我国低温冷冻害的发生规律分析

本研究简要介绍了低温冷冻害的类型及影响,重点分析了我国冷冻害的时空格局,探讨了全国范围内冷冻害的发生情况.我国受低温冷冻害影响的范围非常广,其中东北和黄淮海地区是影响最大的两个区域,并且近十几年来我国黄淮平原及华中部分地区有加重趋势.云南和广东等华南和西南地区也经常出现不同程度的冷害.个别年份强度非常大.近20年来,我国低温冷冻害经历了减弱-增强-减弱的过程.1992～1999年是冷冻害影响最严重的时段,其中1998年全国总受灾面积867万hm-2,仅江苏、安徽两省就超过了500万hm-2.2000年及以后的几年强度有所降低,但平均每年的受灾面积仍高于370万hm-2.1986～1991年、1992～1999年、2000～2005年3个时段内各省区冷冻害发展变化趋势的分析表明,我国大部分省区冷冻害强度在不断加大,其中有8个省区年平均受灾面积上升辐度超过lO万hm-2.     

化学调控技术的防霜应用研究

应用不同类型化学制剂促进作物早熟缩短生育期、防霜减灾试验表明 ,利用化学制剂调节作物发育速度 ,有一定的促早熟避霜冻作用 ,且有一定矮化植株和提高产量的作用     

梯形渠道砼衬砌冻胀破坏的力学模型研究

通过对梯形渠道砼衬砌冻胀破坏机理的分析,指出了渠坡衬砌板的计算简图为在法向冻结力、切向冻结力、法向冻胀力及衬砌板约束力作用下的两端简支梁;渠底衬砌板和两衬砌板都属压弯组合变形构件。提出了梯形渠道砼衬砌冻胀破坏的力学模型,并解出了渠坡衬砌板、渠底衬砌板控制内力及最大拉应力计算公式,结合砼板抗裂条件给出了冻胀力、胀裂部位、冻胀抗裂衬砌板厚度及抗冻胀破坏验算的一系列计算方法。指出了衬砌板上除重力以外的各种冻结力、冻胀力及相互约束力的大小及方向都是相互依存,最终都可以表达为最大切向冻结力的函数,而最大冻结力则是反映土质、负温及水分状况的综合指标,只要根据经验或实验确定了最大冻结力,力学模型就可求解。工程计算表明该模型是安全合理、简单实用的。     

梯形渠道衬砌冻胀破坏弹性地基板模型

为探讨开放系统中梯形混凝土衬砌渠道的冻胀问题,根据衬砌板与冻土地基的相互关系,采用 Winkler弹性地基板理论建立了考虑冻胀力和冻结力作用的衬砌板冻胀破坏力学模型,使用解析法得到了衬砌板变形和内力解,对不同地下水埋深、衬砌板几何参数的影响规律进行了分析。通过与已有现场观测值和计算值进行对比,验证了弹性地基板理论计算结果的正确性。研究结果表明：坡板在非均匀分布的冻胀力作用下,挠度、弯矩和剪力也表现为非均匀分布,挠度最大值在坡顶距坡脚2/3处,弯矩最大值靠近底板位置,拉应力分布与内力分布规律一致,与已有研究结果吻合。与梁理论相比,板理论计算结果表明衬砌板的挠度和内力沿板宽方向为非均匀分布,挠度和弯矩在自由边界（纵向伸缩缝）处增大,扭矩主要分布在衬砌板的拐角处。切向冻结力对渠道冻胀影响较小,在原渠道工况下,不考虑切向冻结力与考虑最大切向冻结力之间,最大挠度相差0.7 mm。针对不同地下水位的渠道,给出了衬砌板的安全厚度,可为现浇混凝土梯形渠道的抗冻胀设计提供参考和理论依据。     

考虑地下水位影响的现浇混凝土梯形渠道冻胀破坏力学分析

地下水的补给与迁移是高地下水位渠道的冻胀破坏的主要影响因素。该文提出了一种考虑地下水位影响的梯形渠道衬砌冻胀力分布计算方法,推导出地下水位影响的渠道基土冻胀强度和冻结深度分布的计算公式,并得到现浇混凝土衬砌的截面最大弯矩和最易破坏截面位置的解析表达式。从整体与局部2个方面定量分析梯形渠道衬砌冻胀力分布的不均匀性,为渠道的抗冻性能评价和断面优化提供了定量指标,结果表明:渠深越浅,坡板倾角越小,冻胀力分布越均匀,越不易发生破坏,揭示了宽浅式梯形渠道抗冻性能良好的原因。以塔里木灌区某梯形渠道为原型,对不同地下水埋深的渠道冻胀特征和受力进行了分析,并与观测资料进行了对比,其中基土冻深的计算值与观测值之间的最大相对误差为3.5%,估算最大弯矩所在截面的位置为距离坡顶63.9%坡板长处,与灌区实地调查结果基本相符,表明了方法的实用性和合理性。最后,对高地下水位梯形渠道的冻害机理进行了分析,该研究可为高地下水位现浇混凝土梯形渠道衬砌的抗冻设计和相关研究提供参考。     

