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基于PLUS模型的典型农牧交错带土地利用驱动力分析与多情景模拟

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水土保持研究 2025年第1期32卷 368-378页

作者：张启扬刘仁志栾朝旭北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室

[目的]实现农牧交错带地区破碎化土地利用变化的精准预测，为农牧交错带土地利用预测与结构调整提供重要工具。[方法]研究针对性构建了农牧交错带土地利用模拟方法(APE-PLUS),引入土地扩张分析策略(LEAS)、基于多类型随机斑块种子的CA模... 详细信息

[目的]实现农牧交错带地区破碎化土地利用变化的精准预测，为农牧交错带土地利用预测与结构调整提供重要工具。[方法]研究针对性构建了农牧交错带土地利用模拟方法(APE-PLUS),引入土地扩张分析策略(LEAS)、基于多类型随机斑块种子的CA模型(CARS)、Markov模型和土地利用情景设计，解决农牧交错带土地利用模拟中斑块零散、景观破碎、变化机制复杂的问题。采用二调、三调土地利用数据，分析了2014—2020年土地利用变化及其驱动力，模拟了2032年科左后旗自然增长、生态优先、耕地保护和可持续发展情景下的土地利用格局。[结果](1)农牧交错带土地利用模拟方法(APE-PLUS)精度较高，Kappa系数为0.87,总体精度达到0.92;(2)科左后旗2014—2020年土地利用变化显著，全旗47.85%的土地类型发生改变，14.65%的土地由耕地转变为草地，DEM和水资源是这一时期土地利用变化的主要驱动力；(3) 2032年多情景预测中，可持续发展情景耕地面积增长1.31%,林地和草地分别减少了0.77%和1.72%,其他用地面积减小28.4%,相比于其他3种情景，土地利用数量结构与空间格局更合理。此情景有助于减缓耕地扩张趋势和草地缩减趋势，有效控制水土流失、土壤沙化问题，提高生态保护与经济发展的协调程度。[结论]农牧交错带土地利用模拟方法(APE-PLUS)对科左后旗的土地利用具有较高的模拟精度，可以对农牧交错带斑块级的土地利用变化进行高精度的预测。

关键词：土地利用变化农牧交错带 PLUS模型科尔沁左翼后旗驱动因子

复合微生物菌剂对退化草地植物生长和土壤质量的影响

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生态学报 2025年

作者：任思雨刘雨涵刘颖慧许茗雯北京师范大学地理科学学部

北方农牧交错带是我国重要的生态屏障，但由于全球变化和人类活动加剧，该区域的草地退化现象加剧，迫切需要绿色可持续的土壤恢复措施。微生物和有机肥在农业土壤改良中表现出积极作用。然而，关于复合微生物菌剂在生态脆弱区退化草地... 详细信息

北方农牧交错带是我国重要的生态屏障，但由于全球变化和人类活动加剧，该区域的草地退化现象加剧，迫切需要绿色可持续的土壤恢复措施。微生物和有机肥在农业土壤改良中表现出积极作用。然而，关于复合微生物菌剂在生态脆弱区退化草地恢复的应用研究较少。复合微生物菌剂因其多菌种协同作用，能够在改良土壤结构、提升土壤肥力、促进植物生长方面发挥重要潜力，有望成为一种低成本、高效率的草地修复策略。本研究通过盆栽实验，选择枯草芽孢杆菌、盐居固氮菌和层状近明球囊霉菌这三种有益微生物，结合有机肥进行单独或组合施用，探讨了其对退化草地土壤理化性质、微生物因子及植物生物量的影响，并利用隶属函数结合因子分析方法计算土壤质量评分综合指标，比较不同菌剂添加下的土壤质量改善效果。结果显示，有机肥结合有益微生物显著提高了土壤养分有效性，改善了土壤质量。与单独施用有机肥相比，添加微生物菌剂显著促进了植物生长及其养分吸收，三菌混施效果最佳。同时，研究发现，不同复合微生物菌剂组合间存在协同作用，增强了微生物在土壤中的功能表现，如提高土壤酶活性、促进土壤养分循环、增强微生物生物量等，最终提升了植物的养分吸收和生长能力。该研究为基于微生物的草地生态恢复技术提供了可行路径和理论依据，为改善退化草地生态系统功能、维持土壤健康和保障草地可持续发展提供了科学视角和实践指导。

