应用重标度极差分析法（R/S）分析无定河流域水沙变化

河流水沙变化是降水、蒸发及下垫面条件改变的客观反映,揭示流域水沙演变规律及成因,可为水资源合理利用提供决策依据。应用R/S分析法对时变指数Hurst的计算及其检验,分析无定河流域赵石窑站和白家川站径流与输沙量时间序列的长程相关性。结果表明：两站的径流时间序列的Hurst指数分别为0.56、0.61,均大于0.5,呈现长程正相关;而两站的输沙量时间序列的变化存在差异,赵石窑站的输沙量时间序列有2个突变点,分别发生在1966和1979年,3个标度分布范围的Hurst指数分别为0.97、0.71和0.90,均明     

荒漠草原2种典型群落类型下土壤含水量与土壤粒径分布的关系

为明确荒漠草原区土壤含水量和土壤粒径分布随土层深度的变化趋势及二者之间的关系,以宁夏盐池荒漠草原蒙古冰草群落和短花针茅群落2种典型群落土壤为研究对象,通过对其浅土层(0～40 cm)、中土层(40～80 cm)、深土层(80～160 cm)土壤含水量和土壤粒径分布的动态变化分析,揭示荒漠草原区土壤结构与土壤养分的相关性。结果表明:①不同深度的土壤含水量受降雨影响不同,其中表层最大,20～60 cm土层次之;2个群落0～80 cm浅、中土层的含水量无显著差异,深土层土壤含水量具有显著差异;雨水入渗与土壤结构关系密切,蒙古冰草群落土壤结构较短花针茅群落土壤结构有利于雨水入渗,其深层土壤含水量显著高于短花针茅群落。②土壤颗粒中,黏粒和粉粒含量随土层深度增加而增加,砂粒含量随土层深度增加而减少;土壤含水量、土壤分形维数与土壤黏粒和粉粒含量呈正相关关系,与土壤砂粒含量呈负相关关系;相比而言,蒙古冰草群落深层土壤水分亏缺不严重,短花针茅群落深层土壤水分长期处于亏缺状态。③土壤分形维数受土壤颗粒大小影响较大,即土壤颗粒越小其分形维数越大;2种典型群落的土壤分形维数有差异但不显著,不同群落间的差异大于不同土层间的差异。     

长期定位施肥对潮土分形维数的影响

应用土壤颗粒的质量分布特征来描述其分形维数的大小,研究了长期施肥对分形维数的影响,并分析了分形维数发生变化的原因。结果表明:施肥改变了土壤颗粒的分形维数,其中施高量有机肥能显著增加土壤颗粒的分形维数,而且分形维数的变化与粘粒含量的变化,有机质含量的变化和阳离子交换量(CEC)的变化都呈现极显著的正相关性,说明施肥对土壤的主要性状产生了影响。这可能是由于施肥使粘粒含量等土壤的基本理化性状或者粘土矿物组成发生了变化,才导致了分形维数的变化。     

冻融作用对土壤微团聚体特征及分形维数的影响

为了研究冻融作用对土壤微团聚体特征和分形维数的影响,本试验以东北地区典型土壤-棕壤为研究对象,通过室内人工控温冻融培养,测定分析不同含水量条件下,不同冻融频次处理后土壤水稳性微团聚体组成、平均质量比表面积(MWSSA)、平均质量直径(MWD)和分形维数(D)等特征指标.结果表明:供试土壤经冻融循环处理后,不同粒级微团聚体含量的变化趋势不尽相同,除0.005 ～0.001 mm外,含水量对其他粒级微团聚体含量的影响均达到了显著或极显著影响,冻融次数对各级微团聚体含量均达到了显著或极显著影响;土壤平均质量比表面积随着冻融次数和土壤含水量的增加先减小后增加;土壤平均质量直径随冻融次数的增加先增加后减小,随土壤含水量的增加先减小后增加;分形维数随着冻融次数的增加先减小后增加,随土壤含水量的增加呈波动式变化.冻融处理使土壤微团聚体的稳定性先增强后减弱,适宜含水量可增加土壤微团聚体的稳定性.     

