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西藏“一江两河”地区水力侵蚀的时空分异规律

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水土保持通报 2024年第2期44卷 291-301页

作者：李浩然郝连安张秀梅王晨光张怡捷马波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 西北农林科技大学水土保持科学与工程学院陕西杨凌712100 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙410014

[目的]对西藏自治区“一江两河”地区土壤侵蚀强度及其时空分异规律进行分析,为该地区土壤侵蚀防治与生态治理提供科学依据。[方法]基于降雨、数字高程模型DEM、土壤、植被及土地覆被等数据,利用修正通用土壤流失方程(RUSLE)及空间信息... 详细信息

[目的]对西藏自治区“一江两河”地区土壤侵蚀强度及其时空分异规律进行分析,为该地区土壤侵蚀防治与生态治理提供科学依据。[方法]基于降雨、数字高程模型DEM、土壤、植被及土地覆被等数据,利用修正通用土壤流失方程(RUSLE)及空间信息技术(GIS)等方法估算研究区1995,2005,2015和2020年的土壤侵蚀模数并进行土壤侵蚀强度分级,分析“一江两河”地区土壤侵蚀强度时空变化特征,阐明水土流失面积变化规律。[结果]①“一江两河”地区平均土壤侵蚀模数为30.35 t/(hm^(2)·a),随时间呈先增加后降低的总体趋势,且土壤侵蚀模数呈减少趋势的区域面积逐年增加。②研究区土壤侵蚀强度呈西高东低的趋势,以轻度和微度为主,面积比例总和达70%及以上,各等级土壤侵蚀面积转移以中度侵蚀→轻度侵蚀为主。③流域内水土流失面积比例总体呈现减小趋势,谢通门县、拉孜县为侵蚀风险较高的区域。[结论]“一江两河”地区土壤侵蚀具有较强的时空分异性,中部地区土壤侵蚀风险较高,水土保持治理亟需加强。

关键词： “一江两河”地区土壤侵蚀时空格局 RUSLE模型

9种介电类水分传感器对风沙土含水率的测定精度及校准模型比较

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西北农林科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 123-135,145页

作者：曹尤淞肖波中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心陕西杨凌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 中国科学院大学北京100049 中国农业大学土地科学与技术学院农业农村部华北耕地保育重点实验室北京100193

【目的】比较不同水分传感器对风沙土含水率的测定精度,并建立校准模型,为旱区农业水土资源的高效利用提供理论依据。【方法】以METER、Acclima和Truebners三大制造商生产的9种介电类水分传感器为对象,以典型风沙土为供试土壤,通过室内... 详细信息

【目的】比较不同水分传感器对风沙土含水率的测定精度,并建立校准模型,为旱区农业水土资源的高效利用提供理论依据。【方法】以METER、Acclima和Truebners三大制造商生产的9种介电类水分传感器为对象,以典型风沙土为供试土壤,通过室内校准试验比较各种传感器对土壤含水率的测定精度,评估其在风沙土上的适用范围、准确度、精密度及其影响因素,并构建不同传感器测定风沙土含水率的校准模型,比较不同校准模型的精度。【结果】(1)默认模型下,与其他传感器相比,MAS-1和EC-5的测定精度较高,其均方根误差(RMSE)分别为0.020和0.027,平均偏差误差(MBE)分别为0.016和0.024,斜率(k值)分别为0.9433和0.9403,决定系数(R^(2))分别为0.926和0.938。(2)土壤含水率范围影响传感器的测定精度。各传感器在低含水率下的RMSE平均值比中、高含水率分别减小了40.9%和42.6%,MBE平均值减小了61.8%和59.9%,而R2平均值提高了0.7%和11.3%。其中,低含水率时EC-5和TDR-315H的精度较高,而中、高含水率下MAS-1的精度均较高。对于含水率相同的土壤,各传感器的测定结果差异较大,且含水率越高差异越大。(3)与默认模型相比,校准模型的RMSE和MBE平均减小了48.8%和72.6%,纳什系数(NSE)和R2提高了70.7%和4.5%。经模型校准后,5TE和TEROS-12测定精度的增幅最大,而TDR-315H的测定精度相对最高。此外,传感器测定的风沙土含水率默认值与校准值具有较高的拟合精度,通过模型转换可实现对默认值的二次校准。【结论】综合评估测定精度、使用寿命和售价,MAS-1、EC-5和TDR-315H可作为风沙土含水率监测的优先传感器备选,且利用风沙土的校准模型对传感器进行标定十分重要。

