再生农业--基于土地保护性利用的可持续农业 被引量：14

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作者 韩明会 李保国 +1 位作者 张丹 李颖 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1003-1016,共14页

在全球生态危机和不断增加的粮食和食品安全需求背景下,如何真正实现农业的可持续发展成了全世界共同关注的问题。再生农业(regenerative agriculture)作为新挑战下应运而生的农业模式。探讨再生农业的内涵、国内外应用的生态和经济效... 在全球生态危机和不断增加的粮食和食品安全需求背景下,如何真正实现农业的可持续发展成了全世界共同关注的问题。再生农业(regenerative agriculture)作为新挑战下应运而生的农业模式。探讨再生农业的内涵、国内外应用的生态和经济效益以及分析在我国的应用情景,能够为我国这一新型农业模式的引入和发展提供理论指导。本文首先通过对相关再生农业定义的梳理,把再生农业概述为是以实现农业可持续发展为目的,基于土地保护性利用,在减少机械作业和化学品投入的基础上,通过基于自然的解决方案实现在提高作物产出的同时,提升土壤有机质和氮元素、促进土壤固碳、改善土壤健康、最大化生物多样性的农业模式。通过与其他可持续农业模式相比,从粮食安全、化石能源、碳封存、土壤健康、生物多样性、净水和净收益多个维度说明了再生农业能够实现粮食安全、土壤健康、生态环境和经济效益的同步改善。通过对国内外再生农业相关研究的分析,表明了再生农业的不同措施能够使得生态和经济效益的多个方面效益得到显著提升。最后,提出了我国未来不同区域发展再生农业模式的建议。 展开更多

关键词 再生农业 基于自然的解决方案 固碳 土壤健康 土地保护性利用

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利用X射线CT技术研究根系三维构型的进展 被引量：2

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作者 刘玲玲 房焕 +4 位作者 魏晓庆 刘玉婷 高伟达 李保国 周虎 《植物营养与肥料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期375-384,共10页

【目的】X射线CT扫描具有非破坏性、高分辨率等特点,近年来被广泛应用于研究植物根系三维构型。本文介绍了X射线CT技术研究植物根系的原理和方法,并重点阐述了CT图像提取和定量根系的方法。【主要进展】X射线CT可以穿透土体进而获取土... 【目的】X射线CT扫描具有非破坏性、高分辨率等特点,近年来被广泛应用于研究植物根系三维构型。本文介绍了X射线CT技术研究植物根系的原理和方法,并重点阐述了CT图像提取和定量根系的方法。【主要进展】X射线CT可以穿透土体进而获取土体三维结构,并能通过图像分析准确定量土体内部的细节特征(如根系、孔隙等)。目前根系结构研究中应用的CT主要有医用CT、工业显微CT、同步辐射CT等,分别用于研究不同大小和分辨率要求的样品。应用CT扫描根系样品时,样品的制备和扫描参数的选择非常重要,样品的尺寸、容器的材质、扫描功率和扫描时长等因素都会影响CT图像质量。CT图像中提取根系的方法包括全局阈值法、区域生长法、根系追踪法、深度学习法等,结合图像预处理和后处理能更完整地提取根系。利用ImageJ、Rootrak、RooTh等软件,可以定量根系形态学参数(体积、根长、直径等),还可以分析根系三维分布特征(根系生长角度、根系生长深度等)。【展望】从CT图像中提取根系的算法在实际应用中仍存在很多问题,开发提取根系的先进算法,准确获取根系三维构型并将其定量表征,仍将是CT技术用于根系研究的重要方向。由于CT设备性能的特点,扫描样品尺寸和图像分辨率的矛盾仍然是关键问题,X射线CT硬件设备的创新和发展对其在根系研究中更加广泛和有效的应用具有重要意义。 展开更多

关键词 根系三维构型 X射线CT 图像分割 根系定量化

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历艰苦卓绝 著开山之作--《中国大百科全书(第三版)·农业资源与环境》书评

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作者 李保国 《土壤通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期599-600,共2页

金秋十月,收到《中国大百科全书(第三版)·农业资源与环境》一书,心情久久不能平静。自2015年学科编纂工作正式启动至2020年底,经过5年不懈努力,全国农业资源与环境学科的同仁通力合作,终于完成了这本具有新时代意义的百科著作的网... 金秋十月,收到《中国大百科全书(第三版)·农业资源与环境》一书,心情久久不能平静。自2015年学科编纂工作正式启动至2020年底,经过5年不懈努力,全国农业资源与环境学科的同仁通力合作,终于完成了这本具有新时代意义的百科著作的网络版回稿与上线;2022年在网络版基础上精选的纸质版《中国大百科全书(第三版)·农业资源与环境》的出版,是我国出版界和科技界的又一大喜事、盛事,也是农业资源与环境学科界为适应社会主义新时代要求而努力奋斗的又一大成果。 展开更多

关键词 农业资源与环境 中国大百科全书 编纂工作 纸质版 网络版 新时代要求 开山之作 第三版

原文传递

黄土高原生物结皮覆盖对土壤线虫垂直分布格局的影响

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作者 张颖 肖波 +1 位作者 王彦峰 曹尤淞 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第19期8447-8458,共12页

