（DOC）、速效磷（AP）、微生物生物量氮（MBN）和磷（MBP）均无显著影响。3)冻融作用下坡耕地β-1，4-葡糖苷酶（BG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）和β-1，4-N-乙酰氨基葡糖苷酶（NAG）活性分别降低了43.2%、11.0%和25.5%。酶计量矢量模型计算结果表明，土壤微生物受到相对碳和磷限制，冻融作用减弱了土壤微生物相对碳限制，而增强了土壤微生物相对磷限制。4)结构方程模型分析表明，冻融作用对土壤微生物相对磷限制和相对碳限制分别存在直接正和负效应；土壤侵蚀速率对土壤微生物相对碳限制存在直接负效应。5)冻融前后土壤SOC和TN、冻融后TP、冻融后MBC和冻融前VL与土壤侵蚀速率呈显著负相关。冻融作用降低了土壤碳氮获取酶活性，进而改变了土壤微生物养分限制状况。本研究加深了黑土区冻融作用对土壤微生物养分限制影响的机理认识，为黑土区坡耕地养分管理提供了重要支撑。

关键词：冻融作用土壤侵蚀土壤酶活性微生物养分限制东北黑土区

近30 a陕西土壤有机碳的时空变化特征及影响因素

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环境科学 2024年第10期45卷 5994-6001页

作者：冯晓琳闫雨阳张欣然张楚天耿增超胡斐南许晨阳西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 西北农林科技大学农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室杨凌712100 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

土壤有机碳(SOC)动态变化对土壤质量演变和全球碳循环具有极其重要的指示意义,因此有必要对区域SOC库的时空分布变化和影响因素进行研究.分别收集陕西省1985~2015年近30 a共540个土壤剖面信息及其环境变量数据,使用单因素方差分析和路... 详细信息

土壤有机碳(SOC)动态变化对土壤质量演变和全球碳循环具有极其重要的指示意义,因此有必要对区域SOC库的时空分布变化和影响因素进行研究.分别收集陕西省1985~2015年近30 a共540个土壤剖面信息及其环境变量数据,使用单因素方差分析和路径分析法探究陕西省SOC含量的时间和空间分布特征以及SOC含量变化的影响因素.结果表明,1985年和2015年陕西省SOC含量在空间分布上表现为:关中最高,陕南次之,且都显著高于陕北.自1985~2015年,陕南SOC含量上升幅度最大,为21.28%,关中上升了15.33%,而陕北SOC含量小幅度下降,降幅为10.23%,主要发生在60~80 cm和80~100 cm的深层土壤.与1985年相比,2015年陕西省0~100 cm各土层SOC含量增幅的变化范围为3.21%~29.39%.1985年和2015年各土壤类型中SOC含量最高的土壤类型分别为暗棕壤和棕壤.与1985年相比,2015年SOC含量增幅最大的土壤类型为粗骨土,其次为新积土.相关分析及路径分析结果表明,SOC含量与海拔显著正相关,与年平均降水量、归一化植被指数和全氮含量极显著正相关;与曲率、容重和pH极显著负相关.全氮含量是影响SOC含量的主控因素.研究结果可为区域内未来的碳管理措施提供参考.

关键词：陕西省土壤有机碳(SOC) 时空分布路径分析影响因素

陕北黄土区深剖面不同土地利用方式下土壤水分和温度的分布特征

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应用生态学报 2024年第9期35卷 2552-2560页

作者：李明辉李秧秧樊军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 中国科学院大学北京100049 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

研究不同土地利用方式对深剖面土壤水分和温度时空动态的影响,揭示不同植被覆盖对区域水热资源的调控效应,可为优化土地管理和植被恢复提供理论依据。本研究以黄土高原北部六道沟流域不同土地利用方式为研究对象,于2022年对0~1000 cm土... 详细信息

研究不同土地利用方式对深剖面土壤水分和温度时空动态的影响,揭示不同植被覆盖对区域水热资源的调控效应,可为优化土地管理和植被恢复提供理论依据。本研究以黄土高原北部六道沟流域不同土地利用方式为研究对象,于2022年对0~1000 cm土层土壤含水量和温度进行动态监测,分析4种土地利用方式下(林地、草地、农地和荒草地)土壤水分和温度的时间变化规律和垂直剖面分布特征。结果表明:研究区不同土地利用方式之间的土壤水分和温度分布特征差异显著。2022年生长季(4—10月),4种土地利用方式0~1000 cm土层土壤总储水量由高到低依次为:大豆农地(1393 mm)、荒草地(1374 mm)、柠条林地(1218 mm)和苜蓿草地(557 mm)。柠条林地和大豆农地在0~300 cm、荒草地在0~500 cm、苜蓿草地在0~200 cm土壤水分变化较大,深层土壤水分均变化较小。土地利用方式对土壤温度的影响主要表现在0~200cm土层,最深可达300 cm。2022年4种土地利用方式的降水入渗补充深度在200 cm之内。柠条林地和苜蓿草地的土壤水分消耗深度均为200 cm,大豆农地和荒草地的土壤水分消耗深度为100 cm。植被变化显著影响了土壤深剖面水热过程。

