浅谈细粒土承载比的影响因素和工程应用

文章结合在试验过程中发现的一些问题,着重研究了影响细粒土承载比(CBR)数值的主要因素.结合室内试验,从土的颗粒分析、塑性指数、矿物成分和试验操作对土的CBR值的影响进行了分析,并从工程应用上提出了一些看法和建议,为同行正确理解承载比(CBR)试验和应用提供了一些参考.     

R717气相和液相平均比定压热容的几种线性拟合比较

根据真实比热容随温度变化的趋势,通过R717的两相比热容和温度的数学模型,分别进行几种线性拟合,从而建立两相平均比定压热容随温度变化的直线关联式,并与文献数据进行对比,分析得出气相的最小面积法拟合的直线最大相对误差最小,液相的最小二乘法最大相对误差最小.     

一个可能的植物入侵机制: 入侵种通过改变入侵地土壤微生物群落影响本地种的生长

测定了紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)重度入侵地土壤(对照于轻度入侵地土壤)的pH, 有机质, N, P, K养分状况和细菌群落特征(Biolog EcoPlate^TM)的变化; 并通过紫茎泽兰的水浸提液处理土壤, 检测了紫茎泽兰对土壤细菌群落作用; 然后通过盆栽实验研究了土壤性质的改变对外来植物紫茎泽兰入侵过程的意义. 土壤性质分析结果表明, 2个样地间的土壤pH, 有机质, 全N, 全P和全K差异较小, 而重度入侵地土壤的NH₄⁺-N, NO₃^--N和有效性P, K比轻度入侵地显著地提高, 2个样地间的土壤细菌群落结构存在明显的差异; 紫茎泽兰水浸提液处理的轻度入侵地土壤在细菌功能群结构上与原土壤存在较大差异, 而与重度入侵地土壤具有很高的相似性. 盆栽实验结果表明, 当生长于重度入侵地土壤时, 紫茎泽兰和三叶鬼针草的生长不受影响, 但本地植物生长受到明显的抑制, 在用活性炭除去土壤中可能残留的紫茎泽兰化感物质后, 仍然表现出相同的规律. 在以上结果中, 土壤养分状况的差异无法解释生长于二种土壤上的本地植物生长的差异, 而土壤细菌群落特征在样地间的变化与本地植物的生长表现出明显的相关性, 暗示着改变土壤细菌群落可能是紫茎泽兰入侵过程的一个重要组成部分. 土壤微生物群落可能在外来植物与本地植物的关系中起到了重要的“桥梁”的作用, 外来植物可以通过改变重度入侵地土壤微生物群落结构阻碍本地植物的生长和更新.     

塔克拉玛干沙漠风沙土潜水极限蒸发强度的理论分析

潜水蒸发是塔克拉玛干沙漠地区浅层地下水的主要消耗项.潜水极限蒸发强度是在给定的土壤和潜水埋深条件下单位时间内土壤最大可能输送到地表的水量,是建立潜水蒸发计算模型的重要参数和控制条件.利用实测的土壤含水率和土壤水吸力数据,根据Van Genuchten提出的水分特征曲线公式,采用最小二乘法拟合了塔克拉玛干沙漠地区土壤的水分特征曲线方程.采用瞬时剖面法现场测定了非饱和土壤导水率,建立了该区非饱和土壤导水率的计算公式.在对非饱和土壤导水率的计算公式进行概化的基础上,根据非饱和土壤水稳定流理论,推导出计算潜水极限蒸发强度的准解析解.研究结果表明:采用Van Genuchten提出的水分特征曲线公式描述塔克拉玛干沙漠地区土壤水分特性,效果较好;潜水极限蒸发强度随潜水埋深的增大而呈幂函数关系递减.     

