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南京林业大学学报（自然科学版） 2023年第5期47卷 181-188页

作者：梁梓澳王祥福王维枫闫珂李愿会董文婷王荣女南京林业大学生态与环境学院江苏南京210037 国家林业和草原局西北调查规划院旱区生态水文与灾害防治国家林业和草原局重点实验室陕西西安710048

【目的】评估青海省天然林保护工程(天保工程)实施20年来土壤保持量及空间分布特征,了解该地区生态环境保护状态,为推动地方生态建设和经济发展提供理论参考。【方法】基于通用土壤流失方程(USLE)模型,结合土地利用数据、地形数据、多... 详细信息

【目的】评估青海省天然林保护工程(天保工程)实施20年来土壤保持量及空间分布特征,了解该地区生态环境保护状态,为推动地方生态建设和经济发展提供理论参考。【方法】基于通用土壤流失方程(USLE)模型,结合土地利用数据、地形数据、多年气候数据和土壤数据对青海省土壤保持量进行计算并在GIS平台上进行空间分析,探明在天保工程实施下土地利用类型、行政区、地形等因子影响下的土壤保持情况,并评估天保工程土壤保持效益。【结果】①2000—2020年,青海省主要土地利用类型以草地和裸地为主。由于天保工程的实施,土地利用变化主要表现在乔灌林地面积的扩张和裸地面积的减少,东部大面积灌木林地和草地转为乔木林地,草地和灌木林地是乔木林地面积增长的主要来源;②天保工程实施的20年间,土壤保持量增加了4.950×10^(6) t,但在空间上分布不均,呈现东部和南部较高、西北部较低的态势;③不同土地利用类型的土壤保持能力各异,乔木林地单位面积土壤保持量最高,灌木林地土壤保持总量在20年间增加最多;④在不同行政区中,海东市、西宁市和黄南州土壤保持量20年间增加最多;④在海拔和坡度方面,20年间海拔梯度[1667,2600)m和较陡坡[15°,25°)的土壤保持效果较好,单位面积土壤保持量最大。【结论】天保工程的实施显著增强了青海省土壤保持功能;灌木林地和乔木林地是青海省土壤保持量增长的主要类型;海拔梯度[1667,2600)m和较陡坡[15°-25°)的生态系统土壤保持效果较好,应继续加强保护。

关键词：土壤保持通用土壤流失方程(USLE) 天然林保护工程土地利用空间特征

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云贵高原生态系统弹性力评价分析

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水土保持学报 2023年第2期37卷 120-126,207页

作者：张超雅李鹏龚倪冰赵晨光许垚涛孟永霞西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 旱区生态水文与灾害防治国家林业和草原局重点实验室西安710048

利用云贵高原2000年、2010年和2018年的遥感影像及气象数据,并结合生态系统弹性力计算方法,对云贵高原生态系统弹性力进行计算,分析了云贵高原25个市生态系统弹性力的时空分布特征,同时对其变化的主要影响因素进行探究。结果表明:云贵... 详细信息

利用云贵高原2000年、2010年和2018年的遥感影像及气象数据,并结合生态系统弹性力计算方法,对云贵高原生态系统弹性力进行计算,分析了云贵高原25个市生态系统弹性力的时空分布特征,同时对其变化的主要影响因素进行探究。结果表明:云贵高原生态系统弹性力在研究期内呈现逐年增加趋势;在空间上,云贵高原生态系统弹性力分布为西南高、西北低、中部局部较低,东部较高。将生态系统弹性力分为4个等级,其中较弱和中等等级面积占比呈减少趋势,较强和很强等级面积占比逐年增加。驱动因子分析表明,降雨和气温是影响生态系统弹性力空间分布变化的主要因素。研究结果可对云贵高原生态系统保护提供一定的科学依据。

关键词：云贵高原生态系统弹性力弹性强度系数弹性限度

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气候变化情景下祁连圆柏在青海省的适宜分布区预测

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应用生态学报 2021年第7期32卷 2514-2524页

作者：张伟萍胡云云李智华冯雪萍李登武西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100 国家林业和草原局西北调查规划设计院旱区生态水文与灾害防治国家林业和草原局重点实验室西安710048