土壤颗粒的体积分形维数及其在土地利用中的应用

土壤具有自相似特征或尺度不变特征。许多研究表明,土壤质量(重量)分形维数是土壤内在属性之一。但是,在计算土壤质量分形维数的推导过程中需要做一些假设,而有些假设,如不同粒级的土壤颗粒具有相同的密度等假设,已受到一些学者的批评。此外,用传统的比重法测量土壤颗粒分布不仅工作量大,且操作结果更易受人为因素的影响。鉴此,本文提出了土壤体积分形维数的概念。通过对宜兴不同土地利用方式下178个土壤样品的体积分形维数的测定发现:土壤体积分形维数和土壤质量分形维数一样,都是土壤的固有属性;土壤颗粒体积分形维数与土壤颗粒体积百分含量具有显著的对数相关关系;对茶园、菜地和农田土壤剖面上土壤颗粒体积分形维数的变化分析表明,在茶园和菜地土壤剖面上,随着土壤剖面深度的增加,土壤粘粒体积百分含量增加,土壤颗粒体积分形维数也随之增加;在农田土壤剖面上,随着深度的增加,土壤粘粒体积百分含量和土壤体积分形维数也表现出基本保持一致的变化规律。此外,农业管理措施对土壤颗粒的组成会产生影响,使土壤粘粒体积百分含量发生变化,从而使土壤颗粒体积分形维数也随之变化,如菜地土壤体积分形维数随着种植年限的增加而出现下降趋势。     

黄土丘陵区典型植被土壤剖面的颗粒分形特征

运用分形理论研究陕北安塞五里湾流域5种典型植被0～200 cm土壤剖面土壤颗粒大小分布(particle size distribution,PSD)及其体积分形维数分布特征,并进一步分析土壤PSD的分形维数与土壤有机碳、全氮和含水量的相关性。结果表明:研究区典型植被群落土壤颗粒组成主要为细颗粒(黏粒和粉粒),其中粉粒体积分数占总颗粒的56.82%～71.99%;铁杆蒿草地的细颗粒平均体积分数最大(78.86%),乔木林的最小(65.77%)。5种典型植被群落土壤PSD的体积分形维数介于2.498～2.599,均表现出随着土层深度的增加呈递增趋势;相同土层深度的分形维数呈现出铁杆蒿草地黄芪草地农田灌木林乔木林的趋势,灌木林和农田间差异不显著,其他植被群落间差异显著。典型植被土壤PSD的体积分形维数与黏粒、粉粒的体积分数和含水量呈极显著正相关(P0.01),但与砂粒的体积分数呈极显著负相关(P 0.01),与有机碳含量呈显著负相关(P 0.05)。     

石羊河尾闾-青土湖水面形成对土壤分形维数和植被的影响

以石羊河尾闾青土湖水面形成区的土壤及植被为研究对象,利用植被及土壤调查取样方法,调查分析了水平距水面0～450 m,垂直0—60 cm土层的土壤粒径及植物多样性。利用分形几何学方法对土壤颗粒的分形特征进行分析,以探讨土壤颗粒分形维数与植被特征间的关系。研究结果表明:不同土层及不同水面距离的土壤分形维数在2.10～2.92,平均值为2.55;呈现随距水面距离增大而波动变小的趋势,0—20 cm土层在0~150 m土壤粒径分形维数呈缓慢增加趋势,在150 m处达到最大,随后逐渐降低;而20—40 cm,40—60 cm土层在0~100 m呈缓慢增加趋势,在100 m处达到最大;植物物种多样性变化与土壤分维数的变化具有较好的对应关系;各多样性指数随水面距离变化趋势一致,在距水面0~50 m和400~450 m处多样性达到最大。草本的重要值在距水面200 m处达到最大,灌木的重要值在距水面300 m处达到最大值,草本植物对区域植物多样性影响较大,但灌木植物重要值与土壤特征的变化关系更密切;线性回归分析表明在0—20 cm,40—60 cm土层,分形维数与多样性、均匀度和优势度指数呈显著负相关,在干旱沙漠地区,土壤颗粒分形维数也可作为一个反映评价土壤演变程度的综合定量指标。     

吉县蔡家川流域不同树龄刺槐林和油松林土壤微团聚体分形特征研究

本研究以山西吉县蔡家川流域内不同树龄的刺槐、油松纯林及其撂荒地为研究对象,应用Microtrac S3500激光粒度分析仪,对各地类土壤剖面中8个层次168个土壤样品的微团聚体组成进行测定后,利用分形几何学方法分析了土壤微团聚体的分形特征。结果表明:土壤微团聚体体积分形维数D随土层深度增加呈现递减趋势,平均值为2.22,变化于1.75~2.7之间。各地类土壤微团聚体体积分形维数D与<0.005 mm粒级土壤微团聚体体积分数呈极显著正相关关系,相关系数R均大于0.95,与其它粒级土壤微团聚体体积分数相关性不显著。根据土壤养分状况、土壤物理性质与土壤微团聚体分形维数成反比的研究结论,各地类0~20 cm深度土层的肥力状况和物理性质较20~40 cm土层好,撂荒地土壤肥力状况和物理性质最差,刺槐林地的肥力状况和物理性质好于油松林地,随着树龄的增加,土壤肥力和物理性质有下降趋势。     

