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陕北风沙滩区地表植被对地下水埋深的响应

应用基础与工程科学学报 2025年第1期33.0卷 169-181页

作者：聂卫波农晓星范玉露马孝义吴久江王永强西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室

为探究陕北风沙滩区地表植被覆盖度和优势种对地下水埋深的响应关系，以陕北风沙滩区2004～2019年地下水监测井数据和遥感影像等资料为基础，分析了地表植被覆盖度和地下水埋深的时空变化特征，提出了地下水埋深对地表植被覆盖度影响较... 详细信息

为探究陕北风沙滩区地表植被覆盖度和优势种对地下水埋深的响应关系，以陕北风沙滩区2004～2019年地下水监测井数据和遥感影像等资料为基础，分析了地表植被覆盖度和地下水埋深的时空变化特征，提出了地下水埋深对地表植被覆盖度影响较为敏感的范围，以及典型优势种适生的地下水埋深.结果表明：2004～2019年研究区域地表植被覆盖度由中低向中等覆盖度转变，整体呈现由WS向EN递增趋势；研究区域地下水埋深整体呈增加趋势，其中埋深减小区域集中在横山区、榆阳区和神木市，增大区域分布在定边县和靖边县；地表植被覆盖度大多为30%～50%,其中地下水埋深对地表植被覆盖度影响较为敏感的范围为1.5～8.0m;研究区域先锋植物、芨芨草、长芒、大针茅、短花针茅等典型优势种适生的地下水埋深分别为2.12～3.38m、1.53～2.97m、3.14～6.44m、4.58～5.93m和4.76～5.34m.研究结果可用于陕北风沙滩区不同地下水埋深条件下的植被恢复，为其生态环境的健康发展提供依据.

关键词：陕北风沙滩区地下水埋深植被覆盖度优势种遥感时空变化

基于植被指数特征优选的冬小麦叶片含水量估算

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麦类作物学报 2025年第2期45卷 234-244页

作者：马宇欣胡笑涛王亚昆范晓懂彭雪莲孙骏陈洪西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨陵712100

为进一步提升利用高光谱数据快速监测叶片含水量的能力,以关中地区冬小麦为研究对象,分别获取2022和2023年孕穗期、抽穗期及灌浆期冬小麦叶片含水量,并同步监测叶片高光谱信息。通过波段组合的形式构建植被指数,并利用相关性分析进行初... 详细信息

为进一步提升利用高光谱数据快速监测叶片含水量的能力,以关中地区冬小麦为研究对象,分别获取2022和2023年孕穗期、抽穗期及灌浆期冬小麦叶片含水量,并同步监测叶片高光谱信息。通过波段组合的形式构建植被指数,并利用相关性分析进行初步筛选,再以ReliefF算法优选得到输入特征变量,然后分别利用随机森林(random forest,RF)、长短期记忆(long short-term memory,LSTM)网络和基于粒子群(particle swarm optimization,PSO)优化的反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)构建冬小麦叶片含水量估算模型,并进行精度评价。结果表明,通过相关性分析与ReliefF算法结合优选变量,能够较单独通过相关分析明显提升LSTM和PSO-BPNN模型的建模精度,但对RF模型则无法优化变量。相关性分析与ReliefF结合后PSO-BPNN模型在各生育时期均取得最佳预测结果,其中孕穗期、抽穗期和灌浆期验证集r2分别为0.816、0.736和0.806,RMSE分别为0.546%、0.899%和1.531%,NRMSE分别为0.681%、1.195%和2.185%。由此可见,在相关分析的基础上,通过ReliefF算法优选特征变量能够提升特定模型对冬小麦叶片含水量的估算精度,其中对PSO-BPNN模型的效果最好。

关键词：冬小麦叶片含水量机器学习变量筛选植被指数

水氮耦合对西北旱区覆膜农田土壤有机碳、氮矿化的影响

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中国农业科学 2025年第05期 929-942页

作者：赵彤彤谷晓博谭川东延廷霖李晓雁常甜杜娅丹西北农林科技大学水利与建筑工程学院/西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室