关键词：退化草地菌剂土壤质量植物生物量土壤养分

基于氢氧稳定同位素的鄱阳湖流域“五河”新水比例及其滞留时间量化研究

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湖泊科学 2025年第1期37卷 266-278,I0027页

作者：李楷文丁梦瑶范宏翔吴华武雷蕊宇付丛生李静辛未张赐成湖南师范大学地理空间大数据挖掘与应用湖南省重点实验室长沙410081 湖南师范大学地理科学学院长沙410081 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京211135 中国科学院大学北京100049 滁州学院地理信息与旅游学院滁州239000 中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室武汉430072

流域河流新水比例和滞留时间是表征径流过程以及污染物、营养物质运输的重要参数。确定水的来源及其在流域内的滞留时间,对于理解流域水文过程和功能至关重要。为了定量解析鄱阳湖流域河流的新水比例和滞留时间,本文通过对鄱阳湖流域降... 详细信息

流域河流新水比例和滞留时间是表征径流过程以及污染物、营养物质运输的重要参数。确定水的来源及其在流域内的滞留时间,对于理解流域水文过程和功能至关重要。为了定量解析鄱阳湖流域河流的新水比例和滞留时间,本文通过对鄱阳湖流域降水及河水(赣江、修河、信江、抚河、饶河,以下简称“五河”)稳定同位素(δ^(18)O和δD)的高频率监测与分析,利用正弦拟合方法分析了降水和河水δ^(18)O和δD值的变化。结果表明:(1)“五河”河水及降水氢氧同位素表现出相似的季节变化特征,雨季(57月)较为贫化,旱季(12月次年2月)较为富集,河水同位素变化与局地降水同位素、地下水同位素密切相关,说明流域内不同水体之间存在良好的水文连通性;(2)“五河”流域内小于3个月的新水占比范围为3%~42%,流域内滞留时间范围为123.83~2495.0 d,其中赣江平均滞留时间最长、新水比例最低,乐安河和昌江的新水比例最高、平均滞留时间最短;(3)流域面积和单位面积上干流长度是“五河”流域新水比例的主要控制因素,坡度与新水比例存在负相关关系,但其负相关性被单位面积上干流长度与新水比例的正相关性所掩盖;(4)修河、赣江流域较其他流域显著受到蒸发分馏的影响;(5)鄱阳湖湖水同位素值明显高于河水,且在湖口站点湖水同位素值较都昌站点偏低,这表明湖口站湖水受长江来水和蒸发分馏的影响。该研究结果有助于对鄱阳湖流域水文联系和水文过程进行解析,可为流域污染物的输移模拟及其机制阐释等提供科学参考。

关键词：鄱阳湖流域新水比例平均滞留时间氢氧同位素水文过程

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颗粒物沉降影响下草/藻型湖区沉积物一水界面氮交换特征及机制

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湖泊科学 2025年第1期37卷 76-88页

作者：韩汶轩陈秋羽何煦谭立贤刘成张雷中国科学院南京地理与湖泊所湖泊与环境国家重点实验室南京211135 中国科学院大学北京100049 广西大学资源环境与材料学院南宁530004

富营养化湖泊水体中颗粒物的不断富集和沉降加剧了沉积物内源负荷。本文以太湖典型草、藻型湖区为研究对象,开展了为期一年的野外月度调查,分析了两种湖区水样、颗粒物和沉积物中各形态氮含量、赋存形式及其沉积物水界面交换特征,研究... 详细信息