关键词：深剖面土地利用方式土壤水分土壤温度

关中塿土工程堆积体坡面径流和产沙对坡长及砾石含量的响应

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应用生态学报 2024年第3期35卷 749-758页

作者：郭培龙王文龙李建明康宏亮娄义宝韦思瀚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陕西杨凌712100

随着关中地区经济发展,产生大量以塿土为主要土壤类型的工程堆积体。采用模拟降雨的方法研究不同降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5 mm·min^(-1))和不同坡长(3、5、6.5、12 m)条件下土质(0%砾石)、土石质(30%砾石)塿土堆积体坡面径流和产沙... 详细信息

随着关中地区经济发展,产生大量以塿土为主要土壤类型的工程堆积体。采用模拟降雨的方法研究不同降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5 mm·min^(-1))和不同坡长(3、5、6.5、12 m)条件下土质(0%砾石)、土石质(30%砾石)塿土堆积体坡面径流和产沙特征。结果表明:雨强在1.0~1.5 mm·min^(-1)时,径流率相对稳定,而在2.0~2.5 mm·min^(-1)时,径流率波动变化明显;平均径流率在相同坡面不同雨强时存在显著差异,随雨强增大2种坡面间平均径流率差异显著增大,在相同雨强下,土石质坡面径流率在各坡长间的差异较土质坡面更明显。在3~6.5 m坡长时,坡面流速先迅速增大后缓慢增大或趋于稳定,12 m坡长时则显著提高;随雨强增大,砾石对平均流速的抑制作用增强,雨强2.5 mm·min^(-1)时,土石质坡面平均流速较土质坡面的减幅最大可达61.5%。雨强侵蚀量的贡献率均最高,分别为51.8%和35.5%。该研究结果可为塿土区工程堆积体水土流失治理提供科学依据。

关键词：模拟降雨坡长砾石含量径流产沙贡献率

不同形态河谷沉积物中稀土元素的粒径分布特征

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土壤学报 2024年第3期61卷 746-756页

作者：尚月婷张加琼白茹茹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

稀土元素(REE)作为一种重要的土壤侵蚀示踪元素,明确其含量随土壤颗粒粒径的变化特征,对准确量化土壤侵蚀速率具有重要意义。本研究基于Samonova等采样测定的不同粒径范围(<1、1~10、10~50、50~250和250~1 000μm)土壤/沉积物颗粒中的RE... 详细信息

稀土元素(REE)作为一种重要的土壤侵蚀示踪元素,明确其含量随土壤颗粒粒径的变化特征,对准确量化土壤侵蚀速率具有重要意义。本研究基于Samonova等采样测定的不同粒径范围(土壤/沉积物颗粒中的REE含量,分析了俄罗斯普罗特瓦河左岸河谷形态(“U”和“V”形谷)、地貌部位(坡面、沟坡/沟壁、沟道底部和洪积扇)、侵蚀(坡面、沟坡/沟壁)和沉积(沟道底部和洪积扇)环境对土壤/沉积物REE含量、富集系数等的影响。结果表明:(1)“U”和“V”形谷四类地貌下,轻稀土(LREE)、重稀土(HREE)和总稀土(ΣREE)含量均随颗粒粒径变粗呈降低趋势。在相同地貌部位,“U”形谷细颗粒(部位,LREE和HREE均明显富集在细颗粒中,尤其是“V”形谷,LREE和HREE主要富集在侵蚀和沉积区,“U”和“V”形谷沉积区细颗粒中LREE和HREE的富集程度均显著(P侵蚀区。可见,无论河谷形态、地貌部位和侵蚀沉积区,REE均主要富集在细颗粒中;但河谷形态和侵蚀、沉积对REE含量的粒径分布有重要影响。

关键词：侵蚀区域沉积区域地貌部位轻稀土元素重稀土元素富集

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泥沙磨蚀作用对微塑料老化破碎的影响

土壤学报 2024年第3期61卷 737-745页

作者：郝永丽胡亚鲜郭胜利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

泥沙磨蚀作为侵蚀迁移过程中典型作用力之一,可加速微塑料老化破碎,进而影响其在土壤环境中的富集和迁移特征,但泥沙磨蚀影响微塑料老化破碎的作用机理尚不明确。以侵蚀事件频繁且微塑料污染严重的黄土高原王东沟小流域为研究区域,采集... 详细信息