线虫在土壤食物网中占多个营养级,是土壤生态过程的重要指示生物,对维持生态系统结构与功能具有重要作用。生物结皮作为“荒漠工程师”对干旱生态系统的生物多样性具有积极影响,但其对土壤线虫群落的影响与机制尚不明确。分别采集藓结... 线虫在土壤食物网中占多个营养级,是土壤生态过程的重要指示生物,对维持生态系统结构与功能具有重要作用。生物结皮作为“荒漠工程师”对干旱生态系统的生物多样性具有积极影响,但其对土壤线虫群落的影响与机制尚不明确。分别采集藓结皮和藻结皮覆盖下不同深度(0—14 cm,每2 cm一层)的土壤以及无结皮土壤,采用Baermann湿漏斗法提取土壤线虫并鉴定计数,对比分析了生物结皮类型和土层深度对土壤线虫属的丰富度、丰度和多样性的影响及其途径。结果表明:(1)无结皮土壤中线虫以头叶属(Cephalobus)、细齿属(Leptonchus)和微矛属(Microdorylaimus)为优势属,而生物结皮覆盖土壤中线虫以无咽属(Alaimus)、细齿属(Leptonchus)、鹿角纯属(Cervidellus)和微矛属(Microdorylaimus)为优势属;(2)与无结皮相比,藻结皮使土壤线虫的属的丰富度、丰度和Shannon指数分别提高了35.2%、89.2%和4.5%,而藓结皮分别提高了44.4%、83.0%和24.8%;(3)两类生物结皮覆盖土壤剖面中线虫丰度均呈单峰分布,其中6—8 cm土层丰度最高,是深土层的3.2—11.7倍;而Shannon指数随土壤深度的增加而增加,表土层是深土层的1.5—1.7倍;(4)土壤温度、速效磷和有机质含量是影响线虫属的丰富度的主要因素,有机质、NH+4-N和NO-3-N含量是影响线虫丰度的主要因素,而土壤温度、含水量和速效磷含量是影响线虫多样性的主要因素。生物结皮可通过提升土壤含水率和养分含量、降低土壤温度等途径显著提升土壤线虫的丰度和多样性,并通过影响土壤理化性质的垂直分布继而间接调控土壤线虫群落的垂直分布格局,这对于理解生物结皮维持和提升干旱生态系统的生物多样性与生态系统多功能性具有重要帮助。 展开更多

关键词 藓结皮 藻结皮 土壤动物 生物多样性 生态系统多功能性 干旱生态系统

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黄土丘陵区人工移植生物结皮集雨面的集雨效率及其抗侵蚀破损能力

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作者 陈钧儒 江子昊 +1 位作者 肖波 窦韦强 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期29-36,共8页

[目的]为探讨黄土丘陵区不同类型人工生物结皮集雨面的集雨效果及抗侵蚀破损能力。[方法]以人工移植培养的藻类和藓类生物结皮为研究对象,以裸土为对照,分别对其进行野外模拟降雨和抗侵蚀试验(坡面冲刷、土壤静水崩解和单雨滴溅蚀试验)... [目的]为探讨黄土丘陵区不同类型人工生物结皮集雨面的集雨效果及抗侵蚀破损能力。[方法]以人工移植培养的藻类和藓类生物结皮为研究对象,以裸土为对照,分别对其进行野外模拟降雨和抗侵蚀试验(坡面冲刷、土壤静水崩解和单雨滴溅蚀试验),分析不同类型集雨面的集雨效率与土壤抗冲系数、土壤崩解速率和溅蚀量等抗侵蚀能力指标的差异。[结果](1)生物结皮集雨面显著提高集雨效率。当雨强为100 mm/h时,相较于裸土,生物结皮集雨面的集雨效率显著提高33.3%(F=300.12,p<0.001)。(2)生物结皮显著降低产沙量并提高抗冲系数。与裸土相比,藻结皮和藓结皮的产沙量分别减少178.8%和364.6%,藓结皮和藻结皮的最大抗冲系数分别是裸土的4.6,2.8倍。(3)生物结皮显著降低土壤崩解速率和最大崩解率,且不同生物结皮类型差异显著。与裸土(6.46 g/min)相比,藻结皮和藓结皮的土壤崩解速率分别降低35.0%和60.2%;生物结皮平均最大崩解率较裸土降低23.8%。(4)生物结皮显著提高临界击穿雨滴动能并降低土壤溅蚀量。藓结皮和藻结皮的临界击穿雨滴动能分别是裸土(0.5 J)的3.9,21.9倍。同时,生物结皮较裸土(0.156 g)的单雨滴溅蚀量平均减少75.3%。[结论]人工移植培养的生物结皮集雨面显著提高集雨效率和表层土壤的抗侵蚀能力,对旱区集雨措施的可持续利用和水土保持方面具有重要意义。 展开更多

关键词 生物土壤结皮 集雨造林 水土保持 生态恢复 土壤侵蚀

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9种介电类水分传感器对风沙土含水率的测定精度及校准模型比较

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作者 曹尤淞 肖波 《西北农林科技大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2024年第3期123-135,145,共14页