子午岭森林灰褐土保护有机碳的能力及各密度组分生化特征

物理保护是稳定土壤有机碳的主要方式之一, 为了理解在全球气候变化和碳循环中土壤作为碳汇(或碳源)所起的作用并正确管理土壤, 首先应该知道特定的土壤中有多少有机碳是被物理保护的. 通过密度分组和超声波技术将每个土样分为3个组分: 自由轻组、闭合组分和重组, 并分别分析每个组分的有机碳含量、碳水化合物含量和顽固性碳含量. 结果表明: (ⅰ) 整个土壤剖面上, 重组中的有机碳占明显优势, 自由轻组次之, 闭合组分中有机碳的分布最少, 说明土壤中大部分有机碳是受物理保护的. 随土壤深度增加, 自由轻组有机碳由25.27%下降为3.72%, 而重组有机碳由72.57%上升为95.39%, 闭合组分有机碳为2.16% ~0.89%. (ⅱ) 从顽固性指数看, 轻组碳和重组碳的顽固性是相似的, 甚至在土壤表层以下, 轻组碳的顽固性比重组碳的顽固性高, 说明轻组并非像经常定义的那样是最新鲜或很少被分解的组分, 并且在表层10 cm以下, 受物理保护的有机质, 其有机质质量也相对较高.     

基于分形的心电信号复杂度及其非线性动力学机制

体表心电图(electrocardiogram, ECG)信号是典型的非平稳谐和变频信号,属于非线性信号.传统的线性分析方法并不能很好地揭示ECG信号非线性本质.本研究采用多重分形理论,研究了大量样本同步十二导联心电图信号的奇异谱面积,经方差分析(analysis of variance, ANOVA)检验,该参数对所研究人群各导联均统计可分.结果显示,健康年轻人(healthy young, HY)十二导联ECG信号奇异谱面积的算术均值最大、离散度最小,而心梗(myocardial infraction, MI)患者十二导联ECG信号奇异谱面积算术均值最小、离散度最大,其他人群如心肌缺血(ischemia)患者、健康老年人(healthy old, HO)这两个值均处于中等大小水平.表明随着病变程度加深,心脏组织类分形结构受损或者发生结构改变,导致心电系统非线性动力学复杂程度降低,同时增加了心电信号传播的不规则性和各向异性.另外研究发现, ECG信号奇异谱面积在一定程度上反映了人体自主神经控制的强弱.随着年龄增长,奇异谱面积的十二导联均值逐渐减小,提示自主神经的自律控制功能逐渐减弱; ECG信号非线性复杂性下降,由多重分形趋向单重分形,意味着个体适应能力的降低.     

[Zn(bim)2]·(H2O)1.67: 具有方钠石拓扑结构的金属-有机敞开骨架

用液相扩散法合成了新颖的配位聚合物[Zn(bim)2]@ (H2O)1.67 (Hbim＝苯并咪唑, bim＝脱氢苯并咪唑), X射线单晶结构分析表明: 配合物以四连接、四面体型的[Zn(bim)4]2-为单元构筑成具有方钠石4264拓扑结构的三维网络. 其中每个方钠石的笼共有24个顶点, 为锌原子占据, 而每个笼内共有10个客体水分子(体积占有率约为18%).     

基于知识的垦利县土地利用-覆被遥感信息提取技术研究

针对黄河三角洲地区地物光谱特征混杂严重、土地利用/覆被遥感信息提取对目视解译依赖程度高的特点,文中以位于黄河入海口的垦利县为研究区,尝试将基于知识的遥感信息提取技术应用于该地区.通过对地物光谱特征的深入分析,建立了多个专题信息提取模型,辅助进行旱地、林草地、沙地、盐碱地、农村居民点、坑塘、河流等类型的信息提取,实现对遥感数据的深入挖掘;同时,依据经验知识以及土地利用现状信息、土壤信息等本底资料,建立了各用地类型提取规则,进行土地利用/覆被信息计算机自动提取.分类结果的精度评价表明在没有进行任何人为修正的情况下,该方法面积精度达到了81.8%,空间精度为84.5%,实现了该地区快速和较高精度的计算机自动分类,取得了理想的研究结果.该方法可为其他光谱特征混淆严重地区进行遥感信息提取提供借鉴和参考.     

