毛乌素沙地南缘多年气象干旱向土壤干旱垂向传播过程解析

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作者 贺军奇 龙婷 +3 位作者 陈云飞 刘祖钰 石长春 刘秀花 《农业工程学报》 北大核心 2025年第9期113-124,共12页

为探究黄河流域毛乌素沙地南缘气象干旱向包气带土壤干旱的垂向传播过程,该研究基于草地和裸地原位监测数据和长期气象数据,利用Hydrus-1D模型模拟1980—2020年的0~150 cm土壤水分动态;通过标准化降水蒸散指数(standardized precipitati... 为探究黄河流域毛乌素沙地南缘气象干旱向包气带土壤干旱的垂向传播过程,该研究基于草地和裸地原位监测数据和长期气象数据,利用Hydrus-1D模型模拟1980—2020年的0~150 cm土壤水分动态;通过标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)划分出40多年来大气干湿交替期(S1)、干旱期(S2)和湿润期(S3),结合土壤水分亏缺指数(soil moisture deficit index,SMDI),采用最大相关系数法、小波相干分析与干旱传播指数等方法,探究不同气候模式下草地和裸地的干旱传播过程。结果表明:气象干旱向土壤干旱传播时间随土层深度而延长。传播强度整体随深度减弱,但受根系分布影响使得草地根区相对其他深度干旱传播强度更弱。不同覆被条件下,同期草地土壤旱情相较于裸地更严重,即干旱历时长、烈度大且影响的土层深。草地对气象干湿状态的响应更敏感,各深度的干旱传播时间比裸地快1~2个月,且干旱传播强度超过裸地。干旱传播过程受不同气候模式影响。S3期间因降水量大且温度高干旱传播时间最快。但受不同时期蒸散过程差异的影响,干旱传播强度在S1期最强,S3期次之,S2期较弱。不同深度土壤的垂向传播过程受水文连通性、根系分布和蒸散发强度共同影响。草地的传播强度大于裸地,建议在防沙治沙与植被恢复工程中控制密度,减少土壤水分过度消耗以缓解干旱。研究结果揭示了气象干旱向土壤干旱的垂向传播过程,阐明了植被覆盖与气候模式对干旱传播过程的协同影响,可为毛乌素沙地防沙治沙工作提供理论参考与实践依据。 展开更多

关键词 干旱传播 垂向传播 毛乌素沙地 草地生态系统 干旱传播指数

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毛乌素沙地包气带气态水同位素特征及其运移规律 被引量：3

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作者 刘秀花 田书林 +3 位作者 马延东 贺屹 石长春 郑策 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期112-120,共9页

为揭示包气带气态水在大气、土壤和地下水之间交换对内部水与能量传递的响应,该研究应用原位监测、同位素示踪与数值分析相结合的方法,对毛乌素沙地包气带气态水时空变化特征与运移规律进行分析。结果表明,受大气水汽来源和局地循环影响... 为揭示包气带气态水在大气、土壤和地下水之间交换对内部水与能量传递的响应,该研究应用原位监测、同位素示踪与数值分析相结合的方法,对毛乌素沙地包气带气态水时空变化特征与运移规律进行分析。结果表明,受大气水汽来源和局地循环影响,降水δD_(L)和δ^(18)OL值均表现出春夏富集、秋冬贫化。各深度土壤气态水δ^(18)O_(a)与液态水δ^(18)OL值呈显著正相关(P<0.01),但在季节上,春夏季为极显著线性正相关(P<0.01),而秋冬季则无显著相关性(P=0.12)。表层水汽通量的增大伴随δ^(18)O_(a)富集,而水汽密度夏季的增大和冬季的减小均表现出表层δ^(18)O_(a)富集,夏季蒸发比冬季冻结更能引起表层土壤δ^(18)O_(a)富集。受包气带温度梯度驱动影响,夏季土壤深部气态水接受浅层水汽补给,冬季浅层接受中深层水汽的补给,而春、秋季剖面分别存在温度聚合和发散零通量面,使得补给关系复杂。该研究明确了土壤δ^(18)O_(a)的变化受水汽迁移模式、大气蒸发能力和土壤冻融的共同控制,表层δ^(18)O_(a)的富集在冬季受蒸发与向上的水汽传输共同影响,而夏季主要受土壤水的昼夜蒸发与凝结循环作用所致,该结果为厘清土壤水汽迁移机制以及进一步阐明包气带水循环过程提供科学依据。 展开更多

关键词 气态水 同位素 水汽迁移 包气带 毛乌素沙地

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毛乌素沙地植被净初级生产力时空变化及其驱动因素 被引量：5