【目的】比较不同水分传感器对风沙土含水率的测定精度,并建立校准模型,为旱区农业水土资源的高效利用提供理论依据。【方法】以METER、Acclima和Truebners三大制造商生产的9种介电类水分传感器为对象,以典型风沙土为供试土壤,通过室内... 【目的】比较不同水分传感器对风沙土含水率的测定精度,并建立校准模型,为旱区农业水土资源的高效利用提供理论依据。【方法】以METER、Acclima和Truebners三大制造商生产的9种介电类水分传感器为对象,以典型风沙土为供试土壤,通过室内校准试验比较各种传感器对土壤含水率的测定精度,评估其在风沙土上的适用范围、准确度、精密度及其影响因素,并构建不同传感器测定风沙土含水率的校准模型,比较不同校准模型的精度。【结果】(1)默认模型下,与其他传感器相比,MAS-1和EC-5的测定精度较高,其均方根误差(RMSE)分别为0.020和0.027,平均偏差误差(MBE)分别为0.016和0.024,斜率(k值)分别为0.9433和0.9403,决定系数(R^(2))分别为0.926和0.938。(2)土壤含水率范围影响传感器的测定精度。各传感器在低含水率下的RMSE平均值比中、高含水率分别减小了40.9%和42.6%,MBE平均值减小了61.8%和59.9%,而R2平均值提高了0.7%和11.3%。其中,低含水率时EC-5和TDR-315H的精度较高,而中、高含水率下MAS-1的精度均较高。对于含水率相同的土壤,各传感器的测定结果差异较大,且含水率越高差异越大。(3)与默认模型相比,校准模型的RMSE和MBE平均减小了48.8%和72.6%,纳什系数(NSE)和R2提高了70.7%和4.5%。经模型校准后,5TE和TEROS-12测定精度的增幅最大,而TDR-315H的测定精度相对最高。此外,传感器测定的风沙土含水率默认值与校准值具有较高的拟合精度,通过模型转换可实现对默认值的二次校准。【结论】综合评估测定精度、使用寿命和售价,MAS-1、EC-5和TDR-315H可作为风沙土含水率监测的优先传感器备选,且利用风沙土的校准模型对传感器进行标定十分重要。 展开更多

关键词 土壤体积含水率 介电常数 水分传感器 农业水土资源 生态水文过程 旱区农业

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基于DRAINMOD-S和-NⅡ模型的黄河三角洲盐碱地玉米施氮策略

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作者 罗颖琪 许艳奇 +4 位作者 陈书涵 牛牧 左强 石建初 吴训 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第19期93-104,共12页

玉米是黄河三角洲(简称黄三角)滨海盐碱区主要粮食作物之一,氮肥合理施用对于促进该地区玉米产量提升、养分资源高效利用以及生态环境改善至关重要。为了明确该地区玉米的适宜施氮量和施氮制度,该研究基于2 a(2019—2020年)玉米栽培田... 玉米是黄河三角洲(简称黄三角)滨海盐碱区主要粮食作物之一,氮肥合理施用对于促进该地区玉米产量提升、养分资源高效利用以及生态环境改善至关重要。为了明确该地区玉米的适宜施氮量和施氮制度,该研究基于2 a(2019—2020年)玉米栽培田间滴灌施肥试验,校验和评估DRAINMOD-S和DRAINMOD-NⅡ模型在该地区的适用性和可靠性,从而确定田间排水沟/管间距和建立玉米适宜施氮量估算模型与施氮制度。结果表明:1)DRAINMOD-S和-NⅡ模型可较准确地模拟黄三角滨海盐碱农田地下水埋深、土壤含盐量和硝态氮含量分布的动态变化,其模拟值与实测值之间的决定系数R2均大于0.80,标准化均方根误差(normalized root mean squared error,NRMSE)均低于25%;2)通过分析排水间距与土壤渍水和盐分胁迫减产效应间的关系,推荐该地区排水间距可设为17 m;3)在兼顾作物氮素需求(即吸氮量满足玉米自身需求)、土壤持续供氮能力(收获后土壤无机氮储量与播种时大抵相近)及养分淋失风险可控(氮淋失量尽量小)等目标的前提下,基于数值模拟确定了不同气候和初始土壤无机氮含量条件下的玉米适宜施氮量,并建立了其与主要环境变量如降雨量、降雨强度和初始土壤无机氮含量之间的定量关系(R^(2)=0.70,P<0.01);4)评估了典型枯水年、平水年、丰水年施肥1~3次下不同施肥时期组合的影响,表明不同水文年里都可选择在玉米拔节期-抽雄期(或拔节期-抽雄期-灌浆期)追施氮肥2(3)次。研究结果可为黄河三角洲滨海盐碱农田玉米氮素管理提供参考。 展开更多

关键词 农田排水 DRAINMOD-S模型 DRAINMOD-NⅡ模型 氮素管理 数值模拟 黄河三角洲

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改进WHCNS模型模拟耕作方式对作物生长和水分利用效率的影响 被引量：4

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作者 任健 王同朝 +2 位作者 梁浩 关小康 胡克林 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第14期117-126,共10页

耕作改变了土壤物理特性,进而影响了作物生长和水分利用,定量研究不同耕作方式下的农田土壤水分动态与作物生长过程是制定合理耕作制度的基础。该研究在土壤水热碳氮模拟模型(Soil Water Heat Carbon Nitrogen Simulator,WHCNS)的基础... 耕作改变了土壤物理特性,进而影响了作物生长和水分利用,定量研究不同耕作方式下的农田土壤水分动态与作物生长过程是制定合理耕作制度的基础。该研究在土壤水热碳氮模拟模型(Soil Water Heat Carbon Nitrogen Simulator,WHCNS)的基础上耦合了EPIC(Erosion-Productivity Impact Calculator)模型的土壤耕作模块,构建了适用于不同耕作方式的土壤水热碳氮过程模拟模型。利用华北平原南部河南商丘试验站2015—2017年实测的不同耕作方式下(深耕、免耕和轮耕)的土体储水量、叶面积指数、地上部干物质质量和产量数据对改进后的WHCNS模型进行了校验和模拟效果评价,并模拟分析了不同耕作方式对冬小麦和夏玉米农田蒸散量、作物产量和水分利用效率的影响。结果表明,所有处理的土体储水量、叶面积指数和地上部干物质质量模拟值与实测值的相对均方根误差均小于30%,一致性指数均大于等于0.90,纳什系数均大于等于0.58,决定系数均大于等于0.90,作物产量模拟值与实测值的决定系数达到0.99。与深耕和免耕相比,轮耕的两季冬小麦蒸散量分别降低了8.8%~10.8%和13.8%~21.0%,水分利用效率分别提高了6.7%~9.4%和15.7%~24.9%。与深耕和轮耕相比,免耕的两季夏玉米蒸散量分别降低了12.5%~12.9%和20.7%~22.2%,水分利用效率分别提高了13.4%~15.2%和29.1%~31.3%。耕作方式对产量的影响并不明显。总体而言,改进后的WHCNS模型可以较好地模拟华北平原不同耕作方式下土壤水分与作物生长的动态过程。 展开更多

