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黄土区3种护坡植物三维可视化模拟与根系构型参数分析

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水土保持研究 2025年第1期32卷 218-226页

作者：张旭姚晨杜婷马志强朱宏杰汪艳杜峰中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心中国科学院水利部水土保持研究所中国科学院大学西北农林科技大学水土保持研究所

[目的]对植物根系数字化并进行三维实体可视化模拟，对于了解植物根系形态和为水保工程制图提供植物实物图库都具有重要的理论与实践意义。[方法]逐层挖掘黄土区酸枣、沙棘、狼牙刺3种护坡植物根系，使用3D数字化仪FasTrak获取根系三维... 详细信息

[目的]对植物根系数字化并进行三维实体可视化模拟，对于了解植物根系形态和为水保工程制图提供植物实物图库都具有重要的理论与实践意义。[方法]逐层挖掘黄土区酸枣、沙棘、狼牙刺3种护坡植物根系，使用3D数字化仪FasTrak获取根系三维点阵坐标后利用SketchUp软件对根系进行三维建模并提取根系构型参数。为了建立完整的植物地上地下三维实体图库，同时使用FreeScan UE激光扫描仪得到相应地上部点云数据，经Soildworks软件渲染后建立植物地上部三维模型。[结果](1)建立了3种植物的地上地下三维实体模型图；(2)3种植物的根幅/根深均大于1(1.10～3.41),根系在水平方向上占有优势，狼牙刺最小为1.10;(3)3种植物冠幅/根幅分别为酸枣(0.25)、沙棘(0.69)、狼牙刺(0.73),均小于1,植物根系较地上部在水平方向上占优；(4)3种植物Fitter拓扑指数均接近于1,分别为酸枣(0.915)、沙棘(0.802)、狼牙刺(0.771),接近于鱼尾型分支；(5)植物根系总根长、总表面积、总体积在上坡方向占比大于50%,均在上坡方向更有优势。[结论]所建立的植物三维模型图对植物还原度高，为整株植物三维可视化模拟提供了一种方法。

关键词：黄土区整株植物三维可视化模拟 SketchUp 根系形态

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近70年黄河潼关站以下河段冲淤特征分析

水土保持研究 2025年第1期32卷 48-56页

作者：韩超王飞戈文艳陈昊史尚渝刘元昊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

[目的]揭示黄河潼关以下河段冲淤变化过程及分布特征，为未来黄河下游水土保持和调水调沙工作提供参考。[方法]对1952—2022年来潼关—花园口段、下游游荡型河段、过渡型河段、弯曲型河段输沙特征和冲淤过程进行分析，采用趋势分析、突... 详细信息

[目的]揭示黄河潼关以下河段冲淤变化过程及分布特征，为未来黄河下游水土保持和调水调沙工作提供参考。[方法]对1952—2022年来潼关—花园口段、下游游荡型河段、过渡型河段、弯曲型河段输沙特征和冲淤过程进行分析，采用趋势分析、突变检验与回归分析等方法，确定了不同河段的输沙、冲淤变化特征及其相互影响。[结果]潼关以下河段年输沙量在显著减少(p研究时段内，潼关以下河段累计淤积泥沙186.84亿t,潼关—花园口段、游荡型河段、过渡型河段和弯曲型河段分别淤积了86.75亿t, 49.45亿t, 17.14亿t, 33.49亿t。另外，输沙量和来沙系数变化分别对潼关—花园口、游荡型河段和花园口以下河段淤积影响明显(p<0.01)。[结论]小浪底水利枢纽运行及调水调沙实施后，潼关以下河段年淤积量大幅减少，潼关—花园口和弯曲型河段承载了更多泥沙，花园口—艾山段则已由淤转冲。

关键词：水沙变化黄河下游冲淤过程淤积现状

基于地理分区的陕北黄土高原生态系统服务权衡/协同的尺度效应研究

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水土保持研究 2025年第1期32卷 305-315页

作者：温昕王继军韩晓佳中国科学院水土保持与生态环境研究中心中国科学院水利部水土保持研究所中国科学院大学西北农林科技大学水土保持研究所中国科学院生态环境研究中心

[目的]明晰生态系统服务的权衡/协同关系，保证生态系统服务长期有效供应，实现流域生态保护与高质量发展。[方法]以典型退耕区陕北黄土高原为例，利用1990—2020年土地利用变化数据，基于InVEST模型量化4种关键生态系统服务即碳储量、... 详细信息