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作者 王志鹏 石长春 +5 位作者 马雅莉 张艳 玉苏普喀迪尔·孜米尼 张格语 温仲明 刘洋洋 《草地学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2962-2972,共11页

净初级生产力(Net primary productivity,NPP)及其对全球气候变化的响应是全球变化研究的热点之一。本研究基于MODIS遥感数据、DEM数据和气象数据等,采用Sen趋势分析、MK显著性检验、CV稳定性分析、偏相关与多元回归分析等方法,分析毛... 净初级生产力(Net primary productivity,NPP)及其对全球气候变化的响应是全球变化研究的热点之一。本研究基于MODIS遥感数据、DEM数据和气象数据等,采用Sen趋势分析、MK显著性检验、CV稳定性分析、偏相关与多元回归分析等方法,分析毛乌素沙地植被NPP的时空变化规律,并定量分析气候变化对植被NPP的影响机制。结果表明:2001—2022年毛乌素沙地植被NPP年均值变化范围介于102.75~210.62 g·m^(-2)之间。整体上,植被NPP呈现波动上升趋势,但是存在明显差异。空间上,毛乌素沙地植被NPP年平均值为164.43 g·m^(-2),植被NPP呈增加趋势的区域分布在北部,呈减少的区域位于南部。在毛乌素沙地东部对植被NPP的影响中,辐射是主导因素之一;在西部与中部,温度和降水是主导因素之一。研究表明气候因素对毛乌素沙地植被NPP的变化有显著作用,其结果也为研究区的生态绿色建设与资源的开发提供科学依据。 展开更多

关键词 NPP 气候变化 毛乌素沙地 驱动因素

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毛乌素沙地不同覆被类型土壤水分动态及其对降水的响应 被引量：8

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作者 胡安焱 付稳东 +5 位作者 陈云飞 颜林 艾美霞 陈瑞 石长春 刘秀花 《水土保持研究》 CSCD 北大核心 2023年第6期133-142,共10页

[目的]分析不同覆被类型下土壤水分时空变化特征及对降雨的响应,探讨覆被类型对土壤水文的重塑过程,为优化毛乌素沙地植物覆盖类型和提高土壤水分的植被承载力提供科学依据。[方法]以陕西榆林市毛乌素沙地典型覆被类型草地、沙柳地和裸... [目的]分析不同覆被类型下土壤水分时空变化特征及对降雨的响应,探讨覆被类型对土壤水文的重塑过程,为优化毛乌素沙地植物覆盖类型和提高土壤水分的植被承载力提供科学依据。[方法]以陕西榆林市毛乌素沙地典型覆被类型草地、沙柳地和裸地为研究对象,通过全年原位试验监测和经典统计学分析相结合的方法,分析0—150 cm土壤水分动态及其对降水的响应。[结果](1)在全年尺度,受植被根系分布和耗水差异的影响,典型覆被类型土壤水分可分为稳定期(12月至次年2月)、积累期(3—5月)、消耗期(6—8月)和恢复期(9—11月),降水补给土壤水分主要发生在积累期和恢复期。土壤剖面水分表现出明显的空间分异,草地在20 cm较高,沙柳地在50 cm和150 cm处较高。草地主要利用深度0—50 cm的土壤水,沙柳主要利用50—100 cm的土壤水。(2)沙柳地和草地的土壤水分在浅层(0—50 cm)对降水的响应比裸地慢,深层(50—150 cm)则比裸地快。(3)降水补给深度与降水量呈显著正相关,而响应滞后时间与降水历时呈显著正相关(p<0.05)。[结论]植被类型、降水历时、降水强度、冻融过程影响着土壤剖面水分再分配,主导植被类型在降水格局变化下的演替。 展开更多

关键词 毛乌素沙地 土壤水分动态 降雨入渗 覆被类型

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基于水-热-δ^(18)O耦合模型的沙柳土壤水分利用规律分析

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作者 许琳琳 刘秀花 +5 位作者 石长春 郑策 贺屹 贺军奇 高耀伟 刘祖钰 《农业工程学报》 北大核心 2025年第9期81-92,共12页