关键词 蒸散 作物 土壤 耕作方式 产量 WHCNS模型 水分利用效率

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黄土高原生物结皮对土壤养分的表层聚集与吸附固持效应 被引量：16

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作者 王芳芳 肖波 +1 位作者 李胜龙 孙福海 《植物营养与肥料学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1592-1602,共11页

【目的】生物结皮的广泛发育可显著影响表层土壤养分状况,在土壤养分积累和循环中发挥重要作用。通过淋溶实验和吸附试验研究其作用效果和机制。【方法】以黄土高原质地不同的风沙土和黄绵土为对象,分别选取有生物结皮覆盖和无结皮覆盖... 【目的】生物结皮的广泛发育可显著影响表层土壤养分状况,在土壤养分积累和循环中发挥重要作用。通过淋溶实验和吸附试验研究其作用效果和机制。【方法】以黄土高原质地不同的风沙土和黄绵土为对象,分别选取有生物结皮覆盖和无结皮覆盖的地块,分析生物结皮层、结皮层下0—2、2—5和5—10 cm土层土壤的有机质、全碳、全氮、全磷含量,研究生物结皮对土壤养分含量的影响及其随土壤深度的变化规律。以Cl^(−)、K^(+)、Ca^(2+)为示踪离子开展土壤淋溶实验,分析其淋出土壤的特征;淋溶实验结束后,测定包括结皮层在内的各土层离子吸附解析量。【结果】1)生物结皮层(约2 cm厚)养分含量是无结皮土壤的0.43~10.51倍。生物结皮覆盖下0—10 cm土壤的养分含量均高于对应深度的无结皮土壤,有机质、全碳、全氮、全磷含量比无结皮土壤增加了1.4%~184.9%。2)生物结皮层的养分含量比其下层土壤提高了38.2%~557.1%,而无结皮的表层(0—2 cm)土壤养分含量仅比其下层土壤提高了13.4%~213.9%,这表明生物结皮增强了土壤养分的表层聚集。3)生物结皮覆盖土壤中添加的养分在相同条件下相较于无结皮土壤更难以淋出;除易淋溶的Cl^(−)全部淋出外,K^(+)和Ca^(2+)未被全部淋出,且在生物结皮覆盖土壤中的累积淋出量比无结皮土壤低21.9%~47.4%。淋溶实验结束后结皮层的Cl^(−)、K^(+)、Ca^(2+)含量均显著高于无结皮(8.8%~340.4%)和结皮下层土壤(14.5%~62.7%)。4)生物结皮显著增加了土壤对Cl^(−)、K^(+)、Ca^(2+)的吸附量,其增加幅度为27.8%~118.1%,且生物结皮层对不同离子吸附能力的强弱依次为Ca^(2+)>K^(+)>Cl^(−)。【结论】与无结皮土壤相比,生物结皮能够增加土壤养分含量并促进土壤养分的表层聚集,同时提升土壤对养分的吸附与固持能力,因而有利于退化贫瘠土壤的养分积累,在干旱和半干旱地区土壤肥力提升与生态环境改善方面发挥着至关重要的作用。 展开更多

关键词 风沙土 黄绵土 土壤养分 养分吸附 养分淋溶 退化土壤

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黄土高原藓结皮土壤呼吸速率对降雨量变化的响应 被引量：10

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作者 窦韦强 田乐乐 +2 位作者 肖波 姚小萌 李胜龙 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1703-1715,共13页

全球气候变化加剧背景下,干旱和半干旱地区的降雨模式将进一步改变,其造成的土壤水分波动是引起土壤呼吸动态变化的重要因素,但生物结皮土壤呼吸响应降雨模式变化继而影响陆地生态系统碳源/汇功能的机制尚不明确。针对黄土高原风沙土发... 全球气候变化加剧背景下,干旱和半干旱地区的降雨模式将进一步改变,其造成的土壤水分波动是引起土壤呼吸动态变化的重要因素,但生物结皮土壤呼吸响应降雨模式变化继而影响陆地生态系统碳源/汇功能的机制尚不明确。针对黄土高原风沙土发育的藓结皮,以自然降雨量为对照,分别进行幅度为10%、30%、50%的模拟增雨和减雨处理,并利用便携式土壤碳通量分析仪(LI-8100A)测定了模拟增减雨后的藓结皮土壤呼吸速率,对比分析了其对降雨量变化的响应及机制。结果表明:(1)整个实验周期(2018和2019)增雨和减雨分别显著提高(增幅分别为17.9%—48.2%和27.1%—54.2%)和降低了(降幅分别为1.8%—26.8%和5.2%—20.8%)土壤含水量,但对土壤温度的影响不显著;(2)增雨抑制了藓结皮土壤呼吸速率(降幅分别为7.8%—31.7%和14.7%—39.4%),且随梯度增大抑制作用越明显;减雨则取决于减雨梯度,减雨10%和30%会促进土壤呼吸速率(增幅分别为27.5%、9.6%和23.6%、9.7%)而减雨50%具有抑制作用(降幅分别为15.6%和18.5%)。不同实验周期和不同降雨处理间藓结皮土壤呼吸速率大多差异显著;(3)增雨和减雨下藓结皮土壤呼吸速率与土壤温度均成显著指数正相关关系,同时,低含水量时(小于约15%)与土壤含水量均成显著线性正相关关系,而高含水量(大于约15%)时增雨下成显著线性负相关关系。综上,黄土高原藓结皮土壤呼吸速率对降雨量变化具有明显响应,降雨量整体波动减小时其可能成为一潜在碳源。因此,未来黄土高原土壤碳源/汇功能研究中应考虑降雨模式改变对生物结皮土壤呼吸的影响。 展开更多

