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干旱区井工煤矿排土(矸、渣)场边坡植被节水灌溉技术

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Journal of Resources and Ecology 2024年第2期15卷 448-454页

作者：刘艳萍梁占岐中国水利水电科学研究院内蒙古阴山北麓草原生态水文野外科学观测研究站北京100038 水利部牧区水利科学研究所呼和浩特010020

在中国西北干旱半干旱地区,适度灌溉是矿区植被重建早期能够存活的必要条件。通过野外小区定期观测试验结合室内分析等方法,得出矿区排土场边坡植被灌溉理想的状态应满足以下要求:(1)灌溉过程中既不发生深层渗漏也不产生坡面径流,以防... 详细信息

在中国西北干旱半干旱地区,适度灌溉是矿区植被重建早期能够存活的必要条件。通过野外小区定期观测试验结合室内分析等方法,得出矿区排土场边坡植被灌溉理想的状态应满足以下要求:(1)灌溉过程中既不发生深层渗漏也不产生坡面径流,以防造成次生水土流失;(2)灌溉过程中土壤水分尽量控制在坡面稳定的安全阈值以下,防止水分过高而形成坡面滑塌。通过野外现场试验观测数据分析得出如下研究结论:(1)制定出不同水文年份下不同单一植被、不同植被配置的节水灌溉制度;(2)提出适合当地的两套节水灌溉技术方案;(3)提出分级梯度灌溉技术,即一次灌水按坡上∶坡中∶坡下55%∶30%∶15%比例分时段灌完,充分利用灌溉水量,且不会产生坡面径流。

关键词：矿区排土场边坡边坡稳定性节水灌溉梯度灌水技术

内蒙古高原内陆河流域植被净初级生产力时空演变特征及驱动因素

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生态学报 2024年

作者：刘健张泽中冯凯王飞张伟杰王思楠孙立新郭恒志华北水利水电大学水利部牧区水利科学研究所中国水利水电科学研究院内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站

认识内陆河流域植被净初级生产力时空演变特征及驱动因素对于流域的可持续发展具有重要意义。基于Carnegie-AmesStanford Approach（CASA）模型计算了1984—2015年内蒙古高原内陆河流域净初级生产力（NPP）并验证模型精度，运用TheilSe... 详细信息

认识内陆河流域植被净初级生产力时空演变特征及驱动因素对于流域的可持续发展具有重要意义。基于Carnegie-AmesStanford Approach（CASA）模型计算了1984—2015年内蒙古高原内陆河流域净初级生产力（NPP）并验证模型精度，运用TheilSen中值法、Mann-Kendall趋势检验和重心模型等方法分析NPP时空变化规律，运用pearson相关系数分析NPP与气候因子（降水和气温）之间的相关性，采用交叉小波方法分析降水、气温、厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、北极涛动（AO）、太阳黑子（sunspot）对植被NPP的驱动作用。结果表明：（1）高原内陆河流域1984—2015年NPP年均值介于85.548 gC m-2a-1（2007年）—130.344gC m-2a-1（2012年），多年均值为103.737 gC m-2a-1,2007—2012年NPP明显增加。（2）大多数地区表现为稳定状态，NPP极显著减少、显著减少、不显著减少、不显著增加、显著增加和极显著增加的区域面积占比分别为5.2%、3.2%、44.2%、37.8%、4.3%和5.3%。（3）高原内陆河流域NPP的重心主要分布在阿巴嘎旗和锡林浩特市的交界处，即高原内陆河流域偏东部地区，NPP重心在东北地区较多，占比为75%，这表明NPP在东北地区增速远高于其他地区。（4）降水对高原内陆河流域NPP影响较大，而气温对高原内陆河流域NPP影响较小。大气环流因子以及太阳黑子与内陆河流域植被NPP均存在相关关系，ENSO对植被NPP的影响最大。

关键词：净初级生产力高原内陆河流域 CASA模型重心模型驱动因素

基于无人机多源数据的梭梭（Holoxylon ammodendron）地上生物量估算

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中国沙漠 2024年

作者：鲍莉莉李锦荣韩兆恩刘悦单浩东中国水利水电科学研究院内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站内蒙古农业大学沙漠治理学院

梭梭(Holoxylon ammodendron)是荒漠生态系统的重要组成，其地上生物量(aboveground biomass,AGB)在一定程度上反映了群落及生态系统的健康程度，对荒漠生态系统碳储量的估算具有重要意义。以乌兰布和沙漠梭梭为研究对象，基于无人机激... 详细信息