关键词：土壤体积含水率介电常数水分传感器农业水土资源生态水文过程旱区农业

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黄土高原极端降水对人工林地深层土壤水分的补给效应

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生态学报 2024年

作者：吴亚彪高晓东何娜娜葛东于流洋张利西北农林科技大学水利与建筑工程学院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科学与工程学院

深层土壤干燥化严重制约了黄土高原深根系植被的持续发展。然而，频发的极端降水事件能否缓解深层土壤水分亏缺仍尚不明晰。本研究采用文献调研和实地重采样相结合的方法探究2021年黄土高原极端降水事件对典型人工林地（苹果和刺槐）深... 详细信息

深层土壤干燥化严重制约了黄土高原深根系植被的持续发展。然而，频发的极端降水事件能否缓解深层土壤水分亏缺仍尚不明晰。本研究采用文献调研和实地重采样相结合的方法探究2021年黄土高原极端降水事件对典型人工林地（苹果和刺槐）深层土壤水分亏缺的影响。结果表明：（1）2021年长武（累积极端降水量524.5 mm）和洛川（累积极端降水量467.4 mm）地区极端降水能完全恢复2.2—6.8 m的土壤干层，最低干燥化指数从29.1%恢复到147%。（2）长武14龄、19龄和24龄苹果园的补给深度均达到10 m，降水补给量分别为777.7 mm、1513.1 mm和1301.4 mm；洛川19龄和29龄苹果园的补给深度为6 m和10 m，降水补给量为388.4 mm和459.9 mm。由于极端降水贡献率高，平水年的庆阳地区16龄苹果园补给深度也达到10 m，补给量为619.7 mm。（3）米脂和子长地区人工林地面临严重的土壤干燥化问题，1—10 m垂直剖面分布深厚的土壤干层，其平均土壤含水量已低于6.5%。综上，极端降水有补给深层土壤水分的潜力，而缓解土壤干燥化的能力与极端降水量有关。研究结果为极端天气频发背景下黄土高原不同地区人工林的发展趋势提供理论依据。

关键词：黄土高原人工林极端降水土壤干燥化深层土壤水补

氮添加增加中国陆生植物生物量并降低其氮利用效率

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植物生态学报 2024年第2期48卷 147-157页

作者：耿雪琪唐亚坤王丽娜邓旭张泽凌周莹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陕西杨凌712100 中国科学院大学北京100049 西北农林科技大学水土保持科学与工程学院陕西杨凌712100

研究植物整体和地上、地下部分生物量和氮利用效率(NUE)对氮添加的响应,有助于了解全球氮沉降背景下中国陆地生态系统植物碳、氮循环的变化。然而氮添加对植物生物量和NUE的影响是否一致,影响这种响应的主要因素仍不清楚。该研究收集整... 详细信息