关键词 生物结皮 风沙土 降雨量变化 土壤呼吸速率 土壤含水量 土壤温度

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黄土高原藓类生物结皮对表层土壤水分运动参数的影响 被引量：12

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作者 孙福海 肖波 +1 位作者 李胜龙 王芳芳 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第14期79-88,共10页

生物结皮普遍存在于干旱和半干旱地区土壤表层,对土壤水分有重要影响。为了进一步探究生物结皮对表层土壤水力学特性和水分运动过程的影响,该研究以黄土高原风沙土和黄绵土上发育的藓结皮为研究对象,通过野外采样与室内试验相结合,测定... 生物结皮普遍存在于干旱和半干旱地区土壤表层,对土壤水分有重要影响。为了进一步探究生物结皮对表层土壤水力学特性和水分运动过程的影响,该研究以黄土高原风沙土和黄绵土上发育的藓结皮为研究对象,通过野外采样与室内试验相结合,测定了藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的Boltzmann变换参数、土壤水分扩散率、入渗过程、比水容量和非饱和导水率,对比分析了有无藓结皮覆盖对表层土壤水分运动参数的影响。结果表明:藓结皮覆盖抑制了表层土壤水分的扩散,藓结皮覆盖土壤的Boltzmann变换参数和水分扩散率分别比无结皮土壤降低7.9%~27.3%和99.2%~99.6%;藓结皮覆盖后表层土壤渗透性显著降低,其水分入渗参数(初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率、累积入渗量)和非饱和导水率分别降低了17.1%~55.4%和84.8%~92.3%;藓结皮显著提升了表层土壤的持水和供水能力,藓结皮层的水分常数(田间持水量、萎蔫系数、重力水含量、有效水含量和易利用水含量)比无结皮土壤高40.9%~1233.3%,土壤水吸力在100 kPa时的比水容量比无结皮土壤高7.4%~1540.5%;相比黄绵土,藓结皮覆盖对风沙土的渗透性影响较小,而对土壤持水和供水性的影响较大。综上,黄土高原藓结皮覆盖降低了土壤渗透性,同时显著提高了表层土壤的水分有效性,这可能导致土壤表层在雨后截留较多水分,进而使土壤水分分布趋于浅层化,并改变该地区的土壤水分有效性和植物水分利用策略。 展开更多

关键词 土壤 入渗 结皮 水分扩散率 水力特性 比水容量

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生物结皮发育对风沙土盐基离子释放和矿物风化的影响 被引量：5

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作者 曹尤淞 肖波 +2 位作者 江子昊 李胜龙 孙福海 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期77-85,共9页

为探明生物结皮发育对风沙土盐基离子释放和矿物风化的影响,以进一步明确生物结皮的风化成土作用。以典型风沙土上发育的生物结皮为对象,通过模拟淋溶试验比较不同类型生物结皮(藻结皮、藻—藓混生结皮和藓结皮)覆盖土壤的盐基离子释放... 为探明生物结皮发育对风沙土盐基离子释放和矿物风化的影响,以进一步明确生物结皮的风化成土作用。以典型风沙土上发育的生物结皮为对象,通过模拟淋溶试验比较不同类型生物结皮(藻结皮、藻—藓混生结皮和藓结皮)覆盖土壤的盐基离子释放规律,探究盐基离子释放量随淋溶液pH的变化趋势,以及量化生物结皮覆盖土壤的矿物风化速率。结果表明:矿物风化反应阶段不同种类盐基离子的淋出量均较为平缓,生物结皮覆盖土壤的各盐基离子总淋出量表现为Ca^(2+)>K^(+)>Mg^(2+)>Na^(+),其中藻结皮覆盖土壤的盐基离子总淋出量最高,比无结皮、混生结皮和藓结皮分别增加了112.0%,31.2%,27.1%。淋溶液pH显著影响盐基离子的淋溶释放,且其作用程度因离子种类和结皮类型而异。生物结皮覆盖提升了土壤的易风化矿物含量、风化程度和速率,藻结皮、混生结皮和藓结皮覆盖土壤的风化速率相比无结皮分别提升了61.2%,27.1%,152.6%,并且风化速率随淋溶液pH降低而提升。综上,生物结皮能显著促进风沙土矿物风化,其对风沙土改良和修复具有积极意义。 展开更多

关键词 矿物风化速率 土壤发生 淋溶作用 初育土 干旱区

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砂姜黑土钙质结核剖面分布特征及其对土壤持水性的影响 被引量：4