梭梭(Holoxylon ammodendron)是荒漠生态系统的重要组成，其地上生物量(aboveground biomass,AGB)在一定程度上反映了群落及生态系统的健康程度，对荒漠生态系统碳储量的估算具有重要意义。以乌兰布和沙漠梭梭为研究对象，基于无人机激光雷达提取的株高(H)、冠幅(C)参数和可见光数据构建的植被指数(VI)以及二者结合的3类特征指标，采用多元逐步回归、主成分回归和偏最小二乘回归，对梭梭地上生物量进行估算研究，利用决定系数R2和均方根误差RMSE进行评价。结果表明：(1)无人机LiDAR点云数据提取的株高(R2=0.85,RMSE=0.32 m)和冠幅(R2=0.80,RMSE=0.73 m)精度较高。(2)多元逐步回归、主成分回归和偏最小二乘回归模型对梭梭地上生物量拟合效果均较好，R2均大于0.8，而偏最小二乘回归(PLSR)模型的均方根误差最小(2.86 kg·株-1)，可以作为梭梭AGB估算的最优模型。利用无人机激光雷达数据可以有效地提取梭梭单株参数因子(H、C)，并开展荒漠低矮植被地上生物量的估算研究。

关键词：地上生物量梭梭无人机激光雷达株高冠幅植被指数

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太阳能智能牲畜饮水系统设计与实验

机械设计与制造 2024年第9期 210-214页

作者：牛俊奎姚佳男李振刚郭少华中国水利水电科学研究院内蒙古阴山北麓荒漠草原生态水文野外科学观测研究站水利部牧区水利科学研究所内蒙古大学

为解决高寒地区冬季严寒气候环境下饮水槽结冰和水温较低，导致牲畜饮水量少、饮食减少、发育迟缓、体能下降等问题，提高养殖质量及经济效益，设计了太阳能智能牲畜饮水系统。系统利用太阳能将饮水温度加热到（14～33）℃，实现牲畜冬... 详细信息

为解决高寒地区冬季严寒气候环境下饮水槽结冰和水温较低，导致牲畜饮水量少、饮食减少、发育迟缓、体能下降等问题，提高养殖质量及经济效益，设计了太阳能智能牲畜饮水系统。系统利用太阳能将饮水温度加热到（14～33）℃，实现牲畜冬季饮用温水的需求。系统采用PLC控制和组态软件监控，实现自动补水、集热循环及自动饮水等功能。当感应到牲畜来时自动放水，饮水结束后将饮水槽中剩余水排空，实现无人化自动饮水管理功能。实验表明，系统利用太阳能可将饮水温度加热到33℃，集热效果明显，满足冬季严寒气候条件下牲畜饮用温水的热量需求，且该方案有效避免能量损失。系统所需能源主要来自太阳能，能源丰富廉价无污染，且无人化牲畜饮水管理大大减轻牧民劳动量和改善养殖条件。

关键词：太阳能牲畜饮水控制系统组态软件

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基于支持向量机的蓄水工程土地利用分类与动态变化

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干旱区研究 2024年第4期41卷 581-589页

作者：王军柴志福马浩艳赵志锰邬佳宾付卫平中国水利水电科学研究院牧区水利科学研究所内蒙古呼和浩特010020 内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站北京100038 内蒙古自治区水利科学研究院内蒙古呼和浩特010052 华中师范大学湖北武汉430079

为进一步恢复和重建蓄水工程建成前后土地利用变化的历史过程,更好掌握和预报土地利用转移方向,本文利用支持向量机理论开展了土地利用类型解译的适应性研究,通过梳理土地利用动态变化,剖析了蓄水工程建成前后土地利用结构的自适应调节... 详细信息

为进一步恢复和重建蓄水工程建成前后土地利用变化的历史过程,更好掌握和预报土地利用转移方向,本文利用支持向量机理论开展了土地利用类型解译的适应性研究,通过梳理土地利用动态变化,剖析了蓄水工程建成前后土地利用结构的自适应调节能力和演变方向。结果表明:(1)依靠自学习和自适应等优势能力,支持向量机解译土地利用分类的总体精度高达91.7%、Kappa系数为0.90;除耕地生产者精度相对较低外,水体、林地等其他土地类型具有较高的分类识别能力。(2)利用谷歌地球引擎(GEE)平台梳理土地利用类型演变过程发现,受“三北防护林”工程二阶段(2001—2020年)等项目实施影响,建设用地、林地面积出现较大增幅,其中,林地面积较2000年实施初期增加了近5倍。(3)工程建设运行后林地和建设用地近2/3面积保持了原貌,水体和未利用土地受水利和城建工程影响,原貌类型超过65%以上面积变成了其他类型;“三北防护林”工程加快了林地面积的增加和草地植被覆盖度的提高,低覆盖度草地转移到中、高覆盖度草地的面积净增幅达48.0%、50.2%。