基于弹性薄层接触模型研究衬砌渠道双膜防冻胀布设

渠道衬砌下双膜防渗层可解除渠基土冻结力,释放衬砌结构位移以适应不均匀冻胀,但会影响衬砌结构的刚度与稳定性。为研究最佳双膜防渗层布设形式及其适应性,考虑双膜防渗层接触本构及衬砌结构与渠基土的相互作用,依据基土水热力三场耦合理论建立了寒区衬砌渠道的冻胀模型,通过数值模拟仿真分析了不同断面及不同双膜防渗层布设形式的弧底梯形渠道衬砌的冻胀受力与变位。结果表明:宽浅断面渠道采用双膜衬砌结构时,膜间摩擦力过小造成刚度和稳定性严重降低以及衬砌拉应力增加。适当的膜间摩擦力可以解除部分冻结约束,调整局部不均匀冻胀,而且发挥弧底反拱作用不产生拉应力。采用PE膜与无纺布作为层间接触的双膜衬砌结构,冻胀位移方差减小25%,同时整体位移增加不超过0.2 cm,削减冻胀应力50%以上。在不显著降低结构整体稳定性前提下,其整体刚度和结构强度提高程度最大,故同时适用于窄深渠道和宽浅渠道。研究为寒区衬砌渠道中双膜防渗层的合理布设提供科学依据。     

不同基因型小麦冻害无人机遥感高通量表型

为了实现田间条件下小麦抗冻性状相关的数量性状基因座(quantitative trait locus, QTL)分析,该研究针对4个试验地491份小麦核心种质资源的抗冻性状,基于无人机多光谱遥感提出了一种高通量表型方法。首先通过光谱植被指数对小麦抗冻性状进行评估,基于机器学习分类算法使用16个光谱植被指数特征构建了小麦冻害评价模型,并完成了光谱特征相关性分析及对评价模型的贡献率分析。对比随机森林（random forests,RF）、分布式梯度增强（extreme gradient boosting,XGBoost）、梯度提升决策树（gradient boosting decision tree,GBDT）及支持向量机（support vector machine,SVM）算法建立的小麦冻害等级评价模型,结果表明,使用XGBoost建立的评价模型准确率最高,达67.94%;16个光谱特征相关性及其对评价模型的贡献率分析表明,简化冠层叶绿素含量指数（simplified canopy chlorophyii content index, SCCCI）对小麦抗冻表型鉴定的贡献率最大。其次,使用SCCCI作为小麦抗冻表型,结合通过全基因组关联分析检测小麦抗冻相关QTL,检测到3个已被证明与抗冻性状相关的QTL,证明了基于无人机获取的光谱特征可以作为小麦抗冻表型定性定量分析指标,可提供小麦抗冻性状遗传解析必需的表型信息。小麦冻害的无人机遥感高通量表型方法的提出促进了小麦抗冻基因功能解锁。     

埋深与形状对土中结构自由冻拔的影响

冻拔破坏是季节性冻土地区土中结构常见的破坏形式。为了探明季节性冻土地区土中结构冻拔位移与结构埋深、结构截面形状的关系,利用挤塑保温板加工成长度不等的圆柱体与长方体,埋置于室外冻胀土中,模拟土中结构,开展一个冻融周期的室外自由冻胀试验。观测气温、地温、冻深及土体、圆柱体、长方体的冻拔位移等参数,对比试件的冻胀位移,分析自由冻拔的影响因素。结果表明：当埋深小于临界埋深时,一个冻融周期后2种截面的残余冻胀位移均随埋深增加而快速增大,而当埋深大于临界埋深时,残余冻胀位移随埋深增加无明显变化;埋深相同的长方体与圆柱体的残余冻胀位移相对差均值为10%,考虑到试验过程中其它偶然因素的影响,截面形状对土中结构的自由冻拔无明显影响。     

