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黄土高原地区水土流失对土地利用和降水变化的响应

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水土保持学报 2024年第4期38卷 95-102,113页

作者：李澳于志静王德富上官周平邓蕾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)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]为阐明不同降雨类型下各土地利用类型产流产沙规律,评估不同降雨类型下各土地利用类型的减流减沙效益。[方法]基于黄土高原地区自然降雨条件下31个径流场连续2年(2015—2016年)的径流量和土壤流失量监测数据,探讨不同土地利用类型... 详细信息

[目的]为阐明不同降雨类型下各土地利用类型产流产沙规律,评估不同降雨类型下各土地利用类型的减流减沙效益。[方法]基于黄土高原地区自然降雨条件下31个径流场连续2年(2015—2016年)的径流量和土壤流失量监测数据,探讨不同土地利用类型(农地、撂荒地、人工草地、自然草地、灌丛地、人工林地)的产流产沙特征,明确不同降雨类型下各土地利用类型的减流减沙效率。[结果]年降雨尺度下撂荒地径流量与土壤流失量最大(30 mm,86 t/hm^(2)),人工林地最小(8 mm,24 t/hm^(2)),其他土地利用类型无显著差异。次降雨尺度下,通过聚类分析根据降雨历时、30 min最大降雨强度和降雨强度将120场降雨分为3个降雨类型。降雨类型Ⅰ:降雨历时适中(749 min),降雨量适中(35.4 mm),降雨强度适中(16.9 mm/h);降雨类型Ⅱ:降雨历时短(222 min),降雨量适中(25.2 mm),降雨强度大(23.8 mm/h);降雨类型Ⅲ:降雨历时长(1451 min),降雨量大(40.6 mm),降雨强度低(11.5 mm/h),发现径流系数在3种降雨类型下表现为Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ,土壤流失量表现为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ。降雨类型Ⅰ灌丛地产生的径流系数显著高于其他土地利用类型,达到17.7%,是人工林地的2.36倍;降雨类型Ⅱ下各土地利用类型径流系数无显著差异,平均径流系数为19.9%;降雨类型Ⅲ撂荒地、人工草地、自然草地与农地的径流系数(平均14.3%)显著高于灌丛地与人工林地(平均9.0%);农地、人工草地、灌丛地和人工林地在降雨类型Ⅱ产生的土壤流失量(3.94,0.87,1.06,1.08 t/hm^(2))>降雨类型Ⅰ(1.60,0.60,0.59,0.63 t/hm^(2))>降雨类型Ⅲ(0.09,0.20,0.06,0.04 t/hm^(2))。[结论]在黄土高原地区,中低雨强的中长历时降雨条件下人工林地是有效控制水土流失的首选,在短历时强降雨条件下灌丛地与草地水土保持效果较好。

关键词：土地利用土壤侵蚀径流泥沙量水土保持黄土高原

基于ANUSPLIN模型的柴达木盆地2000-2019年降水时空格局

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高原气象 2024年第3期43卷 737-748页

作者：张文奇赵媛媛赖宗锐超宝韩乐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 北京林业大学水土保持学院宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站宁夏盐池751500

柴达木盆地既是响应青藏高原气候暖湿化的敏感区,又是生态环境脆弱带,评估该区域降水时空格局对水资源合理利用以及生态环境治理至关重要,然而盆地内部气象台站稀少且分布不均,为区域降水插值带来挑战。本文使用专业气象插值软件ANUSPLI... 详细信息