富营养化湖泊水体中颗粒物的不断富集和沉降加剧了沉积物内源负荷。本文以太湖典型草、藻型湖区为研究对象,开展了为期一年的野外月度调查,分析了两种湖区水样、颗粒物和沉积物中各形态氮含量、赋存形式及其沉积物水界面交换特征,研究了颗粒物沉降对草、藻型湖区沉积物水界面氮赋存形态转变及迁移的影响。结果表明,草、藻型湖区水体总氮(TN)浓度年变化范围分别为0.50~1.51 mg/L(均值为(0.97±0.23)mg/L)和1.77~6.12 mg/L(均值为(3.67±1.36)mg/L),藻型湖区水体各形态氮浓度普遍高于草型湖区,且季节性变化更加显著。草、藻型湖区悬浮颗粒物中TN含量年均值分别为(6998.48±1413.87)和(5162.63±2205.13)mg/kg,沉积物TN平均含量分别为(4219.75±216.62)和(3187.88±103.07)mg/kg,呈现草型湖区显著高于藻型湖区、悬浮颗粒物显著高于沉积物的特征。氨氮(NH 3-N)是两个湖区悬浮颗粒物和沉积物中有效态氮的主要赋存形式,藻型湖区沉积物中NH 3-N的释放主要集中在夏季,而草型湖区则以夏、秋季为主。有效态氮高度富集的颗粒物不断沉降是造成沉积物中氮含量改变的重要原因,且藻型湖区有效态氮所占比例(5.17%)在藻类水华季节高于草型湖区(4.34%)。草型系统向藻型系统的转变可能会升高水体颗粒物浓度并加剧沉积物颗粒再悬浮过程,颗粒物沉降和再悬浮交替加剧了沉积物水界面处氮的交换过程,在未来的湖泊内源氮管理中应更加重视颗粒物的作用。

关键词：太湖草型湖区藻型湖区悬浮颗粒物内源氮负荷

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基于机器学习的海河流域河流氮素变化趋势及关键因子识别

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中国环境科学 2025年

作者：汪昊高凯璐尹高飞孙学莹刘一航张旭琳王凤翟梦瑜王佳宝李昭慧文宏达李文超河北农业大学资源与环境科学学院省部共建华北作物改良与调控国家重点实验室河北省农田生态环境重点实验室天津大学电气自动化与信息工程学院北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京工业大学循环经济研究院

总氮（TN）是我国河流水质的主要限制因子。准确识别其时空变化规律及关键影响因素，并预测其浓度变化，有助于提前识别污染趋势和规避水质恶化风险，为水质监测与污染防治提供科学依据。目前的研究主要面临动态实时监测不足、时空变... 详细信息

总氮（TN）是我国河流水质的主要限制因子。准确识别其时空变化规律及关键影响因素，并预测其浓度变化，有助于提前识别污染趋势和规避水质恶化风险，为水质监测与污染防治提供科学依据。目前的研究主要面临动态实时监测不足、时空变化建模能力有限、以及多源数据整合和特征选择困难等局限性。因此，本研究基于2021年 — 2024年海河流域69个水质监测站的监测数据，通过耦合随机森林模型（RF）和长短时记忆神经网络（LSTM）构建了TN浓度预测的RF - LSTM数据驱动模型，分析了TN浓度的时空变化规律及主要影响因素。结果表明：（1） 2021年TN浓度较高，2022年TN浓度较低，年均值变化在4.97 mg/L ～ 5.22 mg/L；（2）五个子流域TN浓度年内呈‘U’形的季节变化特征，TN浓度最高值出现在1月和2月，最低值出现在8月；（3）水温和溶解氧浓度是影响海河流域水体TN浓度的关键因子，水温与TN浓度呈极显著负相关，溶解氧浓度与TN浓度呈极显著正相关；（4） RF - LSTM 数据驱动模型的预测效果 (R2: 0.830 ～ 0.939) 优于传统单一LSTM (R2: 0.818 ～ 0.931) 模型，且RF - LSTM 数据驱动模型具有更强的泛化性能。

关键词：海河流域时空变化规律影响因子机器学习

青藏高原—黄土高原过渡带土壤抗冲性及影响因素

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水土保持研究 2025年第1期32卷 39-47页

作者：杜芳悦刘俊娥牛百成朱启明崔钦凯陕西师范大学地理科学与旅游学院青海师范大学地理科学学院青海省自然地理与环境过程重点实验室青海师范大学青藏高原地表过程与生态保育教育部重点实验室