为探究旱区沙柳地土壤水入渗、蒸发过程与根系吸水的时空来源,该研究采用原位监测、水-热-δ^(18)O耦合模拟与粒子追踪等方法,探究生长季(3—9月)毛乌素沙柳地包气带土壤水分利用规律。结果表明,研究区δ^(18)O的动力特征在3种分馏(no f... 为探究旱区沙柳地土壤水入渗、蒸发过程与根系吸水的时空来源,该研究采用原位监测、水-热-δ^(18)O耦合模拟与粒子追踪等方法,探究生长季(3—9月)毛乌素沙柳地包气带土壤水分利用规律。结果表明,研究区δ^(18)O的动力特征在3种分馏(no fractionation,NF;Gonfiantini,GF;Craig-Gordon,CG)模式中GF模型效果最佳,土壤水蒸发过程为温度控制的同位素分馏迁移。粒子和δ^(18)O迁移路径共同明晰了土壤水受降水补给-蒸发作用与植被吸水的时空发生过程。春、夏季降水稀少,蒸发强度与干旱持续时间决定土壤水蒸发速度与蒸发深度,其中4—5月蒸发作用弱,土壤蒸发深度可达0~120 cm;6—7月蒸发作用强烈,蒸发深度可达0~135 cm。此外,土壤初始含水量状态决定降水后入渗-蒸发过程的优先级,即干燥土壤接受小雨补给后入渗速度慢,蒸发能力增强,蒸发深度(0~13 cm)等于入渗深度,此时随降水进入土壤的粒子均受蒸发作用从地表离开;而有效补给后再降小雨,入渗深度(20 cm)会大于蒸发深度(16 cm),土壤可获得有效补给。因此,根区土壤水源于频发的小-中降水和单次大降水事件,穿过易蒸发区(0~40 cm),长期滞留40~90 cm深度。沙柳的水分利用策略源于其根系分布和浅层土壤水可用度,在返青季,浅层(0~40 cm)消融的土壤滞留水是其主要耗水来源。进入生长季,当降水充沛时,浅层土壤水(0~40 cm)仍是其主要吸水来源,当月降水可满足生长需求;当降水稀少时,浅层土壤含水量的降低驱使其转移吸水层位,前期降水滞留的中层(60~100 cm)土壤水是其吸水的主要来源。该结果进一步明晰了降水-土壤-植被的水文耦合过程,为指导旱区包气带水资源有效管理与植被恢复提供科学依据。 展开更多

关键词 同位素 数值分析 土壤水分 粒子追踪 水分循环与利用 包气带 毛乌素沙地

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文冠果种皮黑色素稳定性与抗氧化活性研究 被引量：2

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作者 石长春 肖建明 +2 位作者 戚建华 高荣 李剑 《西北林学院学报》 CSCD 北大核心 2018年第2期104-109,共6页

天然黑色素兼具着色剂和抗氧化剂的双重作用。研究对文冠果种皮黑色素作为着色剂的稳定性和抗氧化活性进行评价。结果表明,该黑色素在pH<4时发生部分沉淀,其溶液的颜色随着pH值的增大而逐渐加深。加热和光照对该黑色素具有增色效应... 天然黑色素兼具着色剂和抗氧化剂的双重作用。研究对文冠果种皮黑色素作为着色剂的稳定性和抗氧化活性进行评价。结果表明,该黑色素在pH<4时发生部分沉淀,其溶液的颜色随着pH值的增大而逐渐加深。加热和光照对该黑色素具有增色效应。氧化剂可使其褪色,而还原剂和蔗糖对其无明显影响。该色素对Al^(3+)、Ca^(2+)、Fe^(2+)、Fe^(3+)、Cu^(2+)和Zn^(2+)不稳定而对Na^+和Mg^(2+)稳定。文冠果种皮黑色素具有较强的抗氧化能力,其对·OH的清除率与2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)相当,高浓度下清除二苯代苦味酰基自由基能力强于BHT,还原能力高于BHT,但总抗氧化能力不及BHT。文冠果种皮黑色素是一种具有抗氧化功能的着色剂资源,可进一步开发利用。 展开更多

关键词 文冠果 种皮 黑色素 稳定性 抗氧化

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樟子松人工林自然更新过程中断的机制及可能调控途径 被引量：2

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作者 党宏忠 陈帅 +4 位作者 钟鹏 韩辉 张日升 张学利 石长春 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期158-167,共10页