祁连圆柏具有良好的水土保持功能,是青海省高寒干旱地区造林绿化的优良乡土树种之一,预测未来气候变化情景下祁连圆柏在青海省的潜在地理分布将为祁连圆柏的经营管理和引种栽培提供理论指导。本研究基于实地调查和资料搜集获得88个有效... 详细信息

祁连圆柏具有良好的水土保持功能,是青海省高寒干旱地区造林绿化的优良乡土树种之一,预测未来气候变化情景下祁连圆柏在青海省的潜在地理分布将为祁连圆柏的经营管理和引种栽培提供理论指导。本研究基于实地调查和资料搜集获得88个有效地理分布样点,利用Maxent模型和ArcGIS空间分析技术对当前气候条件下祁连圆柏在青海省的潜在地理分布进行模拟,综合Jackknife检验和相关系数,分析影响祁连圆柏潜在分布的主导限制因子,同时结合第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的气候模式数据,预测祁连圆柏在3种(SSP126、SSP245、SSP585)气候变化情景下2061—2080年潜在适生区的变化。结果表明:Maxent模型受试者工作特征曲线下面积(AUC)都大于0.92,具有较好的预测能力。在当前气候条件下,祁连圆柏的适宜分布区主要位于青海省东部,总适宜区面积占比为11.2%,影响其地理分布的主导因子是海拔、年均降水量、极端最低温和坡度,累计贡献率为85.9%。未来3种气候情景对祁连圆柏适宜区的影响存在差异,SSP245气候情景的适宜区面积将会缩减,SSP126和SSP585气候情景下则会不同程度地扩张,SSP126气候情景的扩张最明显,其扩张区域主要位于泽库县、河南蒙古族自治县中北部和祁连县东南部地区。在未来3种气候情景下,祁连圆柏适宜分布区逐渐向高海拔地区迁移,但在经纬度方向分布变化较小,适宜区总体稳定。

关键词：祁连圆柏气候变化 Maxent模型稳定分布区

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祁连山国家公园青海片区种子植物区系特征

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浙江农林大学学报 2022年第2期39卷 289-296页

作者：金万洲卜静罗惠文李清顺国家林业和草原局西北调查规划设计院陕西西安710048 国家林业和草原局旱区生态水文与灾害防治国家林业局重点实验室陕西西安710048

【目的】查清祁连山国家公园青海片区种子植物区系特征,为该片区植物资源的保护与利用提供科学依据。【方法】采用线路调查并结合样方调查的方法,统计种子植物信息,分析植物区系的组成、优势类群与表征类群及地理成分。【结果】(1)祁连... 详细信息

【目的】查清祁连山国家公园青海片区种子植物区系特征,为该片区植物资源的保护与利用提供科学依据。【方法】采用线路调查并结合样方调查的方法,统计种子植物信息,分析植物区系的组成、优势类群与表征类群及地理成分。【结果】(1)祁连山国家公园青海片区共有野生种子植物71科340属1 058种,分别占青海省种子植物科、属、种总数的75.53%、61.04%、42.37%,含有100种及以上的大科仅有菊科Asteraceae和禾本科Poaceae,未发现30种及以上的大属,科、属组成多样。(2)优势现象明显,表征类群突出。该区种子植物区系优势科有10科,优势属有23属,表征科有8科,表征属有20属,其中有3科既是优势科又是表征科,9属既是优势属又是表征属。(3)种子植物科的分布区类型有6个,其中温带成分共有23科,占总科数的67.64%;属的分布区类型有13个,温带成分共有246属,占总属数的86.32%。(4)特有科、属贫乏。未发现中国特有科,特有属有10属。(5)多种区系成分交汇、渗透并特化,并具有年轻性。【结论】祁连山国家公园青海片区种子植物种类较丰富,地理成分多样,温带性质显著。

关键词：青海片区祁连山国家公园种子植物植物区系地理成分

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黑河流域年NPP时空变化及其对气候因子的响应

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应用基础与工程科学学报 2023年第3期31卷 523-540页

