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黄土区农田土壤细菌和真菌群落对长期施氮的响应特征

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植物营养与肥料学报 2024年第2期30卷 232-241页

作者：张薇王润泽李彤彤郭苗苗郭胜利王蕊西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

【目的】细菌和真菌是调控土壤生态功能的重要因素,摸清细菌和真菌群落的变化有助于深入理解微生物在生态功能中的调节作用。【方法】黄土区渭北旱塬定位监测试验始于1984年。2022年选择其中5个不同施氮(N)量处理小区:0、45、90、135和1... 详细信息

【目的】细菌和真菌是调控土壤生态功能的重要因素,摸清细菌和真菌群落的变化有助于深入理解微生物在生态功能中的调节作用。【方法】黄土区渭北旱塬定位监测试验始于1984年。2022年选择其中5个不同施氮(N)量处理小区:0、45、90、135和180 kg/hm^(2)(分别记作N0、N45、N90、N135和N180),采集0—20 cm土层样品,采用16S rRNA和ITS高通量测序方法,分析细菌和真菌群落结构及其功能变化,同时测定土壤碳组分、微生物活性、根系生物量及土壤酶活性等。【结果】随着施氮量增加,土壤微生物量从113 mg/kg增加到177~234 mg/kg,微生物活性从4.92 g/(m^(2)·s)增加到5.83~7.26 g/(m^(2)·s),土壤植物根系量从1.73 t/hm^(2)增加到2.32~2.98 t/hm^(2)。施氮处理土壤细菌群落丰富度(Chao1)和多样性(Shannon)显著降低,分别下降4.0%~12.3%和1.6%~1.8%,但真菌群落丰富度和多样性无显著变化。施氮处理土壤变形菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门相对丰度分别下降了2.4%~16.4%、2.1%~26.3%、24.1%~50.0%,细菌中座囊菌纲、伞菌纲相对丰度分别下降了29.4%~58.8%、44.4%~88.9%,而放线菌门、酸杆菌门、绿湾菌门等细菌相对丰度提高了10.4%~34.7%、37.8%~54.1%、14.3%~28.6%,子囊菌门、银耳纲等真菌的相对丰度分别提高了8.3%~73.8%、18.2%~45.5%。施氮后,土壤有机碳含量由6.50 g/kg提升到7.00~7.35 g/kg,可溶性有机碳含量由22.43 mg/kg提高到27.60~34.87 mg/kg,NO_(3)^(-)-N含量由1.38 mg/kg提高到1.78~2.25 mg/kg,C/N由8.90下降到8.64~7.74,微生物的硝化作用显著提高了14.3%~39.6%,好氧氨氧化功能提高了25.1%~48.2%,参与碳循环功能的木糖苷酶活性提高了13.5%~39.3%,纤维二糖水解酶活性提高了50.3%~126.8%。细菌丰富度和多样性变化与土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳、NO_(3)^(-)-N含量和C/N有关。施氮条件下细菌变形菌门丰度降低与土壤可溶性有机碳(DOC)含量升高有关,而放线菌丰度升高与SOC、DOC和NO_(3)^(-)-N含量的升高有关,但子囊菌和担子菌的丰度变化与土壤理化性质间的关系不显著。【结论】在黄土高原地区,细菌群落结构对氮肥施用的响应较真菌更为敏感。细菌群落组成的变化与土壤有机碳、可溶性有机碳和NO_(3)^(-)-N呈显著正相关,与全氮和C/N呈显著负相关。此外,氮肥施用增加了土壤中与碳循环相关的功能菌丰度,促进了木糖苷酶和纤维二糖水解酶的分泌。

关键词：施氮量全氮碳氮比酶活性微生物群落结构

黄土丘陵沟壑区坡沟系统产流产沙对源-汇-路径格局的响应

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农业工程学报 2024年第5期40卷 118-127页

作者：严增焦菊英唐柄哲曹斌挺李航梁越祁泓锟廖俊徐倩严晰芹李萌萌姜晓晗张子琦李建军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杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100

