Institute of Soil and Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources
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黄土高原地区植被指数对干旱变化的响应
No full text基于黄土高原 83 个地面气象站 2000—2016 年观测数据，计算标准化降水蒸散发指数( SPEI，
standardized precipitation evapotranspiration index) ，分析黄土高原干旱时空变化特征，并结合对应时段
的归一化植被指数( NDVI，normal difference vegetation index) ，研究不同土地利用类型及不同海拔高
度植被对气象干旱的响应。结果表明: ( 1) 通过旋转经验正交函数( ＲEOF，rotational empirical orthogo-
nal function) 可将黄土高原划分为东南区、东北区、西南区和西北区; 除西北区外均呈明显湿润化特
征。( 2) 生长季各月黄土高原 NDVI 均呈显著增大趋势，NDVI 均与 SPEI 呈正相关关系，其中两者在
6—9 月相关性最强( P ＜0． 05) 。( 3) 对于研究区内 4 种土地利用类型( 耕地、草灌、森林和未利用土
地) ，生长季内 NDVI 与 SPEI 呈显著正相关的面积百分比在草灌类型最大( 62． 54%) ，耕地类型次之
( 52． 97%) ，而森林类型最小( 25． 62%) 。( 4) 6—9 月 NDVI 与 SPEI 呈显著正相关的面积百分比随海
拔的升高先增加后减小，最大值出现在海拔 1500 ～2000 m。</p
Quantifying the impacts of human activities on runoff and sediment load changes in a Loess Plateau catchment, China
No full textPurpose Significant changes in the runoff and sediment load have been detected in many catchments of the Loess Plateau. These changes are expected to be influenced by the interplay of climate variability and human activities. Quantitatively evaluating these effects is crucial for framing climate variability adaptation measures and the assessment and management of regional water resources.
Materials and methods Based on the annual rainfall, runoff, and sediment load data taken over the period from 1974 to 2013 and using data from 112 flood events, this study investigates the runoff and sediment load variations at the annual scale and distinguishes the impacts of climate variability and human activities at the event scale. The Mann-Kendall test and Pettitt’s test are employed to detect the trends and abrupt change points of the annual runoff and sediment load. Rainfall and land surface
conditions play a dominant role in the runoff and sediment yield of flood events. However, vegetation recovery, which benefits from the Grain-for-Green project and the construction of check dams has greatly changed the land surface condition, resulting in a reduction in streamflow energy, hydrological connectivity, and flood peaks. Therefore, for two flood events with similar rainfall conditions but different runoff and sediment yield, the differences in the runoff and sediment load within paired events may be
