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作物旱后复水补偿效应产生的源-库-流的响应及机制

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水土保持学报 2024年第2期38卷 1-12,338页

作者：李涛涛刘溢健叶佳丽王仕稳殷俐娜邓西平山仑西北农林科技大学资源与环境学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学生命科学学院陕西杨凌712100 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

[目的]作物在生长过程,尤其在干旱半干旱地区,时常经受干旱和复水(降雨或灌溉)过程。干旱胁迫下作物的生长发育受到抑制,产量降低;同时,经过干旱胁迫后作物对干旱胁迫的耐受性有所提高;而干旱胁迫后复水,为了弥补作物干旱期间的损失,作... 详细信息

[目的]作物在生长过程,尤其在干旱半干旱地区,时常经受干旱和复水(降雨或灌溉)过程。干旱胁迫下作物的生长发育受到抑制,产量降低;同时,经过干旱胁迫后作物对干旱胁迫的耐受性有所提高;而干旱胁迫后复水,为了弥补作物干旱期间的损失,作物往往表现出补偿性生长,在产量上产生补偿甚至超补偿效应。作物旱后复水补偿效应是作物对干旱胁迫的积极响应与复水后补偿性生长的共同结果,在旱区作物生产中合理利用旱后复水补偿效应可以有效提升作物产量和水分利用效率。[方法]“源库”关系被广泛用来解释作物产量的形成过程,调控源库关系也是提高作物产量的重要途径。旱后复水补偿效应的产生与作物“源—库—流”响应关系密切。[结果]基于当前的研究进展,从“源库”关系总结作物旱后复水补偿作用产生的机制。在干旱胁迫过程中,源端表现为气孔关闭、光合降低、可溶性碳水化合物累积增加,而库端表现为库活性增加。复水后补偿效应产生过程中,在源端气孔打开、光合恢复、短时间内甚至高于干旱胁迫前,同时源端(叶片)可溶性碳水化合物代谢增强,促进作物光合作用,碳水化合物的合成能力提高;在库端(籽粒)库活性维持较高水平,同化物卸载和累积速度加快;同时流中同化物转运维持较高水平。在补偿效应产生的源—库响应中同化物的转运积累起着重要的作用,其中蔗糖转化酶(INV)、细胞壁转化酶(CW-INV)和聚糖代谢酶(1-FEH w3)活性在作物旱后复水补偿效应的源库响应过程中起着至关重要的作用。[结论]从源库关系角度对旱后复水补偿效应产生的机制进行较为深入的总结和分析,为理解作物旱后复水补偿效应产生的机制及旱区作物水分高效利用提供理论依据。

关键词：旱后复水补偿效应源库关系干旱复水

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不同马铃薯品种干旱适应性与其钾素营养特性的关系

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干旱地区农业研究 2024年第4期42卷 1-12,51页

作者：孙梦晴叶佳丽刘溢健王仕稳殷俐娜邓西平西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学生命科学学院陕西杨凌712100 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

采用盆栽试验,通过对5个马铃薯品种(‘V7’、‘大西洋’、‘实验二号’、‘大丰八号’和‘京张三号’)、2个水分条件(保持80%~85%土壤最大田间持水量,3轮干旱-复水)和2个钾肥水平(0 kg·hm^(-2)和180 kg·hm^(-2))的三因素裂区试验,研... 详细信息

采用盆栽试验,通过对5个马铃薯品种(‘V7’、‘大西洋’、‘实验二号’、‘大丰八号’和‘京张三号’)、2个水分条件(保持80%~85%土壤最大田间持水量,3轮干旱-复水)和2个钾肥水平(0 kg·hm^(-2)和180 kg·hm^(-2))的三因素裂区试验,研究不同马铃薯品种的干旱适应性与其钾素营养特性之间的关系。结果表明:各品种马铃薯的干旱适应能力表现为‘实验二号’>‘V7’>‘大丰八号’>‘大西洋’>‘京张三号’,且干旱适应性与钾素营养特性呈显著正相关关系。钾素利用效率、植株钾素吸收量、块茎钾素吸收量和钾素吸收效率对马铃薯干旱适应性的贡献度分别为28.44%、15.08%、14.01%和8.55%。正常水分条件和干旱处理下的马铃薯水分利用效率与钾素利用效率、植株钾素吸收量和块茎钾素吸收量均呈显著正相关关系(P研究结果表明,‘实验二号’更适合在北方旱区推广种植。