太行山山前坡地不同土地利用方式下土壤水分的时空变异特征

以济源试区坡耕地、苹果园、果农复合系统、退耕还林地、刺槐林地5个邻接农林模式为研究对象,用时域反射仪(TDR)测定坡面不同农林模式雨季前、雨季中和雨季后表层土壤(0-30 cm)含水量,分析表层土壤水分分布特征及其时空变异特征。结果表明:由于受不同坡位、不同植被类型的影响,土壤表层含水量从坡顶到坡底逐渐增加;雨季前后土壤表层含水量的半方差理论函数均呈球状模型,块金值变化并不明显,其值分别为0.25和0.30,独立间距分别为99.7 m和87.6 m,土壤水分具有强烈的空间自相关性,存在很好的分形特征,分形维数分别为1.71和1.74,变异均主要是由空间自相关部分引起。雨季中土壤表层含水量的半方差函数呈直线模型,土壤水分空间变异表现出随距离增加而增加,分形维数为1.40。     

冻融对土壤团聚体特征以及可蚀性K值的影响

为明确冻融作用对土壤团聚体特征的影响,并探讨冻融破坏机理下土壤可蚀性变化,以河北省深州市土壤为研究对象,分析研究了0—10,10—20 cm深度土壤水稳性团聚体中各粒径团聚体含量、0.25 mm水稳性团聚体含量WSA、团聚体平均质量直径MWD、团聚体几何平均直径GMD、分形维数D和可蚀性K值之间变化。结果表明:含水量是影响土壤水稳性团聚体含量的直接因素之一;冻融作用使大团聚体破解、分离,导致团粒结构比例失调,土层自上而下团粒呈逐渐细化状态;分形维数D表明2～1 mm粒径团聚体含量对0—20 cm深度土壤稳定性起关键因素;可蚀性K值表明,冻融作用降低了土壤抗侵蚀能力,沿土层深度方向,土壤可蚀性K值逐渐增加,抗侵蚀能力逐渐降低。冻融作用使团聚体破碎,土壤可蚀性增加。本研究为冻融作用机理下土壤侵蚀预报提供科学参考。     

基于ZigBee的精准农业模式研究

针对传统农业的局限性,探讨了传统农业生产模式转变为以信息网络为中心的精准农业的生产模式,阐述了ZigBee技术在精准农业中的应用,对系统的硬件进行了设计,并给出了软件流程。运用该系统可有效地降低成本,提高农作物产量。     

基于InVEST模型评估土地整治对生境质量的影响

土地整治通过对土地资源及其利用方式再组织和再优化影响生境斑块之间物质流、能量流的循环过程,从而改变区域生境质量和分布格局。该文以大安市土地整治重大项目为例,采用InVEST模型分析了土地整治对生境质量的影响。研究表明:1)土地整治前(2008年)、整治中(2011年)、整治后(2014年),耕地、草地和盐碱地均为项目区的主要土地利用类型;2)土地整治后,大量的盐碱地和草地转变为耕地,耕地面积由整治前的14.43%上升到71.19%;3)土地整治中,项目区的生境质量得分由整治前的0.194下降到0.189,整治后又上升到0.214;4)土地整治工程改善了项目区的生境质量,但整治完成后生境质量改善效果经历了先下降后上升的过程,在整治完成3~4 a时,生境质量仅比整治前提高了0.06左右,整治完成4 a之后,生境质量开始逐渐好转。研究结果可为土地整治工作中的生境及生物多样性保护工作提供科学依据。     

降雨对地表糙度影响的研究

通过野外模拟降雨实验,研究了降雨对地表糙度的影响规律,经过降雨作用后,随机糙度的地表,变化呈增加趋势,而有向糙度的地表,则呈减小趋势;随着降雨组合因子增加,随机糙度的变化量呈增加的趋势,而有向糙度则呈幂函数递减。     

土壤对养分离子吸附特性初步研究

针对土壤本身对养分离子具有吸附固定特性降低了养分的有效性,运用土壤养分状况系统研究法通过吸附试验研究新疆两种土壤对养分离子的吸附固定能力。研究结果表明:棕漠土对P、Zn、Cu的吸附固定能力比潮土强,两种土壤对K、B和Mn吸附固定差异不显著,棕漠土的养分限制因子是N>P>Mn>B,潮土的养分限制因子是N>Mn>P>K,因此施肥时考虑到土壤对养分离子的吸附固定能力确定合理的施肥量。     