研究植物整体和地上、地下部分生物量和氮利用效率(NUE)对氮添加的响应,有助于了解全球氮沉降背景下中国陆地生态系统植物碳、氮循环的变化。然而氮添加对植物生物量和NUE的影响是否一致,影响这种响应的主要因素仍不清楚。该研究收集整理了94篇已发表论文中有关中国氮添加实验的相关数据,使用meta分析定量评估了氮添加对植物生物量分配和NUE的影响及其主要影响因素。结果表明:(1)氮添加在显著增加植物整体、地上和地下生物量的同时,也显著降低了不同部分的NUE,但植物地上生物量的增加幅度(34.0%)高于地下生物量(5.3%),而地下部分NUE(29.9%)的下降幅度高于地上部分NUE(15.4%);(2)植物整体和不同部分生物量及其NUE对氮添加的响应在不同生态系统类型、氮肥形式、施氮水平、持续时间和水分条件下均存在显著差异,且草地和荒漠生态系统对氮添加的响应明显高于其他生态系统类型;(3)影响植物整体、地上和地下生物量效应值的最主要因素均为土壤总氮含量,植物整体和地上部分NUE的最主要影响因素均为施氮量,而影响地下部分NUE效应值的最主要因素为氮肥形式。总之,植物生物量和NUE在氮添加条件下的变化趋势相反,两者分别主要受土壤总氮含量和施氮水平的影响。

关键词： meta分析土壤总氮氮添加生物量分配氮利用效率生态系统类型

溶解性有机碳溶液灌溉和苜蓿间作消减黄土区苹果园深层土壤硝酸盐的研究

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土壤学报 2024年

作者：代洪伟丁艳宏高晓东李昌见任敏宋小林赵西宁西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室西北农林科技大学水利与建筑工程学院中国科学院水利部水土保持研究所西北农林科技大学园艺学院

近年来，黄土区苹果园由于氮肥使用不当，导致土壤中硝酸盐的大量累积，将严重威胁土壤生态安全。溶解性有机碳（Dissolved organic carbon,DOC）输入和深根系豆科作物间作是消减苹果园深层土壤硝酸盐的潜在可行途径，但其效果与影响因... 详细信息

近年来，黄土区苹果园由于氮肥使用不当，导致土壤中硝酸盐的大量累积，将严重威胁土壤生态安全。溶解性有机碳（Dissolved organic carbon,DOC）输入和深根系豆科作物间作是消减苹果园深层土壤硝酸盐的潜在可行途径，但其效果与影响因素研究目前较薄弱。为此，本研究在渭北黄土区苹果园中设置了灌溉DOC溶液（D）、苜蓿间作（M）、灌溉DOC溶液+苜蓿间作（D+M）、以及对照（CK）四个处理，测定0～600 cm土层硝酸盐、DOC、土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)、含水率及反硝化微生物丰度等指标。研究表明：D和D+M处理下，0～400 cm土壤剖面硝酸盐消减比例达到50%左右，但单一的M处理消减效果不明显；D处理消耗的DOC与硝酸盐之间的C、N质量消耗比例约为5:1,D+M处理的C、N质量消耗比例约为4.35:1;D和D+M处理均增加了0～600 cm土层nirS、nirK和nosZ反硝化基因拷贝数，并提高了DOC、SOC和反硝化微生物对硝酸盐消减的贡献率。总体而言，D+M处理消减硝酸盐效果最好，可作为黄土区果园深层土壤硝酸盐治理的可行措施。

关键词：黄土高原溶解性有机碳硝态氮反硝化功能基因苜蓿

干旱胁迫对连翘幼苗非结构性碳分配和水力特性的影响

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生态学报 2024年第11期44卷 4698-4707页

作者：王云霞刘莹付雨辰李欣诺刘青马辉珍何俐蓉王国梁西北农林科技大学水土保持科学与工程学院杨陵712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨陵712100 西北农林科技大学资源环境学院杨陵712100 西北农林科技大学生命科学学院杨陵712100

为了探究长期干旱胁迫下连翘不同器官的非结构性碳水化合物(NSC)含量与水力特性的协调及响应机制。以连续3年不同水分条件处理后的连翘幼苗为研究对象,设置3个水分处理(适宜供水、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫),研究长期干旱胁迫后连翘... 详细信息

