Institute of Soil and Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources
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黄土高原中西部人工针叶林浅层土壤 有机碳积累及影响因素
林地浅层土壤是凋落物有机质向土壤碳库输移的关键层,对于土壤有机碳积累具有表征作用。为了探究黄
土高原中西部3种人工针叶林土壤固碳功能,基于野外调查获取的样地信息和对凋落物、土壤的采样分析,研究了林
分条件、凋落物成分以及环境因子对浅层土壤有机碳积累的影响。结果表明:在研究区域内,林龄与浅层土壤碳密度
呈现极显著相关关系;年平均温度对于浅层土壤碳密度无明显影响;在海拔高于 2 000m 的各样地之间,海拔高度与
浅层土壤碳密度呈现极显著正相关关系,而低于 2 000m 时不存在这种相关关系;各样地年平均降雨量与浅层土壤碳
密度呈现正相关关系,凋落物碳氮比与浅层土壤碳密度呈极显著的负相关关系。运用随机森林法对各影响因子的重
要性进行分析排序可知,凋落物成分、气候因子、海拔以及林龄对于全部样地浅层土壤碳密度变异的总解释率为
66. 2% ,其中凋落物碳氮比是影响黄土高原中西部人工针叶林浅层土壤碳积累的主导因子。</p
基于 Google Earth Engine 平台的 关中冬小麦面积时空变化监测
以关中地区为研究区,基于 Google Earth Engine(GEE)平台,根据冬小麦生育期内归一化植被指数
(NDVI)时序曲线和物候特征,采用 NDVI 重构增幅算法和光谱突变斜率,构建了关中地区冬小麦提取模型并实现了
冬小麦种植面积的提取。用农业统计面积验证提取结果表明:在市级和县级尺度上,决定系数 R 2 分别为 0.82 和0.62,
一致性指标 d 分别为 0.95 和 0.84,提取结果与实地调查数据的空间一致性精度为 93.4%。结果显示:关中地区冬小麦
主要分布在中部关中平原,冬小麦种植面积在 2011—2017 年呈下降趋势,减少了 83.22×10 3 hm 2 (8.47%)。综合考虑冬
小麦 NDVI 时序曲线的“峰”“谷”特征,具有一定的普适性,可为大面积连续年份冬小麦种植面积时空监测提供参考。</p
基于不同方法的汉中盆地稻麦轮作土壤供氮能力评价
【目的】比较多种指标评价汉中盆地稻麦轮作土壤供氮能力的可靠性,为当地土壤氮素管理提供参
考。【方法】以采集于汉中盆地及周边丘陵区的 12 个农田耕层土壤为供试土样,以盆栽黑麦草地上部累积吸
氮量为参比,以土壤理化性质指标以及矿质氮法、KCl 冷凝回流法、酸性高锰酸钾法 3 种化学方法和淹水培养
法、通气培养法 2 种生物培养方法测定土壤氮素矿化量作为土壤供氮能力指标。【结果】土壤类型是影响土壤
供氮能力的重要因素;土壤全氮或有机质可以反映土壤潜在供氮能力;土壤质地、pH、有效磷、CEC、碳酸钙、
颗粒组成(砂粒、粉粒、黏粒)均不能反映稻麦轮作土壤供氮能力。矿质氮法测定氮素值与作物吸氮量相关系
数为 0.963( P <0.01),但由于起始矿质氮不能反映有机氮矿化量,故矿质氮法只能反映当前供氮能力,不
宜作为土壤供氮能力评价指标;KCl 冷凝回流法测得的总矿质氮量与作物吸氮量相关系数为 0.912( P <0.01),
而 KCl 冷凝回流法测得的可矿化氮量与作物吸氮量相关系数为-0.766( P <0.01),由于 KCl 冷凝回流法浸取
土壤可矿化氮过程中会造成铵态氮的挥发,导致在反映土壤潜在供氮能力和总供氮能力上可能不一致,故 KCl
冷凝回流法不是反映汉中盆地土壤供氮能力的理想指标;酸性高锰酸钾法测得的总矿质氮量和可矿化氮量与作
物吸氮量相关系数分别为 0.847 和 0.833( P <0.01),既能够反映土壤潜在供氮能力,又能够反映总供氮能
力,是最佳化学方法。通气培养条件下,总矿质氮量和可矿化氮与作物吸氮量均不相关,而在淹水培养条件下,
总矿质氮量和可矿化氮与作物吸氮量的相关系数分别为 0.921 和 0.890( P <0.01),表明淹水培养法可以反
映汉中盆地稻麦轮作土壤潜在供氮能力和总供氮能力,是良好的生物培养方法。氮素矿化势(N 0 )和起始矿质
氮+N 0 与前 4 期黑麦草地上部累积吸氮量相关系数分别为 0.834 和 0.845( P <0.01),与整株累积吸氮量相关
系数分别为 0.840 和 0.851( P <0.01)。表明,N 0 和起始矿质氮+N 0 均可反映土壤潜在供氮能力,但 N 0 仅能够
反映土壤潜在供氮能力,起始矿质氮+N 0 可反映土壤潜在供氮能力和总供氮能力,因此,起始矿质氮+N 0 是评
价汉中盆地稻麦轮作土壤供氮能力的理想指标。【结论】对于汉中盆地稻麦轮作土壤供氮能力的评价,酸性