关键词：土地利用支持向量机状态转移蓄水工程

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塔布河流域生态系统服务时空格局及影响因素分析

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生态环境学报 2024年第7期33卷 1142-1152页

作者：张维琛王惺琪王博杰内蒙古大学生态与环境学院草原生态安全省部共建协同创新中心内蒙古呼和浩特010021 中国水利水电科学研究院内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站内蒙古呼和浩特010021

中国干旱半干旱地区的生态环境脆弱,水资源匮乏,不合理的人类活动导致生态系统退化,探究内蒙古塔布河流域生态系统服务的时空变化特征、影响因素及其交互关系,对于生态系统的可持续管理更有针对性和现实性。基于遥感和GIS技术,利用模型... 详细信息

中国干旱半干旱地区的生态环境脆弱,水资源匮乏,不合理的人类活动导致生态系统退化,探究内蒙古塔布河流域生态系统服务的时空变化特征、影响因素及其交互关系,对于生态系统的可持续管理更有针对性和现实性。基于遥感和GIS技术,利用模型模拟2000、2010和2020年内蒙古塔布河流域产水、粮食供给、防风固沙、固碳等4项生态系统服务时空格局,并通过地理探测器分析生态系统服务的影响因子及其交互作用。结果表明:在空间上,塔布河流域各项生态系统服务总体呈现南高北低的趋势。2000-2020年间,各项生态系统服务总体呈上升趋势,均在2020年达到峰值。其中,产水量增加了94 mm,提高区域占流域总面积的97.4%;粮食产量逐年增加,2020年达到44 t·km^(-2),增加区域占总面积的95.9%;防风固沙服务在不断提升,截至2020年,高值区的防风固沙量达到114t·km^(-2),增加的区域占总面积的78.3%;固碳呈现出先下降后上升的趋势,在2020年达到最高值,为644 g·m^(-2)·a^(-1),增加区域占总面积的87%。影响该区域生态系统服务的主要因素有年降水、年均温、归一化植被指数(NDVI)等,交互效应对生态系统服务的影响变得更为显著,特别是年降水与土地利用方式的组合,影响系数的增长率高达61%。受地形、气候、植被等自然因素和土地利用方式、人口密度等社会经济因素的影响,2000-2020年塔布河流域的产水、粮食供给、防风固沙及碳固服务均有大幅提升,全域生态系统服务有70%以上的区域呈增加趋势。该研究有助于进一步了解有关季节性河流各生态系统服务及其影响因素的差异,可为干旱半干旱地区的流域生态系统管理和可持续发展提供参考。

关键词：生态系统服务塔布河流域时空格局影响因素地理探测器

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青藏高原水塔水文功能及其调蓄机制

水力发电学报 2024年

作者：李梦宇翁白莎严登华李梦玲王浩中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室中国水利水电科学研究院内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站包头市九原区水务局

青藏高原被称为“亚洲水塔”，在水文、气候、生态等方面扮演着重要角色。当前关于水塔水文功能的认识大多停留在对储水功能阶段，对水塔调节功能及其机制的考虑尚显不足。本研究以流域保障和调节作用为视角，总结了青藏高原水塔在储水... 详细信息

青藏高原被称为“亚洲水塔”，在水文、气候、生态等方面扮演着重要角色。当前关于水塔水文功能的认识大多停留在对储水功能阶段，对水塔调节功能及其机制的考虑尚显不足。本研究以流域保障和调节作用为视角，总结了青藏高原水塔在储水和调节方面的水文功能，详细梳理了多相态水塔的水文功能及其调蓄机制。青藏高原水塔不仅具有强大的储水功能，还具有对水塔区降水的再分配、对非水塔区径流量和径流年内分配，以及对流域降水、地表水、土壤水、地下水等水资源的调节功能。本研究为青藏高原水塔对上、下游生态水文影响评估提供了理论基础，有利于发挥水塔对流域的保障和调节作用，从而合理规划水利工程，以满足青藏高原及其周边地区的生产、生活和生态需求。

