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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) 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

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... 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R^(2)>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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陕西神木弃耕1-49年的苜蓿地土壤理化特性和植物物种多样性数据集

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中国科学数据（中英文网络版） 2024年第1期9卷 137-143页

作者：张倩樊军贾沐霖西北农林科技大学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 西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

在半干旱地区,弃耕苜蓿地的面积在持续增加。明确长期弃耕苜蓿地的土壤含水量、土壤容重、土壤孔隙度、土壤饱和导水率、土壤pH值、土壤氨态氮、土壤硝态氮、土壤有效磷、土壤有机碳、土壤全氮、Margalef指数、Pielou指数、Simpson指数... 详细信息

在半干旱地区,弃耕苜蓿地的面积在持续增加。明确长期弃耕苜蓿地的土壤含水量、土壤容重、土壤孔隙度、土壤饱和导水率、土壤pH值、土壤氨态氮、土壤硝态氮、土壤有效磷、土壤有机碳、土壤全氮、Margalef指数、Pielou指数、Simpson指数和Shannon-Wiener指数的变化,对半干旱地区植被恢复具有重要意义。本数据集收集于陕西神木侵蚀与环境国家野外科学观测研究站(简称“神木站”),分别于2003年(1-30年)、2014年(12-41年)和2022年(20-49年)对不同弃耕时间的紫花苜蓿地进行了调查,调查获得土壤理化特性和植物物种多样性数据。本数据集在野外调查、室内测定、数据计算、数据入库、质量控制方面均严格按照国际观测技术标准进行,所获取数据质量高,数据可为半干旱地区苜蓿地演替过程等方面研究提供数据基础。

关键词：神木站 1-49年弃耕苜蓿地土壤理化特性植物物种多样性

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混交刺槐人工林枯落物蓄积特征及其水文效应

水土保持学报 2024年

作者：曹泽涛邓杨旭田婧王兵刘国彬杨艳芬西北农林科技大学资源环境学院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云南省水利水电勘测设计院有限公司中国科学院大学

[目的]研究典型混交刺槐人工林蓄积特征及其水文效应对深入探究黄土高原人工林涵养能力具有重要意义。[方法]选取黄土丘陵区5种不同混交模式（刺槐×沙棘、刺槐×紫穗槐、刺槐×油松、刺槐×山桃、刺槐×山杏）刺槐人工林为研究对象,以... 详细信息

[目的]研究典型混交刺槐人工林蓄积特征及其水文效应对深入探究黄土高原人工林涵养能力具有重要意义。[方法]选取黄土丘陵区5种不同混交模式（刺槐×沙棘、刺槐×紫穗槐、刺槐×油松、刺槐×山桃、刺槐×山杏）刺槐人工林为研究对象,以刺槐纯林为对照,通过野外调查、室内试验对不同混交模式枯落物蓄积量、持水及蒸发特性进行定量研究。[结果]（1）不同混交刺槐人工林总蓄积量为0.29～1.01kg/m2,且半分解枯落物占比均大于60%。除刺槐×紫穗槐,各混交类型叶的蓄积量占比均大于刺槐纯林。（2）不同混交类型枯落物在24 h后持水量均趋于稳定,无显著差异。其中,枯落物各器官的最大持水量呈叶>草>果>枝趋势。此外,刺槐×紫穗槐的有效拦蓄量最大（1.74 kg/m2）,半分解枯落物的有效拦蓄量均大于未分解（p草>果>枝趋势。（4）持水-蒸发耦合过程中,持水阶段存在显著的对数关系（R2≥0.84,p室内和室外枯落物分别在48～60,24～36 h达到自然含水量。[结论]整体上,刺槐×紫穗槐枯落物的水文效应最佳。研究结果以期为该区植被恢复与水土保持工程建设及其生态效益评价提供科学依据。