北方地区MODIS和MISR与AERONET气溶胶光学厚度的比较及其时空分布分析

通过对比2006～2009年,搭载在Terra卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)和多角度成像光谱仪(MISR)传感器与我国北方4个地面AERONET站点观测的气溶胶光学厚度AOD(aerosol optical depth),发现在SACOL站和北京站,MISR反演的气溶胶光学厚度优于MODIS;在香河站和兴隆站,MODIS反演的气溶胶光学厚度优于MISR.总体上,MISR反演的Angstrom值与地面观测相对误差为14%,而MODIS反演结果的相对误差为30%.因而在气溶胶辐射强迫研究中,使用MISR反演的Angstrom值来计算不同波段的气溶胶光学厚度,得到的结果误差较小.同时,利用卫星观测分析了我国大部分地区AOD季节平均分布特征:主要有两个高值区,分别是塔克拉玛干沙漠和华北南部以及华东北部地区.高值区位置随四季变化不明显,但在量值上有明显的季节变化.塔里木盆地春季AOD值最大,华北南部以及华东北部AOD值在夏季最大.MODIS和MISR Angstrom指数分布均表明,春季塔克拉玛干沙漠的气溶胶粒子半径最大;夏季两个高值区的气溶胶粒径达到最小.     

青藏高原三江源地区高寒草甸土反硝化细菌多样性的初步研究

应用PCR-RFLP和测序分析首次对青藏高原腹地三江源自然保护区高寒草甸土壤反硝化细菌基因(nirK和nosZ)的多样性和系统发育进行了探讨. 研究选用了4个海拔在4600 m以上的高寒草甸样地, 主成分分析表明样地间具有不同的理化性状. 经过PCR-RFLP分析, 在4个样品中分别获得253个nirK基因克隆和283个nosZ基因克隆, 其中nirK基因具有78个可操作分类单元(OTUs), nosZ基因具有120个OTUs. 环境因子分析表明, 海拔高度和土壤C/N比可能是影响土壤反硝化细菌的重要因素. 本研究还选取了36个nirK克隆和17个nosZ克隆进行部分基因测序分析, DNAMAN比较表明, nirK和nosZ基因序列间分别具有69%~98%和57%~97%的相似性. 在系统发育树中, 序列都可以分为4个不同的簇, 部分测定的基因序列与属于Proteobacteria的3个系统发育亚簇(α, β和γ)的已知反硝化细菌具有一定的亲缘关系, 另外一些序列与非培养细菌具有较近的亲缘关系.     

面向可持续发展目标的中国红树林近50年变化分析

红树林作为独特的海陆过渡湿地,具有极高的生态系统服务价值.红树林的保护、管理和恢复与多项联合国可持续发展目标(Sustainable Development Goals, SDGs)密切相关.然而,迄今还没有面向SDGs的中国红树林时空变化分析.本研究利用Landsat系列卫星数据和面向对象分析方法解译1973～2020年中国红树林生长区的土地覆被,得出近50年红树林及其与周边土地覆被类型的时空变化和相互转化.结合红树林的保护和恢复等政策,探讨SDGs在中国红树林方面的实施进展.结果表明:由于农田和养殖池扩张等因素, 1973～2000年中国红树林面积减少30199ha(1 ha=1×104m2)(约占1973年的62%); 2000～2020年,由于中国政府的大力保护和造林,全国新增红树林9408 ha,红树林总面积基本恢复到1980年的水平; 1973～2020年,中国滨海一直生长有红树林的陆表面积为8657 ha,仅占1973年红树林总面积的18%.从SDGs元年(2015年)到目标完成年(2020年),中国沿海新增25%的红树林;截至2020年9月,中国红树林保护区面积占生长区的16%, 77%的红树林得到良好的保护,国家级经济特区中实施基于生态系统管理措施的比例达80%.近年来,中国政府颁布了一系列的法律、法规和行动计划以达到停止毁林、恢复红树林的目的,中国红树林的保护和恢复已基本达到了相关SDGs的规定.本工作的研究方法、数据集和结论可为监测和评估中国乃至全球落实可持续发展议程提供方法借鉴和数据基础.     