为了探究长期干旱胁迫下连翘不同器官的非结构性碳水化合物(NSC)含量与水力特性的协调及响应机制。以连续3年不同水分条件处理后的连翘幼苗为研究对象,设置3个水分处理(适宜供水、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫),研究长期干旱胁迫后连翘幼苗的光合特性、生物量的分配、NSC各组分含量、水力特性的变化及其碳水两者之间的相关关系。结果表明:(1)适宜供水、中度干旱、重度干旱胁迫下,枝条的栓塞程度分别为30.7%、41.8%和42.3%,枝条导水率分别为0.95、0.71、0.65 kg m^(-1)s-1MPa^(-1)。(2)重度干旱胁迫显著降低了净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率。(3)重度干旱胁迫导致地上和粗根生物量显著降低,细根生物量和根冠比显著增加。此外,各器官的NSC含量显著降低,其根系NSC消耗量最高,根系的可溶性总糖和淀粉含量显著降低,枝条的可溶性总糖、葡萄糖和蔗糖含量增加了12.9%、31.1%和45.7%,而淀粉含量降低了40.7%。(4)枝条栓塞程度和导水率与可溶性总糖、淀粉、蔗糖和葡萄糖含量显著相关,其栓塞程度与可溶性总糖、葡萄糖和蔗糖呈正相关,而与淀粉呈负相关(P所述,干旱导致连翘枝条木质部的栓塞程度增加,导水率、光合作用和水分运输效率均显著降低,但连翘通过提高枝条内可溶性总糖、葡萄糖、蔗糖含量和降低淀粉、NSC含量以提高植物在干旱条件下的存活机率及旱后水分恢复能力,研究为半干旱区连翘培育和经营提供理论依据。

关键词：干旱渗透调节非结构碳水化合物水力特性

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冻融条件下藻结皮覆盖对土壤结构的影响

水土保持学报 2024年第2期38卷 157-164页

作者：钟志强曹文华马波曾建辉张秀梅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 水利部水土保持监测中心北京100053

[目的]为研究生物结皮覆盖和冻融作用对土壤结构的影响。[方法]以黄土高原北部风沙土为研究对象,采用室内模拟冻融的方法,利用田口方法分析不同冻融次数、冻融前土壤初始含水量和生物结皮(藻结皮)盖度对土壤结构特征的影响。[结果](1)... 详细信息

[目的]为研究生物结皮覆盖和冻融作用对土壤结构的影响。[方法]以黄土高原北部风沙土为研究对象,采用室内模拟冻融的方法,利用田口方法分析不同冻融次数、冻融前土壤初始含水量和生物结皮(藻结皮)盖度对土壤结构特征的影响。[结果](1)通过正交试验获取的土壤结构指数(I GSS)为75.57~96.57,信噪比(S/N)为37.55~39.70 dB,通过田口方法确定的最佳因子组合为15次冻融循环、15%初始含水量、80%藻结皮覆盖度,其预测结果为I GSS=98.09,S/N=39.89 dB。(2)I GSS与冻融次数、初始含水量、藻结皮盖度均呈正相关关系,各因子对土壤结构指数的主效应表现为初始含水量>冻融次数>藻结皮覆盖度;各因子对土壤结构指数变化的贡献率为初始含水量(52.17%)>冻融次数(31.95%)>藻结皮覆盖度(2.12%)。(3)土壤结构指数的变化来自于冻融过程中土壤水分的散失和孔隙扩张,藻结皮覆盖可以减缓冻融过程中水分的散失,从而减缓I GSS变化。[结论]研究使用正交试验对冻融条件下藻结皮覆盖对土壤结构的影响进行探讨,研究结果可为复杂条件下的土壤冻融过程研究提供一定的理论参考。

关键词：黄土高原土壤结构冻融模拟生物结皮田口方法

太白山植物叶片和细根氮含量沿海拔梯度的变异规律

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西北林学院学报 2024年第1期39卷 162-168页