坡沟系统是流域水土流失与治理的基本单元,掌握其产流产沙规律是有效解决水土流失区生态环境恢复重建的核心问题之一。该研究利用无人机遥感与地理信息系统技术对流域的土地利用进行识别,再确定5个不同坡沟系统(2个无人为干扰的退耕植... 详细信息

坡沟系统是流域水土流失与治理的基本单元,掌握其产流产沙规律是有效解决水土流失区生态环境恢复重建的核心问题之一。该研究利用无人机遥感与地理信息系统技术对流域的土地利用进行识别,再确定5个不同坡沟系统(2个无人为干扰的退耕植被恢复+自然植被坡沟系统SG1和SG2、2个人为扰动的退耕植被恢复+自然植被坡沟系统SG3和SG4、1个果园+坡耕地的坡沟系统SG5)内泥沙源、汇及其输移路径分布特征,并在量化指标的基础上,结合2016—2022年坊塌小流域5个坡沟系统的降雨和产流产沙的监测数据,研究了不同坡沟系统的产流产沙特征及其对源-汇-路径格局的响应。结果表明:次降雨条件下,SG1和SG2的产沙模数显著低于其他坡沟系统(P水土流失。研究可为坡沟系统土壤侵蚀防控以及流域生态保护和修复提供科学支撑。

关键词：泥沙景观径流坡沟系统产流产沙源汇输移路径

基于Meta分析的温带植被复合系统种间水分竞争研究

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生态学报 2024年第20期44卷 9434-9441页

作者：李斌高晓东何娜娜葛东赵西宁西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水土保持科学与工程学院(水土保持研究所) 中国科学院水利部水土保持研究所

植被复合系统是提高生物多样性和实现生态系统可持续发展的重要途径，明晰种间水分关系对于其健康发展至关重要。基于189个观测数据，整合分析了24篇公开发表文献，探讨了温带植被复合系统各组分的水分利用策略及其与不同层次土壤水分... 详细信息

植被复合系统是提高生物多样性和实现生态系统可持续发展的重要途径，明晰种间水分关系对于其健康发展至关重要。基于189个观测数据，整合分析了24篇公开发表文献，探讨了温带植被复合系统各组分的水分利用策略及其与不同层次土壤水分的相关性，并评估了种间水分竞争强度（CI）。结果表明：复合系统中，草本植物对浅层土壤水分的吸收比例显著（P<0.001）高于木本植物，达到46.9%；而木本植物对中层和深层土壤水分的吸收比例则显著（P<0.001）高于草本植物，分别为35.3%和37.2%。相比于旱季，草本植物在雨季增大了中层（+1.8%）和深层（+5.0%）的水分吸收比例，降低了浅层（-6.7%）的水分吸收比例，木本植物在雨季增大了浅层（+4.3%）和中层（+2.1%）的水分吸收比例，降低了深层的水分吸收比例（-6.4%）。旱季时植被复合系统各组分水分生态位分离更明显，导致其种间水分竞争强度在旱季（CI=0.66）低于雨季（CI=0.76），这可能是其适应季节性干旱的重要机制。木本-木本的CI最大（0.88），其次为草本-草本（0.71），木本-草本的CI最小（0.62），因此建议在温带复合系统中优先使用木本和草本的组合以优化种间水分关系。可为温带植被复合系统物种配置提供依据。

关键词：稳定同位素水分利用策略种间水分关系整合分析

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近30年来黄土高原山洪灾害风险时空变化及成因

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水土保持研究 2024年第4期31卷 241-247,257页

作者：孙珑江曦韩剑桥刘仪航西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

[目的]揭示近30年黄土高原山洪灾害风险时空演变特征及其影响机制,为黄土高原山洪灾害宏观防控策略制定提供科学依据。[方法]基于降雨、植被覆盖、人口密度等数据建立山洪灾害风险评估体系,集成GIS和层次分析法(AHP)等方法,在绘制各驱... 详细信息