[Zn(bim)2]·(H)2O)1.67: 具有方钠石拓扑结构的金属-有机敞开骨架

用液相扩散法合成了新颖的配位聚合物[Zn(bim)₂]· (H₂O)_1.67 (Hbim=苯并咪唑, bim=脱氢苯并咪唑), X射线单晶结构分析表明: 配合物以四连接、四面体型的[Zn(bim)₄]^2-为单元构筑成具有方钠石4²6⁴拓扑结构的三维网络. 其中每个方钠石的笼共有24个顶点, 为锌原子占据, 而每个笼内共有10个客体水分子(体积占有率约为18%).     

非等速率自缩合乙烯基聚合反应的动力学模型

按照聚合反应动力学理论, 以B*基团转化率为参数, 导出了考虑到非等速率修正后的自缩合乙烯基聚合反应(SCVP)所生成的超支化聚合物的分布函数, 建立了确定分布函数二次矩的微分方程组. 产物的支化度可以通过A*与B*基团反应速率比(r)和A基团转化率(x)两个参数进行调整, 对一个确定的x, 为了得到最大的支化度, 需要一个与x有关的特定r值. x值较小时, 需要的r值很大, 随着x的增加, 需要的r值迅速变小. 反应终了时, 选择r = 2.59可以得到一个最大的支化度0.5.     

水稻土中微生物的砷转化基因多样性研究取得新进展

<正>最近,中国科学院生态环境研究中心、城市与区域生态国家重点实验室朱永官课题组采用实时定量PCR(qPCR)、末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)、以及构建克隆文库分析的方法,研究了采自于中国南方13个水稻田土壤样品中微生物的砷转化基因的丰度和多样性,证实砷氧化基因(aioA)、砷呼吸还原基因(arrA)、砷解毒还原基因(arsC)和砷甲基化基因(arsM)广泛地存在于水稻土中.     

基于环境危险要素的中国霍乱分区预测

霍乱的发生与流行受降水量、气温、高程等多种气候地理环境要素的影响.本文利用最大熵生态位模型,基于地理、气候环境要素对中国霍乱弧菌的适生度进行分析,并根据适生度分布图选取合适的阈值对中国发病风险进行分区预测.结果表明,中国东南部沿海地区、中部地区及西部四川盆地的霍乱弧菌适生度相对较高,而东北和西北部地区的霍乱弧菌适生度较低,在西北部地区,新疆盆地的霍乱弧菌适生度要比周边地区略高.降水量、气温、高程是影响我国霍乱分布的3个主要环境危险要素;相对湿度、与海洋的距离和气压对霍乱分布也有一定的影响,但日照时数及河网密度对其影响不大.利用ROC曲线对预测模型进行评价,训练样本和测试数据的曲线下面积值在0.9以上,表明模型预测结果具有较高的精度.     