【目的】明确灌溉和施氮对土壤肥力的影响，探明不同水氮条件下覆膜农田土壤有机碳、氮矿化特征及其影响因素，为西北旱区覆膜农田水氮调控提供理论依据。【方法】在连续5年覆膜施氮冬小麦-夏玉米田间定位试验田块，采集施氮量为0（N0）... 详细信息

【目的】明确灌溉和施氮对土壤肥力的影响，探明不同水氮条件下覆膜农田土壤有机碳、氮矿化特征及其影响因素，为西北旱区覆膜农田水氮调控提供理论依据。【方法】在连续5年覆膜施氮冬小麦-夏玉米田间定位试验田块，采集施氮量为0（N0）、180 kg·hm-2（N1）和360 kg·hm-2（N2）3个施氮水平覆膜小区的土壤样品，并分别设置40%田间持水量（W0）、60%田间持水量（W1）和100%田间持水量（W2）3个土壤水分梯度进行室内有机碳、氮矿化培养试验，分析不同水氮条件对覆膜农田土壤有机碳、氮矿化的影响特征。【结果】增加土壤含水量显著提高了土壤累积碳矿化量(Cmin)、碳矿化速率、土壤累积净氮矿化量(Nmin)、氮矿化速率和潜在矿化氮（Np）。Cmin、Nmin和Np均随施氮量的增加呈先增后降的趋势。培养结束后，N1W1处理Cmin最高(1 781.00 mg·kg-1)，比其他处理显著提高8.8%—51.8%，且其Nmin(29.52 mg·kg-1)、潜在矿化碳(5 883.79 mg·kg-1)和Np(30.74 mg·kg-1)也维持在相对较高水平。随机森林算法表明，土壤微生物碳（MBC）、土壤微生物氮、溶解性有机碳、有机碳和总溶解氮是影响Cmin和Nmin的重要因子。MBC随土壤水分增加呈先增后降趋势，W1下MBC含量分别比W0和W2处理显著增加60.1%—340.0%和3.1%—6.7%。结构方程表明，土壤水分对土壤碳矿化有直接正效应（0.70），对土壤氮矿化有间接正效应（0.55）；施氮对土壤氮矿化有直接正效应（0.90），对土壤碳矿化有间接负效应（0.24）。【结论】从土壤碳、氮矿化角度出发，60%田间持水量和施氮肥180 kg·hm-2作为西北旱区覆膜农田适宜的水、氮推荐量。

关键词：施氮量土壤水分碳矿化净氮矿化矿化动力学西北旱区

基于复杂网络的水资源承载力系统指标间耦合关系研究——以甘肃省为例

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湖泊科学 2025年第2期37卷 600-611页

作者：贾玉博粟晓玲褚江东朱兴宇吴海江西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100

揭示水资源承载力系统多个指标之间的动态耦合关系及其耦合水平对于提高区域水资源的可持续利用水平和保障经济社会的稳健发展至关重要。本文将水资源承载力系统划分为水资源、社会、经济和生态环境4个子系统并从中选取16个代表性指标;... 详细信息

揭示水资源承载力系统多个指标之间的动态耦合关系及其耦合水平对于提高区域水资源的可持续利用水平和保障经济社会的稳健发展至关重要。本文将水资源承载力系统划分为水资源、社会、经济和生态环境4个子系统并从中选取16个代表性指标;采用回归系数和相关系数共同划分指标间耦合关系的类型,最后基于滑动窗口法和网络分析法揭示多个指标之间耦合关系的动态变化趋势以及水资源承载力系统的耦合水平。以甘肃省为例,结果表明:甘肃省水资源承载力系统经历了耦合-解耦-再耦合的关联模式,且在2015年之后,正向协调关系的强度显著提升,而权衡关系和负向协调关系的影响则明显减弱;正向协调关系中的关键指标为水资源开发利用率、城镇化率、灌溉亩均用水量和人均GDP,其对正向协调关系的推动作用整体上随时间增强。权衡和负向协调关系中多数关键指标对这两种关系的推动作用随时间先增强后显著减弱,但人均日用水量对权衡仍有较强的推动作用,在未来水资源管理中应予以重点控制;水资源承载力系统指标关联的模块由7个降低为5个,表明系统耦合水平虽有所提高仍有提升空间。研究思路可为客观全面地分析系统的耦合协调提供新的有效途径。