关键词：马铃薯干旱-复水钾肥钾素营养特性水分利用效率干旱适应性

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土壤盐胁迫对紫花苜蓿磷素利用的影响

水土保持学报 2024年第2期38卷 414-422页

作者：赵乐苏睿何红花西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 平凉市环境工程评估中心甘肃平凉744000 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]为了研究土壤磷肥和盐分及其交互作用对紫花苜蓿生长、磷营养和耐盐性的影响。[方法]通过向[土娄]土中添加不同浓度梯度的磷肥(0,40,80,160mg/kg,以KH_(2)PO_(4)的形式添加)和氯化钠(0,0.4,0.8,1.6g/kg)进行温室盆栽试验,种植紫... 详细信息

[目的]为了研究土壤磷肥和盐分及其交互作用对紫花苜蓿生长、磷营养和耐盐性的影响。[方法]通过向[土娄]土中添加不同浓度梯度的磷肥(0,40,80,160mg/kg,以KH_(2)PO_(4)的形式添加)和氯化钠(0,0.4,0.8,1.6g/kg)进行温室盆栽试验,种植紫花苜蓿“甘农七号”。[结果]紫花苜蓿地上部生物量和地下部生物量均随着磷肥施加水平的提高而增加,但随着盐分添加水平的提高而减少;施磷时植物的磷吸收量增加,当磷水平为160mg/kg时,根、茎、叶的磷含量均达到最大。添加盐分抑制对磷的吸收,当盐水平为1.6g/kg时,根、茎、叶的磷含量与不加NaCl时相比显著减少;与不加磷肥时相比,酒石酸含量随着磷肥水平升高而减少,外源盐分添加显著增加紫花苜蓿根际酒石酸的含量;大部分处理的根际pH与非根际pH相比均降低,在盐胁迫的情况下土壤pH的降低提高土壤磷的有效性和植物对磷的吸收;高剂量(160mg/kg)的磷肥添加使紫花苜蓿的磷吸收效率、磷利用效率均显著降低。[结论]土壤磷肥与盐分之间存在显著的交互作用,盐分增加加剧植物磷缺乏,适当施用磷肥可提高紫花苜蓿的耐盐性,并提高其在盐渍土壤中的生产力。

关键词：紫花苜蓿磷有效性盐分磷吸收效率根际酒石酸

青藏高原南部不同土地利用方式土壤可蚀性分析

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中国水土保持科学 2024年第4期22卷 68-74页

作者：李笑雨白金珂王力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土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

为评估青藏高原南部不同土地利用类型土壤侵蚀风险,对该地区4种典型土地利用类型土壤进行大范围采样,测定土壤颗粒组成和有机碳质量分数,计算土壤分形维数和可蚀性因子K,对不同土地利用类型和不同土层土壤侵蚀风险进行定量化评估,并分... 详细信息

为评估青藏高原南部不同土地利用类型土壤侵蚀风险,对该地区4种典型土地利用类型土壤进行大范围采样,测定土壤颗粒组成和有机碳质量分数,计算土壤分形维数和可蚀性因子K,对不同土地利用类型和不同土层土壤侵蚀风险进行定量化评估,并分析土壤粒度特征对土壤可蚀性因子的影响。结果表明:1)整体来看,研究区土壤可蚀性因子K介于0.022~0.036 t·hm^(2)·h/(hm^(2)·MJ·mm)之间,超过40%的样地土壤属于中可蚀性以上(K>0.033 t·hm^(2)·h/(hm^(2)·MJ·mm))土壤,存在较高的侵蚀风险;2)在不同土地利用方式间,土壤可蚀性因子表现为耕地>灌木林地>草地>乔木林地,其中耕地土壤可蚀性因子显著高于其他3种土地利用类型(P土壤分别占到样点总数的26.47%、47.22%和55.89%,中低可蚀性以下(K≤0.033 t·hm^(2)·h/(hm^(2)·MJ·mm))土壤分别占73.53%、52.78%和44.11%,土壤可蚀性因子随土壤深度增加呈递增趋势;4)土壤粒度特征对可蚀性具有重要影响,土壤可蚀性因子K与砂粒含量呈指数型负相关关系,与黏粒含量和分形维数呈指数型正相关关系,均达到极显著水平(P研究结果可为降低青藏高原南部地区土壤侵蚀风险及提高水土保持效益提供重要参考。