柴达木盆地既是响应青藏高原气候暖湿化的敏感区,又是生态环境脆弱带,评估该区域降水时空格局对水资源合理利用以及生态环境治理至关重要,然而盆地内部气象台站稀少且分布不均,为区域降水插值带来挑战。本文使用专业气象插值软件ANUSPLIN(Australian National University Spline)模型进行插值,以柴达木盆地及其周边气象台站2019年降水数据为基础,参与插值的气象台站数和9种薄盘光滑样条函数(独立变量、协变量和样条次数多种组合)为第三变量,筛选最优插值台站数和最优模型,并分析该区域2000-2019年降水时空格局。结果表明:(1)选择盆地内部及其周边共120个气象台站,三变量局部薄盘光滑样条函数(TVPTPS4)进行区域尺度降水插值精度最高,均方根误差(RTGCV)、期望真实均方误差(RTMSE)和信噪比(SNR)均达到最小值,分别小于0.6 mm、0.3 mm和0.25。(2)柴达木盆地降水量具有地域分布差异和季节性特征。年、季降水量东丰西少,具有明显的经向地带性特征;四季中夏季降水量最大,占全年总量的62.13%。(3)2000-2019年,柴达木盆地年均、季节平均降水量均呈上升趋势,其中夏季降水量显著增加,最大增速达5.85 mm·a^(-1)(p<0.05),显著增加区域约占盆地总面积的42.36%。本研究结果证明AUNSPLIN模型结果能更清晰地表达出柴达木盆地降水的分布状况,对于该区域水资源优化配置和管理等具有重要的理论和现实意义。

关键词：柴达木盆地 ANUSPLIN模型降水空间格局时间变化

利用探地雷达测定东北黑土层厚度在坡面的空间变化

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土壤学报 2024年第4期61卷 952-963页

作者：刘畅刘勤张琼淡晨希刘刚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)黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨陵712100 四川水利职业技术学院四川崇州611231 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨陵712100

准确掌握黑土层厚度分布信息对于黑土资源评价和保护具有重要意义。然而,传统土层厚度测定方法包括土壤剖面法、插钎法和钻孔法等对于大范围的土壤厚度测定效率较低且连续性较差。本研究利用探地雷达探测了东北黑土区直型、凸型和凹型3... 详细信息

准确掌握黑土层厚度分布信息对于黑土资源评价和保护具有重要意义。然而,传统土层厚度测定方法包括土壤剖面法、插钎法和钻孔法等对于大范围的土壤厚度测定效率较低且连续性较差。本研究利用探地雷达探测了东北黑土区直型、凸型和凹型3种坡型坡面的黑土层厚度。室内模拟试验对黑土及黄土母质土壤分别设置不同的容重和含水量,探究土壤含水量和容重对土壤介电常数的影响以及探地雷达测定黑土厚度的可行性。野外试验通过开挖剖面和预埋标识物,验证了探地雷达测量黑土厚度的准确性。结果表明:土壤介电常数随容重的增大而增大,随土壤含水量的增加而减小;黑土和黄土母质层土壤含水量、容重和介电常数之间的关系可以用两个对数方程来描述,其精确度为95.26%~99.66%。探地雷达测量黑土厚度与剖面实测厚度相比,精确度为87.05%~95.58%。3个坡面的黑土厚度空间分布不同,且坡脚发生沉积处的黑土厚度较大,坡肩和坡背土壤侵蚀较严重处的黑土厚度较薄。本研究可为进一步探明和保护黑土资源提供一种高效、准确的土壤厚度调查方法。

关键词：探地雷达介电常数土层厚度空间变化

关中塿土工程堆积体坡面径流和产沙对坡长及砾石含量的响应

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应用生态学报 2024年第3期35卷 749-758页

作者：郭培龙王文龙李建明康宏亮娄义宝韦思瀚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

随着关中地区经济发展,产生大量以塿土为主要土壤类型的工程堆积体。采用模拟降雨的方法研究不同降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5 mm·min^(-1))和不同坡长(3、5、6.5、12 m)条件下土质(0%砾石)、土石质(30%砾石)塿土堆积体坡面径流和产沙... 详细信息