关键词：水资源承载力系统网络分析耦合协调水资源管理甘肃省

地表-地下接力式滴灌淋洗对土壤水盐运移及棉花产量的影响

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农业工程学报 2025年第02期41卷 120-133页

作者：祁辰曹红霞何子建丁邦新李志军西北农林科技大学水利与建筑工程学院旱区农业水土工程教育部重点实验室

新疆地区滴灌结合冬春季漫灌淋洗的水分管理措施加剧了区域水资源短缺和土壤盐碱化，严重限制了棉花产业可持续发展。相比之下，地表-地下接力式滴灌淋洗是一种潜在的更高效的灌溉模式，可能为这一问题提供解决方案。该研究探讨生育期... 详细信息

新疆地区滴灌结合冬春季漫灌淋洗的水分管理措施加剧了区域水资源短缺和土壤盐碱化，严重限制了棉花产业可持续发展。相比之下，地表-地下接力式滴灌淋洗是一种潜在的更高效的灌溉模式，可能为这一问题提供解决方案。该研究探讨生育期内地表-地下接力式滴灌淋洗对盐碱地水盐运移与棉花生产影响，通过构建水盐生产等模型进行寻优，以明确地表-地下接力式滴灌淋洗高效节水控盐增产的水分管理策略。在2021年进行大田试验，试验基于作物需水量（crop water requirement, ETc）和淋洗水量设置3个灌溉水平：0.8ETc+120 mm（W1）、0.8ETc+240 mm（W2）和0.8ETc+360 mm（W3）与3种地表与地下水量分配模式（下文简称为“分配”）：地表滴灌（膜下滴灌，下同）水量占比100%（F1）、地表滴灌水量占比75%+地下滴灌水量占比25%（F2）以及地表滴灌水量占比25%+地下滴灌水量占比75%（F3），通过测定土壤含水率、土壤含盐量、作物生长和产量等指标，结果表明：不同灌水量及分配对盐碱棉田土壤水盐分布、棉花生长和产量影响显著（P<0.05）。高水处理（W3）下，接力式滴灌土壤水盐条件明显优于膜下滴灌。中水（W2）和高水（W3）处理下，F2和F3分配的籽棉产量显著高于F1分配，均为F2分配最高，F1最低，F3居中。水盐生产模型与脱盐效率模型表明，随灌水量增加，接力式滴灌下籽棉产量、灌溉水生产力和脱盐效率均优于膜下滴灌。综合考虑盐碱棉田籽棉产量、灌溉水生产力和脱盐效率，地表-地下接力式滴灌较膜下滴灌能增加土壤含水率，降低土壤含盐量，改善棉花生长条件，提高产量。其中，总淋洗水量为222～282 mm，总灌溉定额为0.8ETc+222～0.8ETc+282 mm（ETc为作物需水量），地表滴灌与地下滴灌的水量比值在1.00～1.94时最优。该研究为接力式滴灌在新疆盐碱地区推行提供理论依据。