华南酸性低磷土壤中大豆根瘤菌高效株系的发现及应用

在大豆栽培历史不同的酸性缺磷土壤上, 从磷效率不同的两个大豆品系的根瘤中分离纯化出12株根瘤菌菌株. 16S rDNA测序分析结果表明, 分离纯化出的12株根瘤菌菌株为慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)属的慢生根瘤菌菌株, 与对照大豆慢生型根瘤菌(Bradyrhizboium japonicum) USDA110菌株相比, 具有较高的固氮酶活性. 选取其中固氮酶活性最高的3株根瘤菌株系混合制成的根瘤菌菌剂, 在华南地区典型的酸性缺磷土壤上进行田间实验, 结果表明, 不接种根瘤菌, 3个供试大豆品系完全不能结瘤; 接种根瘤菌后, 供试大豆品系的结瘤率为100%, 不仅能形成较多根瘤, 而且能显著提高大豆地上部生物量和产量, 改善植株氮、磷营养状况. 其中, 大豆品种华春3号的地上部干重、氮和磷含量分别比不接种提高了154.3%, 152.4%和163.2%. 研究结果表明, 本研究在华南酸性缺磷土壤中发现了土著的高效根瘤菌株系, 这些株系具有宿主范围广、高效结瘤、固氮效率高和耐酸、耐低磷的特点, 对华南地区酸性缺磷土壤具有较好的适应性; 土壤环境、宿主类型是筛选高效根瘤菌株系需考虑的关键因素, 综合选择不同酸度范围土壤、不同磷效率大豆品种可提高获得高效根瘤菌株系的几率; 增加氮营养、促进根系生长是酸性缺磷土壤上接种高效根瘤菌增加大豆磷吸收的可能机理; 在酸性缺磷土壤上接种高效根瘤菌, 能显著促进大豆生长、改善大豆氮、磷营养状况, 是提高该地区大豆种植水平、发展大豆生产的有效途径. 因此, 在实际生产中大力推广豆科作物接种高效根瘤菌技术具有重要的经济、环境和生态效益.     

海岛棉EST-SSR引物的开发与应用研究

现有的棉花EST-SSR引物大都开发于中棉和陆地棉, 尚没有海岛棉EST-SSR开发研究的报道. 本研究从实验室构建的海岛棉纤维发育的cDNA文库中先取98条EST序列设计了119对EST-SSR引物. 在这些SSR中, 三核苷酸重复基序AAG含量最为丰富, 达11.76%. 用36份材料(13份A基因组二倍体材料, 11份D基因组二倍体材料和12份AD基因组异源四倍体材料)评价新EST-SSR引物, 119对引物中有76对成功扩增, 共产生313条多态性条带, 平均每对引物产生4.11条. 这些引物的多态性信息含量(PIC)变化在0.17~0.95之间, 平均0.53. 根据Jaccard’s遗传相似系数对所用36份材料进行了聚类分析, 聚类结果为3大类, 分别为A基因组材料、D基因组材料和AD基因组材料. 此外, 有21对引物在本实验室的种间回交群体((鄂棉22 × Pima3-79) × 鄂棉22) DNA中表现多态性扩增, 产生24个多态性位点, 其中22个被锚定于该遗传连锁图的12条染色体. 本研究不仅详细地概括了这批新的EST-SSR引物的特征, 而且有力地证明了其在遗传多样性分析及遗传连锁图构建方面的应用价值.     

碳氮添加对不同湿润程度的温带森林土壤氧化亚氮排放影响

采用室内土柱培养的方法,研究不同湿润程度(55%和80%WFPS)条件下外源碳(葡萄糖,6.4 g C m·2)和两种形态氮(NH4Cl和KNO3,4.5 g N m-2)的添加对温带成熟阔叶红松混交林和次生白桦林土壤氧化亚氮(N2O)排放量的影响.研究结果表明:除了高湿润程度单施NH4Cl的白桦林土壤外,湿润程度增加以及外源碳和氮添加均能显著促进两种林分土壤N2O排放量,并存在两两交互作用.葡萄糖添加使阔叶红松混交林和白桦林土壤在整个培养期内N2O累积排放量分别增加0.53~2.67和4.70~29.32 mg N2O-N m-2,尤其是高湿润程度和白桦林土壤更为明显;同时伴有葡萄糖添加后两种林分土壤矿质氮含量显著减少,特别是高湿润条件下白桦林土壤水浸提NO3-含量降低幅度更大.这说明了白桦林土壤N2O释放量对外源碳添加的激发效应更敏感,并随土壤湿度增加而加剧.低湿润条件下,培养初期外源氮添加显著抑制葡萄糖对土壤N2O排放量的促进作用,之后随着氮形态和林分类型而发生变化;高湿润条件下,外源氮添加显著增强葡萄糖对土壤N2O排放量的促进作用,且硝态氮强于铵态氮(P0.05).葡萄糖添加能增加两种林分土壤微生物碳含量和微生物碳/氮比(P0.05),显示可能改变土壤微生物群落结构.两种形态氮的添加均能增加两种林分土壤水和K2SO4浸提的溶解性有机氮(DON)含量,尤其是阔叶红松混交林土壤(P0.05),但两种形态氮之间无差异.多元线性逐步回归分析显示,实验条件下白桦林土壤N2O累积排放量受到WFPS、水浸提NH4+-N和水浸提DON含量及微生物碳/氮比的影响,共同解释其61%的变化,其中水浸提DON含量贡献率最大;阔叶红松混交林土壤N2O累积排放量受到WFPS、水浸提NH4+-N和微生物碳含量的影响,共同解释其50%的变化,其中水浸提NH4+-N含量贡献率最大.上述结果显示,加湿对森林土壤N2O排放量的增加与土壤活性氮含量、湿润程度和微生物量有关.     