attributed to the changes in the land surface condition induced by human activities.
Results and discussion The results showed that the annual runoff and sediment load has significantly decreasing trends (p < 0.05). The abrupt changing point was detected in 1996, dividing the runoff and sediment load series into a baseline period (1974–1995) and a changing period (1996–2013). At the flood event scale, the hysteresis analysis showed that the counterclockwise and figure-eight loops are the main patterns for both of the periods. The relationships between the runoff depth (H) and
sediment yield (SY) varied greatly in 2007–2013 compared with those during 1974–1989. Human activities accounted for an average of 47 and 81%for the changes in the runoff and sediment load, respectively, and the remainder was attributable to climate variability.
Conclusions Human activities have a greater effect on the sediment load reduction in the Xichuan River catchment, while climate
variability accounted for more of the runoff changes.</p
不同上方来水模式下工程堆积体坡面的植被调控
No full text为揭示植被格局对工程堆积体坡面水沙调控的影响，采用野外模拟径流冲刷试验，分析了 4 种上方来水模式（均
匀型、峰值前型、峰值中型和峰值后型）下坡面 5 种覆草格局（裸坡、坡顶聚集、坡中聚集、坡底聚集和带状格局）的
侵蚀特征。结果表明：水流功率与土壤剥蚀率之间相关性最高且呈极显著幂函数关系（R2 =0.47～0.72，P<0.01），是描述
堆积体侵蚀动力机制的最优参数。植被格局的减流效益在 12.23%～49.62%之间，减沙效益在 12.92%～80.54%之间，减
沙效益高于减流效益；带状和坡顶聚集格局的平均减流减沙效益分别为 43.87%、58.09%和 30.55%、54.41%，显著优于
其他植被格局，在治理堆积体水土流失时应优先考虑这两种植被格局。植被格局下侵蚀泥沙中砂粒含量较对照小区减小
了 18.79%～35.80%，黏粒含量增加了 3.56%～10.69%，表明植被对砂粒的拦截效果显著；侵蚀泥沙颗粒体积分形维数主
要由黏粒体积分数决定，两者呈极显著线性相关关系（R2 =0.90，P<0.01）。植被格局的砂粒富集率较对照小区相对减小，
黏粒富集率相对增加，体积分形维数增大；侵蚀泥沙中黏粒和砂粒迁移方式以团粒为主，粉粒则以单粒为主。该研究可
为工程堆积体水土流失植被防控措施的配置提供参考。</div
陕北山地苹果产业发展的问题与新思路
No full text山地苹果产业已成为陕北山区农民增收和加快农村经济发展最具优势的区域特色产业。陕 北
得天独厚的自然条件优势与政府强有力的扶持，形成了山地苹果发展的良好势头。但实际发展还存在
区域劣势明显、农民种植积极性不高、技术支撑不 力、规模化经营水平较低等问题。如何有针对性地解
决问题，使苹果产业健康发展已成为各级政府面临的现实问题。志丹县九月红果业农民合作社的订单
农业、依托科技搞标准化种植、为果农担保贷款的操作模式，是一个更高层次、更有效的社会经济组织方
式，值得推广借鉴。建议在山地苹果产业发展中采取措施，制定发展规划、鼓励农民发展果业、强化跟踪
指导服务、构建农民专业合作社金融支持体系。</div
黄土高原地区 500 m 分辨率植被覆盖度数据集
No full text黄土高原位于我国的生态敏感区，植被覆盖动态变化是该区域植被恢复和
生态系统健康状况的重要指标。本数据集包含黄土高原 2000 年和 2010 年的逐月
植被覆盖度数据，主要基于中国 500 m 归一化差分植被指数（Normalized Difference
vegetation index，NDVI）旬合成产品通过投影、裁剪、合成月数据、像元二分模
型计算等过程加工生成。本数据可反映黄土高原退耕还林前和退耕还林 10 年后植
被覆盖度的时空变化情况，主要应用于土壤侵蚀时空动态变换评价、生态环境质
量评价等方面。 </div
基于多孔吸滤材料的自动灌排垂直 绿化装置的结构设计和参数确定