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作者 谷丰 陈雪娇 +2 位作者 魏翠兰 周明华 李保国 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期73-80,共8页

钙质结核是砂姜黑土重要的成土特征,直接影响土壤结构和水分运移,但目前关于钙质结核对土壤持水性作用机制的研究主要集中在实验室尺度,而且报道较少。基于此,该研究在田间尺度上研究了钙质结核剖面垂直分布特征及其对土壤持水性的影响... 钙质结核是砂姜黑土重要的成土特征,直接影响土壤结构和水分运移,但目前关于钙质结核对土壤持水性作用机制的研究主要集中在实验室尺度,而且报道较少。基于此,该研究在田间尺度上研究了钙质结核剖面垂直分布特征及其对土壤持水性的影响。结果表明:钙质结核主要分布在20cm以下的土层,其含量和粒径均随土层深度的增加呈现增大趋势,>80~100 cm土层钙质结核质量分数可达11.42%。2~5、>5~8、>8~30 mm的钙质结核饱和含水率分别为0.25、0.22和0.20 cm^(3)/cm^(3),均远低于土壤饱和含水率。土壤饱和含水率、田间持水量和萎蔫点均随钙质结核含量的提高而逐渐降低。但是含钙质结核土层土壤有效持水量与钙质结核含量呈现显著正相关关系,钙质结核有利于改善砂姜黑土黏重的土壤质地。研究结果可为深入了解砂姜黑土水分运动规律及中低产田改良提供理论依据。 展开更多

关键词 土壤 含水率 颗粒 砂姜黑土 钙质结核 空间分布 持水性 水分特征曲线

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干旱半干旱区地表覆盖对土壤风蚀的影响 被引量：5

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作者 麻虹宇 李保国 +3 位作者 蔡斌 李颖 葛乐 张丹 《水土保持研究》 CSCD 北大核心 2023年第2期29-35,共7页

为了探究地表覆盖对干旱半干旱地区土壤侵蚀及表层特性的影响,探寻农业发展的新机遇,使用Meta分析的方法,通过搜集国内外干旱半干旱地区土壤覆盖已发表的研究数据,分析了3种地表覆盖方式:覆盖植物、秸秆覆盖和高留茬对土壤风蚀模数及表... 为了探究地表覆盖对干旱半干旱地区土壤侵蚀及表层特性的影响,探寻农业发展的新机遇,使用Meta分析的方法,通过搜集国内外干旱半干旱地区土壤覆盖已发表的研究数据,分析了3种地表覆盖方式:覆盖植物、秸秆覆盖和高留茬对土壤风蚀模数及表层干容重、含水量和有机碳含量的影响。结果表明:(1)地表覆盖使土壤年风蚀量降低77.96%,地表风蚀量与覆盖度密切相关,秸秆覆盖度最高,减轻风蚀效果最佳。(2)地表覆盖平均降低2.94%表层(0—20 cm)土壤干容重,从而提高孔隙度保水保肥,抑制土壤侵蚀;其中覆盖植物效果最好,能够降低5.26%。(3)地表覆盖能够增加6.26%年均表层土壤含水量,从而有效增大土壤颗粒间的黏聚力;在降水量≤450 mm的半干旱地区该值能达到10.62%。(4)地表覆盖能够提高23.54%表层土壤有机碳含量,增加土壤颗粒间的黏结性,从而提高土体的抗风蚀能力;高留茬的提升效果最好,为34.42%;覆盖植物中豆科作物的效果最好,平均提高30.76%。总之,3种地表覆盖措施均能不同程度地减轻风蚀,能够实现保土、保水和固碳的多重收益,是未来双碳背景下实现农业可持续发展的有效解决方案。 展开更多

关键词 风蚀 土壤覆盖 META 干旱半干旱地区

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黄土高原表层土壤孔隙性状与穿透阻力对藓结皮发育的响应 被引量：4

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作者 余星兴 肖波 +2 位作者 曹尤淞 李胜龙 孙福海 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期52-59,共8页

为探明生物结皮如何改善土壤物理性质从而促进水土保持,针对黄土高原风沙土和黄绵土上发育的藓结皮,以无结皮为对照,原状取样后分别使用高分辨率CT扫描仪和高精度土壤贯入仪测定其孔隙性状与穿透阻力,并构建结构方程模型剖析生物结皮对... 为探明生物结皮如何改善土壤物理性质从而促进水土保持,针对黄土高原风沙土和黄绵土上发育的藓结皮,以无结皮为对照,原状取样后分别使用高分辨率CT扫描仪和高精度土壤贯入仪测定其孔隙性状与穿透阻力,并构建结构方程模型剖析生物结皮对土壤孔隙度和穿透阻力的作用途径。结果表明:藓结皮发育改变土壤孔隙特征参数,并显著提高表层0—2 cm土壤总孔隙度(p=0.01),在此土层内,风沙土和黄绵土上藓结皮的总孔隙度比无结皮分别增加1.62,2.12倍,且藓结皮的孔隙度随土层深度增加呈指数降低。藓结皮和无结皮的土壤面孔率在0—1 cm土层内均急剧下降,但藓结皮整体面孔率显著高于无结皮(p<0.001)。随土层深度增加,藓结皮的土壤穿透阻力总体呈增大趋势,但在结皮层中部发生突变,越过结皮层后趋于平稳。在2种土壤上,藓结皮的面孔率与穿透阻力均呈对数负相关关系,无结皮中则分别呈线性正相关和对数负相关关系。黄土高原藓结皮通过改变孔隙度和机械组成等间接途径,极显著地提升表层土壤穿透阻力,增强土壤表面稳定性,为区域水土保持和生态恢复提供有利条件。 展开更多