[目的]明晰生态系统服务的权衡/协同关系，保证生态系统服务长期有效供应，实现流域生态保护与高质量发展。[方法]以典型退耕区陕北黄土高原为例，利用1990—2020年土地利用变化数据，基于InVEST模型量化4种关键生态系统服务即碳储量、产水量、土壤保持量和生境质量的时空分布特征，通过相关性分析探讨了各类生态系统服务间的权衡/协同关系和呈现的尺度特征。[结果](1) 1990—2020年碳储量和生境质量处于不断增加的趋势，产水量和土壤保持量呈现先降低后增加总体增加的趋势，空间上呈东南略低西北略高的分布。(2)陕北黄土高原生态系统服务以协同作用为主，且在1990—2020年协同效应不断增强，权衡作用主要发生在产水量与其他生态系统服务之间，权衡作用的区域主要分布在研究区西部和东北部地区。(3)生态系统服务间的权衡/协同作用存在着空间尺度效应，随着空间尺度的增加，相关性逐渐增强而显著性有所下降，且作用关系的方向性会发生改变。[结论]陕北黄土高原生态系统服务以协同为主，生态系统服务间的权衡/协同作用存在着空间尺度效应。

关键词：生态系统服务权衡/协同作用尺度效应地理分区陕北黄土高原

晋西黄土区不同植被恢复阶段土壤生态化学计量特征

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水土保持研究 2025年第1期32卷 30-38+47页

作者：高连炜张红丽查同刚北京林业大学水土保持学院水利部水土保持监测中心

[目的]开展土壤生态化学计量特征随植被恢复进程的变化研究，探究植被恢复引起土壤养分变化规律及其作用机制，对认识植被恢复与土壤养分的关系，指导植被恢复实践具有重要意义。[方法]以晋西黄土区不同植被恢复阶段(撂荒地、草地、灌... 详细信息

[目的]开展土壤生态化学计量特征随植被恢复进程的变化研究，探究植被恢复引起土壤养分变化规律及其作用机制，对认识植被恢复与土壤养分的关系，指导植被恢复实践具有重要意义。[方法]以晋西黄土区不同植被恢复阶段(撂荒地、草地、灌木林、先锋阔叶林、针叶林)的5种林(草)地为研究对象，通过调查采样和室内分析，探究土壤生态化学计量特征随植被恢复的进程变化及其影响因素。[结果](1)随着植被的恢复，先锋阔叶林和针叶林阶段的SOC含量较上一阶段增加19.8%,土壤TN含量较上一阶段增加17.6%,而土壤TP含量较上一阶段减少12.4%;(2)随着植被恢复的发展，土壤C∶P和N∶P显著增加，C∶N的变化无明显规律，在先锋阔叶林和针叶林阶段的土壤C∶P较上一阶段增加26.6%;先锋阔叶林和针叶林阶段在0—40 cm土层的土壤N∶P较上一阶段增加40.2%,40—100 cm土层的土壤N∶P较上一阶段增加35.7%;土壤C∶N在不同植被恢复阶段间的变化未见明显规律，研究区土壤逐渐由C,N的限制转变为P的限制；(3)各植被恢复阶段土壤C∶P和N∶P主要与砂粒含量呈显著负相关，与孔隙度呈显著正相关，土壤C∶N与其他因子的相关性不明显。[结论]植被恢复有利于土壤C,N含量增加，改善土壤理化性质，在植被恢复过程应同时注重P元素的调控，以提高晋西黄土区植被生态恢复水平。

关键词：植被恢复土壤养分生态化学计量特征

黄土残塬沟壑区人工林小流域土壤水分时空变化特征

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水土保持研究 2025年第1期32卷 92-100页

作者：王子涵龚铭赵炯昌池金洺朱洪盛左启林王丽平王百群于洋北京林业大学水土保持学院山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站中建一局集团第三建筑有限公司中国科学院水利部水土保持研究所

[目的]了解残塬沟壑小流域土壤水分的时空分布特征，开展生态建设和探究水文过程对气候—植被—地貌综合效应的敏感性至关重要。[方法]以地处山西吉县蔡家川的人工林小流域为研究区，基于流域尺度野外定位监测与地统计等方法，分析了小... 详细信息