No full text为了实现垂直绿化中针对不同景观植物的灌溉需求，设计了基于多孔吸滤材料的自动灌排垂直绿化装
置。装置利用土壤水分平衡原理，通过多孔吸滤材料使土壤水势由负压向正压的变化，营造不同的土壤水分环境，以
满足多种景观植物需水要求，并通过土壤含水率与土壤基质势之间耦合关系调节灌水器出流量，实现针对不同植物
的自动灌溉。为了确定装置参数，将水箱高度、土壤埋深、吸水线材材质及直径、多孔陶瓷渗水片原料配比作为待定参
数，通过景观植物灌溉需水量的理论计算、不同线材材质及直径对土壤吸水高度和含水率的影响试验的结果分析，多
孔陶瓷渗水片原料配比优选，确定了装置中各项待定参数。通过效益分析对比，装置较现有垂直绿化装置成本降低
50% ～ 70%。</div
氮磷添加对内蒙古草原植物-土壤系统碳氮分布特征的影响
No full text本研究以内蒙古地区3种草原类型区草地群落为研究对象，研究不同气候条件下草地群落生物量、化学计量特征及其碳氮分布规律对氮磷添加的响应差异，旨在为全球变化背景下我国退化草地恢复和治理工作提供理论基础和建议，同时也为准确分析与预测氮沉降背景下草地碳源汇变化和碳收支提供科学依据及基础资料。主要结果如下：
（1）内蒙古草地群落结构和物种组成较为简单，其物种科属种分布较为分散，物种多样性和群落生产力沿东北-西南方向样带整体呈现先降低后上升的变化趋势，3种草原类型区物种多样性指数整体无显著差异（P>0.05），而草甸草原群落生产力显著高于典型草原和荒漠草原（P<0.05）。相关分析结果表明气候因子和土壤条件对内蒙古自然植被物种多样性和生产力均有显著影响。草地群落生产力与物种丰富度、多样性指数均呈线性正相关。
（2）氮磷添加对内蒙古草原各站点草地群落生物量（地上、地下生物量和总生物量）都具有促进作用，其生物量变化比例均随氮磷添加水平呈现先上升后下降的变化趋势。不同氮磷添加水平对草甸（8.22%～38.44%）和荒漠草原（14.72%～54.38%）草地群落地上生物量的促进作用均高于典型草原（4.18%～19.18%）。地下生物量对氮磷添加的响应整体比地上生物量小，其中N添加对草甸（6.99%～27.32%）和典型草原（22.9%～41.83%）地下生物量的促进作用高于荒漠草原（2.29%～18.28%），对典型草原（3.81%～21.20%）和荒漠草原（10.98%～35.15%）总生物量的促进作用高于草甸草原（1.18%～10.93%）；而不同P添加水平对典型草原（24.72%～53.84%；5.58%～27.38%）和荒漠草原（27.94%～49.49%；17.21%～41.19%）地下生物量和总生物量的促进作用均高于草甸草原（-1.39%～19.72%；-8.82%～11.41%）。沿经度梯度下各站点草地群落地上生物量主要与氮磷添加水平和降雨量呈正相关关系，而地下生物量和总生物量主要与磷添加水平和干旱系数呈正相关关系，三者均与温度呈负相关关系。
（3）在群落水平上，不同N添加水平下荒漠草原（4.03%～22.04%）群落N/P增加比例高于草甸草原（-0.48%～10.93%）和典型草原（-0.38%～14.51%），而群落C/N和C/P变化比例在3种草原类型间相差不大。随施氮水平的升高，草甸草原和荒漠草原群落N/P逐渐增加，群落C/N逐渐减小，而群落C/P变化趋势不显著（P>0.05）；而典型草原各站点化学计量比无显著变化趋势。不同土层土壤化学计量比对N添加水平变化趋势大致相同，其中，3个草原类型区0-10cm和10-30cm土壤C/N随N添加水平呈下降趋势，土壤N/P呈现先上升后下降的变化趋势，而C/P则变化趋势不显著（P>0.05）。不同P添加水平下3种草原类型群落C/N变化比例相差不大，而群落C/P（-41.31%～-19.99%）和N/P（-43.16%～-27.72%）下降比例以荒漠草原最大，而草甸草原和典型草原较为接近。随施磷水平的升高，群落C/N逐渐增加，而群落C/P和N/P逐渐下降。3种草原类型0-10cm和10-30cm土壤C/P和N/P均随P添加水平呈显著下降趋势，而C/N随P添加水平变化趋势不显著（P>0.05）。
（4）氮磷添加对经度梯度下各站点草地群落生物量碳氮库都有提升作用，其生物量碳氮库变化比例均随氮磷添加水平的增加而增加。不同N添加水平对典型草原地上生物量碳氮库的促进比例弱于草甸和荒漠草原，而草甸和典型草原地下生物量碳氮库和总生物量碳氮库的变化比例均高于荒漠草原。而不同P添加水平对荒漠草原地上生物量碳氮库的促进比例高于草甸和典型草原，典型草原地下生物量碳氮库和总生物量碳氮库的促进比例高于草甸和荒漠草原。不同氮磷添加水平对不同土层土壤碳氮库的促进作用整体较弱，其中荒漠草原不同土层土壤碳氮库变化比例均小于草甸和典型草原。不同氮磷添加水平下草甸草原草地群落地上活体碳库/根系碳库下降比例最大，荒漠草原地上活体氮库/根系氮库增加比例最大。不同N添加水平下草甸草原碳氮元素在地上活体-土壤和根系-土壤组分间的增加比例大于典型和荒漠草原。不同P添加水平下荒漠草原地上活体-土壤间氮分配增加比例最大，草甸草原根系-土壤间的氮分配比例增加最大。</p
Soil organic carbon mineralization and sequestration and its microbial influencing mechanisms under the driving of water erosion and vegetation restoration on the Loess Plateau