关键词：混交刺槐人工林枯落物水文效应

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水分胁迫对油松抗旱生理特征的影响

水土保持学报 2024年

作者：刘青徐肖阳王云霞曾岩冒吉荣刘莹王国梁西北农林科技大学水土保持科学与工程学院中国科学院水利部水土保持研究所

[目的]探究水土保持主要造林树种油松(Pinus tabulaeformis)在水分胁迫下的抗旱生理特性,为该地区油松人工林管理提供科学依据。[方法]以1年生油松幼苗为研究对象,设置4个水分胁迫等级处理,分别为对照组(CK)、轻度胁迫(RE25%)、中度胁迫... 详细信息

[目的]探究水土保持主要造林树种油松(Pinus tabulaeformis)在水分胁迫下的抗旱生理特性,为该地区油松人工林管理提供科学依据。[方法]以1年生油松幼苗为研究对象,设置4个水分胁迫等级处理,分别为对照组(CK)、轻度胁迫(RE25%)、中度胁迫(RE50%)和重度胁迫(RE75%),分析不同水分胁迫处理后油松幼苗的生长特性、水力功能及渗透调节物质含量的变化及其之间的相关关系。[结果](1)与CK相比,经过20个月的RE50%和RE75%处理后油松地上生物量分别显著降低19.1%和37.0%,地下生物量显著增加13.7%和23.9%。(2)CK、RE25%、RE50%和RE75%处理后油松幼苗新枝的抗栓塞水势阈值分别为-1.43,-2.04,-0.91,-0.58 MPa。(3)与CK相比,经过RE50%和RE75%处理后粗根内的可溶性糖含量分别显著增加123.3%和121.9%,淀粉含量分别显著增加15.0%和58.0%,非结构性碳水化合物(NSC)总量分别显著增加104.0%和83.2%。与CK相比,经过RE75%处理后新枝内脯氨酸含量显著降低43.0%,K+含量显著降低23.7%。(4)不同水分胁迫处理下各器官内渗透调节物质对水力功能变化的贡献依次为NSC、淀粉、可溶性糖、K+、管胞汁液内的脯氨酸和管胞汁液内的可溶性糖。[结论]轻度水分胁迫提高新枝的抗栓塞能力,而中度和重度水分胁迫下油松幼苗通过增加根内碳储存维持油松的生长代谢。油松各器官通过积累渗透调节物质提高细胞浓度,降低渗透势以适应水分胁迫环境。本研究加深了对油松抗旱机制的认识,为黄土高原油松人工林管理提供科学依据。

关键词：油松水分胁迫抗旱生理栓塞脆弱性渗透调节

不同恢复年限下辽东栎林土壤线虫群落特征变化

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生态学杂志 2024年

作者：马辉珍闫本帅王慧玲吴春晓王云霞王国梁西北农林科技大学水土保持科学与工程学院中国科学院水利部水土保持研究所

植被恢复是改善黄土高原生态环境最有效的途径之一，探究不同恢复年限下辽东栎林土壤线虫群落丰度和群落结构的变化过程及其驱动因素能够为黄土高原森林生态系统的科学管理提供理论支撑。本研究以弃耕农田为对照，分析了黄土高原子午岭3... 详细信息

植被恢复是改善黄土高原生态环境最有效的途径之一，探究不同恢复年限下辽东栎林土壤线虫群落丰度和群落结构的变化过程及其驱动因素能够为黄土高原森林生态系统的科学管理提供理论支撑。本研究以弃耕农田为对照，分析了黄土高原子午岭30、60和120年生辽东栎林中土壤线虫群落的变化特征。结果表明：（1）不同恢复年限辽东栎林的线虫优势属存在差异，丝尾垫刃属为共同优势属，轮属随恢复年限的增加在60和120年生时成为新的优势属。（2）随恢复年限的增加，土壤线虫总密度无明显变化；30年生辽东栎林土壤线虫群落结构与弃耕农田、60和120年生辽东栎林存在显著差异；（3）随恢复年限的增加，食细菌线虫比例呈先增加后减少的趋势，杂食-捕食线虫呈波动增加的趋势；食细菌线虫比例与凋落物生物量和细菌优势菌群显著正相关；食真菌线虫比例与土壤铵态氮显著正相关，与细菌和真菌优势菌群显著相关；植物寄生线虫与细菌和真菌优势菌群显著正相关；杂食-捕食线虫与真菌优势菌群显著负相关。（4）土壤铵态氮、可溶性碳和细菌群落结构是不同恢复年限辽东栎次生林土壤线虫群落变化的主要影响因子。研究表明，恢复年限显著影响辽东栎林土壤线虫群落结构；在植被恢复过程中，土壤铵态氮和微生物优势菌群的变化可能是引起土壤线虫群落特征变化的主要原因。