作者：贾路于坤霞邓铭江李鹏李占斌时鹏徐国策西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 西安理工大学旱区生态水文与灾害防治国家林业局重点实验室陕西西安710048

近几十年,生态环境发生明显改变,植被净初级生产力(NPP)成为表征陆地生态系统碳汇状况的重要指标.以中国内陆干旱区黑河流域为研究区,使用1985~2015年逐月栅格NPP、降水和平均气温数据,分别采用Mann-Kendall趋势检验法、Pettitt突变点... 详细信息

近几十年,生态环境发生明显改变,植被净初级生产力(NPP)成为表征陆地生态系统碳汇状况的重要指标.以中国内陆干旱区黑河流域为研究区,使用1985~2015年逐月栅格NPP、降水和平均气温数据,分别采用Mann-Kendall趋势检验法、Pettitt突变点检验法分析年NPP时空变化特征,基于渔网分析和重心转移模型探索不同空间位置上年NPP重心转移对气候因子重心转移的响应规律,同时揭示年NPP与气候因子的相关响应,最后探讨了地貌分布和气候因子对年NPP变化的影响.结果表明:(1)1985~2015年,黑河流域年NPP显著增加和显著减少面积分别占总面积44.98%和35.27%;(2)黑河流域总面积的80.12%区域年NPP变化存在显著突变点,主要发生在1989~2010年;(3)与1985年相比,2015年在全流域分别有21.69%和26.78%网格数目上年NPP重心转移方向与年降水量和年平均气温重心转移方向一致;(4)气候因子和非气候因子对年NPP变化贡献率的平均值分别为16.13%和83.87%.研究成果有利于了解黑河流域植被碳汇时空特征,从而进一步为黑河流域环境保护政策和规划的制定提供科学依据.

关键词：黑河流域植被净初级生产力(NPP) 碳汇时空变化气候因子响应重心转移

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黄土丘陵沟壑区小流域不同水体氢氧同位素特征

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环境科学 2019年第7期40卷 3030-3038页

作者：张荷惠子于坤霞李占斌李鹏赵宾华柯浩成蒋凯鑫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安710048 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100 旱区生态水文与灾害防治国家林业局重点实验室西安710048

研究黄土丘陵沟壑区不同水体间同位素特征及水体转化关系,可以更好了解黄土丘陵沟壑区水循环特征,为评价区域环境、气候、生态建设和水资源形成机制提供依据.通过野外采集2017年整年生态建设治理条件良好的韭园沟研究区降水、河水及浅... 详细信息

研究黄土丘陵沟壑区不同水体间同位素特征及水体转化关系,可以更好了解黄土丘陵沟壑区水循环特征,为评价区域环境、气候、生态建设和水资源形成机制提供依据.通过野外采集2017年整年生态建设治理条件良好的韭园沟研究区降水、河水及浅层地下水中δD和δ18O日及月平均数据及相关气象资料,运用稳定同位素技术,分析了不同水体中稳定氢氧同位素的组成关系、影响因子及时空变化,结合二端元混合模型揭示了研究区不同水体中稳定同位素间转化特征.结果显示:河水氘盈余参数在观测期间内呈现出随海拔升高而增大的趋势,河水δ18O值随着距河源距离的增大而富集,随着高度的递增而降低;气温、风速、相对湿度和降水量对大气降水氢氧同位素值均影响显著;河水在非汛期表现为降水和浅层地下水补给河水,比例分别为46%和54%,在汛期为河水和降水补给浅层地下水,比例分别为60%和40%.表明研究区"降水-河水-浅层地下水"间具有良好转化关系,生态建设措施的实施对小流域不同水体转化产生了一定影响.通过以上结果可为流域水资源开发保护及流域生态水文过程研究提供帮助,为建立黄土丘陵沟壑区流域水循环模型提供依据.