No full text水力侵蚀（简称侵蚀）与侵蚀劣地植被恢复（简称植被恢复）是土壤碳库的重要驱动因子，能够显著影响土壤碳库的封存与流失。在过去几十年，国内外学者针对侵蚀与植被恢复过程土壤有机碳库的动态变化进行了广泛探讨，但有关侵蚀与植被恢复环境土壤有机碳动态的微生物作用机制仍缺乏深入了解。因而，进一步研究黄土高原侵蚀与植被恢复环境微生物主导的有机碳矿化与固定潜力及其与土壤生物、非生物因子间的内在联系，对于揭示土壤侵蚀在全球碳循环中的角色定位以及探明微生物在土壤碳循环中所起的作用都具有重要意义。本研究选取黄土高原典型坝控小流域-桥子沟流域为研究对象，应用定量PCR、高通量测序与13C稳定同位素标记等分析技术，研究了侵蚀与植被恢复体系微生物主导的有机碳矿化与固定潜力及其影响机制。主要结论如下：
（1）阐明了坡面侵蚀与沉积环境土壤有机碳矿化的微生物作用机制。研究结果表明侵蚀区（坡上、坡中）细菌丰度显著高于沉积区（坡下），而细菌物种多样性与群落组成并无明显差异。此外，沉积区土壤有机碳矿化速率为19.02 mg CO2-C kg-1 d-1，分别是坡上与坡下侵蚀区的1.26和1.07倍；有机碳矿化比呈现出坡中（0.082 g CO2-C g-1 SOC）>坡上（0.070 g CO2-C g-1 SOC）>坡下（0.064 g CO2-C g-1 SOC）的变化规律。侵蚀诱导土壤团聚体的破裂虽增加了侵蚀区土壤有机碳被微生物矿化分解的风险，但表层土壤活性有机碳的大量流失导致其可供微生物分解的有机碳量减少，其CO2释放速率也相应降低。多元逐步回归分析结果表明碱解氮是土壤有机碳矿化的主要解释变量（60.2%）。相对细菌丰度与物种多样性，活性有机质是侵蚀坡面土壤有机碳矿化的主要调控因子。侵蚀坡面细菌丰度与有机碳矿化速率的空间分布异质性否定了土壤有机碳矿化微生物控制学说。研究结果表明土壤微生物对有机碳矿化表现出明显的功能冗余特征，侵蚀诱导微生物丰度与物种多样性的适度改变不会对土壤有机碳矿化产生显著影响。
（2）揭示了流域沟蚀作用下自养细菌群落与微生物固碳潜力的变化特征。 研究发现坡耕地自养细菌丰度与物种多样性指数分别是淤地坝的1.70和1.10倍，沟蚀诱导养分贫瘠土壤的沉积显著降低了淤地坝总自养细菌丰度与物种多样性，而以大气CO2为专一碳源的专性自养菌相对丰度却得到显著提升，如硫杆菌（Thiobacillus）。此外，淤地坝微生物固碳速率为5.002 Mg C km-2 yr-1，是对应坡耕地的4.67倍；微生物固碳速率与有机碳含量，多数兼性自养菌相对丰度，总自养微生物丰度与物种多样性指数存在显著负相关关系，而与多数专性自养菌相对丰度显著正相关。因而，专性自养菌可能是微生物固碳的主要贡献者。逐步回归分析结果表明，可溶性有机碳是土壤微生物固碳速率的主要解释变量（72.0%），流域侵蚀通过影响活性有机碳的空间分布可有效改变自养微生物群落结构，如兼性自养菌与专性自养菌的占比，进而影响侵蚀与沉积环境土壤微生物固碳潜力。
（3）揭示了侵蚀劣地植被恢复过程土壤微生物与有机碳矿化速率间的内在联系。研究结果表明植被恢复区土壤细菌丰度（1.47 × 107 copies g-1）显著低于坡耕地（8.39 × 108 copies g-1），而植被恢复区土壤真菌:细菌比是侵蚀区的7.68倍，侵蚀劣地植被恢复过程土壤微生物由细菌为主导的群落向以真菌为主导的群落演变。此外，植被恢复区土壤有机碳矿化速率是侵蚀区的1.29倍，土壤碳矿化比则表现出相反的变化趋势，侵蚀劣地植被恢复虽降低了土壤有机碳被微生物矿化的风险，但植被恢复区活性有机质含量的增高显著提升了土壤CO2释放速率。多元统计分析结果表明，可溶性有机碳是土壤有机碳矿化的主要解释变量（68.5%），侵蚀劣地植被恢复过程土壤活性有机质含量的高低在一定程度上调控着土壤CO2释放速率的快慢。研究指出土壤微生物是有机碳矿化的主要承担者而非关键调控者。
（4）阐明了自养细菌群落与微生物固碳潜力对侵蚀劣地植被恢复的响应特征。研究结果表明侵蚀劣地植被恢复32年，植物碎屑与根系分泌物的大量输入虽有助于土壤碳、氮库的提升，但小冠花植物巨大的蒸腾损耗显著降低了土壤水分含量。植被恢复过程土壤有效水分的降低抑制了自养微生物的快速生长与增殖，致使植被恢复区土壤自养细菌丰度与物种多样性显著低于侵蚀劣地。此外，侵蚀劣地土壤微生物固碳速率为1.114 Mg C km-2 yr-1，是植被恢复区的1.748倍。主成分分析结果表明，微生物固碳速率与土壤水分、自养细菌丰度与物种多样性呈正向耦合关系，而与土壤碳、氮养分呈负向耦合关系。干旱半干旱区植被恢复诱导土壤水分的降低是微生物固碳潜力的主要限制因素，且其主要通过改变自养细菌群落来实现。
总的来说，侵蚀与植被恢复环境土壤有机碳矿化主要受有机质自身质量所调控，微生物对土壤有机碳矿化特征表现出明显的功能冗余，微生物是土壤有机碳矿化的主要“承担者”而非关键“调控者”。此外，微生物固碳速率与专性自养微生物相对丰度显著正相关，专性自养菌可能是土壤微生物固碳的主要“贡献者”。植被恢复诱导土壤水分的降低抑制了自养菌群的快速增殖，尤其是兼性自养菌，且进一步降低了微生物固碳潜力。该研究改变了微生物丰度决定土壤有机碳矿化速率的传统观念，证实了微生物在土壤有机碳矿化中的功能冗余与固碳中的关键贡献，为侵蚀与植被恢复体系土壤有机碳动态模拟与研究提供了新的思路。</p