[目的]了解残塬沟壑小流域土壤水分的时空分布特征，开展生态建设和探究水文过程对气候—植被—地貌综合效应的敏感性至关重要。[方法]以地处山西吉县蔡家川的人工林小流域为研究区，基于流域尺度野外定位监测与地统计等方法，分析了小流域土壤水分时空变化特征。[结果]（1）研究时段内总降雨历时为308 h,累计降雨量311.1 mm,占全年降雨量的77.95%,小流域土壤水分变化具有明显的垂直分异特征。（2）采用有序最优分割法将人工林小流域土壤水分分为三层，其中，0—10 cm为土壤水分活跃层，其体积含水量均值为（13.91±4.08） cm3/cm3（CV=29%）,10—80 cm为土壤水分次活跃层，其体积含水量均值为（16.28±5.01） cm3/cm3（CV=31%）,80—180 cm为土壤水分调节层，其体积含水量均值为（14.25±1.89） cm3/cm3（CV=13%）。（3）人工林小流域不同深度土壤水分呈现出西北低、东南高的特点。反距离权重法土壤水分空间插值的精确度最高，纳什系数为0.52,均方根误差为2.04。[结论]蔡家川人工林小流域的水分空间分布受到地形、降水和植被等多方面因素的影响，水分空间分布总体上呈现出东南高、西北低的特点。

关键词：黄土高原土壤水分空间插值空间分布

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黄土边坡微生物矿化加固及植被恢复试验

水土保持研究 2025年第1期32卷 227-234+242页

作者：雷磊王良樊成虎刘子瑞宋洋薛倩楠田堪良段金贵国网陕西省电力有限公司电力科学研究院国网(西安)环保技术中心有限公司国网陕西省电力有限公司国网陕西省电力有限公司安康水力发电公司国网陕西省电力有限公司西安供电公司西北农林科技大学水土保持研究所中国科学院水利部水土保持研究所黄河水利委员会西峰水土保持科学试验站

[目的]研究黄土边坡微生物矿化加固及植被恢复，为黄土边坡的加固及坡面土壤侵蚀防治提供新方法和新技术。[方法]采用微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially Induced Calcite Precipitation, MICP)技术对黄土边坡进行矿化加固处理，并在固... 详细信息

[目的]研究黄土边坡微生物矿化加固及植被恢复，为黄土边坡的加固及坡面土壤侵蚀防治提供新方法和新技术。[方法]采用微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially Induced Calcite Precipitation, MICP)技术对黄土边坡进行矿化加固处理，并在固化黄土边坡上进行植被恢复，利用扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜，从微观角度探究MICP技术对黄土边坡矿化加固的作用机制，并统计分析了固化黄土边坡的植被恢复效果。[结果]采用MICP技术对黄土边坡进行固化处理后，在坡面上生成的固化层将松散且相邻的土壤颗粒胶结在一起，使黄土坡面形成一个整体，固化层最大厚度为0.23 cm,平均厚度为0.21 cm;固化黄土边坡恢复植被后第60天，A1,A2,B1,B2,A1B1,A2B2各区域内植被成活率比A0,B0,A0B0各区域分别显著提高26.66%,20%,37.5%,25%,33.33%,25%(p水土流失防治与生态修复提供了良好的技术支持。

关键词：黄土边坡微生物矿化加固技术植被恢复边坡防护

黄土丘陵沟壑区不同雨强下坡面侵蚀空间异质性及其机理

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水土保持研究 2025年第1期32卷 1-12页

作者：李朋飞曹凯胡晋飞高健键郝铭揆党恬敏高晨迪西安科技大学测绘科学与技术学院黄河水利委员会绥德水土保持科学试验站黄河流域水土保持生态环境监测中心

[目的]明晰野外坡面侵蚀沉积精细时空分布特征及水动力学参数间的联系，以深入坡面侵蚀产沙过程的认识。[方法]以黄土丘陵沟壑区辛店沟流域自然坡面的3个径流小区(5 m×1.5 m)为研究对象，分别在90,120,150 mm/h雨强下进行连续10场降雨... 详细信息

[目的]明晰野外坡面侵蚀沉积精细时空分布特征及水动力学参数间的联系，以深入坡面侵蚀产沙过程的认识。[方法]以黄土丘陵沟壑区辛店沟流域自然坡面的3个径流小区(5 m×1.5 m)为研究对象，分别在90,120,150 mm/h雨强下进行连续10场降雨试验，同时结合地基三维激光扫描技术，研究坡面侵蚀沉积时空特征，探讨不同坡段水力学参数变化特征及其与坡面侵蚀率、产沙率的关系。[结果](1)随着雨强的增大，坡面侵蚀加重，以D,E坡段较为严重，沉积减小且分散，以E坡段最为明显；侵蚀面积而言：90,150 mm/h下，B坡段最大，C坡段次之，D坡段最小；120 mm/h雨强下，B坡段最大，D坡段次之，C坡段最小。(2)连续降雨作用下，水力学参数影响坡面粗糙度变化，坡面粗糙度又反作用于水力学参数，致使水动力学参数出现波动变化，当土体逐渐饱和达到稳定的入渗，水动力学参数逐渐趋于稳定；同一雨强下，距离坡顶长度与雷诺数、弗劳德数、单位径流功率成正比，与径流剪切力、Darcy-Weisbach阻力系数成反比。(3) 90,120 mm/h雨强下，径流功率是侵蚀过程中重要的水动力学参数，Darcy-Weisbach阻力系数和单位径流功率认为是坡面产沙过程重要的水动力学参数，皆为线性函数关系；150 mm/h雨强下，水动力学与侵蚀率、产沙率无关。[结论]在不同雨强下，坡面侵蚀与水动力学参数之间的关系存在差异，其中径流功率、Darcy-Weisbach阻力系数和单位径流功率是自然坡面产沙过程的重要参数，且二者呈线性关系。

