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从同步数据分析乔木树干液流与气象因子的关系

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林业科学研究 2024年第2期37卷 165-177页

作者：马泽宋维峰徐小青储娅西南林业大学水土保持学院云南昆明650224 山西省桑干河杨树丰产林实验局山西大同037045

[目的]树干液流是研究植物蒸腾耗水的重要生理指标,树种和气象因子均是其关键影响因素。本文旨在消除树种因素限制,探讨树干液流与气象因子之间的关系。[方法]以哈尼梯田水源区3种林分中10种乔木树种为研究对象,采用Granier热扩散探针... 详细信息

[目的]树干液流是研究植物蒸腾耗水的重要生理指标,树种和气象因子均是其关键影响因素。本文旨在消除树种因素限制,探讨树干液流与气象因子之间的关系。[方法]以哈尼梯田水源区3种林分中10种乔木树种为研究对象,采用Granier热扩散探针技术测定其树干液流速率,将其同步数据与气象因子进行关联分析。[结果]从次生落叶阔叶林和原生常绿阔叶林的7779条乔木树干液流速率数据中发现7条异常数据,且这些异常数据在各个树种中都表现出同步一致性;进一步关联分析表明,太阳辐射的突然增加是产生乔木树干液流数据同步上升的主要原因,而降雨则是产生树干液流数据同步下降的主要原因,两者的变化可导致其他气象因子发生变化,从而影响树干液流速率;树干液流与气象因子存在一定的时滞效应,在发生同步异常数据的气候条件下,树干液流滞后太阳辐射0~30 min,提前于饱和水汽压差、气温和湿度0~60 min,滞后或提前时间远小于正常气候条件下各树种的时滞时间。[结论]乔木树干液流受到太阳辐射和降雨等气象因子的综合调节,其中太阳辐射的影响最为显著。研究结果可为从生理生态角度探究乔木的蒸腾作用与气象因子的关系提供科学依据。

关键词：树干液流气象因子关系分析同步异常时滞效应

玉米农田行尺度土壤热特性变异特征及其对土壤含水量和温度的响应

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土壤 2024年第2期56卷 415-424页

作者：王月月任图生山东省水土保持与环境保育重点实验室临沂大学资源环境学院山东临沂276000 中国农业大学土地科学与技术学院北京100193

本研究采用定位试验,利用热脉冲技术监测了玉米农田行尺度4个位置处(1/2行间、1/4行间、棵下和棵间)以及两个深度(2 cm和4.5 cm)土壤热特性的时空变异规律,并分析了土壤温度和含水量对土壤热特性的影响。结果表明,在试验期间,热导率、... 详细信息

本研究采用定位试验,利用热脉冲技术监测了玉米农田行尺度4个位置处(1/2行间、1/4行间、棵下和棵间)以及两个深度(2 cm和4.5 cm)土壤热特性的时空变异规律,并分析了土壤温度和含水量对土壤热特性的影响。结果表明,在试验期间,热导率、热容量和热扩散率的变化范围分别为0.66~2.22 W/(m·K)、1.46~4.49 MJ/(m^(3)·K)和4.07×10^(–7)~6.88×10^(–7)m^(2)/s。降雨之后,热导率和热容量增加,且随着时间推移逐渐降低。2cm深度的土壤热特性的波动较大,棵下位置土壤热导率和热容量值最大,波动最为明显;土壤热扩散率在1/2行间位置最大。在4.5 cm深度,各位置土壤热特性变化趋势基本一致,土壤热导率和热容量值在1/2行间位置最大,土壤热扩散率在棵间位置最大。综合两个土层数据得出1/4行间位置的热导率和热容量更具代表性。本研究中土壤热特性对土壤含水量的响应规律较为明显,随着土壤含水量增加,热导率和热容量线性增加,热扩散率则表现出先增加后降低的规律。在测定的土壤温度范围内,热扩散率随土壤温度增加呈上升趋势。该研究可以为农田水热管理提供科学依据。

关键词：玉米农田行尺度土壤热特性时空变异表层土壤

黑河中游绿洲边缘三种景观类型土壤水分动态特征及影响因素

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干旱区研究 2024年第4期41卷 550-565页

作者：胡广录刘鹏李嘉楠陶虎周成乾兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070 甘肃省黄河水环境重点实验室甘肃兰州730070 甘肃省水土保持科学研究所甘肃兰州730020