泥沙磨蚀作为侵蚀迁移过程中典型作用力之一,可加速微塑料老化破碎,进而影响其在土壤环境中的富集和迁移特征,但泥沙磨蚀影响微塑料老化破碎的作用机理尚不明确。以侵蚀事件频繁且微塑料污染严重的黄土高原王东沟小流域为研究区域,采集多年覆膜的玉米地土壤,对比分析风干原土、泥沙浸润静置,和含沙量为560 kg·m^(–3),800 kg·m^(–3)和930 kg·m^(–3)三种含沙量震荡磨蚀等多种处理下对微塑料的老化破碎影响,并采用激光红外成像系统分析不同处理下微塑料的丰度、类型和形态特征。研究结果表明:(1)研究区土壤微塑料以聚氨酯(Polyurethane,PU)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)、橡胶(Rubber,RB)为主,多为直径10~50μm的碎片状。(2)风干原土处理中微塑料的平均面积最大(5234μm^(2)),泥沙浸润静置处理下微塑料的平均丰度最小(2067 n·kg^(–1)),而泥沙磨蚀处理下微塑料的平均丰度最大(14400 n·kg^(–1)),且平均面积最小(2868μm^(2))。(3)三种含沙量磨蚀作用下微塑料的平均丰度和面积存在显著差异,其中,平均丰度表现为:中含沙量(18300 n·kg^(–1))>低含沙量(13730 n·kg^(–1))>高含沙量(8667 n·kg^(–1)),而平均面积表现为:低含沙量(3932μm^(2))>中含沙量(2472μm^(2))>高含沙量(2099μm^(2))。总之,本研究表明泥沙磨蚀作用可显著增加微塑料丰度,减小其面积,而微塑料的平均丰度在中含沙量磨蚀强度下达到最大值,且不同微塑料类型对泥沙磨蚀作用的敏感程度不同,为侵蚀环境下土壤微塑料的破碎迁移风险评估提供理论参考。

关键词：微塑料磨蚀破碎丰度形态特征

基于Goole Earth Engine和Sentinel-2数据的耕地分类研究

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西北农林科技大学学报(自然科学版) 2024年 1-11页

作者：宋朝阳史尚渝王飞赵玉龙刘元昊中国科学院水利部水土保持研究所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

【目的】采用遥感影像对不同种类农作物耕地进行高效精准的分类,以期获取最优的农作物种植信息提取方案,为农业生产提质增效提供决策支持。【方法】以陕西省宝鸡市扶风县为研究区,利用Google Earth Engine(GEE)平台,基于2020年10月至202... 详细信息

【目的】采用遥感影像对不同种类农作物耕地进行高效精准的分类,以期获取最优的农作物种植信息提取方案,为农业生产提质增效提供决策支持。【方法】以陕西省宝鸡市扶风县为研究区,利用Google Earth Engine(GEE)平台,基于2020年10月至2021年12月的Sentinel-2影像和目视解译与野外定位相结合选取的样本点,使用随机森林(random forest,RF)算法,结合归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、增强植被指数(enhanced vegetation index,EVI)、物候参数特征、遥感影像红边波段,且将根据NDVI计算出的物候参数的波段记为N,根据EVI计算出的物候参数的波段记为E,引入红边波段记为1,未引入红边波段记为2,在此基础上构建了8种不同的分类模型(NDVI-N1、EVI-E1、N1、E1、NDVI-N2、EVI-E2、N2、E2),并与4种样本分割比例(训练样本数与检验样本数的比例分别为5∶5,6∶4,7∶3和8∶2)组合,共计32种分类方案,利用这些方案对扶风县的不同种类农作物耕地进行分类,并计算了不同分类方案的总体精度和Kappa系数。【结果】(1)经S-G滤波法处理后,6种地物类型的NDVI和EVI时序曲线噪声减小且更为平滑,且NDVI和EVI曲线差异明显。(2)在32种分类方案中,只有样本分割比例为7∶3时的EVI-E1模型、EVI-E2模型和样本分割比例为6∶4时E2模型的总体精度高于90%,说明在扶风地区用EVI分类效果更好一些。(3)在样本分割比例为7:3的情况下,EVI-E1模型的总体精度和Kappa系数均最高,分别为91.66%和89.41%,为最优分类方案。但是在该方案中引入红边波段后,其总体精度下降了1.18%,Kappa系数下降了1.53%,可知运用该分类方案时应剔除红边波段。(4)运用最优分类方案对小麦地、玉米地、土豆地的提取结果与实际调查情况大致相同。【结论】基于GEE平台和Sentinel-2数据实现了对县域级农作物种植面积的精确分类,可为扶风县农业生产提供决策支持。