[目的]探究青藏高原—黄土高原过渡带土壤抗冲性及其影响因素，以期为该区域水土流失防治和生态建设提供科学依据。[方法]在青海省海南藏族自治州沙沟河流域的上、中、下游（样地1,样地2,样地3）,选取典型栗钙土和风沙土为研究对象，采... 详细信息

[目的]探究青藏高原—黄土高原过渡带土壤抗冲性及其影响因素，以期为该区域水土流失防治和生态建设提供科学依据。[方法]在青海省海南藏族自治州沙沟河流域的上、中、下游（样地1,样地2,样地3）,选取典型栗钙土和风沙土为研究对象，采用原状土冲刷法（2,3,4,5,6 L/min）进行土壤抗冲性试验，测定不同土壤抗冲性变化特征，研究土壤抗冲性对土壤理化性质、水动力条件等各因子的响应特征，并据此建立土壤抗冲性方程。[结果]3个样地冲刷强度都呈初期最大、随后减少再趋于平缓的趋势，土壤抗冲指数表现为样地1>样地3>样地2,径流含沙量与冲刷时间呈幂函数关系。3个样地土壤理化性质存在显著差异，容重、WSA>0.25 mm、有机质、平均重量直径和土壤抗冲指数均显著相关；对径流剪切力和土壤抗冲指数进行拟合，可用幂函数表达，R2均在0.98以上（p<0.05）。从土壤侵蚀动力和阻力两方面综合考虑，选取径流剪切力、平均重量直径和有机质作为影响土壤抗冲性的主要因子构建土壤抗冲性方程。[结论]栗钙土比风沙土抗冲性好；基于平均重量直径和径流剪切力，有机质和径流剪切力，以及平均重量直径、有机质和径流剪切力建立的3个土壤抗冲性方程，均有较好的拟合效果。

关键词：青藏高原—黄土高原过渡带土壤抗冲性理化性质径流剪切力

基于Sentinel-2影像的农田土壤有机碳含量估算——以湟水流域典型区域为例

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激光与光电子学进展 2025年

作者：尹成卓高小红宋奇黄燕君青海师范大学青藏高原地表过程与生态保育教育部重点实验室青海师范大学地理科学学院青海省自然地理与环境过程重点实验室

土壤有机碳（SOC）是全球碳循环过程中不可或缺的一环,也是衡量土壤健康的关键指标,对全球碳循环及耕地的长期生产力具有重要影响,及时获取农田土壤有机碳空间分布图有助于推动碳循环研究以及合理施肥策略的制定。本研究以青海省湟水流... 详细信息

土壤有机碳（SOC）是全球碳循环过程中不可或缺的一环,也是衡量土壤健康的关键指标,对全球碳循环及耕地的长期生产力具有重要影响,及时获取农田土壤有机碳空间分布图有助于推动碳循环研究以及合理施肥策略的制定。本研究以青海省湟水流域中游南岸典型区域农田土壤为研究区,针对表层（0～20cm）SOC含量,基于野外和室内实测光谱数据以及Sentinel-2卫星影像数据,并结合111个野外土壤采样数据,采用四种光谱数学变换方法对原始全谱波段进行处理后,分别构建极端梯度提升树（XGBoost）、随机森林（RF）和偏最小二乘回归（PLSR）三种SOC含量估算模型,为利用Sentinel-2卫星影像估算研究区农田SOC含量确定最优组合模型。在此基础上,利用相关性分析（P室内光谱数据建模精度的影响。结果表明:（1）基于野外和室内筛选的特征波段建立的模型,其精度高于全谱波段模型的精度:（2）Sentinel-2卫星影像数据与最优组合模型（XGBoost+FD）可用于研究区农田SOC含量的估算与制图,其Rc2为0.707,Rv2为0.658,RPDv达到2.069;（3）制图结果显示,研究区农田SOC含量在0.69～15.93 g·kg-1范围内,其空间分布呈现出由西北向东南,由东北向西南、北向南逐渐递增的趋势,并随海拔高度的升高而增加。研究结果可为SOC含量估算和数字土壤制图提供数据支持,为碳循环研究、精准农业及农田生态系统保护提供决策依据。