土壤水分对干旱区旱生植物的生长发育必不可少,决定了旱生植物群落的演替动态和方向。探究黑河中游绿洲边缘不同景观类型的土壤水分动态特征,制定切实有效、科学合理的防风固沙措施,对于阻止荒漠化进程显得尤为重要。本文以黑河中游绿... 详细信息

土壤水分对干旱区旱生植物的生长发育必不可少,决定了旱生植物群落的演替动态和方向。探究黑河中游绿洲边缘不同景观类型的土壤水分动态特征,制定切实有效、科学合理的防风固沙措施,对于阻止荒漠化进程显得尤为重要。本文以黑河中游绿洲边缘的防护林、荒漠-绿洲过渡带和荒漠三种景观类型为研究对象,采用HYDRUS-2D模型模拟、LSD分析法、Pearson相关性分析等方法,研究三种不同景观类型土壤水分动态特征及影响因素。结果表明:(1)土壤体积含水量的RMSE为0.002~0.006 cm^(3)·cm^(-3),MRE为4.22%~5.20%,R^(2)为0.725~0.967,模拟结果与实测数据具有较高的吻合度,HYDRUS-2D模型可用于本研究区土壤水分动态的模拟研究。(2)防护林和荒漠-绿洲过渡带景观的土壤体积含水量随土层深度增加呈现出先增大后减小的变化趋势,荒漠景观则呈现出先减小后增大的变化趋势。(3)有效降水对土壤体积含水量动态变化起决定性作用,9.5 mm以上的降水量可以在短期内显著提高土壤水分含量和入渗深度,荒漠景观降水后的各时段土壤水分入渗深度高于防护林景观和荒漠-绿洲过渡带景观。(4)三种景观类型的土壤体积含水量与降水、蒸散发、容重、土壤颗粒组成、土壤持水性能等因素有关,且表现出不同程度的显著相关(P<0.01),其中,降水、黏粉粒含量与土壤体积含水量呈显著正相关,容重、砂粒含量与土壤体积含水量呈显著负相关性。因此,研究区栽植防风固沙灌木可以增加土壤黏粉粒含量,提高土壤收集利用雨水的能力,减缓入渗作用的进程,从而对土壤持水性能产生积极影响。

关键词：土壤水分动态变化入渗特征影响因素黑河中游

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基于TCN-BiLSTM与LSTM模型对比预测北洛河径流

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北京林业大学学报 2024年第4期46卷 141-148页

作者：张梦凡丁兵兵贾国栋余新晓北京林业大学国家林业与草原局水土保持重点实验室北京100083 北京林业大学水保持学院首都圈森林生态系统国家定位观测研究站北京100083

【目的】本研究旨在探究TCN-BiLSTM耦合模型与传统LSTM模型在径流模拟预测中的性能,为洪水风险管理和区域水资源规划提供准确有效的径流预测模型。【方法】以北洛河流域为研究区,基于双向长短期记忆网络(BiLSTM)和时域卷积网络(TCN)建... 详细信息

【目的】本研究旨在探究TCN-BiLSTM耦合模型与传统LSTM模型在径流模拟预测中的性能,为洪水风险管理和区域水资源规划提供准确有效的径流预测模型。【方法】以北洛河流域为研究区,基于双向长短期记忆网络(BiLSTM)和时域卷积网络(TCN)建立一种新的径流预测耦合模型TCN-BiLSTM。利用相关性分析,筛选预测径流的输入因子,确定4种不同的输入方案应用于TCN-BiLSTM耦合模型和传统LSTM模型,每个模型分别预测1、2、3 d的径流量。采用平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和拟合优度(R^(2))来评估模型的预测性能。【结果】(1)TCN-BiLSTM耦合模型整体预测性能优于LSTM模型,TCN-BiLSTM模型R^(2)达到0.91,高于LSTM的0.89。相比于LSTM,TCN-BiLSTM对于峰值和突变点的捕捉能力更强,对于波动大的复杂数据预测效果更优;(2)在针对未来1~3 d径流量预测中,随着预见期的延长,4种方案下TCN-BiLSTM和LSTM模型的预测效果均有所下降,相较于预测1 d,预测3 d的TCNBiLSTM和LSTM模型的R^(2)分别平均下降了0.17和0.14,RMSE分别平均增大了4.59和4.40,MAE分别平均增大了1.26和1.31;(3)在4种输入方案里,日累积降水量和日径流量作为输入变量时,模型的预测效果最好。降水数据的加入使得TCN-BiLSTM和LSTM模型相较于单一日径流数据作为输入变量时,1、2、3 d径流量预测的R^(2)分别提高15%、14%、6%和18%、14%和1%。【结论】TCN-BiLSTM耦合模型和LSTM模型R^(2)均能达到0.85以上,TCN-BiLSTM模型R^(2)较LSTM提高了2%。对比来看,TCN-BiLSTM模型在拟合洪水过程中表现更为优异,对于汛期的预测性能优于非汛期。输入变量对模型的影响较大,有效且高质量的气象数据能够提高模型的预测性能。