三板拼接式小型U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型

研究土体冻胀对渠道混凝土衬砌结构的影响,对于保障季节性冻土地区渠道输水效率具有重要意义。以三板拼接式小型U形渠道混凝土衬砌结构为对象,研究其在冻胀作用下的受力状态。依据叠加原理将冻胀视为重力、切向冻结力、法向冻结力及法向冻胀力的共同作用,利用结构整体及局部的平衡关系,根据渠道的结构型式、破坏特征及原型观测结果,建立了衬砌结构的冻胀破坏力学模型,给出了便于设计应用的计算公式。对野外观测中的某渠道各部位内力计算结果表明,三板拼接式小型U形渠道混凝土衬砌结构以压弯为主,与实际破坏特征相吻合。刚性接缝处承受较大的轴力和剪力,是结构受力的薄弱位置。为减轻冻胀破坏程度,进一步建议衬砌板直线段倾角α在[22,26]度间取值,坡板弧段圆心角θ略大于U形渠底圆心半角,法向冻结力的合力作用点为从渠顶沿直线段向下2/3处。研究结果可以为季冻区三拼式小型U形混凝土衬砌渠道的设计提供参考依据。     

果园防霜机模糊控制系统设计及防霜效果试验

为预防果树霜冻害,提高果园管理水平,该文设计了一台基于模糊控制策略的果园防霜机。利用STM32微控制器和触摸屏开发了防霜自动化控制系统,通过无线射频网络进行环境信息采集,设计了回转平台的摆头速度变频控制系统,实现不同摆头速度的360°往复运动。防霜机有效工作半径为5～48m,最大保护面积约7150m2。试验结果表明,防霜机摆头速度和防霜机的距离对温度和风速有交互作用,在模糊控制条件下,平均温度和风速的下降量小于常规控制条件的下降量。在试验期间,应用模糊控制和常规控制的平均温升均分别是3.1和2.8℃,模糊控制和常规控制下的苹果树芽孢受冻率分别是5.6%和11.6%,模糊控制的防霜机运行时间节省21.1%。结果说明该防霜机可以实现防霜智能控制,运行模糊控制策略后,防霜效果好于常规控制,并且运行时间相对较短。     

不同防冻措施茶园茶汤滋味差异的电子舌检测

为探讨轻度“倒春寒”对不同防护措施下3种茶园蒸青茶样的茶汤滋味影响,遂选品种和管理措施一致的安装防霜扇的茶园、松树林围绕的茶园以及未设防护措施的普通茶园,用电子舌综合评价3种茶园茶汤滋味、高效液相色谱检测茶汤游离氨基酸组分及含量。结果表明：基于电子舌检测数据的主成分分析、软独立建模分析和聚类分析结果揭示了普通茶园的茶汤滋味与防霜扇茶园和林间茶园的差异显著（P<0.05）;从9种茶样中皆检测出18种氨基酸,游离氨基酸质量分数介于19.691～30.947 mg/g 之间,茶氨酸含量占游离氨基酸含量的55.1%～70.5%;随着3种茶园气温的降低,游离氨基酸含量和茶氨酸含量呈升高趋势,3种鲜味氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸、茶氨酸）、5种甜味氨基酸（脯氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苏氨酸、丝氨酸）和5种苦味氨基酸（异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、缬氨酸）共占游离氨基酸含量在防霜扇茶园和林间茶园中分别出现升高、降低和降低趋势,而在普通茶园中变化与之不同。分析认为：轻度“倒春寒”可导致无防护措施的普通茶园茶叶滋味劣变,林间茶园能够减轻冻害,防霜扇作为防护手段不仅可以减免冻害,还可避免茶叶滋味品质下降。该研究结果为后续深入研究不同防护措施茶园茶叶品质提供参考。     

Potassium nutrition and frost tolerance of potato genotypes

Six potato genotypes were tested to evaluate the effect of K nutrition on frost tolerance by measuring electrolyte leakage from leaves exposed to various freezing temperatures. Potato genotypes were selected through the known range of low temperature survival tolerance within tuber‐bearing Solanum species. An experiment was conducted using a soil high in K; and then nutrient solution experiments were conducted in the open environments of La Molina. Commercial K fertilizers, at different levels, were unable to increase significantly the frost tolerance in a common potato cultivar grown in a soil high in K. In nutrient solutions experiments, with plants grown without any hardening process, we found that there is a genetically related capacity to respond through K nutrition to increase frost tolerance among potatoes. The common commercial potato, S. tuberosum, did not change significantly its freezing sensitivity when K nutrition was varied. But S. curtilobum, which is grown by low income farmers in the Titicaca Lake area of Bolivia and Peru, especially reduced its sensitivity to frost tolerance when submitted to K deficiency by as much as 1.5 to 2°C. Leaf free proline does not accumulate as a result of K deficiency but all the K deficient plants had lower amounts of free proline. The K deficient plants also showed a lower induced nitrate reductase activity.     