高锰酸钾法是最佳化学方法;淹水培养法是良好的生物培养方法,起始矿质氮+N 0 是反映汉中盆地土壤供氮能力
的理想指标。</p
基于传统干湿指数的省域长历时气象干旱变化 特征及其对旱作粮食单产的影响
干旱是陕西省主要的气象灾害之一,干旱频发对农业生产、社会经济发展和生态环境等诸多方面均造成了严
重影响。通过选取陕西省22个气象站点1960 — 2017年逐日地面气象数据,基于传统的潜在蒸散与降水量之比构成
的干湿指数,由FAO56 - PM 潜在蒸散量对干旱指标进行重新界定,从长时序上分析了陕西省气象干旱的时空变化特
征。结果表明:( 1
)由 FAO56 - PM 公式重新界定的湿润、半湿润、半干旱、干旱、干燥气候分区界限值分别为
0. 58 ,
1. 17 , 1. 77 , 2. 36 , 4. 74 ,全省大多数地区年干燥度呈增加趋势,主要集中在陕北南部与关中地区;( 2 )全省各站点多年平
均年干燥度整体呈由北向南逐渐减小分布,干湿气候界线年代际波动较明显;( 3 )全省多年干旱发生频率整体呈增加
趋势,分布情况为从陕北向关中先逐渐减小后又略微增大,再从关中向陕南又逐渐减小。春、秋、冬季干旱频率都为增
加趋势,夏季为减少趋势;( 4 )省内北部干旱程度大于南部,不旱年数从陕南向陕北依次减少,微旱多发于陕南地区,
中旱为关中地区,大旱为陕北地区,微旱和中旱多发于夏季,大旱主要发生于冬季与春季;( 5 )以旱作为主的陕北地区
干燥度与降水量对单位面积粮食产量的影响较为显著。</p
基于无人机多光谱遥感的夏玉米叶面积指数 估算方法
无人机多光谱遥感技术可以快速、无损地监测农作物叶面积指数(LAI)。为研究水分胁迫条件下,
利用无人机多光谱植被指数估算夏玉米LAI的可行性,本研究基于无人机多光谱遥感系统,结合同时期实地
采集的夏玉米LAI,选择5种植被指数,包括归一化差值植被指数(NDVI)、土壤调节植被指数(SAVI)、增
强型植被指数(EVI)、绿度归一化植被指数(GNDVI)和抗大气指数(VARI),作为模型输入参数,使用随
机森林回归算法建立全生育期不同灌溉条件下大田玉米冠层植被指数与LAI之间的关系模型,并与一元线性
回归和多元线性回归算法建立的模型进行对比分析。结果表明,在充分灌溉条件下,植被指数的多元线性
回归模型可以较好地估算LAI( R 2 = 0.83);在水分胁迫条件下,植被指数的随机森林回归模型可以较好地估
算LAI( R 2 = 0.74~0.87),水分胁迫因素对该模型影响较小,且NDVI和VARI对估算LAI的贡献最大。上述
结果表明基于无人机多光谱遥感技术,使用随机森林回归算法估算多种灌溉条件下的夏玉米LAI是可行的。
该研究为实现快速、准确地监测全生育期不同灌溉条件下的大田夏玉米LAI提供了技术和方法支持。</p
降解地膜和渗水地膜覆盖对中国北方主要旱地作物 产量和水分利用效率效应的 Meta 分析
[目的]明确降解地膜和渗水地膜的最佳适宜区域、适宜作物,以及和普通地膜的效应差异,为降
解地膜和渗水地膜的应用提供理论指导。[方法]通过文献检索,分析整理关于降解地膜和渗水地膜的田
间试验研究成果,进行了 Meta分析。[结果]降解地膜覆盖的所有作物产量及水分利用效率均显著高于无
覆盖;和普通地膜比,降解地膜覆盖下玉米减产,棉花增产,对其他作物产量无差异;在降雨量小于500mm
时,降解地膜覆盖下作物产量低于普通地膜,而降雨量高于 500mm 时产量无显著差异。渗水地膜覆盖下
玉米、小麦、谷子和高粱等作物的产量和水分利用效率均显著高于无覆盖;和普通地膜比,渗水地膜覆盖下
玉米和谷子产量及水分利用效率高于普通地膜,尤其是谷子增产效果显著。在降雨量小于500mm 的地
区,渗水地膜和普通地膜比增产显著,高于500mm则无差异。降解地膜生育后期的土壤温度低于普通地
膜,而渗水地膜在低温下增温效果优于高温,且整个生育期温度更适合作物需求。[结论]降解地膜在降雨
量大于 500mm 的短生育期作物上基本可以替代普通地膜,但是在长生育期作物上及降雨量较低地区应用
有风险;而渗水地膜应该优先在降雨量低于 500mm 地区的短生育期高叶面积指数作物上应用。</p
近 549 年来黄河天然径流量时间变化特征研究
天然径流量是流域气候及下垫面综合作用的结果,同时是流域水资源分配的重要依据。深入探究长
时间序列年径流量时间变化特征对流域水资源调控以及水资源可持续利用意义重大。基于黄河 1470 —
2018 年长时间序列天然径流量数据,综合采用 EMD 经验模态分解法、滑动平均法以及距平累积法揭示黄
河549年间天然径流量的年际变化与周期变化特征。结果表明,黄河年天然径流量变化过程具有显著的
随机特征,随年份不同呈现波动性变化, 5%及95%频率的年天然径流量分别为337.