关键词：水文循环青藏高原亚洲水塔水塔水文功能调节功能调蓄机制

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土壤含水率对冻结风沙土风蚀速率的影响

中国沙漠 2024年第1期44卷 228-234页

作者：韩兆恩崔崴李锦荣唐国栋张俊内蒙古农业大学沙漠治理学院内蒙古呼和浩特010018 中国水利水电科学研究院内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站北京100038 磴口县水利局内蒙古磴口015200

乌兰布和沙漠冬季土壤冻结,流动沙丘表层干沙风蚀后出现冻结裸斑,风沙输移环境发生改变。为研究冻结裸斑对风蚀的影响,探讨不同含水率冻结风沙土风蚀的差异,根据野外实际情况,试验设置5、7、8.5、10、12 m·s^(-1)风速梯度,设置土壤含水... 详细信息

乌兰布和沙漠冬季土壤冻结,流动沙丘表层干沙风蚀后出现冻结裸斑,风沙输移环境发生改变。为研究冻结裸斑对风蚀的影响,探讨不同含水率冻结风沙土风蚀的差异,根据野外实际情况,试验设置5、7、8.5、10、12 m·s^(-1)风速梯度,设置土壤含水率(1%~6%)6个梯度,以自然状态下干沙(含水率0.13%)作为对照,开展冻结风沙土风蚀模拟风洞试验。结果表明:发生冻结时,含水率≤2%风沙土2 h内即可产生稳定冻结,而含水率≥3%风沙土则5~12 h产生稳定冻结。风沙土含水率相同时,冻结风沙土风蚀速率随着风速升高而增大,风蚀速率Q与风速V符合指数函数Q=ae^(bV)。风速相同时,随着土壤含水率升高,冻结风沙土风蚀速率减小;风蚀速率与冻结风沙土含水率w符合指数函数Q=ce^(dw)。三者关系式符合Q=0.367e^(0.849V-0.677w)(R^(2)=0.994),冻结风沙土风蚀速率较自然干沙风蚀速率减小40%~98%,冻结风沙土含水率>3%时,可以有效抑制风蚀。风速、含水率是影响冻结风沙土风蚀速率的主要因素。当未来气候趋向干暖化,可能导致乌兰布和沙漠冬季风蚀增强。

关键词：风蚀速率冻结土壤含水率风洞试验

放牧强度对荒漠草原土壤微生物群落特征的影响

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水土保持学报 2024年第3期38卷 306-313页

作者：张蒙蒙徐国策张铁钢方康拓梦瑶万顺王斌西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 中国水利水电科学研究院内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站呼和浩特010020

[目的]研究土壤微生物群落对放牧强度变化的响应机理,为荒漠草原生态保护和修复提供科学的理论和技术支撑。[方法]以内蒙古荒漠草原为研究对象,研究不同放牧强度(未放牧、轻度放牧、中度放牧、重度放牧)对不同深度(0—20,20—40 cm)土... 详细信息

[目的]研究土壤微生物群落对放牧强度变化的响应机理,为荒漠草原生态保护和修复提供科学的理论和技术支撑。[方法]以内蒙古荒漠草原为研究对象,研究不同放牧强度(未放牧、轻度放牧、中度放牧、重度放牧)对不同深度(0—20,20—40 cm)土壤理化性质和土壤微生物群落组成及多样性的影响,分析土壤理化性质与土壤微生物群落间的交互作用。[结果]相比于未放牧,中度放牧显著降低0—20 cm土层土壤全氮(TN)和土壤有机碳(TOC)(p0.05)。此外,放牧降低0—20 cm土层土壤中细菌群落的丰度和多样性,增加20—40 cm土层土壤细菌中群落的丰度与多样性。轻度和中度放牧条件下,0—20 cm土层土壤真菌群落的丰度与多样性均有所增加,放牧对20—40 cm土层土壤真菌群落的丰度与多样性无显著影响(p>0.05)。[结论]Mantel分析表明,荒漠草原土壤全氮是影响草原土壤细菌丰度随放牧强度变化的主要因素。研究成果对揭示土壤微生物在荒漠草原生态系统中的生态敏感性与实现荒漠草原的可持续管理具有一定科学指导意义。

关键词：荒漠草原放牧强度土壤微生物土壤理化性质