樟子松是中国北方生态防护林的重要树种,其天然林主要分布于大兴安岭北坡和呼伦贝尔沙地一带,而引种营建的人工林则已遍布中国北方,成为“三北”工程建设的主要常绿乔木树种。樟子松天然林自然更新良好,但大部分樟子松人工固沙林自然更... 樟子松是中国北方生态防护林的重要树种,其天然林主要分布于大兴安岭北坡和呼伦贝尔沙地一带,而引种营建的人工林则已遍布中国北方,成为“三北”工程建设的主要常绿乔木树种。樟子松天然林自然更新良好,但大部分樟子松人工固沙林自然更新不良或失败,全球气候持续变化更加剧了其自然更新的不确定性,成为威胁三北工程行稳致远的重大隐患。本文梳理了有关樟子松及其原种欧洲赤松自然更新的国内外研究成果,分析了母树特征、生境特征和干扰等关键因子影响自然更新过程的效应与原理。基于与天然林更新过程的比较,划分了樟子松人工林自然更新的5个关键阶段,并明确了各阶段受非生物和生物类因子联合影响的机制。最后,针对改变林地的地下、地表和地上环境条件,分别提出了破土整地、地表火烧、伞护庇荫人工促进更新措施建议,对于推进“三北”工程区樟子松固沙林的世代更新具有积极意义。 展开更多

关键词 樟子松 人工林 自然更新 干旱 人工促进

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文冠果种皮黑色素的提取及其结构表征 被引量：7

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作者 石长春 肖建明 +3 位作者 戚建华 史社强 高荣 李剑 《食品工业科技》 CAS CSCD 北大核心 2018年第19期162-167,共6页

以NaOH溶液为提取溶剂,盐酸水解结合多种有机溶剂洗涤的方法,从文冠果种皮中提取纯化植物黑色素。研究了Na OH浓度、提取温度、提取时间以及液料比对提取效果的影响,并采用化学定性分析、紫外光谱、红外光谱和电子顺磁共振,对纯化文冠... 以NaOH溶液为提取溶剂,盐酸水解结合多种有机溶剂洗涤的方法,从文冠果种皮中提取纯化植物黑色素。研究了Na OH浓度、提取温度、提取时间以及液料比对提取效果的影响,并采用化学定性分析、紫外光谱、红外光谱和电子顺磁共振,对纯化文冠果种皮黑色素的结构及理化性质进行了研究。结果表明,适宜的提取工艺为:1 mol/L Na OH在50℃下提取2次,每次12 h,液料比15∶1 m L/g。在此条件下,黑色素粗提物得率为14.42%,进一步经过酸水解和有机溶剂洗涤,纯化黑色素得率为5.23%,纯化后400 nm处色价提高了21.0%。文冠果种皮黑色素在理化性质方面与合成多巴黑色素非常相似:不溶于水和一般有机溶剂,在1 mol/L KOH溶液中完全溶解,p H<3时发生沉淀,可被Na Cl O和H_2O_2氧化漂白,多酚定性反应呈阳性;在紫外-可见光区没有吸收峰,红外光谱中在3400 cm^(-1)附近和1650~1620 cm^(-1)各有一个强的吸收带,顺磁共振波谱为典型的单线一次微商波谱,无超精细结构。 展开更多

关键词 文冠果 种皮 黑色素 提取 结构

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白于山区不同植物群落土壤碳氮磷空间分布及化学计量特征 被引量：5

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作者 马雅莉 高荣 +10 位作者 刘喜东 肖建明 郭锦梅 齐昆 赵学庆 冯娜 张晨晨 李剑 杨涛 乔江波 石长春 《中南林业科技大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期116-125,共10页

【目的】以白于山区困难立地为例,探究不同植物群落的土壤碳氮磷空间分布及其生态化学计量特征的垂直分布规律,探明白于山区不同植物群落的土壤养分特征,为该区生态治理及植被恢复提供科学依据。【方法】以荒草地、苜蓿Medicago sativa... 【目的】以白于山区困难立地为例,探究不同植物群落的土壤碳氮磷空间分布及其生态化学计量特征的垂直分布规律,探明白于山区不同植物群落的土壤养分特征,为该区生态治理及植被恢复提供科学依据。【方法】以荒草地、苜蓿Medicago sativa草地、油松Pinus tabuliformis、大果榆Ulmus macrocarpa、沙棘Hippophae rhamnoides乔灌林地为研究对象,分析5种典型植物群落0~60 cm土层的土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及化学计量比特征的差异性。【结果】1)白于山区不同植物群落的土壤有机碳、全氮和全磷含量均随土层深度的增加而降低,具有表聚效应,表现出乔木林地(油松、大果榆)>灌木林地(沙棘)>草地(荒草地、苜蓿草地)的规律。2)植物群落类型及土层深度对土壤C、N、P含量及化学计量比均会产生一定影响,二者交互效应不显著,限制程度为植被群落>土层深度。3)土壤C、N、P、C/P、N/P远低于全国平均值,C/N均接近或高于我国陆地土壤和森林土壤的平均值,表明相对于其他元素来讲,土壤P元素相对充足,且该地区土壤有机碳固持能力较低,植物生长过程中更易受N元素限制。4)N与N/P,C与N/P、C/P的相关关系极显著(P<0.001),且C与N的相关关系极显著(P<0.001),P与各指标的相关系数较小,相关性较弱;不同土层下,N元素对PCA1轴的影响最大,说明研究区土壤主要受SOC与TN的双重影响,土壤N元素在N、P关系的调控中发挥关键作用的同时,C对N、P及其化学计量比值影响较大。【结论】相对于其他元素来讲,白于山区土壤P素相对充足,有机碳固持能力较低,且该地区土壤主要受C、N元素的双重影响,影响程度表现为N>C。 展开更多