[目的]揭示近30年黄土高原山洪灾害风险时空演变特征及其影响机制,为黄土高原山洪灾害宏观防控策略制定提供科学依据。[方法]基于降雨、植被覆盖、人口密度等数据建立山洪灾害风险评估体系,集成GIS和层次分析法(AHP)等方法,在绘制各驱动因子风险分布图的基础上,综合评估了黄土高原1990年和2020年的山洪灾害风险。[结果](1)黄土高原山洪灾害高风险区主要集中在东部、南部和东南部地区,这些区域具有降雨强度大、人口密集、经济发达、耕地面积大等特点。(2)1990—2020年期间,黄土高原总体山洪灾害风险增加,表现为风险高的区域在原来的基础上向其四周拓展,其中山西省东南部、青海省西北部、内蒙古东北部最为明显。[结论]近30年来,增加的降雨强度、人口密度和GDP是山洪灾害风险增加的主要驱动因素,需要持续加强对极端降雨引发山洪灾害的防控。

关键词：山洪灾害风险评估时空变化黄土高原

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冻融条件下藻结皮覆盖对土壤结构的影响

水土保持学报 2024年第2期38卷 157-164页

作者：钟志强曹文华马波曾建辉张秀梅西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 水利部水土保持监测中心北京100053

[目的]为研究生物结皮覆盖和冻融作用对土壤结构的影响。[方法]以黄土高原北部风沙土为研究对象,采用室内模拟冻融的方法,利用田口方法分析不同冻融次数、冻融前土壤初始含水量和生物结皮(藻结皮)盖度对土壤结构特征的影响。[结果](1)... 详细信息

[目的]为研究生物结皮覆盖和冻融作用对土壤结构的影响。[方法]以黄土高原北部风沙土为研究对象,采用室内模拟冻融的方法,利用田口方法分析不同冻融次数、冻融前土壤初始含水量和生物结皮(藻结皮)盖度对土壤结构特征的影响。[结果](1)通过正交试验获取的土壤结构指数(I GSS)为75.57~96.57,信噪比(S/N)为37.55~39.70 dB,通过田口方法确定的最佳因子组合为15次冻融循环、15%初始含水量、80%藻结皮覆盖度,其预测结果为I GSS=98.09,S/N=39.89 dB。(2)I GSS与冻融次数、初始含水量、藻结皮盖度均呈正相关关系,各因子对土壤结构指数的主效应表现为初始含水量>冻融次数>藻结皮覆盖度;各因子对土壤结构指数变化的贡献率为初始含水量(52.17%)>冻融次数(31.95%)>藻结皮覆盖度(2.12%)。(3)土壤结构指数的变化来自于冻融过程中土壤水分的散失和孔隙扩张,藻结皮覆盖可以减缓冻融过程中水分的散失,从而减缓I GSS变化。[结论]研究使用正交试验对冻融条件下藻结皮覆盖对土壤结构的影响进行探讨,研究结果可为复杂条件下的土壤冻融过程研究提供一定的理论参考。

关键词：黄土高原土壤结构冻融模拟生物结皮田口方法

基于DNDC模型分析氮添加对内蒙古草甸和荒漠草地碳动态的影响

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水土保持研究 2024年第5期31卷 84-92,101页

作者：张新宇方昭焦峰西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

[目的]确定内蒙古不同草地类型在氮沉降背景下植物生物量碳和土壤有机碳的变化,探究DNDC模型对该区域草地碳动态模拟的适用度,对减缓气候变化和实现“双碳”目标具有重要意义。[方法]通过调查内蒙古草甸和荒漠草地对氮沉降的响应,并利用... 详细信息