关键词：水文模拟 TCN-BiLSTM 日径流预测北洛河流域

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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

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甘肃省淤地坝坝地集约化利用改革初探

甘肃水利水电技术 2024年第1期60卷 26-28,43页

作者：颉文伟甘肃省水土保持科学研究所甘肃兰州730030

坝地是淤地坝“拦泥、蓄洪、排清、落淤”后的产物,是一种新型的农业资源。通过对坝地高效利用技术和坝地变为农田的政策保障进行初步探索,可以为甘肃省淤地坝坝地集约化利用的顺利实施提供技术参考。针对甘肃省淤地坝坝地集约化利用过... 详细信息

坝地是淤地坝“拦泥、蓄洪、排清、落淤”后的产物,是一种新型的农业资源。通过对坝地高效利用技术和坝地变为农田的政策保障进行初步探索,可以为甘肃省淤地坝坝地集约化利用的顺利实施提供技术参考。针对甘肃省淤地坝坝地集约化利用过程中存在的制约因素,提出了安全快速成地、提升坝地利用速率、完善坝地截(排)水设施、控制洪水走向、提高坝地保收率、增加坝地农业投入、提升土壤质量、优化产业结构和提高坝地利用效率等技术措施。重点阐明了坝地集约化利用的政策保障机制:一是明晰坝地的所有权和经营权,建立筹资机制,解决坝地管护资金问题,提升利用和管护坝地的积极性;二是将坝地按照耕地等级要求,整治为高产稳产的农田,纳入地方政府占补平衡的建设用地指标中,通过政府交易平台,将用地指标出售给有占用农用地需求的企业以置换建设用地指标,所得收益反哺于坝地建设与管护,最终形成“以坝养坝、以坝护坝”的高质量发展格局。

关键词：淤地坝坝地集约化利用甘肃省

黄河中游多沙粗沙区土壤水蚀时空变化及动态驱动力分析

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水土保持学报 2024年第2期38卷 85-96页

作者：张卓佩牛健植樊登星赵春光苗禹博杜洲杨智勇北京林业大学水土保持学院水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083 林业生态工程教育部工程研究中心北京100083 鄂尔多斯市水旱灾害防御技术中心鄂尔多斯017000

[目的]揭示黄河中游多沙粗沙区2000-2020年土壤水蚀时空演变特征,分析其动态驱动力。[方法]基于RUSLE模型,计算多沙粗沙区逐年土壤水蚀模数,分析2000年、2005年、2010年、2015年、2020年土壤水蚀强度变化特征,利用Sen+MK趋势分析法结合H... 详细信息

[目的]揭示黄河中游多沙粗沙区2000-2020年土壤水蚀时空演变特征,分析其动态驱动力。[方法]基于RUSLE模型,计算多沙粗沙区逐年土壤水蚀模数,分析2000年、2005年、2010年、2015年、2020年土壤水蚀强度变化特征,利用Sen+MK趋势分析法结合Hurst指数探究土壤水蚀模数时空变化特征,使用参数最优地理探测器中的因子探测与交互探测量化年平均降水、海拔、坡度、植被覆盖度、土地利用/覆盖类型、土壤类型6个因子对土壤水蚀空间分布的解释力。[结果](1)2000-2020年5期多沙粗沙区中度、强烈、极强烈、剧烈侵蚀面积分别下降48.09%,77.93%,83.01%,36.13%;微度和轻度侵蚀面积分别上升46.22%,0.33%。现阶段多沙粗沙区以微度和轻度侵蚀为主,二者面积占比分别为62.49%,42.07%。(2)多沙粗沙区土壤水蚀模数总体年际变化呈波动显著下降趋势,由2000年的2214.89 t/(km^(2)·a)降至2020年的1169.44 t/(km^(2)·a)。2000-2020年多沙粗沙区土壤水蚀模数空间变化趋势主要表现为下降状态,面积占比为76.13%,未来仍将以下降状态为主,面积占比为62.50%。(3)6个因子间的交互作用解释力均大于单因子,且主要表现为非线性增强和双因子增强;多沙粗沙区土壤水蚀2000-2005年由降水和土地利用/覆盖主导,2010-2020年由植被覆盖度和土地利用/覆盖主导。[结论]2000-2020年多沙粗沙区土壤水蚀状况不断好转;未来共有62.50%的区域土壤水蚀模数为持续下降与未来下降状态,但仍有20.44%的区域存在上升的潜在风险;退耕还林还草工程改变土地利用/覆盖格局,使得多沙粗沙区土壤水蚀驱动力呈动态变化;在今后多沙粗沙区土壤水蚀防治,优化土地利用/覆盖格局时需要充分考虑坡度因子。