关键词 风沙土 黄绵土 生物结皮 土壤孔隙度 土壤穿透阻力 黄土高原

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黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素 被引量：2

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作者 曹尤淞 肖波 +2 位作者 李胜龙 王彦峰 余星兴 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1610-1625,共16页

为探明黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素,以进一步明确其对土壤母质的风积作用,以典型风沙土和黄绵土上发育的生物结皮为对象,通过野外采样、室内分析以及模拟纳尘试验,比较了不同发育阶段生物结皮(藻结皮、藻—藓混生结... 为探明黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素,以进一步明确其对土壤母质的风积作用,以典型风沙土和黄绵土上发育的生物结皮为对象,通过野外采样、室内分析以及模拟纳尘试验,比较了不同发育阶段生物结皮(藻结皮、藻—藓混生结皮、藓结皮)的纳尘量和固土量,探究了不同风速、降尘粒径和降尘量下生物结皮纳尘量的变化规律,并分析了影响生物结皮纳尘量和固土量的关键因素。结果表明,相同条件下生物结皮的纳尘量为无结皮的1.1倍~4.8倍,且随生物结皮由藻到藓的正向演替而增加。风速为1~8m·s^(-1)时,生物结皮的平均减蚀量可达19.5~4893.0t·km^(–2)·a^(-1)。同时,生物结皮的纳尘量随含水率升高而增加,且增幅与风速呈正相关;相对含水率由0增至80%后,风速5~8m·s^(–1)下生物结皮的纳尘量分别平均提升了4.9%、53.1%、59.6%和72.3%。此外,生物结皮的纳尘量还随地表粗糙度增加而显著升高。与纳尘量的变化规律相似,生物结皮的固土量也随结皮发育阶段的正向演替而增大,其中藓结皮的固土量为藻结皮的1.4倍。在同一发育阶段,风沙土上发育的生物结皮其固土量显著高于黄绵土上发育的生物结皮(F=30.74,P<0.003)。生物结皮的固土量与结皮层厚度呈极显著正相关关系,且随土壤含水率增加呈先升高后降低的趋势。综上,生物结皮具有显著的纳尘与固土效应,其对黄土高原土壤母质的风积过程具有重要促进作用。 展开更多

关键词 降尘 土壤母质 风速 地表粗糙度 黄土高原

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黄土高原生物结皮的风化成土效应 被引量：1

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作者 曹尤淞 肖波 江子昊 《中国水土保持科学》 CSCD 北大核心 2023年第6期1-12,共12页

生物结皮是干旱和半干旱地区广泛发育的先锋类群,具有重要的风化成土效应和多种生态功能。为探明黄土高原初育土生物结皮的风化成土效应,以进一步认识其作为先锋类群的原始成土作用,以黄绵土和风沙土上发育约30 a的生物结皮为对象,研究... 生物结皮是干旱和半干旱地区广泛发育的先锋类群,具有重要的风化成土效应和多种生态功能。为探明黄土高原初育土生物结皮的风化成土效应,以进一步认识其作为先锋类群的原始成土作用,以黄绵土和风沙土上发育约30 a的生物结皮为对象,研究结皮层土壤的常量元素地球化学特征,量化表征成土过程的不同风化发育指标,并分析诸指标的相关关系和解释程度。结果表明:1)生物结皮层土壤中K_(2)O、Na_(2)O、CaO和MgO质量分数显著低于无结皮土壤,而Al_(2)O_(3)和Fe_(2)O_(3)则相对富集;2)生物结皮层土壤的硅铝铁率、硅铝率、淋溶指数、风化淋溶系数和退碱系数相比无结皮土壤平均降低40.0%,而风化指数、残积系数、斜长石蚀变指数和铁镁质蚀变指数则平均为无结皮土壤的1.6倍,表明生物结皮层土壤的盐基淋溶作用更强,其原生矿物向次生黏土矿物蚀变演化的程度更高;3)风化趋势图显示,生物结皮促进土壤矿物风化,其化学蚀变指数平均为48.5,表明其处于初等化学风化向中等化学风化过渡的阶段;4)相关分析和因子分析表明,化学蚀变指数和斜长石蚀变指数可作为表征土壤风化发育的典型性和代表性指标。综上,生物结皮形成显著促进黄绵土和风沙土这2种初育土的风化成土过程,具有增强盐基淋溶作用,并能提升土壤风化强度和发育程度,对黄土高原脆弱生态区的土壤发育和生态恢复具有积极意义。 展开更多

关键词 土壤发生 黏土矿物 元素地球化学 化学蚀变指数 黄土高原

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黄淮海平原旱作农田土壤有机质含量的空间分异特征 被引量：14

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作者 任频频 黄峰 李保国 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期440-450,共11页