0亿 m
3 和681.
0亿
m
3 。采用距平累积法可将黄河近549年天然径流序列以1825年为界分为2个时期;黄河年天然径流量以
2. 8 年变化周期最为显著,其次为 23. 8 年、 47. 3 年、 5. 6 年、 11. 3 年周期规律,出现该周期性规律主要是由于
太阳黑子活动、厄尔尼诺现象以及地极移动振幅变化因子的影响。</p
晋西北黄土丘陵区土壤饱和导水率的空间分布特征及影响因素
土壤饱和导水率( K s )是反映土壤入渗性能与土壤持水能力的重要参数,为探究流域尺度下土壤 K s
的空间分布特征及影响因素,更好地掌握土壤水文过程与调节机理,选取晋西北黄土丘陵区朱家川流域横
向梯度(上游、中游、下游)不同土地利用方式下的土壤( 70 个样点)为研究对象,采用定水头法测定土壤
K s ,并获取样点地形因子和其他土壤理化性质,通过建立土壤 K s 偏最小二乘回归模型( PLSR ),分析影响土壤
K s 空间分布格局的主要因素。结果表明:( 1 )除土壤容重和砂粒含量为弱变异外,区域土壤理化性质其余因子均
为中等变异;土壤 K s 在横向梯度下表现为上游 > 中游 > 下游;( 2 )不同土地利用方式下土壤 K s 差异显著( P <
0. 05 ),由高到低顺序为林地 > 农地 > 草地;( 3 )林地( VIP=1. 997 )与草地( VIP=1. 710 )利用方式、土壤容重
( VIP=1.
548 )、土壤有机质( VIP=1. 323 )、大团聚体( VIP=1. 266 )、粉粒含量( VIP=1. 062 )和黏粒含量
( VIP=1.
049 )是土壤 K s 变化的主要因素,林地利用方式影响程度最大。土地利用、土壤性质、地形因子均
是影响黄土丘陵区土壤 K s 空间分布的主要因素,是用来模拟预测土壤 K s 空间分布的重要因子。</p
面向高质量发展的黄土高原 水土保持研究重点初探
经济高质量发展是我国新时代历史使命,区域经济布局优化和以城市为核心的发展是高质量发展的任务。黄
河流域高质量发展区域经济布局受资源、环境和经济影响复杂。讨论了黄河流域发展目标和黄河流域高质量发展目标、
高质量发展的区域经济布局、高质量发展 6 个方面定位,以及区域生态保护和高质量发展协同等 4 个核心问题,并针对
高质量发展提出了目前急需开展的水土保持对黄河流域功能、区域优势、资源配置的影响与潜力,水土保持对流域水资
源的影响与趋势预测,水土保持减灾技术与方法,生态用地选择和保护策略,水土保持在黄河流域文明演进中的作用,数
字水土保持研究和基础设施建设,发展生态保护产业和加强城乡水土保持工作等 8 个需要重点研究的科学问题,以期促
进水土保持更好地服务黄河流域生态保护和高质量发展国家战略。</p
2018-2100年黄土高原地区干旱的时空变化
基于高空间分辨率的气候数据, 计算黄土高原地区的标准化降水蒸散指数(SPEI), 分析该地
区干旱变化趋势、干旱等级转换以及干旱发生频率的时空变化. 结果表明, 与历史时期(1901-2017
年)相比, 未来时期(2018-2100年)的干旱发生次数增加, 其中中旱发生次数明显增多; 在RCP2.6、
RCP4.5和RCP8.5情景下, 未来时期整个黄土高原的SPEI将分别以0.120、0.096和0.206/10 a的速率
显著下降. 在地理空间上, 未检测到未来时期呈显著上升的SPEI趋势, 而干旱趋势显著加重的区域
占黄土高原面积的51.62%~99.90%; 在本世纪末(2071-2100年), 该比例为44.54%~84.25%; 这些区域
主要分布于黄土高原的北部和西部. 从当前时期(1981-2010年)到本世纪末, 黄土高原超过80%的地
区将发生无旱到轻旱的等级转换, 黄土高原西北部将发生无旱到中旱的等级转换. 气候变化将增加
极端干旱发生频率空间分布的差异, 在RCP8.5情景下, 黄土高原西北部的极端干旱发生频率较高.</p