[目的]确定内蒙古不同草地类型在氮沉降背景下植物生物量碳和土壤有机碳的变化,探究DNDC模型对该区域草地碳动态模拟的适用度,对减缓气候变化和实现“双碳”目标具有重要意义。[方法]通过调查内蒙古草甸和荒漠草地对氮沉降的响应,并利用DNDC模型进行模拟验证。设置不同氮添加梯度[0,5,10,15,20,25,30 gN/(m^(2)·a)],分析了氮添加对不同草地碳库的影响,评估了DNDC模型对其模拟的差异。[结果](1)与空白对照相比,氮添加对草甸草地和荒漠草地地上生物量碳具有促进作用,平均分别增加了72.68%和66.52%,草甸草地在N_(5)处理下地下生物量碳达到最大值(240.93 gC/kg),荒漠草地则在N_(4)处理下增幅最大(129.67 gC/kg);(2)相对于对照组,氮添加对两种草地地下生物量碳没有显著影响,与地上生物量碳的响应不同,但整体而言,地下碳量表现为草甸草原>荒漠草原;(3)氮添加对两种草地土壤有机碳含量的影响均不显著,且不同氮添加处理间也没有显著性差异,总体而言,草甸草地土壤有机碳含量高于荒漠草地;(4) DNDC模型能够较好地模拟研究区草甸草地和荒漠草地的地上、地下生物量碳和土壤有机碳,模型的模拟值与实测值基本一致,决定系数R^(2)分别为0.9426,0.756 8,0.825 7,0.523 8,0.909 9,0.955 2,0.861 0,0.732 4,模型效率系数E分别为0.834 5,0.674 8,0.799 4,0.428 8,0.873 1,0.926 5,0.716 8,0.538 1,点位模拟效果整体良好,但对于生物量碳的模拟吻合程度更好,且对荒漠草原的模拟优于草甸草地。[结论]氮添加促进了不同干旱类型草地的固碳能力,DNDC模型能较好反映氮沉降对内蒙古两种类型草地的影响,因此模型可用于模拟内蒙古草地生态系统的生物量碳和土壤有机碳。

关键词：内蒙古草地碳动态 DNDC模型氮添加

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柔性植被倒伏对地表径流水力特性及侵蚀的影响

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水土保持学报 2024年第3期38卷 19-28页

作者：蔡泽康王健陈俞池王晨沣封瑞坤西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

[目的]为探讨柔性植被倒伏后形成的近地表覆盖减少径流和侵蚀量及调节地表径流水力特性的影响。[方法]以流体力学和水力学基本理论为依据,通过5个覆盖度、5个坡度和3个流量组合的条件下进行室内放水试验,系统研究柔性植被倒伏下的侵蚀... 详细信息

[目的]为探讨柔性植被倒伏后形成的近地表覆盖减少径流和侵蚀量及调节地表径流水力特性的影响。[方法]以流体力学和水力学基本理论为依据,通过5个覆盖度、5个坡度和3个流量组合的条件下进行室内放水试验,系统研究柔性植被倒伏下的侵蚀规律以及水动力学特征。[结果](1)侵蚀量分布随坡度增加呈先上升后下降趋势,流量在高坡度下对侵蚀过程的影响更为显著;(2)随着柔性植被覆盖度增加,以50%覆盖度为分界线,侵蚀量基本呈先降低后增加趋势;(3)平均流速v随覆盖度增加而减小,下降趋势随覆盖度增加由急变缓,Fr变化趋势与平均流速相似;阻力系数f与覆盖度呈线性正相关,随坡度升高,阻力系数值逐渐降低;而雷诺数Re对土壤侵蚀的影响比Fr、v和f更敏感。(4)随着植被覆盖度增加,形态剪切力增大(颗粒剪切力减小),形态剪切力在总剪切力的变化中起决定性作用,总剪切力与植被覆盖度呈正相关。[结论]柔性植被倒伏后形成的近地表覆盖可减少土壤侵蚀,研究可为坡面流植被侵蚀规律奠定一定的理论基础,促进明渠水力学理论在坡面水流方面的扩展。