关键词：大尺度土壤可蚀性因子K 土壤颗粒特征土壤有机碳分形维数青藏高原

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RUSLE模型对黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀的模拟效果分析

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水土保持学报 2024年第2期38卷 97-108页

作者：廖俊焦菊英严增李建军张世杰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 安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院水利水资源安徽省重点实验室合肥230088

[目的]为了探究RUSLE模型对黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀模拟的效果。[方法]基于陕北安塞区坊塌小流域内10个径流小区2016-2022年的降雨产流产沙监测资料,通过RUSLE模型中各因子在黄土高原的不同常用算法之间的变换组合,模拟144种... 详细信息

[目的]为了探究RUSLE模型对黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀模拟的效果。[方法]基于陕北安塞区坊塌小流域内10个径流小区2016-2022年的降雨产流产沙监测资料,通过RUSLE模型中各因子在黄土高原的不同常用算法之间的变换组合,模拟144种因子组合下各退耕植被恢复坡面的土壤侵蚀量,采用纳什效率系数(NSE)和均方根误差(RMSE)评价模型模拟结果的有效性。[结果]利用RUSLE模型144种因子组合模拟的退耕植被恢复坡面土壤侵蚀量,NSE范围为-38.47~0.19,RMSE范围为1.92~12.65 t/(hm 2·a),模拟效果较差,所选各因子算法难以适应退耕植被恢复坡面上的土壤流失量的评估,还需要对RUSLE模型各因子进一步改进。运用RUSLE模型对黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀模拟时,建议尽可能采用时间分辨率高的数据减小对R因子的计算误差,综合考虑土壤有机质含量、土壤粒径与团粒结构组成和容重等土壤理化性质对K因子的影响,以及植被覆盖度、植被高度、枯落物、生物结皮等对C因子的影响,充分考虑10°以上的坡度,细化其LS因子的算法。[结论]RUSLE模型无法很好地适用于黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀的模拟。研究结果为土壤侵蚀模型的研发及RUSLE模型在黄土高原植被恢复坡面的应用提供一定参考依据。

关键词： RUSLE模型土壤侵蚀退耕坡面植被恢复径流小区黄土高原

基于机器学习的Angström-Prescott公式系数的估算

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节水灌溉 2024年第7期 108-118页

作者：冯文哲和志豪陈上董文彪李若彤于强冯浩何建强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 西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院陕西杨凌712100 南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044 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

地表太阳辐射(R_(s))数据在水文、农业和生态等领域具有重要的应用价值。由于目前仅有少数国家气象站点具备直接观测条件,因此Angström-Prescott(A-P)公式被广泛应用于逐日R_(s)的估算。尽管使用A-P公式需提供的两个经验系数a和b已经有F... 详细信息

地表太阳辐射(R_(s))数据在水文、农业和生态等领域具有重要的应用价值。由于目前仅有少数国家气象站点具备直接观测条件,因此Angström-Prescott(A-P)公式被广泛应用于逐日R_(s)的估算。尽管使用A-P公式需提供的两个经验系数a和b已经有FAO(Food and Agriculture Organization)推荐值(a=0.25;b=0.5),但是越来越多的研究指出这两个参数的本地化有助于提高R_(s)的估算精度。利用1967-2017年全国80个具有太阳辐射观测数据气象站的逐日地表太阳辐射(R_(s))及其他常规气象数据,来获取中国内地地区A-P公式的a、b系数。首先,整个中国内地地区被划分为高原山地气候区(Mountain Plateau Zone,MPZ)、亚热带季风气候区(Subtropical Monsoon Zone,SMZ)、温带季风气候区(Temperate Monsoon Zone,TMZ)、温带大陆性气候区(Temperate Continental Zone,TCZ)等4个不同气候区。其次,基于最小二乘法回归得到各气候区不同站点A-P公式系数值,可视为A-P公式系数的观测值。然后,利用4种机器学习算法分别估算全国80个具有太阳辐射观测数据气象站的A-P公式系数,各算法分别结合不同输入因子组合构建不同的A-P公式系数估算模型。最后,评估机器学习算法估算得到的A-P公式系数自身的精度,及其在R_(s)估算中的精度。研究发现在估算系数a时,机器学习模型中基于五因子输入组合的SVM模型的估算精度最高(R^(2)=0.661,RMSE=0.022,nRMSE=0.120)。在估算系数b时,机器学习模型中基于四因子输入组合的ELM模型的估算精度最高(R^(2)=0.550,RMSE=0.031,nRMSE=0.055)。基于所选最优机器学习模型各自估算的a和b系数值来驱动A-P公式进一步估算R_(s),结果表明机器学习模型在MPZ、SMZ、TMZ、TCZ气候区R_(s)估算中的nRMSE分别为0.168、0.225、0.138、0.180。因此,推荐使用五因子输入组合的SVM模型来估算系数a,使用四因子输入组合的ELM模型来估算系数b,可以得到更为准确的中国内地地区A-P公式系数,从而提高使用A-P公式估算R_(s)的精度。研究结果可为实现A-P公式系数在中国内地地区的本地化和提高R_(s)估算精度提供一定的理论依据和技术途径。