基于空间自相关理论,探讨黄淮海平原旱作农田土壤有机质含量的空间分布结构,以及有机质与土壤黏粒含量和容重的空间相关关系。结果表明:黄淮海旱作农田土壤不同土层有机质含量区域均值分别为20.11±6.46(0~10 cm),14.76±5.11(1... 基于空间自相关理论,探讨黄淮海平原旱作农田土壤有机质含量的空间分布结构,以及有机质与土壤黏粒含量和容重的空间相关关系。结果表明:黄淮海旱作农田土壤不同土层有机质含量区域均值分别为20.11±6.46(0~10 cm),14.76±5.11(10~20 cm),9.96±4.14(20~30 cm),8.03±3.45(30~40 cm)g·kg^(-1),分别处在三级至五级水平;0~20 cm各土层中,高值区域主要分布在太行山山前平原、山东引黄灌区等传统农业生产地带,以及河南南部和安徽北部的砂姜黑土区。随着土层深度的增加,有机质含量的空间分布结构趋于明显,10~40 cm各土层中,河北平原和鲁西北地区呈现LL(低-低)/HL(高-低)型分布特征;河南和安徽地区主要为HH(高-高)/LH(低-高)型,但不同土层的具体分布差异较大。有机质含量与黏粒含量之间存在显著的数理相关关系,与容重之间关系并不明显;有机质/黏粒含量和有机质/容重的双变量局部空间自相关类型中,LL/HL型主要分布在河北平原和鲁西北地区,其中HL型在0~20cm各土层中集中分布在太行山山前平原和山东引黄灌区地带,HH/LH型样点主要分布在河南和安徽地区,但不同土层具体分布差异明显。有机质与黏粒含量的空间自相关结构更明显;0~10 cm、10~20 cm土层较20~30 cm、30~40 cm土层的空间自相关结构更明显;农业管理措施及其地域差异性是造成各分布结构在空间水平方向及土壤垂直分层方向上差异化的重要原因。 展开更多

关键词 有机质含量 分布结构 空间自相关 黄淮海平原 旱作农田

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TRMM在海河流域南系的降水估算精度评价及其对SWAT模型的适用性 被引量：11

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作者 谭丽丽 黄峰 +3 位作者 乔学瑾 刘海鹏 李春强 李保国 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期132-141,F0004,共11页

准确估算区域降水对水文过程评价和水资源管理意义重大。为评估TRMM 3B42V7降水产品在海河流域南系的估算精度及其在土壤和水评估模型(Soil and Water Assessment Tool,SWAT)中的适用性,利用28个气象站降水观测数据(2007-2016年)和101... 准确估算区域降水对水文过程评价和水资源管理意义重大。为评估TRMM 3B42V7降水产品在海河流域南系的估算精度及其在土壤和水评估模型(Soil and Water Assessment Tool,SWAT)中的适用性,利用28个气象站降水观测数据(2007-2016年)和101个雨量站观测数据(2010-2016年)开展研究。研究表明:站点尺度上,3B42V7降水产品对月降水估算的均方根误差小于15 mm,平均误差小于8.5 mm;在湿润季节的估算精度更好。流域尺度上,日降水估算精度较差,相关系数小于0.6。分区尺度上,3B42V7能够很好地捕捉到不同等级降水强度,但对微量降雨有所低估;山区和平原的年降水量均出现高估现象,平原区较为突出;此外,3B42V7能够较好地捕捉到研究区内极端降水的时间和空间分布。分2种情景进行水文模拟,利用月平均流量对模型进行校准和验证,在情景Ⅰ中,验证期模拟结果较好,决定系数在0.56~0.96之间,纳什效率系数在-11.09~0.94之间。TRMM 3B42V7可为海河流域及其类似区域的水资源管理提供参考。 展开更多

关键词 遥感 降雨 TRMM 3B42V7评估 SWAT 水文模拟 海河流域南系

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用SahysMod模型研究不同灌排管理情景土壤水盐动态 被引量：7

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作者 黄亚捷 李贞 +2 位作者 卓志清 兴安 黄元仿 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期129-140,共12页

银北灌区是宁夏土地整治和高标准灌溉绿洲农田建设的重点区域。该区域耕荒地交错分布、土壤盐渍化严重。通过模型分区模拟,在土地整治过程中建立完整、配套的灌排系统是解决区域土壤盐渍化的有效措施。该研究以银北灌区典型区域-西大滩... 银北灌区是宁夏土地整治和高标准灌溉绿洲农田建设的重点区域。该区域耕荒地交错分布、土壤盐渍化严重。通过模型分区模拟,在土地整治过程中建立完整、配套的灌排系统是解决区域土壤盐渍化的有效措施。该研究以银北灌区典型区域-西大滩为例,综合考虑荒地与耕地土壤属性的空间变异性,以2015-2016年土壤盐分数据进行率定,2017年盐分数据作为验证,利用SahysMod探索在土地整治过程中不同灌排管理下未来10 a内土壤水盐动态变化。结果表明,现有灌排管理下(即灌水量为670 mm,灌溉水电导率为1.05 dS/m,排水沟深1.5 m),荒地土壤盐分在预测初期(2017-2022年)逐年升高,预测后期(2023-2027年)变化平缓;耕地土壤盐分在预测初期变化缓慢,预测后期逐年增加。加大灌水量是解决土壤盐渍化的一个重要途径,可以有效延迟耕地盐分累积到障碍水平的时间;在灌溉水电导率为0.6 dS/m情况下,未来10 a内耕地都不会受到盐害胁迫;现有灌排管理下,在2024年以后作物生长就会受到盐害胁迫,当灌溉水电导率继续增加时,作物生长受到胁迫的时间相应提前。通过土地整治,加深排水沟深度可以延迟土壤盐分达到障碍水平的时间。在整治过程中深为2.2 m的排水沟,可保证未来10 a内耕地盐分小于1.7 dS/m,区域内玉米可正常生长。研究可为在土地整治过程中的灌排管理及土壤盐渍化防治提供建议。 展开更多

关键词 土壤 排水 土地整治 SahysMod 灌排管理 空间变异性 水盐运动 西大滩

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