几个甘蔗新品种的抗旱性和抗寒性比较研究

以G11为对照，通过电导率极值、束缚水／自由水之比、脯氨酸、丙二醛等生理生化指标对来自台湾、美国、日本以及广西自育的7个甘蔗新品种进行抗旱性和抗寒性比较研究。结果表明：T20和T22抗旱性最强，T23、T16、G17、G11抗旱性中等，CP80／1827、NL8抗旱性最弱；G17、T16、T20及对照种G11抗寒性较强，T22抗寒性中等，其它品种抗寒性较弱。     

Enhancement of salinity tolerance in tomato: Implications of potassium and calcium in flowering and yield

Abstract

Five tomato (Lycopersicon esculentum Mill) cultivars were grown in sand nutrient culture experiment in a greenhouse to investigate the effects of salinity on growth and yield. Nutrient solutions were made saline with 50 mM NaCl (EC = 5.5 mS/cm or supplemented with 2 mM KNO₃ (EC = 6.8), 20 mM Ca(NO₃)₂ (EC = 7.5), and combination of potassium (K) and calcium (Ca) (EC = 8.0). Seedlings were irrigated with saline treatments commencing two weeks after transplanting. Determination of sodium (Na) and K in tomato leaves and fruits were by flame photometry. Accumulation of Na in tomato fruits was higher than in leaves under control or saline conditions for all tomato cultivars. The amount of K in the tomato leaves was higher in control than in saline‐grown plants. Addition of K and Ca to the nutrient solution resulted in a 3 to 7 fold increase in K accumulation in all cultivars tested. Stem and leaf growth were significantly reduced with salinity but growth was enhanced following irrigation when K was added to the nutrient solution. Flowering and fruit set were adversely affected by NaCl stress. Reduction of flower number was 44% relative to the control plants. Fresh fruit yield decreased by 78% when plants received 50 mM NaCl. Growth and development of tomatoes under saline conditions was enhanced in this study following the application of K to the saline nutrient solution. Amelioration in growth was also achieved when Ca was used but to a lesser extent. Our results suggest that ion accumulation and regulation of K and Ca contribute to salt tolerance and growth enhancement.     

混凝土预制板衬砌梯形断面渠道的冻胀破坏受力分析

为了探讨寒区混凝土预制板衬砌渠道的受力问题,该文经过大量的野外实地调查研究,总结了寒区混凝土预制板衬砌梯形渠道通常发生的冻害形式,同时分析了该衬砌结构发生冻胀破坏的机理。在此基础上,通过合理假设并运用力学基本理论提出了衬砌结构受冻胀破坏的力学模型,推导出渠坡衬砌板、渠底衬砌板最大内力计算公式,只要根据有关规范或试验确定了最大冻结力,混凝土预制板的内力即可求解;在理论推导的基础上,结合工程实践给出了判断衬砌结构发生冻胀破坏的3个准则。该研究可为今后的工程设计提供一定的理论依据。     

刚性衬砌渠道不同纵缝削减冻胀效果的数值模拟

为了探明刚性衬砌渠道设置不同纵缝削减冻胀的机理及量化影响规律,提出削减冻胀的有效工程措施,该文利用有限元软件ADINA对坡脚处、1/3坡高处、宽底板的中心处分别设纵缝和不设纵缝的刚性衬砌渠道冻胀过程进行数值模拟,分析了温度场、变形场及应力场,特别研究了衬砌板的冻胀变形及其法向和切向冻胀力分布规律。通过对比分析表明：合理设置纵缝不仅能降低最大冻胀量61%,最大法向冻胀力45%,最大切向冻胀力32%,而且可使冻胀分布更加均匀,显著削减刚性衬砌渠道的冻胀破坏;削减冻胀的显著性依次是1/3坡高处设纵缝、坡脚处设纵缝、不设纵缝;但针对坡板较短、底板较宽情况在坡脚及底板中心处都设纵缝效果最好,降低最大冻胀量67%,最大法向冻胀力59%,最大切向冻胀力45%;数值模拟结果与工程实践基本一致。研究结果表明渠道冻胀的有限元数值模拟能够为季节冻土区渠道工程设计及力学计算提供参考和科学依据。     