关键词：同位素转化比例氘盈余降水韭园沟

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黄土高原浅沟空间分异特征

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生态学报 2022年第5期42卷 1798-1810页

作者：仲原王春梅庞国伟杨勤科郭紫甜刘欣苏建华陕西省地表与环境承载力重点实验室西安710127 西北大学城市与环境学院西安710127 旱区生态水文与灾害防治国家林业和草原局重点实验室西安710048

浅沟侵蚀是黄土高原重要的侵蚀类型之一,在区域尺度回答浅沟空间分布特征是浅沟治理的关键。基于系统抽样方法在黄土高原选取137个调查单元,综合运用亚米级影像目视解译方法和GNSS RTK野外高精度实测,并通过GIS空间分析方法,获取浅沟(... 详细信息

浅沟侵蚀是黄土高原重要的侵蚀类型之一,在区域尺度回答浅沟空间分布特征是浅沟治理的关键。基于系统抽样方法在黄土高原选取137个调查单元,综合运用亚米级影像目视解译方法和GNSS RTK野外高精度实测,并通过GIS空间分析方法,获取浅沟(特指瓦背状地形底部,下同)长度、密度、临界坡长、所在坡面土地利用等信息,阐明了目前黄土高原浅沟空间分布,分析了仍分布在耕地上的浅沟空间格局。结果表明:(1)基于亚米级影像目视解译的浅沟调查方法与野外实测方法得到的浅沟长度无显著性差异,前者可以用于区域尺度浅沟的快速调查;(2)黄土高原33.6%的调查单元存在浅沟,平均浅沟密度为3.41 km/km^(2),最大为21.92 km/km^(2),平均沟数密度约为65条/km^(2);平均沟长63.31 m^(2)发生浅沟的坡面临界坡长主要为40—60 m,平均为56.20 m^(2)延安市西北部吴起、志丹、榆林市靖边一带浅沟密度最大;在不同治理分区内,黄土丘陵沟壑区平均浅沟密度最大,为5.32 km/km^(2),浅沟侵蚀强度极强烈;黄土高塬沟壑区平均浅沟密度为2.07 km/km^(2),浅沟侵蚀强度为中度。(3)目前38.3%的浅沟分布在耕地,35.3%分布在草地,22.8%分布在林地。退耕还林(草)工程后,仍位于耕地坡面上的浅沟值得重点关注,在北洛河中上游陕西延安市中部与西北部,甘肃定西市、白银市会宁县交界处,无定河下游黄河两岸陕西绥德县、山西吕梁市一带耕地浅沟问题仍较突出。研究可为目前形势下黄土高原浅沟进一步治理策略提供科学支撑。

关键词：黄土高原浅沟抽样调查区域尺度侵蚀防治遥感

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不同机器学习模型在流域输沙模拟中的应用与解释

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应用基础与工程科学学报 2024年

作者：许垚涛李鹏马方铭赵尚林潘金金饶月明西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室旱区生态水文与灾害防治国家林业局重点实验室国家林业和草原局西北调查规划院

输沙量的测量既费力又费时，因此需要其他技术从更容易测量的变量中提供输沙量信息。本研究旨在利用机器学习模型准确预测窟野河流域的输沙量，并揭示主导输沙过程的关键水文、气象和人类活动因子。研究采用随机森林模型（RF）、支持向... 详细信息

输沙量的测量既费力又费时，因此需要其他技术从更容易测量的变量中提供输沙量信息。本研究旨在利用机器学习模型准确预测窟野河流域的输沙量，并揭示主导输沙过程的关键水文、气象和人类活动因子。研究采用随机森林模型（RF）、支持向量机模型（SVM）、轻量级梯度提升机（LGBM）、极端梯度提升（XGBoost）、Lasso回归和K近邻算法（KNN）六种机器学习模型预测窟野河流域输沙量。进一步基于合作博弈论中沙普利加性解释（SHAP，Shapley Additive exPlanations）的方法，来确定不同影响因素对输沙量预测的重要性和解释性。结果表明，六种机器学习模型在输沙量预测方面表现良好，其中RF模型表现出最低的预测误差和最高的效率(RMSE=0.51，R2=0.95，MAE=0.38，NSE=0.94)。SHAP分析强调了径流量作为最关键的水文因子，以及坝地、草地、林地和采矿面积等人类活动因子在抑制输沙过程中的显著性，而气象因子的影响相对较小。此外，分析还揭示了不同因子对输沙量的作用趋势，反映了模型的高解释能力。研究结果显示，机器学习模型在预测河流输沙量方面展现了较高的准确性，尤其在解释复杂的输沙过程方面展现出潜在的优势，为未来的水沙模拟、土壤退化分析及水土保持措施的设计提供了宝贵的科学支持。