关键词：土壤盐碱化淋洗地表-地下接力式滴灌水盐运移水盐生产模型

地表-地下接力式滴灌淋洗对土壤水盐运移及棉花产量的影响

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农业工程学报 2025年

作者：祁辰曹红霞何子建丁邦新李志军西北农林科技大学水利与建筑工程学院旱区农业水土工程教育部重点实验室

新疆地区滴灌结合冬春季漫灌淋洗的水分管理措施加剧了区域水资源短缺和土壤盐碱化，严重限制了棉花产业可持续发展。相比之下，地表-地下接力式滴灌淋洗是一种潜在的更高效的灌溉模式，可能为这一问题提供解决方案。该研究探讨生育期内地表-地下接力式滴灌淋洗对盐碱地水盐运移与棉花生产影响，通过构建水盐生产等模型进行寻优，以明确地表-地下接力式滴灌淋洗高效节水控盐增产的水分管理策略。在2021年进行大田试验，试验基于作物需水量（Crop water requirment, ETc）和淋洗水量设置3个灌溉水平：0.8ETc+120 mm(W1)、0.8ETc+240 mm(W2)和0.8ETc+360 mm(W3)与3种地表与地下水量分配模式（下文简称为“分配”）：地表滴灌（膜下滴灌，下同）水量占比100%(F1)、地表滴灌水量占比75%+地下滴灌水量占比25%(F2)以及地表滴灌水量占比25%+地下滴灌水量占比75%(F3)，通过测定土壤含水率、土壤含盐量、作物生长和产量等指标，结果表明：不同灌水量及分配对盐碱棉田土壤水盐分布、棉花生长和产量影响显著（P<0.05）。中水处理（W2）下，F2和F3分配土壤平均含水率较F1分配增加2.11%和6.69%，土壤平均含盐量降低33.43%和21.41%，脱盐效率提高4.53和3.06倍，干物质量增加21.80%和16.60%。高水处理（W3）下，接力式滴灌土壤水盐条件明显优于膜下滴灌。中水（W2）和高水（W3）处理下，F2和F3分配的籽棉产量显著高于F1分配，均为F2分配最高，F1最低，F3居中。水盐生产模型与脱盐效率模型表明，随灌水量增加，接力式滴灌下籽棉产量、灌溉水生产力和脱盐效率均优于膜下滴灌。综合考虑盐碱棉田籽棉产量、灌溉水生产力和脱盐效率，地表-地下接力式滴灌较膜下滴灌能增加土壤含水率，降低土壤含盐量，改善棉花生长条件，提高产量。其中，总淋洗水量为222～282 mm，总灌溉定额为0.8ETc+222～0.8ETc+282 mm(ETc为作物需水量)，地表滴灌与地下滴灌的水量比值在1.00～1.94时最优。该研究为接力式滴灌在新疆盐碱地区推行提供理论依据。

关键词：土壤盐碱化淋洗地表-地下接力式滴灌水盐运移水盐生产模型

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阀门开度对光伏水泵提水系统影响研究

太阳能学报 2025年第1期46卷 624-631页

作者：赵航朱德兰张廷宁李钊纳扎罗夫·胡代贝尔迪柳昌新西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室咸阳712100 西北农林科技大学水利与建筑工程学院咸阳712100 塔什干国立农业大学塔什干100140

针对不同辐照度下光伏水泵提水系统管路特性固定导致较多太阳能浪费的问题,探究不同辐照度与阀门开度下光伏水泵流量与扬程变化规律,根据光伏供能与提水管路需能供需平衡理论分析,建立辐照度、管道流量、阀门开度的数学关系式,对其求导... 详细信息

针对不同辐照度下光伏水泵提水系统管路特性固定导致较多太阳能浪费的问题,探究不同辐照度与阀门开度下光伏水泵流量与扬程变化规律,根据光伏供能与提水管路需能供需平衡理论分析,建立辐照度、管道流量、阀门开度的数学关系式,对其求导得出最大流量阀门开度模型,并试验验证。结果表明:随着辐照度增大,光伏水泵的流量、扬程同时增大,利用建立的最大流量阀门开度模型,对不同辐照度下提水高度为14 m的光伏提水系统的阀门开度进行调节,以瞬时流量最大为目标,相比于阀门全开,调节后提水量增幅为79.66%,表明通过调整阀门开度可有效提高光伏水泵提水系统的提水量。