关键词：多沙粗沙区 RUSLE模型土壤水蚀趋势分析地理探测器

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SOCO-SAP对高寒矿区不同级配煤矸石水分与披碱草生长影响研究

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煤炭学报 2024年

作者：孙智龙杨建英史常青李成李睿杰王小展杨春艳邓莫楠杨欣蕊李佳静北京林业大学水土保持学院北京林业大学国家林业和草原局水土保持重点实验室北京林业大学林业生态工程教育部工程研究中心林木资源高效生产全国重点实验室

煤矸石保水性差是影响植物生长的主要障碍因子，为提高煤矸石基质的保水性，以SOCO-SAP（高分子聚合物常用作保水材料，以下简称SAP）质量分数、容重、煤矸石粒径级配三方面研究重构煤矸石基质水分及披碱草生长特性，筛选出适宜于高寒... 详细信息

煤矸石保水性差是影响植物生长的主要障碍因子，为提高煤矸石基质的保水性，以SOCO-SAP（高分子聚合物常用作保水材料，以下简称SAP）质量分数、容重、煤矸石粒径级配三方面研究重构煤矸石基质水分及披碱草生长特性，筛选出适宜于高寒矿区保水层重构的材料参数规格。结果表明：（1）SAP的使用极显著地提高了煤矸石的饱和含水量、毛管含水量、田间持水量，在容重和级配相同的条件下，其含量与SAP的使用量呈正相关；（2）SAP可降低煤矸石的入渗速率，使用量越高，抑制水分入渗能力越强，在同一质量分数下，不同级配煤矸石的湿润锋到达土柱底部所用时间从短到长依次为偏砂偏砂>偏黏），且在偏壤级配下，SAP使用量为0.3%时，生物量最大。因此，建议首选容重为1.3 g/cm3、偏壤级配（2:2:2:2:2）、SAP质量分数为0.3%，来作为高寒矿区保水层构建的主要基质配比，其次是容重为1.3g/cm3、偏壤或偏砂级配、SAP使用量为0.3%或0.4%，这些配比基质保水性能较好，但植生性较前者较弱。该结果可为高寒无土矿区生态修复提供理论依据和技术支撑，同时为类似典型矿区土地复垦和固废资源化利用提供参考。

关键词：高寒矿区煤矸石高吸水树脂含水量粒径级配保水性披碱草

水土保持生态清洁小流域治理措施——以甘肃地区为例

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数字农业与智能农机 2024年第7期 47-49页

作者：高玉奎成县水土保持站甘肃成县742500

生态清洁小流域是小流域的深化和发展,是水土保持的创新和拓展,在解决区域水土流失、生态环境破坏等问题方面具有突出作用。为研究水土保持生态清洁小流域治理措施,结合甘肃省的实际情况,首先阐述了生态清洁小流域的内涵、建设内容及小... 详细信息

生态清洁小流域是小流域的深化和发展,是水土保持的创新和拓展,在解决区域水土流失、生态环境破坏等问题方面具有突出作用。为研究水土保持生态清洁小流域治理措施,结合甘肃省的实际情况,首先阐述了生态清洁小流域的内涵、建设内容及小流域特点,然后对该省生态清洁小流域建设现状和布局加以分析,最后重点讨论了当地生态清洁小流域治理措施及建设方案,期望对于促进当地经济发展、推动区域生态文明建设起到一定的参考和借鉴作用。

关键词：小流域生态清洁水土保持

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