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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

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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

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

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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

黄土高原春玉米氮肥生产力对不同耕作措施的响应:Meta分析

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第5期32卷 755-765页

作者：陈亚飞王辉牛彪殷俐娜王仕稳邓西平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黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100

为明确黄土高原不同耕作措施(覆盖种植、秸秆还田、深松耕和免耕)对春玉米氮肥偏生产力(PFP_(N))的影响,探究不同耕作措施下驱动春玉米PFP_(N)变化的因素,本研究采用Meta分析、回归分析和随机森林相结合的方法,以传统耕作措施(裸地种植... 详细信息

为明确黄土高原不同耕作措施(覆盖种植、秸秆还田、深松耕和免耕)对春玉米氮肥偏生产力(PFP_(N))的影响,探究不同耕作措施下驱动春玉米PFP_(N)变化的因素,本研究采用Meta分析、回归分析和随机森林相结合的方法,以传统耕作措施(裸地种植、无秸秆还田和犁耕)为对照,分析了春玉米PFP_(N)在不同耕作措施下的变化特征。结果表明:与传统耕作措施相比,覆盖、秸秆还田和深松耕分别使春玉米PFP_(N)提高38.8%、10.3%和8.4%,而免耕对春玉米PFP_(N)无显著影响。随机森林模型表明:在覆盖和秸秆还田措施下,年均降雨量和生育期降雨量是影响春玉米PFP_(N)的两个重要因素;在深松耕措施下,年均降雨量和持续时间是影响春玉米PFP_(N)的两个重要因素。亚组与回归分析表明:在年均降雨量≤400 mm、生育期降雨量≤300 mm或年均温度研究可为提高黄土高原春玉米PFP_(N)以及制定区域可持续发展的农业生产策略提供参考。

关键词：氮肥生产力耕作措施黄土高原春玉米 Meta分析

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基于SSA-BP算法的仿鸮翼形量水槽水力性能

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农业工程学报 2024年第9期40卷 59-67页

作者：姚田成张宽地杨洋李柯吕宏兴西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 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杨凌712100

为了设计出构造简单、水力性能优良,同时能满足灌区量水需求的量水槽,该研究根据鸮翼曲线提出了一种仿鸮翼形渠道量水槽。首先,利用基于麻雀搜索算法的BP神经网络(sparrow search algorithm,SSA-BP)优化鸮翼展向比,得到最小水头损失的... 详细信息

为了设计出构造简单、水力性能优良,同时能满足灌区量水需求的量水槽,该研究根据鸮翼曲线提出了一种仿鸮翼形渠道量水槽。首先,利用基于麻雀搜索算法的BP神经网络(sparrow search algorithm,SSA-BP)优化鸮翼展向比,得到最小水头损失的量水槽线形,并探究了优化后的量水槽在输水渠道的适用性。进一步地,在8种流量工况下,选用6组收缩比开展测流试验,结合FLOW-3D数值模拟分析仿鸮翼形量水槽水头损失、弗劳德数、壅水高度、临界淹没度等水力参数,建立测流公式。试验表明,基于SSA-BP优化的仿鸮翼形量水槽具有良好的测流性能,在建议收缩比0.60~0.66范围内,其水头损失为7.75%~14.21%,临界淹没度为0.81~0.90,上游壅水高度为0.84~3.16 cm,上游弗劳德数均小于0.42,符合灌区量水要求。建立的测流公式,平均测流误差为1.49%,测流精度较高。仿鸮翼形量水槽各项水力性能指标优良,能满足灌区测量精度,针对灌区优化水资源配置、精细化用水具有一定的推广价值。

关键词：量水槽仿生数值模拟优化算法收缩比水力性能

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基于NSGA-Ⅱ遗传算法的Myring流线型量水槽体型优化设计

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农业机械学报 2024年第4期55卷 241-250页

作者：杨洋张宽地姚田成李柯吕宏兴王蒙西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 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

Myring流线型在水下航行器领域应用较为广泛,而量水槽在渠道中的受阻状态与潜水器潜行时受到的阻力情况具有一定的相似之处,因此本文借鉴潜水器的结构特点进行量水槽体型设计,探究量水槽受阻最小的较优线型。基于FLOW-3D软件,采用最优... 详细信息

Myring流线型在水下航行器领域应用较为广泛,而量水槽在渠道中的受阻状态与潜水器潜行时受到的阻力情况具有一定的相似之处,因此本文借鉴潜水器的结构特点进行量水槽体型设计,探究量水槽受阻最小的较优线型。基于FLOW-3D软件,采用最优拉丁超立方设计方法,以流线型的收缩段长度和锐度因子、扩散段长度和离去角为变量设计了40组数值模拟方案,得到对应的水头损失百分比和上游佛汝德数。以数值模拟变量为输入、结果为输出,训练RBF神经网络,结合NSGA-Ⅱ遗传算法获得Patero前沿解,通过TOPSIS评价法筛选出最优解并得出其线形参数:优化模型收缩段长度为45.9 cm、收缩段锐度因子为0.74、扩散段长度为49.2 cm、扩散段离去角为14.63°,并通过等比例缩放得到6组收缩比,在9组流量下进行模型试验分析水力性能。结果表明,优化后线型过流较顺畅,水力性能较优,预测结果和模拟结果误差不超过5%;不同工况下上游佛汝德数均小于0.5,满足测流规范要求,收缩比为0.58~0.66时各项水力性能均较优;基于临界流测流和量纲分析原理得到的测流公式精度较高,平均相对误差为2.09%。本研究证明了将流线型运用于量水槽领域研究以及通过神经网络和遗传算法寻优的可行性,优化后Myring流线型量水槽具有良好的性能和测流精度,在灌区渠道中具有较好的运用前景。

关键词：流线型量水槽体型优化数值模拟神经网络 NSGA-Ⅱ遗传算法

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