关键词：太阳辐射 Angström–Prescott a、b系数机器学习

黄土高原生物结皮覆盖对土壤线虫垂直分布规律的影响

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生态学报 2024年

作者：张颖肖波王彦峰曹尤淞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

线虫在土壤食物网中占多个营养级，是土壤生态过程的重要指示生物，对维持生态系统结构与功能具有重要作用。生物结皮作为“荒漠工程师”对干旱生态系统的生物多样性具有积极影响，但其对土壤线虫群落的影响与机制尚不明确。本研究分别... 详细信息

线虫在土壤食物网中占多个营养级，是土壤生态过程的重要指示生物，对维持生态系统结构与功能具有重要作用。生物结皮作为“荒漠工程师”对干旱生态系统的生物多样性具有积极影响，但其对土壤线虫群落的影响与机制尚不明确。本研究分别采集藓结皮和藻结皮覆盖下不同深度（0—14 cm，每2 cm一层）的土壤以及无结皮土壤，采用Baermann湿漏斗法提取土壤线虫并鉴定计数，对比分析了生物结皮类型和土层深度对土壤线虫属的丰富度、丰度和多样性的影响及其途径。结果表明：（1）无结皮土壤中线虫以头叶属（Cephalobus）、细齿属（Leptonchus）和微矛属（Microdorylaimus）为优势属，而生物结皮覆盖土壤中线虫以无咽属（Alaimus）、细齿属（Leptonchus）、鹿角纯属（Cervidellus）和微矛属（Microdorylaimus）为优势属；（2）与无结皮相比，藻结皮使土壤线虫的属的丰富度、丰度和Shannon指数分别提高了35.2%、89.2%和4.5%，而藓结皮分别提高了44.4%、83.0%和24.8%;（3）两类生物结皮覆盖土壤剖面中线虫丰度均呈单峰分布，其中6—8 cm土层丰度最高，是深土层的3.2—11.7倍；而Shannon指数随土壤深度的增加而增加，表土层是深土层的1.5—1.7倍；（4）土壤温度、速效磷和有机质含量是影响线虫属的丰富度的主要因素，有机质、NH4+-N和NO3--N含量是影响线虫丰度的主要因素，而土壤温度、含水量和速效磷含量是影响线虫多样性的主要因素。生物结皮可通过提升土壤含水率和养分含量、降低土壤温度等途径显著提升土壤线虫的丰度和多样性，并通过影响土壤理化性质的垂直分布继而间接调控土壤线虫群落的垂直分布规律，这对于理解生物结皮维持和提升干旱生态系统的生物多样性与生态系统多功能性具有重要帮助。

关键词：藓结皮藻结皮土壤动物生物多样性生态系统多功能性干旱生态系统

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高原鼠兔洞穴对土壤入渗的影响及机制

水土保持研究 2024年第5期31卷 243-249页

作者：王迪钱嘉鑫朱妮李珂欣毛佳怡赵理荣刘玉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]探究高原鼠兔洞穴对高寒草甸土壤入渗性能及其相关因素的影响,以揭示其对高寒草甸生态系统水分循环和土壤水文功能的潜在作用。[方法]以高寒草甸高原鼠兔洞穴不同部位作为研究对象,包括洞口(PE)与洞道(PB),对照为无高原鼠兔洞穴... 详细信息