关键词：侵蚀沉积水动力学模拟降雨三维激光扫描仪黄土丘陵沟壑区

北方土石山区不同粒径团聚体特征及其对坡面侵蚀过程的影响

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水土保持研究 2025年第2期 102-110+139页

作者：陈仕媛马岚陈佩岩北京林业大学水土保持学院北京师范大学地理科学学部

[目的]探究不同雨型下坡面侵蚀过程，阐明团聚体稳定性特征与坡面侵蚀之间的定量关系，为北方土石山区水土流失治理提供理论依据。[方法]以北方土石山区2种典型褐土（石灰性褐土、黄土性褐土）为研究对象，通过LB法分析了7 mm粒径团聚... 详细信息

[目的]探究不同雨型下坡面侵蚀过程，阐明团聚体稳定性特征与坡面侵蚀之间的定量关系，为北方土石山区水土流失治理提供理论依据。[方法]以北方土石山区2种典型褐土（石灰性褐土、黄土性褐土）为研究对象，通过LB法分析了7 mm粒径团聚体稳定性，并设计总降雨量相同的增强型、减弱型、谷值型、峰值型4种降雨类型，分析了不同雨型下土壤侵蚀过程，并将各粒径团聚体稳定性特征参数Ka替换WEPP模型中的可蚀性因子Ki计算预测值，用Nash-sutcliffe有效性E对比模拟值与实测值，分析了模型适用性。[结果]在LB法3种处理下2种土壤团聚体稳定性大小均表现为快速湿润>湿润振荡>慢速湿润，大粒径范围团聚体稳定性较小粒径范围团聚体低，粒径范围水土保持有效性评价提供参考。

关键词：粒径团聚体稳定性雨型土壤侵蚀径流泥沙

河龙区间典型流域径流年内分配对水土保持生态建设的响应

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水土保持研究 2025年第1期32卷 141-147+159页

作者：陈玮孙彭成肖培青李琼芳焦鹏河海大学水文水资源学院黄河水利委员会黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土保持重点实验室

[目的]揭示河龙区间不同地貌区下典型流域的多年径流变化特征，明晰水土保持生态建设对其径流年内分配均匀程度的影响。[方法]选取河龙区间风沙区、土石山区和黄土丘陵沟壑区的秃尾河、三川河及延河流域，在收集各流域1960—2019年径流... 详细信息

[目的]揭示河龙区间不同地貌区下典型流域的多年径流变化特征，明晰水土保持生态建设对其径流年内分配均匀程度的影响。[方法]选取河龙区间风沙区、土石山区和黄土丘陵沟壑区的秃尾河、三川河及延河流域，在收集各流域1960—2019年径流观测和水土保持措施数据的基础上，构建基尼系数指标，量化径流年内分配均匀度，分析了流域径流年内分配的演变趋势与空间差异，探究了河龙区间流域径流年内分配对不同类型水土保持措施的响应特征。[结果]（1） 1960—2019年，3个典型流域径流量极显著减少，秃尾河、三川河和延河的年径流量减少幅度分别为-0.05亿m3/a,-0.03亿m3/a,-0.02亿m3/a;（2） 3个典型流域径流年内分配特征显著差异，风沙区的秃尾河流域径流年内分配最为均匀，土石山区次之，黄土丘陵沟壑区的延河流域年内分配最不均匀，各流域的径流基尼系数分别为0.2,0.35,0.6;（3）不同地貌区径流基尼系数均呈下降趋势，径流年内分配趋向均匀；（4）水土保持林草植被、梯田和淤地坝建设与径流基尼系数具有显著负相关关系。[结论]水土保持生态建设具有调节径流年内分配，促进河川径流年内分配更加均匀的作用。

关键词：水土保持与荒漠化治理径流年内分配基尼系数河龙区间