关键词：水文过程输沙量机器学习 SHAP解释窟野河流域

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渠江流域基流变化及气象关联性分析

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水土保持学报 2023年第4期37卷 142-149页

作者：赵宾华马方铭李占斌李鹏黄金华周梦涵孟丽君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安710048 旱区生态水文与灾害防治国家林业和草原局重点实验室西安710048

河川径流是水资源的重要存在形式,基流是径流的重要组成部分,研究基流变化及影响因素对于掌握流域水资源变化具有重要的意义。采用渠江流域2007—2018年日流量资料,对9种不同基流分割方法的适用性及基流变化特征进行分析。结果表明:(1)... 详细信息

河川径流是水资源的重要存在形式,基流是径流的重要组成部分,研究基流变化及影响因素对于掌握流域水资源变化具有重要的意义。采用渠江流域2007—2018年日流量资料,对9种不同基流分割方法的适用性及基流变化特征进行分析。结果表明:(1)不同方法差异较大,时间步长法和滑动最小值法分割结果偏高,F4滤波法方差与变异系数分别为0.038和0.138,说明该方法分割更加稳定且离散程度较低,在渠江流域适用性最好;(2)流域多年平均基流指数31.5%,年内存在伏汛与秋汛双汛期,多年平均月降水、径流和基流变化趋势存在一致性,而且流域径流、基流峰现时间相对于降水存在滞后性;(3)采用小波相干分析,表明流域降水和基流序列均存在10~14个月的变化周期且同向变化,时频上基流滞后于降水序列,同时基流对气候变化的响应具有时滞性,当基流相对于同期气候指数滞后8~10个月时二者的相关程度显著提升。研究成果有助于提升对渠江流域基流变化的认识,为流域水资源管理与调控提供一定的科学依据。

关键词：渠江流域基流变化特征影响因子小波相干分析

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大理河消落带土壤微生物群落功能多样性

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水土保持研究 2023年第5期30卷 193-200页

作者：陈新徐国策李清顺闵志强方康魏全王斌谷丰佑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安710048 国家林业和草原局西北调查规划设计院旱区生态水文与灾害防治国家林业和草原局重点实验室西安710048

[目的]研究大理河消落带土壤微生物群落功能多样性,可以从微生物的角度为河流生态保护提供新的理论依据和数据支持。[方法]以大理河消落带0—5 cm土壤为对象,采用Biolog-ECO微平板法研究了消落带土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)、土壤... 详细信息

[目的]研究大理河消落带土壤微生物群落功能多样性,可以从微生物的角度为河流生态保护提供新的理论依据和数据支持。[方法]以大理河消落带0—5 cm土壤为对象,采用Biolog-ECO微平板法研究了消落带土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)、土壤微生物对不同碳源的利用特征以及土壤微生物群落多样性指数。[结果]大理河消落带AWCD均值为中游>上游>下游,中游土壤微生物群落利用碳源的能力更强。羧酸类、胺类、酚酸类和聚合物类4种碳源是上游土壤微生物利用的主要碳源,胺类和聚合物类是中游和下游土壤微生物利用的主要碳源,总体来看,胺类和聚合物类为大理河消落带土壤微生物利用的主要碳源。土壤微生物Shannon多样性指数和Simpson优势度指数最大的是下游。土壤粉粒、黏粒、全氮和pH值对微生物群落的多样性有显著影响(p<0.05)。[结论]大理河消落带土壤微生物群落功能多样性在上、中、下游存在差异,且微生物群落多样性受土壤理化性质的影响。黄河消落带的保护不仅要着眼于土壤理化性质的变化,更要发现微生物生态功能的差异。

关键词：大理河消落带土壤微生物 Biolog-Eco 功能多样性

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