关键词：土壤有机碳特征波段遥感 Sentinel-2影像湟水流域

中国耕地非农化与非粮化时空分异及其治理策略

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干旱区研究 2025年

作者：张擂周煜明董杰谋李祥刘时栋徐丽萍新疆石河子大学理学院中国地质大学(北京)土地科学技术学院中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室

基于1980—2020年中国土地利用数据和社会经济统计面板数据，对耕地非农化与非粮化时空演变特征进行系统分析，揭示其变化规律及驱动机制，以期为耕地可持续利用和稳定粮食安全提供依据。采用标准差椭圆、趋势分析估计综合评估非农化、... 详细信息

基于1980—2020年中国土地利用数据和社会经济统计面板数据，对耕地非农化与非粮化时空演变特征进行系统分析，揭示其变化规律及驱动机制，以期为耕地可持续利用和稳定粮食安全提供依据。采用标准差椭圆、趋势分析估计综合评估非农化、非粮化动态演变特征，构建非农化、非粮化综合指标体系，构建偏相关模型量化各因子相对贡献。结果表明：（1）时间上，我国非农化形势总体不断趋好，而部分地区非粮化表现出加剧趋势。（2）空间上，东北和中东部地区的非农化问题较为突出，西北、华南以及东南沿海部分地区非粮食生产的比例相对较高。非农化演变存在沿东北-东南方向“极化现象”，非粮化中心呈现出从西南向东北移动的发展态势。（3）经济因素是非农化主导驱动作用，且近10 a来影响程度有所降低。农业生产条件是非粮化的基础因素，同时粮食每亩产值、城乡收入差距等经济因素的推动作用逐渐增加。1980—2020年中国非农化、非粮化时空演变特征与影响因素研究可为科学实施耕地保护决策提供参考。

关键词：耕地非农化非粮化时空演变影响因素

近40年内蒙古近地表土壤冻融状态时空演变特征解析

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水土保持研究 2025年第1期32卷 148-159页

作者：田鑫萨楚拉孟凡浩罗敏王牧兰张翔张昊琛内蒙古师范大学地理科学学院内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室内蒙古自治区土地储备中心

[目的]解析内蒙古近地表土壤冻融状态的时空分异及变化规律并量化驱动因素的影响，为区域生态环境保护及基础设施建设提供理论依据。[方法]基于ERA5-LAND土壤温度数据，利用Sen趋势分析(Theil-Sen median)、Mann-Kendall检验和多元回归... 详细信息

[目的]解析内蒙古近地表土壤冻融状态的时空分异及变化规律并量化驱动因素的影响，为区域生态环境保护及基础设施建设提供理论依据。[方法]基于ERA5-LAND土壤温度数据，利用Sen趋势分析(Theil-Sen median)、Mann-Kendall检验和多元回归残差分析，对内蒙古地区近40年地表土壤冻融状态的时空演变特征及其驱动因素进行了分析。[结果](1)近40年内蒙古地区秋冬始冻期和完全冻结期起始日期呈推迟趋势，变化速率分别为0.54 d/10 a和0.45 d/10 a;在空间分布上，随着经纬度的增加逐渐提前。冬春解冻期和完全融化期起始日期呈提前趋势，变化速率分别为2.17 d/10 a和2.15 d/10 a;空间上随着经纬度的增加逐渐推迟。(2)秋冬始冻期、完全冻结期和冬春解冻期的发生天数呈减少趋势，变化速率分别为0.10 d/10 a, 2.61 d/10 a和0.27 d/10 a,而完全融化期的发生天数则以2.68 d/10 a的速率在增加。空间分布上，除完全冻结期呈东北向西南逐渐减少的趋势，其余3个阶段均呈东北向西南逐渐增加的趋势。(3)不同土壤冻融状态受气候变化和人类活动共同驱动影响的面积占比最大，其次为单独由气候变化驱动影响的面积占比，单独由人类活动驱动影响的面积占比最小。[结论]近地表土壤冻融状态的时空分异及变化规律明显，不同区域不同土壤冻融状态的驱动力各不相同，对内蒙古地区生态环境保护及基础设施建设意义重大，未来应更加深入分析气候变化及人类活动对其的影响。

关键词：地表土壤冻融时空演变特征内蒙古气候变化人类活动