考虑冻土双向冻胀与衬砌板冻缩的大型渠道冻胀力学模型

由于大型渠道断面大、渠坡长,渠基冻土沿坡长方向的切向冻胀及衬砌板的冻缩变形不可忽略,该文把大型渠道衬砌板的冻胀破坏视为两者共同作用的结果,结合冻土的Winkler弹性地基假设,并考虑冻土冻胀变形的双向冻胀差异,提出一种开放系统梯形渠道衬砌板法向和切向冻胀力的计算方法及内力计算公式。基于弹性地基理论推导了衬砌板的冻缩应力表达式,并由迭加原理提出大型混凝土梯形渠道衬砌板的抗裂验算方法。以甘肃靖会灌区某梯形渠道为原型,分析了衬砌板各截面内力和冻缩应力的分布规律,进而确定了各截面最大拉应力的分布规律及危险截面位置。对综合考虑冻土双向冻胀和衬砌板冻缩及仅考虑法向冻胀的2种情形进行对比分析表明,基于前者的衬砌板最大拉应力为2.134 MPa,而基于后者计算的相应值仅为1.494 MPa,与前者相比偏小、偏不安全。因此,在大型渠道的抗冻胀设计中建议综合考虑冻土双向冻胀和衬砌板冻缩变形的影响。     

考虑基土不均匀冻胀的梯形渠道混凝土衬砌弹性地基梁力学模型

为了探究寒区高地下水位引起基土和衬砌板耦合非均匀变形对梯形渠道衬砌内力变化影响规律,该研究在前期提出的弹性地基梁模型基础上,将衬砌板与基土相互作用效应分解为基土不均匀自由冻胀位移、衬砌板受到冻土反作用产生的位移和边坡衬砌板坡脚约束产生的相对转动位移,从而建立了满足两端变形协调的弹性地基梁模型。以甘肃省高液限土壤,地下水位5 m地区的边坡系数为1的渠道为例,探究不同边坡衬砌板长度和不均匀冻胀基土之间的相互作用。结果表明,边坡衬砌板长度每增加1m,冻胀反力最大值增大142%,弯矩最大值平均增大223%,弯矩最大值点会从原来的距坡脚1/3左右处向坡脚偏移。以边坡衬砌板长度为4 m为例,探究了基土均匀冻胀和不均匀冻胀对边坡衬砌板影响的差异,得出基土不均匀冻胀的冻胀反力最大值和弯矩最大值,分别比基土均匀冻胀大264%和170%。因此,在寒区高水位地区进行渠道抗冻胀衬砌设计时,宜按基土非均匀冻胀弹性地基梁模型计算。     

回填土质材料对地下换热器冻胀特性的影响研究

以地源热泵技术在寒区设施农业中的应用为背景,开展地下换热器低温冻胀特性研究。通过岩土埋管冻胀试验,基于冻结半径追踪和管体应变测量,开展冻结区发展规律以及埋管变形收缩特性的研究,对比砂土基和黏土基回填料对冻胀的影响,并进一步考察换热管容积与流阻变化。结果表明,冻结区在进出水2管中心连线方向发展速度大于其垂直方向,受冻胀影响,U型换热管产生椭圆化变形与收缩,砂土基回填比黏土基回填具有更大的冻结范围,但前者换热管变形和收缩程度却小于后者。换热管在100 h内持续由0降至-10℃后,测得管容积减小率为0.4%,流阻增大率为6.5%,由此可知,埋管冻胀的变形与收缩成为循环流量减小和系统效率下降的原因之一。     

湖北省倒春寒发生程度评估模型

选取湖北省9个代表站历史倒春寒灾害序列资料,分析1951-2010年倒春寒过程中最大降温幅度、最低日平均气温、持续天数变化的特征,结合主成分分析法构建倒春寒评估模型,探讨湖北省倒春寒发生影响程度。结果表明：60a来,湖北3月倒春寒发生频次总体呈下降趋势,4月倒春寒频次以20世纪60、70年代最多,80、90年代明显下降,而2000-2010年又有所增加;倒春寒发生过程中,平均最大降温幅度的年代际间变化不大,但3月最大降温幅度大于4月;3、4月倒春寒过程最低日平均气温按年代比较显示,在2000-2010年有所降低,但不明显;1951-2010年,倒春寒持续天数平均为4.1d,呈不显著的下降趋势。运用评估模型对2010年4月12-15日的倒春寒过程评估表明,9个代表站中5站为中度倒春寒,4站为轻度倒春寒。