关键词：太阳能光伏发电流量阀门开度累计提水量

绿肥间作对渭北果园土壤水分、养分及苹果产量的影响

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水土保持学报 2025年

作者：梁青张体彬程煜高伟强邝雨欣冯浩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西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室西北农林科技大学水利与建筑工程学院

[目的]研究渭北苹果园不同种类绿肥间作及其结合地布覆盖在土壤蓄水保墒、养分供给和果实产量提升方面的效应。[方法]设置黑麦草（R）、油菜（O）、苜蓿（A）3种绿肥和不覆地布（NG）、覆盖地布（G）2种覆盖方式，以清耕为对照（CK）。... 详细信息

[目的]研究渭北苹果园不同种类绿肥间作及其结合地布覆盖在土壤蓄水保墒、养分供给和果实产量提升方面的效应。[方法]设置黑麦草（R）、油菜（O）、苜蓿（A）3种绿肥和不覆地布（NG）、覆盖地布（G）2种覆盖方式，以清耕为对照（CK）。不覆地布+绿肥间作为主处理，覆盖地布+绿肥间作为副处理。在主处理和对照各小区分别设置15N田间示踪微区。探究苹果-绿肥间作系统土壤水分、养分及果实产量的响应。[结果]各处理土壤质量含水率均低于CK处理，GR处理下降幅度最小（1.7%）。主处理土壤水分差异率均为负值，其中NGR处理绝对值最低（0.5%）,NGA处理最高（4.7%）。各处理作物蒸散量均大于CK，其中GR处理增幅最小（0.3%）。各处理0～60 cm硝态氮平均值均低于CK。与副处理相比，主处理硝态氮及铵态氮平均提升6.8%和5.4%。间作绿肥（NGR、NGO、NGA）平均减少56.4%的15N损失（p<0.05），苜蓿15N利用率最高（39.4%），黑麦草最低（19.7%）。与CK处理相比，黑麦草间作处理（NGR、GR）土壤有机质与全氮平均提升1.5%和0.2%，而苜蓿间作处理则分别降低15.2%和15.4%。黑麦草间作处理（NGR、GR）的果实产量与水分利用效率最高，分别较CK处理提升12.1%和8.8%（p<0.05）。[结论]综合考虑，在渭北苹果园内采用树下覆地布+行间间作黑麦草（GR）的二元覆盖模式有助于减少土壤水分消耗与养分损失，增加果实产量和水分利用效率。

关键词：二元覆盖种间互作 N同位素示踪苹果园

基于Meta-Gaussian模型的陕西省农业干旱风险评估

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华北水利水电大学学报(自然科学版) 2025年第1期46卷 41-52页

作者：闫瀚文粟晓玲吴海江西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100

近年来,世界各地高温干旱复合极端气候事件频发,导致农业干旱风险加剧,严重威胁区域的粮食安全和水资源安全。因此,定量评估高温干旱复合事件驱动下的农业干旱风险对防旱减灾具有重要意义。分别以6个月尺度的标准化降水指数(SPI)、3个... 详细信息

近年来,世界各地高温干旱复合极端气候事件频发,导致农业干旱风险加剧,严重威胁区域的粮食安全和水资源安全。因此,定量评估高温干旱复合事件驱动下的农业干旱风险对防旱减灾具有重要意义。分别以6个月尺度的标准化降水指数(SPI)、3个月尺度的标准化温度指数(STI)和标准化土壤湿度指数(SSI)表征气象干旱、高温事件和农业干旱,并基于Meta-Gaussian模型的多变量条件概率和联合概率评估不同事件组合下陕西省夏季发生农业干旱的风险。结果表明:①随着驱动组合事件变量的增多和严重程度的加剧,陕西省遭受农业干旱的风险增大(条件概率二维>0.30,三维>0.35,四维>0.50)。其中,气象干旱和高温事件条件下,农业干旱发生风险最大的月份分别为8月和6月。②随着并发事件增多和严重程度的加剧,陕西省多变量复合事件的风险减小(联合概率二维农业干旱风险更大。

关键词：农业干旱多变量复合事件 Meta-Gaussian模型风险评估