随着关中地区经济发展,产生大量以塿土为主要土壤类型的工程堆积体。采用模拟降雨的方法研究不同降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5 mm·min^(-1))和不同坡长(3、5、6.5、12 m)条件下土质(0%砾石)、土石质(30%砾石)塿土堆积体坡面径流和产沙特征。结果表明:雨强在1.0~1.5 mm·min^(-1)时,径流率相对稳定,而在2.0~2.5 mm·min^(-1)时,径流率波动变化明显;平均径流率在相同坡面不同雨强时存在显著差异,随雨强增大2种坡面间平均径流率差异显著增大,在相同雨强下,土石质坡面径流率在各坡长间的差异较土质坡面更明显。在3~6.5 m坡长时,坡面流速先迅速增大后缓慢增大或趋于稳定,12 m坡长时则显著提高;随雨强增大,砾石对平均流速的抑制作用增强,雨强2.5 mm·min^(-1)时,土石质坡面平均流速较土质坡面的减幅最大可达61.5%。雨强水土流失治理提供科学依据。

关键词：模拟降雨坡长砾石含量径流产沙贡献率

基于不同时间尺度与特征优选的黄淮海平原冬小麦识别

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农业机械学报 2024年

作者：周俊伟冯浩董勤各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大学中国科学院水利部水土保持研究所

准确及时地监测区域作物种植面积对保障我国粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。本研究利用Google Earth Engine（GEE）云平台和融合的Sentinel-1 SAR雷达影像与Sentinel-2 SR地表反射率影像，对黄淮海平原2021年冬小麦进行了监督... 详细信息

准确及时地监测区域作物种植面积对保障我国粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。本研究利用Google Earth Engine（GEE）云平台和融合的Sentinel-1 SAR雷达影像与Sentinel-2 SR地表反射率影像，对黄淮海平原2021年冬小麦进行了监督分类。通过对Sentinel时间序列数据进行不同时间尺度的合成与平滑处理，并对极化特征、光谱特征、植被指数、谐波系数和纹理特征进行优选，以探究不同时间尺度的影像序列及特征优选对黄淮海平原冬小麦识别精度和泛化能力的影响。结果表明：特征优选过程可以提高模型的分类精度，在各类特征因子中，光谱特征的重要性最高，其次是谐波系数、极化特征和纹理特征。随着影像序列时间尺度的缩减，可以得到更高的分类精度，尺度30、20、10d的平均总体精度分别为95.4%、95.6%和96.4%；但泛化能力也随之降低，对应的泛化能力分别为0.935、0.919和0.918。短时间尺度影像序列能够更准确地捕获地物的特征细节，展现出更高的分类精度，但其对数据变化的适应能力更差。此外，模型的泛化能力在空间上呈现“越近越相关”的规律。利用GEE平台及Sentinel系列卫星遥感数据，实现了对黄淮海平原冬小麦面积的准确识别。整体上，混淆矩阵的总体精度（OA）和F1值均在90%以上，分类结果在空间细节上与高分辨率图像高度一致，同时提取的冬小麦种植面积与市级官方统计数据高度相关(决定系数R2> 0.9)。

关键词：冬小麦遥感识别 Google Earth Engine 随机森林

青海祁连山林区外沿基于水源涵养能力的人工林近自然度评价体系建立探究

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生态学报 2024年

作者：程唱蔡有柱赵丽娟邹星晨张泽鑫刘欣悦贺康宁北京市水土保持工程技术研究中心林业生态工程教育部工程研究中心大通回族土族自治县宝库林场北京林业大学水土保持学院水土保持国家林业局重点实验室

建立近自然度评价体系对于修复森林生态功能、保障森林可持续发展有着重要的意义，然而近自然度尚未有统一的评价体系。祁连山地区的森林系统承担着我国西部重要的水源涵养功能，对其现存的人工林客观地开展基于水源涵养能力的近自然评... 详细信息