关键词：森林恢复年限辽东栎林线虫群落营养类群

基于Meta分析的温带植被复合系统种间水分竞争研究

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生态学报 2024年

作者：李斌高晓东何娜娜葛东赵西宁西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水土保持科学与工程学院(水土保持研究所) 中国科学院水利部水土保持研究所

植被复合系统是提高生物多样性和实现生态系统可持续发展的重要途径，明晰种间水分关系对于其健康发展至关重要。基于189个观测数据，整合分析了24篇公开发表文献，探讨了温带植被复合系统各组分的水分利用策略及其与不同层次土壤水分... 详细信息

植被复合系统是提高生物多样性和实现生态系统可持续发展的重要途径，明晰种间水分关系对于其健康发展至关重要。基于189个观测数据，整合分析了24篇公开发表文献，探讨了温带植被复合系统各组分的水分利用策略及其与不同层次土壤水分的相关性，并评估了种间水分竞争强度（CI）。结果表明：复合系统中，草本植物对浅层土壤水分的吸收比例显著（P土壤水分的吸收比例则显著（P<0.001）高于草本植物，分别为35.3%和37.2%。相比于旱季，草本植物在雨季增大了中层（+1.8%）和深层（+5.0%）的水分吸收比例，降低了浅层（-6.7%）的水分吸收比例，木本植物在雨季增大了浅层（+4.3%）和中层（+2.1%）的水分吸收比例，降低了深层的水分吸收比例（-6.4%）。旱季时植被复合系统各组分水分生态位分离更明显，导致其种间水分竞争强度在旱季（CI=0.66）低于雨季（CI=0.76），这可能是其适应季节性干旱的重要机制。木本-木本的CI最大（0.88），其次为草本-草本（0.71），木本-草本的CI最小（0.62），因此建议在温带复合系统中优先使用木本和草本的组合以优化种间水分关系。可为温带植被复合系统物种配置提供依据。

关键词：稳定同位素水分利用策略种间水分关系整合分析

水稻OsMGD2和OsMGD3基因的功能鉴定及其对烟草耐低磷胁迫的影响

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西北植物学报 2024年第5期44卷 716-728页

作者：席源张梅娟李莎莎王灵龙殷俐娜王仕稳西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 商洛学院生物医药与食品工程学院陕西商洛726000 西北农林科技大学农学院陕西杨凌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

【目的】单半乳糖甘油二酯合酶(MGD)是合成单半乳糖甘油二酯(MGDG)的关键酶,在植物响应低磷胁迫过程中起着重要作用。为系统了解水稻OsMGD2和OsMGD3基因在低磷胁迫响应中的作用和功能。【方法】用盆栽试验分析正常和低磷条件下野生型(S... 详细信息

【目的】单半乳糖甘油二酯合酶(MGD)是合成单半乳糖甘油二酯(MGDG)的关键酶,在植物响应低磷胁迫过程中起着重要作用。为系统了解水稻OsMGD2和OsMGD3基因在低磷胁迫响应中的作用和功能。【方法】用盆栽试验分析正常和低磷条件下野生型(SR1)、过表达OsMGD2和OsMGD3转基因烟草的生理响应及脂质组分的变化。【结果】无论在正常还是低磷条件下,转基因与野生型烟草的磷含量无显著差异,但转基因烟草的生物量、叶绿素含量和光合能力均显著高于野生型。转基因烟草在低磷胁迫下的磷脂(PL)含量、双半乳糖甘油二酯(DGDG)含量、DGDG与MGDG的比值和半乳糖脂(GL)与PL的比值均显著高于野生型烟草,且OsMGD3转基因烟草的脂质含量和比值均高于OsMGD2转基因烟草。【结论】通过调控水稻OsMGD2/3基因表达,可提高植物低磷下的膜脂重塑能力,进而维持植物在低磷胁迫下较高的光合和生长能力,增加植物的低磷耐受性。