关键词：坡面流柔性植被侵蚀机理剪切力

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窟野河流域土壤侵蚀时空特征及趋势预测

水土保持学报 2024年

作者：何源陈俞池 TALAT Ahmed Ehab 王健赵广举姜泰西北农林科技大学水土保持研究所南京水利科学研究院韩城市水土保持工作站

[目的]窟野河流域是黄河中游粗沙区的主要侵蚀策源地。阐明窟野河流域土壤侵蚀时空变化特征,预测流域土壤侵蚀发展趋势,为流域未来水土流失综合治理提供决策支持。[方法]基于窟野河流域2010—2020年多源数据,刻画流域土壤侵蚀空间分布,... 详细信息

[目的]窟野河流域是黄河中游粗沙区的主要侵蚀策源地。阐明窟野河流域土壤侵蚀时空变化特征,预测流域土壤侵蚀发展趋势,为流域未来水土流失综合治理提供决策支持。[方法]基于窟野河流域2010—2020年多源数据,刻画流域土壤侵蚀空间分布,结合土壤侵蚀强度动态度、信息熵、综合指数和转移矩阵等定量指标,分析土壤侵蚀强度变化特征;构建CA-Markov模型,预测流域2025年土壤侵蚀状况。[结果]（1）研究区土壤侵蚀以微度、轻度侵蚀为主,面积占比超过70%,较强度侵蚀主要分布于流域中下游和支流悖牛川区域。2010—2020年间,平均土壤侵蚀量由1 955.56 t/（km2·a）降至892.98 t/（km2·a）,微度侵蚀面积大幅增加,其他侵蚀等级面积相应减少,大部分区域土壤侵蚀强度不变或下降,仅有不到3%的区域侵蚀强度加剧。（2）窟野河流域土壤剧烈、极强度、强度侵蚀的动态度变化较大,土壤侵蚀强度信息熵由1.29稳定下降至0.81,土壤侵蚀强度综合指数由178.96降低至76.61且前5年下降幅度更高,流域土壤侵蚀强度朝减弱方向转化,主要发生在邻近两侵蚀强度等级之间。（3）CA-Markov模拟显示,预计到2025年,流域土壤侵蚀状况将进一步改善,微度侵蚀占比超75%。[结论] 2010—2020年间,研究区土壤侵蚀状况持续好转,后5年水土流失治理效率更高,2025年流域土壤侵蚀状况将进一步改善。

关键词：土壤侵蚀 CA-Markov模型动态分析窟野河

基于简单气象因子的干旱指数计算及其适用性分析

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干旱地区农业研究 2024年第1期42卷 242-251页

作者：刘爽范兴科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研究所陕西杨凌712100

为建立可对短期干旱进行合理监测表征的气象干旱指数,从气象干旱发生的机制——水分供需矛盾(主要为降水量与蒸散量两大因素)出发,以旬尺度的蒸散缺水量占需水量的比值定义一个气象干旱指数——缺水度指数(WSI),潜在蒸散量(PET)采用气温... 详细信息

为建立可对短期干旱进行合理监测表征的气象干旱指数,从气象干旱发生的机制——水分供需矛盾(主要为降水量与蒸散量两大因素)出发,以旬尺度的蒸散缺水量占需水量的比值定义一个气象干旱指数——缺水度指数(WSI),潜在蒸散量(PET)采用气温(T,℃)及相对湿度(RH,%)两大极易获取的气象因子计算,同时利用陕西省30个气象站点2000—2020年的逐日气象观测资料分析WSI的适用性特征。结果表明:在不考虑风和大气压的影响条件下,相对于Penman-Monteith方程,基于T和RH估算PET误差较小,均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)均值分别为1.17 mm和0.82 mm,但62.1%的数据计算结果偏小,部分站点80%以上数据偏小。对陕西省不同区域近年来旱情发展变化的研究表明,WSI能够识别出陕西省旱情易发区域及时段,同时对于短期干旱事件具有较强的识别能力,较MCI指数能够更快地捕捉旱情发生,同时更加灵活简便,可以应用于气象干旱的监测预报和评估。

关键词：气象干旱气温相对湿度缺水度指数(WSI) 陕西省