关键词 白于山区 植被群落 土壤 碳氮磷 化学计量

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白于山区不同土层土壤密度的空间异质性 被引量：2

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作者 马雅莉 石长春 +6 位作者 高荣 李剑 马存平 张锡唐 张晨晨 刘喜东 乔江波 《东北林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期86-91,共6页

为了解黄土区丘陵沟壑区不同土层密度空间分布特征,以陕北白于山区为研究对象,研究不同土层土壤密度的空间分布特征及其影响因素。以灌木林地、乔木林地、宜林地、裸露地4种立地类型为例,根据坡位条件,结合气候、土壤、地形因子,揭示了... 为了解黄土区丘陵沟壑区不同土层密度空间分布特征,以陕北白于山区为研究对象,研究不同土层土壤密度的空间分布特征及其影响因素。以灌木林地、乔木林地、宜林地、裸露地4种立地类型为例,根据坡位条件,结合气候、土壤、地形因子,揭示了不同土层土壤密度的空间异质性,并利用传递函数方程进行模拟与预测。结果表明:不同土地利用方式时,土壤密度从大到小依次为裸露地(1.376 g·cm^(-3))、乔木林地(1.373 g·cm^(-3))、宜林地(1.360 g·cm^(-3))、灌木林地(1.332 g·cm^(-3)),以及坡下(1.385)、坡上(1.378)、坡中(1.323),且(0,10]cm土层密度具有较强的变异性。土壤密度的平均值在土壤表层(0,10]cm出现最低值,其空间变异系数由土壤表层向土壤深层呈递减趋势;冗余分析(RDA)表明,蒸发量、海拔、日照时间对土壤密度的影响最大;相关性分析表明,3个土层土壤密度与孔隙度均呈极显著负相关;主成分分析表明,蒸发量、土地利用类型、黏粒体积分数(<0.002 mm)、粉粒体积分数(0.02~0.002 mm)是影响土壤密度的主要因子;从传递函数方程模拟结果可以看出,白于山区土壤密度受到土地利用方式、土壤性质(孔隙度、黏粒体积分数、砂粒体积分数)、气候(蒸发量、年均降水量)等大尺度与小尺度因子的综合影响,受地形因子(海拔、坡度)影响较小,各土层土壤密度利用传递函数方程可得到较好的拟合,可用于白于山区复杂环境条件时区域尺度土壤密度空间分布的模拟与预测。 展开更多

关键词 白于山区 土壤密度 空间异质性 传递函数

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不同措施处理下樟子松人工林天然更新比较 被引量：4

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作者 马存平 石长春 +2 位作者 贾艳梅 马雅莉 刘世岐 《防护林科技》 2023年第4期4-6,共3页

针对榆林沙区樟子松人工林天然更新困难问题,开展了地面处理和幼苗越冬覆盖人工促进天然更新试验,结果表明:地面处理均能促进天然更新出苗,以“覆土+浇水”和“覆土+集水坑”促进天然更新出苗效果最好,出苗量分别为60 000和110 001株
... 针对榆林沙区樟子松人工林天然更新困难问题,开展了地面处理和幼苗越冬覆盖人工促进天然更新试验,结果表明:地面处理均能促进天然更新出苗,以“覆土+浇水”和“覆土+集水坑”促进天然更新出苗效果最好,出苗量分别为60 000和110 001株·hm^(-2);迎风坡条件下,越冬幼苗覆盖方法以“覆松针和覆盖土工布覆盖”为最高,分别为30.00%和34.62%;平坦覆土沙地条件下,除对照外,覆土、纱布+覆土的苗木保存率最高,分别达49.21%、31.25%。冬季长期积雪覆盖更利于天然更新苗的越冬保存。因此,冬季根据天气状况适时进行人工增雪,将有利于天然更新幼苗的越冬存活。 展开更多

关键词 樟子松 天然更新 越冬保存

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