关键词：水稻低磷胁迫转基因烟草膜脂重塑单半乳糖甘油二酯合酶单半乳糖甘油二酯双半乳糖甘油二酯磷脂

近30年来黄土高原山洪灾害风险时空变化及成因

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水土保持研究 2024年第4期31卷 241-247,257页

作者：孙珑江曦韩剑桥刘仪航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]揭示近30年黄土高原山洪灾害风险时空演变特征及其影响机制,为黄土高原山洪灾害宏观防控策略制定提供科学依据。[方法]基于降雨、植被覆盖、人口密度等数据建立山洪灾害风险评估体系,集成GIS和层次分析法(AHP)等方法,在绘制各驱... 详细信息

[目的]揭示近30年黄土高原山洪灾害风险时空演变特征及其影响机制,为黄土高原山洪灾害宏观防控策略制定提供科学依据。[方法]基于降雨、植被覆盖、人口密度等数据建立山洪灾害风险评估体系,集成GIS和层次分析法(AHP)等方法,在绘制各驱动因子风险分布图的基础上,综合评估了黄土高原1990年和2020年的山洪灾害风险。[结果](1)黄土高原山洪灾害高风险区主要集中在东部、南部和东南部地区,这些区域具有降雨强度大、人口密集、经济发达、耕地面积大等特点。(2)1990—2020年期间,黄土高原总体山洪灾害风险增加,表现为风险高的区域在原来的基础上向其四周拓展,其中山西省东南部、青海省西北部、内蒙古东北部最为明显。[结论]近30年来,增加的降雨强度、人口密度和GDP是山洪灾害风险增加的主要驱动因素,需要持续加强对极端降雨引发山洪灾害的防控。

关键词：山洪灾害风险评估时空变化黄土高原

黄土区3种护坡植物三维可视化模拟与根系构型参数分析

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水土保持研究 2024年

作者：张旭姚晨杜婷马志强朱宏杰汪艳杜峰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研究所

[目的]对植物根系数字化并进行三维实体可视化模拟,对于了解植物根系形态和为水保工程制图提供植物实物图库都具有重要的理论与实践意义。[方法]逐层挖掘黄土区酸枣、沙棘、狼牙刺3种护坡植物根系,使用3D数字化仪FasTrak获取根系三维点... 详细信息

[目的]对植物根系数字化并进行三维实体可视化模拟,对于了解植物根系形态和为水保工程制图提供植物实物图库都具有重要的理论与实践意义。[方法]逐层挖掘黄土区酸枣、沙棘、狼牙刺3种护坡植物根系,使用3D数字化仪FasTrak获取根系三维点阵坐标后利用SketchUp软件对根系进行三维建模并提取根系构型参数。为了建立完整的植物地上地下三维实体图库,同时使用FreeScan UE激光扫描仪得到相应地上部点云数据,经Soildworks软件渲染后建立植物地上部三维模型。[结果](1)建立了3种植物的地上地下三维实体模型图;(2)3种植物的根幅/根深均大于1(1.10～3.41),根系在水平方向上占有优势,狼牙刺最小为1.10;(3)3种植物冠幅/根幅分别为酸枣(0.25)、沙棘(0.69)、狼牙刺(0.73),均小于1,植物根系较地上部在水平方向上占优;(4)3种植物Fitter拓扑指数均接近于1,分别为酸枣(0.915)、沙棘(0.802)、狼牙刺(0.771),接近于鱼尾型分支;(5)植物根系总根长、总表面积、总体积在上坡方向占比大于50%,均在上坡方向更有优势。[结论]所建立的植物三维模型图对植物还原度高,为整株植物三维可视化模拟提供了一种方法。

关键词：黄土区整株植物三维可视化模拟 SketchUp 根系形态