[目的]探究高原鼠兔洞穴对高寒草甸土壤入渗性能及其相关因素的影响,以揭示其对高寒草甸生态系统水分循环和土壤水文功能的潜在作用。[方法]以高寒草甸高原鼠兔洞穴不同部位作为研究对象,包括洞口(PE)与洞道(PB),对照为无高原鼠兔洞穴分布的未扰动高寒草甸(AM),用单环法对土壤入渗速率进行测定。[结果](1)高原鼠兔洞穴促进高寒草甸土壤入渗速率,相比于未扰动高寒草甸,洞口和洞道初始入渗速率分别升高377.63%和189.47%,稳定入渗速率分别升高314.29%和220.00%(p高原鼠兔洞穴破坏高寒草甸土壤结构,相比于原生高寒草甸,洞口表层土壤总孔隙度和毛管孔隙度分别显著降低4.69%和16.27%,但非毛管孔隙度显著升高22.47%,洞口和洞道团聚体平均重量直径分别显著降低20.09%和9.45%,土壤有机质含量显著降低,各部位大小依次为未扰动高寒草甸>洞道>洞口(p高原鼠兔洞穴主要通过影响高寒草甸草毡层根系促进土壤入渗,根系生物量是影响初始入渗速率和稳定入渗速率的主导因子,标准化总效应分别为-0.717和-0.539。[结论]鼠兔洞穴一定程度上有利于高寒草甸生态系统的水分循环,但同时也破坏了高寒草甸原本的土壤结构,加剧高寒草甸退化风险。

关键词：高原鼠兔洞穴土壤性质土壤入渗高寒草甸三江源区

黄土丘陵区两个典型成熟森林群落土壤水分时空变化特征及对降雨事件的响应

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水土保持研究 2024年第4期31卷 170-178页

作者：翟博超朱燕申小娟孙美美杜盛西北农林科技大学林学院陕西杨凌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 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 重庆市林业投资开发有限责任公司重庆401120

[目的]探究黄土丘陵区刺槐人工林和辽东栎天然次生林土壤水分的时空变化特征及其对降雨事件的响应机制,揭示该区域两个典型森林群落的土壤水分特征及其差异性,为该地区森林植被建设与管理提供科学依据。[方法]以黄土丘陵区两个典型树种... 详细信息

[目的]探究黄土丘陵区刺槐人工林和辽东栎天然次生林土壤水分的时空变化特征及其对降雨事件的响应机制,揭示该区域两个典型森林群落的土壤水分特征及其差异性,为该地区森林植被建设与管理提供科学依据。[方法]以黄土丘陵区两个典型树种的成熟森林群落为研究对象,通过对试验地0—300 cm范围土壤含水量10年间(2009—2019)的监测,并结合同期降水量变化,分析这两种森林群落土壤水分的时空变化规律及对降雨的响应。[结果](1)2019年生长季末两森林群落0—100 cm和0—300 cm平均土壤含水量均高于2009年平均值,在0—100 cm范围内两群落均达到显著差异,且2019年辽东栎林平均土壤含水量显著高于刺槐林;在0—300 cm范围的平均值仅辽东栎林达到显著差异。(2)两森林群落土壤水分的空间分布均在0—200 cm土层内呈现较为明显波动;在2—300 cm土层辽东栎林土壤水分在时间和空间上的稳定性均高于刺槐林。(3)两森林群落土壤水分的月际动态趋势基本一致,与降雨量月际动态大致同步,但辽东栎林土壤含水量始终高于刺槐林。(4)在年际尺度上,两森林群落生长季末土壤含水量均与当年降雨量呈显著正相关,随降雨量的增大,辽东栎林在抵消蒸散耗水的同时对土壤水分的补充作用大于刺槐林。两森林群落土壤储水量增量与次降雨量均呈现极显著的指数增长关系,次降雨量较小时(小于22 mm)刺槐林土壤水分的补充作用大于辽东栎林,而次降雨量较大时(大于22 mm)则辽东栎林更有利于土壤水分的补充。[结论]两种森林群落土壤水分的时空变化特征存在显著差异,尤其是在深层土壤。与刺槐林相比,辽东栎林土壤水分对年际降雨的响应更为明显,而两森林群落土壤储水量对单次降雨事件响应的差异取决于次降雨量。

关键词：黄土丘陵区森林群落土壤水分时空变化降雨响应