建立近自然度评价体系对于修复森林生态功能、保障森林可持续发展有着重要的意义，然而近自然度尚未有统一的评价体系。祁连山地区的森林系统承担着我国西部重要的水源涵养功能，对其现存的人工林客观地开展基于水源涵养能力的近自然评价是亟需解决的问题。以祁连山东部金禅沟、塔尔沟小流域40个不同林分起源的云杉纯林、白桦纯林、云杉白桦混交林为对比研究样地，对涉及近自然度和水源涵养能力的指标进行敏感性分析，筛选出中高敏感度指标，通过欧氏距离法结合熵权法定量评价人工林近自然度，通过模糊物元法定量评价森林水源涵养能力，然后采用6种方法对近自然度和水源涵养得分分布进行拟合(R2>0.4)，并利用K-means法建立了4个近自然度评价等级。研究表明祁连山东部地区大部分人工林近自然度评级处于半天然林阶段，通过改造纯林为针阔混交林可以同时提高其近自然度与水源涵养能力。本研究旨在构建基于水源涵养能力的近自然度评价体系，为森林生态服务功能修复提供理论支持。

关键词：天然林人工林水源涵养能力近自然度

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草本植物根系对喀斯特边坡浅层稳定性的影响

生态学报 2024年第15期44卷 6722-6730页

作者：宁伟豪颜哲豪谌芸魏艳西南大学资源环境学院水土保持生态修复重庆市重点实验室重庆400715

为明确草本植物根系对喀斯特边坡浅层稳定性的影响规律,在重庆酉阳选取典型喀斯特坡地分上、中、下坡位种植沿阶草(Ophiopogon bodinieri H.)和拉巴豆(Dolichos lablab L.),并以裸地为对照,取样测定土壤性质和根系性状,利用无限边坡稳... 详细信息

为明确草本植物根系对喀斯特边坡浅层稳定性的影响规律,在重庆酉阳选取典型喀斯特坡地分上、中、下坡位种植沿阶草(Ophiopogon bodinieri H.)和拉巴豆(Dolichos lablab L.),并以裸地为对照,取样测定土壤性质和根系性状,利用无限边坡稳定分析模型计算边坡安全系数,通过建立结构方程模型确定影响边坡稳定的关键根系性状。结果表明:(1)沿阶草和拉巴豆处理的边坡安全系数较对照分别提高了149.97%—179.96%和52.27%—75.53%,二者提高效果最优的坡位分别是下坡和上坡;(2)两种草处理的土壤粘聚力是对照的1.97—5.11倍,沿阶草的根质量密度显著大于拉巴豆,是拉巴豆的2.78—5.99倍;(3)土壤粘聚力与边坡安全系数相关性最强,二者呈对数函数关系,结构方程模型表明根质量密度是影响边坡稳定的关键根系性状。研究认为喀斯特坡地上坡宜选择直根系草本植物,而下坡宜选择须根系草本植物,且根系质量密度大的植物有利于边坡稳定。本研究可为科学应用草本植物解决喀斯特坡地边坡失稳提供理论依据。

关键词：根-土复合体土壤粘聚力根质量密度无限边坡模型结构方程模型

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应变式直剪仪与微型十字板剪切仪测定土壤抗剪强度的对比分析

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水土保持研究 2024年第4期31卷 205-213页

作者：徐圣贤张庆玮李雯玲陈伟杰陈紫燕赵成龙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) 陕西杨凌712100 西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100

[目的]分析两种仪器(应变式直剪仪与微型十字板剪切仪)测得的土壤抗剪强度指标(土壤黏聚力值c、内摩擦角φ、土壤剪切力τ)特征,并建立直剪仪测得的c和φ与十字版仪测得的τ之间的函数关系,以期深化对土壤抗剪强度的认识,提高土壤抗剪... 详细信息