关键词：农作物分类 Sentinel-2 随机森林算法 Google Earth Engine 扶风县

斑块面积对干燥-复水条件下藓类植物生理活性的影响

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生态学报 2024年第5期44卷 2081-2088页

作者：乔羽赵允格高丽倩井海梦张珺雨西北农林科技大学资源环境学院杨凌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杨凌712100

干扰会导致生物结皮斑块破碎并退化。为明确生物结皮斑块破碎诱发生物结皮退化机理,以黄土丘陵区土生对齿藓(Didymodon vinealis)结皮为研究对象,研究了干燥-复水条件下,单株和直径1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm的藓结皮斑块内土生对齿... 详细信息

干扰会导致生物结皮斑块破碎并退化。为明确生物结皮斑块破碎诱发生物结皮退化机理,以黄土丘陵区土生对齿藓(Didymodon vinealis)结皮为研究对象,研究了干燥-复水条件下,单株和直径1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm的藓结皮斑块内土生对齿藓的干燥速率、渗透调节物质、丙二醛和光合色素含量等的变化,以期揭示干扰后生物结皮退化的生物学机理。结果表明(1)除单株外,干燥速率随斑块面积减小而增加,直径1 cm斑块内藓的干燥速率是直径5 cm的2倍。(2)反复干燥-复水25天后,直径小于5 cm的斑块内藓的可溶性糖、可溶性蛋白和叶绿素含量低于直径5 cm斑块内藓的含量,丙二醛含量随斑块面积变化无明显规律。(3)干燥速率与斑块面积、可溶性糖、可溶性蛋白及叶绿素含量均呈极显著负相关。以上结果表明,藓结皮斑块面积通过影响斑块内藓类植物干燥速率进而影响其渗透调节和光合作用能力。藓结皮斑块面积减小,藓类植物干燥速率增大,生理活性降低,是藓结皮斑块破碎诱发其退化的原因。研究从藓类植物生理的角度,阐明了干扰后藓类植物衰亡的生理学原因,为生物结皮的保护和管理提供了科学依据。

关键词：藓结皮斑块面积干燥速率光合色素渗透调节

基于多源数据融合产品的黄河中游多沙粗沙区耕地时空动态变化

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水土保持学报 2024年

作者：李舒畅郭正张风宝罗佳茹李玄添申楠杨明义西北农林科技大学水土保持科学与工程学院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

[目的]黄河中游多沙粗沙区是我国典型的生态脆弱区,准确量化该区耕地时空动态变化对评估区域粮食安全、生态修复效益、水土流失状况及黄河下游安澜等都具有重要意义。[方法]基于5种30 m高分辨率土地利用/覆被数据集产品（CNLUCC、GLC＿F... 详细信息

[目的]黄河中游多沙粗沙区是我国典型的生态脆弱区,准确量化该区耕地时空动态变化对评估区域粮食安全、生态修复效益、水土流失状况及黄河下游安澜等都具有重要意义。[方法]基于5种30 m高分辨率土地利用/覆被数据集产品（CNLUCC、GLC＿FCS30、CLCD、AGLC-2000-2015、Globe Land 30）,运用耕地利用动态度、偏差系数、转移矩阵、空间一致性分析等方法对比分析多源产品耕地在多沙粗沙区的时空特征,形成30 m分辨率高精度融合数据集产品,并对其进行验证,在此基础上基于融合产品分析近30年黄河中游多沙粗沙区耕地的数量、分布、结构特征。[结果]现有多源数据集产品之间耕地特征存在较大差异,而融合产品精度均优于单独使用5种现有产品。基于融合产品分析发现:近30年来耕地面积呈现先增加后波动式降低的趋势,退耕还林（草）工程实施为分界线;近30年耕地面积净减少3 170.59 km2,减少17.63%,且>15°的坡耕地面积占比逐年减少;耕地的动态转移类型主要为草地,其次为人工地表。退耕还林（草）等生态工程的实施和城镇化建设是导致耕地减少的主要原因。[结论]研究者可依据研究目的综合分析多源产品的优劣,探究有效的方法基于目标地类融合和解释多源数据,以深入研究某区域的地类特征从而获得更为精确的研究结论。

关键词：耕地黄河中游多沙粗沙区融合产品多源数据时空变化