作者：高慧蓉王志波龚浩鑫朱荣杨雪陈爽王小春张明王瑞丽西北农林科技大学林学院陕西杨陵712100 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨陵712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨陵712100

氮(N)是植物生长发育的关键性限制元素,其在植物地上、地下器官间的权衡分配是植物重要的适应策略,目前不同器官N含量的变异规律及分配机制仍不清楚。以秦岭太白山北坡为研究地点,沿海拔梯度选取落叶栎林、桦木林、巴山冷杉林、太白红... 详细信息

氮(N)是植物生长发育的关键性限制元素,其在植物地上、地下器官间的权衡分配是植物重要的适应策略,目前不同器官N含量的变异规律及分配机制仍不清楚。以秦岭太白山北坡为研究地点,沿海拔梯度选取落叶栎林、桦木林、巴山冷杉林、太白红杉林和高山灌丛带的74种木本和草本植物,通过野外取样、室内测定获得叶片和细根的N元素含量,旨在阐明叶片和细根N元素沿海拔梯度的变异规律及N元素在2种器官间的分配策略。结果表明:(1)在全部物种和不同生长型中,叶片N含量(21.51~24.21 mg·g^(-1))均显著高于细根(12.32~13.57 mg·g^(-1),P土壤因素显著相关,而细根N含量有更强的系统发育保守性,且较少受到环境因素的影响。这些结果表明,N元素的变异规律及其驱动因素在不同器官和不同生长型中均存在差异,未来在生态化学计量研究中需要综合考虑植物不同器官和不同生长型对环境变化的适应策略。

关键词：氮含量叶片细根海拔梯度太白山

铀胁迫下根施褪黑素和苏云金芽孢杆菌对上海青生长和铀吸收的影响

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水土保持研究 2024年第6期31卷 230-236页

作者：连贝贝赵珊珊王百群中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院大学北京100049 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

[目的]揭示褪黑素和苏云金芽孢杆菌对上海青缓解铀胁迫的作用机制,为褪黑素-抗性菌-植物联合修复铀污染土壤的应用提供理论依据。[方法]通过室内盆栽试验,以添加铀(10 mg/kg)污染红壤为供试土壤,研究褪黑素(100μmol/L)、铀抗性菌苏云... 详细信息

[目的]揭示褪黑素和苏云金芽孢杆菌对上海青缓解铀胁迫的作用机制,为褪黑素-抗性菌-植物联合修复铀污染土壤的应用提供理论依据。[方法]通过室内盆栽试验,以添加铀(10 mg/kg)污染红壤为供试土壤,研究褪黑素(100μmol/L)、铀抗性菌苏云金芽孢杆菌以及联合施用下对土壤pH和养分、上海青生长生理特性以及在土壤-上海青系统中铀含量和转运的影响。[结果](1)褪黑素和苏云金芽孢杆菌显著促进了上海青的生长,提高了上海青的株高(1.8%~11.8%)、生物量(0.8%~34.4%)、叶绿素含量(12.1%~50.2%)和养分含量(7.1%~39.5%);(2)褪黑素和苏云金芽孢杆菌减弱了铀胁迫对上海青造成的氧化损伤,增强了抗氧化损伤防御能力,进而促进上海青的生长;(3)褪黑素和苏云金芽孢杆菌增加了根的富集系数(9.26%),降低了铀从根向叶的转运,进而降低了食用上海青的风险;(4)褪黑素和苏云金芽孢杆菌在减轻上海青中铀含量和促进上海青生长方面有协同作用,联合施用效果更好。[结论]褪黑素和抗性菌通过显著增强土壤酶活性和上海青抗氧化防御,增强上海青对养分的吸收、减弱氧化损伤,维持细胞稳态,来减弱上海青对铀的吸收与转运,促进植物生长。

关键词：褪黑素抗性菌铀氧化损伤上海青