[目的]分析两种仪器(应变式直剪仪与微型十字板剪切仪)测得的土壤抗剪强度指标(土壤黏聚力值c、内摩擦角φ、土壤剪切力τ)特征,并建立直剪仪测得的c和φ与十字版仪测得的τ之间的函数关系,以期深化对土壤抗剪强度的认识,提高土壤抗剪强度指标测定效率。[方法]选取黄土高原3种典型质地类型土壤(杨凌黏黄土、安塞黄绵土、定边沙黄土),每种土壤设5个含水量梯度(12%,16%,20%,24%,28%),分别用上述两种仪器测定不同处理下土壤抗剪强度指标c,φ和τ,探究了3指标对土壤质地、土壤含水量的响应特征以及3指标间的函数关系。[结果](1)试验条件下,c值在16.88~27.12 kPa范围,φ值在5.03°~21.30°范围,τ值在1.76~7.72 kPa范围变化;(2)不同土壤类型下,c和τ均随含水量的增大呈现先增大后减小趋势,而φ随含水量增大呈现逐渐降低趋势;(3)总体来看,安塞黄绵土的τ,c,φ值略高于定边沙黄土,但它们均显著大于杨凌黏黄土。(4)3种土壤类型下,微型十字板剪切仪所测定的τ值与直剪仪测定的c值均具有较强的线性相关关系(R 2>0.90);而φ值与τ值间并无显著相关关系。如不考虑土壤类型差异,τ与c之间仍有较强的相关性,关系式为c=1.59τ+14.10(R 2=0.51,p<0.01)。[结论]应变式直剪仪测得的黏聚力c值和微型十字版仪测得的土壤剪切力τ值对土壤质地、含水量的响应相似,且二者有显著的相关关系,在一定条件下可以用快速便捷的微型十字版仪测得的τ值估算原本需用直剪仪测的c值。研究结果可为野外极端条件下提高土壤抗剪强度测定效率方面提供参考。

关键词：应变式直剪仪微型十字板剪切仪剪切力黏聚力内摩擦角

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土壤质地影响生物结皮对土壤属性的作用程度

中国土壤与肥料 2024年

作者：张文芳高丽倩欧阳文峰孙会赵允格西北农林科技大学林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黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室

生物结皮广泛分布于干旱与半干旱区，对表层土壤属性具有显著影响。然而，不同类型或发育程度的生物结皮对不同土壤质地条件下土壤属性的影响是否相同，以及生物结皮与土壤质地是否存在交互作用等问题仍不清楚。本文以黄土高原粉壤土、... 详细信息

生物结皮广泛分布于干旱与半干旱区，对表层土壤属性具有显著影响。然而，不同类型或发育程度的生物结皮对不同土壤质地条件下土壤属性的影响是否相同，以及生物结皮与土壤质地是否存在交互作用等问题仍不清楚。本文以黄土高原粉壤土、砂壤土和砂土上发育的不同类型生物结皮（藻结皮、混合结皮和藓结皮）为研究对象，比较不同土壤质地条件下各类型生物结皮对土壤属性的影响差异，结果表明：（1）粉壤土和砂壤土上生物结皮对土壤颗粒组成无明显影响，而砂土生物结皮显著提高了粘粒、细粉粒及粗粉粒的含量。其中，生物结皮对砂土粗粉粒含量的作用最大；不同类型的生物结皮中，混合结皮对砂土颗粒组成的总体影响最大，藓结皮影响深度最深，为生物结皮层下5 cm。（2）不同土壤质地的生物结皮均能降低土壤容重，其中砂土藓结皮降低土壤容重程度最大，降低了17%。（3）三种土壤质地的生物结皮均能不同程度提高土壤有机质及全氮含量，其中砂土生物结皮影响程度最大，且藓结皮影响程度最显著，其有机质含量和全氮含量分别是对照的17.6和13.5倍，影响深度为生物结皮层下10 cm。（4）土壤质地和生物结皮类型对土壤容重、土壤有机质及全氮存在显著交互效应，且单一作用均大于二者交互作用。（5）砂土生物结皮对土壤属性影响最大，且藓结皮影响程度更显著。综上所述，黄土高原砂土生物结皮对土壤属性的影响程度最大，且藓结皮对土壤属性具有更明显的改善效果。研究结果可为深化生物结皮生态功能及生态系统可持续管理提供理论依据。

关键词：生物结皮土壤质地土壤理化属性黄土高原