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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

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

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中国科学院大学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

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 c... 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（6—9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0～200 cm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：深剖面不同土地利用方式土壤水分土壤温度

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

黄土丘陵区林分密度对人工刺槐林土壤理化性质及酶活性影响

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水土保持研究 2024年第5期 123-129+138页

作者：刘少华赵敏王亚娟孙亚荣陈云明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

[目的]探讨陕北黄土丘陵沟壑区刺槐人工林土壤理化性质及土壤酶活性随林分密度的变化趋势以及土壤理化性质和土壤酶活性的关系，以期明确改善该区刺槐人工林土壤质量的适宜林分密度，阐明影响土壤养分可利用性的主导环境因子，为该地区... 详细信息

[目的]探讨陕北黄土丘陵沟壑区刺槐人工林土壤理化性质及土壤酶活性随林分密度的变化趋势以及土壤理化性质和土壤酶活性的关系，以期明确改善该区刺槐人工林土壤质量的适宜林分密度，阐明影响土壤养分可利用性的主导环境因子，为该地区刺槐人工林高质量发展的修复模式提供理论依据。[方法]以位于黄土丘陵沟壑区的陕西省延安市安塞区县南沟流域的刺槐（Robinia pseudoacacia）人工林为研究对象，分析了高（1 500株/hm2）、中（1 200株/hm2）、低（900株/hm2）3种林分密度之间土壤理化性质和土壤酶活性的差异，利用冗余分析探讨了土壤酶活性与土壤理化性质的关系。[结果]（1）中密度土壤含水率、有机碳、全氮、有效磷和硝态氮含量均显著高于低、高密度；（2）土壤β-葡萄糖苷酶、纤维素酶、蔗糖酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶、脲酶、亮氨酸氨基肽酶和N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性均随林分密度增大呈先降低后升高趋势，在1 200株/hm2时最低；（3） Pearson相关性分析结果表明与土壤碳、氮、磷循环相关的酶活性与对应的养分含量呈显著负相关关系；（4）冗余分析结果显示：土壤有机碳、全氮和全磷对土壤酶活性的解释度显著，分别解释了土壤酶活性变异的59.8%（p土壤有机碳含量是影响土壤酶活性的主要因子。[结论]中等密度（1 200株/hm2）有利于提高刺槐林土壤养分、水分含量，是一种适宜的刺槐林营林措施，同时应注重土壤有机碳含量变化，以期及时采取林分密度调控措施，从而改善土壤酶活性，进而提高土壤养分水平，促进刺槐林质量提升。

关键词：刺槐人工林林分密度土壤理化性质土壤酶活性

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

“双碳”目标下水土保持碳汇计量、监测与评估的思考

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中国水土保持科学 2024年第2期22卷 154-158页

作者：李继伟邓蕾上官周平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

开展水土保持碳汇计量、监测与评估是服务我国“碳达峰、碳中和”战略的重要举措之一,可为未来的水土保持措施实施和政策制定提供理论支撑。笔者以“碳达峰、碳中和”战略背景下碳汇相关政策与研究为基础,指出我国水土保持碳汇发展方向... 详细信息

开展水土保持碳汇计量、监测与评估是服务我国“碳达峰、碳中和”战略的重要举措之一,可为未来的水土保持措施实施和政策制定提供理论支撑。笔者以“碳达峰、碳中和”战略背景下碳汇相关政策与研究为基础,指出我国水土保持碳汇发展方向,阐明水土保持碳汇计量的概念、应用及评估认证体系。水土保持碳汇计量监测是“双碳”战略、水保规划、内生动力的重要实现手段,也是碳交易、生态富民和投入机制的主要应用场景。加强水土保持碳汇评估、分类管理和认证体系的建设,健全碳汇调查监测技术方法,能够推进水土保持碳汇的精确评估,为碳中和目标提供理论和技术支撑。新时期应全面推行水土保持碳汇计量监测体系建设,提升水土保持碳汇开发方法,建立水土保持碳增汇考核指标,持续挖掘水土保持碳汇增长的潜力,加强碳汇水土保持措施多元化发展,拓宽水土保持碳汇投资渠道,完善水土保持碳汇交易保障机制,推动水土保持碳汇参与碳市场交易。

关键词：水土保持碳汇计量评估碳交易

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黄土高原生物土壤结皮分布时空分异特征

应用生态学报 2024年第3期35卷 739-748页

作者：赵允格吉静怡张万涛明姣黄琬雲高丽倩西北农林科技大学水土保持科学与工程学院陕西杨凌712100 中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心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

生物土壤结皮(生物结皮)是黄土高原广泛分布的生物地被物,在调节生态系统稳定性和多功能性方面具有重要作用。目前黄土高原生物结皮区域分布特征鲜有报道,限制了该区生物结皮生态功能的评估。本研究基于课题组2009—2020年间5次黄土高... 详细信息

生物土壤结皮(生物结皮)是黄土高原广泛分布的生物地被物,在调节生态系统稳定性和多功能性方面具有重要作用。目前黄土高原生物结皮区域分布特征鲜有报道,限制了该区生物结皮生态功能的评估。本研究基于课题组2009—2020年间5次黄土高原不同降水量带388个样点的生物结皮分布特征调研资料,分析了该区不同退耕年限、降水量、地形(坡向和坡位)和退耕方式(还乔、还灌和还草)下生物结皮的盖度、组成及其影响因素。在此基础上,借助机器学习和空间建模方法,绘制了黄土高原250 m×250 m分辨率生物结皮及组成分布图,分析了黄土高原生物结皮区域空间分布特征。结果表明:黄土高原地区林草地的生物结皮平均盖度为47.3%,其中,藻结皮占25.5%,藓结皮占19.7%,地衣结皮占2.1%,具有明显的时空变化特征。在时间上,对特定区域,生物结皮盖度随封禁年限的延长呈波动式下降,其中,藻结皮和藓结皮盖度呈明显的反向波动。在年内,生物结皮盖度在湿润季节略高于干旱季节。在空间上,风沙区生物结皮盖度较高,且以藻结皮为主,土石山区生物结皮盖度较低。降水量和退耕方式显著影响生物结皮盖度和组成的空间分布,坡向和坡位的影响相对较小。生物结皮的空间分布与土壤有机碳、pH和质地有关。本研究描述了黄土高原区域生物结皮分布的时空分异特征,可为该区生物结皮研究提供数据支持。

关键词：生物结皮随机森林环境因素分布格局空间预测