土壤含水层处理对溶解性有机物及三卤甲烷前体物的去除

在实验室通过模拟土壤含水层处理(SAT)的土壤柱系统研究了SAT对二级处理出水中溶解性有机物(DOM)及三卤甲烷前体物的去除情况. SAT对溶解性有机碳(DOC)、UV-254表征的有机物、可生物降解溶解性有机碳(BDOC)和非生物降解溶解性有机碳(NBDOC)的去除率分别为72.35%, 53.98%, 97.49%和35.33%. 利用XAD树脂将二级处理出水中的DOM分为3个部分: 疏水性有机酸(HPO-A)、过渡亲水性有机酸(TPI-A)和亲水性有机物(HPI). SAT对HPO-A, TPI-A和HPI的去除率分别为61.06%, 54.86%和74.95%. SAT对这3种DOM组分的三卤甲烷生成势(THMFP) 的去除率分别为27.24%, 26.24%和36.08%. 核磁共振氢谱(1H-NMR)结果表明, 在二级处理出水中, HPO-A比TPI-A含有更多的芳香族官能团. 红外光谱(FT-IR)结果表明, 经SAT处理后, TPI-A中碳氢化合物的相对含量降低, 而芳香族化合物的相对含量升高. 各DOM组分在波长254 nm处的紫外吸收与DOC的比值(SUVA)和三卤甲烷生成活性(Specific THMFP)在SAT中均升高, 其中HPI的SUVA和Specific THMFP升高的幅度最大. 由于较高的含量和较高的Specific THMFP, HPO-A是在加氯消毒过程中生成三卤甲烷的主要前体物.     

土壤碳酸盐是一个重要的大气CO2 汇吗?

风化碳汇概念被提出至今已有18 年(Berner, 1992). 而今, 我们可以用最新的数据对其地质含义进行重新评估. 近来, Ryskov 等人以碳同位素的分析数据为基础认为: 在过去5000 年干旱时期的成土过程中, 俄罗斯的土壤以土壤碳酸盐的形式将大气中的CO₂ 固定下来, 其中黑钙土的固碳速率为2.2 kg C m^-2 a^-1、深栗钙土为1.13 kg C m^-2 a^-1、浅栗钙土为0.86 kg C m^-2 a^-1. 然而, 他们对数据的解释却是间接而缺乏说服力的, 因此, 其观点很可能误导读者. Dart 等人则持有相反的观点, 他们的研究表明, 澳大利亚风化层碳酸盐形成并没有吸收任何额外的CO₂, 而仅是在库与库之间进行简单迁移的结果. 本文从以下两个问题对上述观点及其解释进行评述: (1) 土壤碳酸盐的成因: 硅酸盐风化和碳酸盐风化的比较; (2) 用碳同位素示踪土壤碳酸盐来源存在的问题. 得出的结论是: 土壤碳酸盐可能根本不是一个重要的大气CO₂ 汇, 也即是说, 碳酸盐风化成因的土壤碳酸盐没有吸收任何额外的CO₂; 另一方面, 由于硅酸盐风化过程相当缓慢, 其形成的土壤碳酸盐在短时间尺度内对大气CO₂ 汇的能力很弱.