基于IHA-RVA法的生态治理对径流演变情势的影响评估

研究流域径流演变情势及其对生态治理的响应,可为流域水资源合理利用和水生态治理提供重要指导。该文依据北洛河上游1964—2014年逐日平均流量和年降水量资料,采用双累积曲线法、双滑动平均法(MASH)和Mann-Kendall趋势检验法对径流过程变化进行了分析研究,采用水文指标变化范围法(IHA-RVA)对5组30个径流指标及其改变度进行了评估,对径流演变成因做了初步分析。结果表明：研究期内年径流呈现减少趋势,且以1979年和2002年为界可划分为基准期、水土保持治理期和生态恢复影响期;汛期流量下降较非汛期明显,减少幅度为35.6%;生态治理影响下径流指标整体水文改变度为74.35%,属于高度改变;5组30个径流指标中发生高度改变的指标占比增加,其中年极端流量组变化度最大,为94.77%。人类活动使得流域河川径流显著减少且波动性减弱,而水土保持、退耕还林(草)措施是核心驱动力。     

黄土沟壑丘陵区退耕对土壤侵蚀影响的模拟研究

随着在黄土沟壑丘陵区退耕政策的实施,退耕必将对该地区的水土流失特征产生重大影响。对退耕的水土保持效益进行模拟研究,可为退耕政策的合理实施提供理论依据。选定位于黄土沟壑丘陵区的安塞研究区,在RS和GIS支持下,采用USLE,模拟研究了不同退耕方案对土壤侵蚀的影响。在2001年土地利用的遥感解译图和GIS计算分析基础上设计了8种不同的退耕方案,模拟结果显示,各种退耕方案对土壤侵蚀的减少主要发生在强度及强度以上侵蚀区,退耕后研究区已没有发生剧烈侵蚀的区域,强度和极强度侵蚀明显减少;土壤侵蚀量的减少主要发生在≥25°退耕和≥15°退耕,≥25°退耕还草和还林分别使土壤侵蚀总量减少了19.9%和23.2%,≥15°退耕还草和还林分别使土壤侵蚀总量减少了36.6%和42.6%。≥8°退耕方案和全部退耕方案与≥15°退耕方案相比,水保效益并没有显著差别。     

黄土高原坡耕地小麦根系分布特征研究

小麦是黄土高原陕西区坡耕地上的主要农作物,为了研究小麦根系整个生长期内在坡耕地上随土层和坡度的分布规律,以陕西杨凌农耕地种植的小麦根系为研究对象,在小麦5个生长期,采用挖土块法调查研究了5个坡度的坡耕地上0—20 cm层内冬小麦根系的分布特征。结果表明:（1）小麦根系各生长期的根重密度、根长密度、根径与坡耕地土层深度和坡度变化都有一定的关系。（2）小麦的根重密度在0—5 cm层最大,随土层深度减小。根重密度随生长期逐渐增大,成熟期达到最大值。当坡度为10°时,生物量最大。（3）根长密度在0—5 cm的最大,随土层深度增加而减小;拔节期达到最大值,随后逐渐减小。根长密度随坡度增加而增加,当坡度为15°时达到最大值。（4）小麦平均根径随土层深度增加而逐渐减少,拔节期达到最大值,随生长期逐渐减小。当坡度为10°时,根系平均直径达到最大值。（5）SPSS处理结果显示根重密度、根长密度、根径与土层深度有线性相关的关系。各根系指标与坡度和生长期也有线性回归关系。     

稀土铽对辣根的生态毒性

研究了稀土铽(Tb)对辣根生理毒性的影响。结果表明,Tb在低浓度范围内,可以诱导叶绿素的合成,高浓度时对其产生破坏作用;对于辣根过氧化物酶,酶活性先升后降;质膜透性、丙二醛含量则呈现先减后增的变化趋势。TbCl3浓度为3mg/kg时各指标达到最值;辣根中毒阈限为10mg/kg左右。通过分析,辣根过氧化物酶对Tb反应敏感,这表明过氧化物酶可能成为研究稀土毒理的生物监测手段。     

Ciprofloxacin Adsorption on ZnO Supported on SBA-15

Most drugs are synthesized by human medicine both for the treatment of men and animals and are also produced to maintain their physical and chemical properties for a time sufficient to serve a therapeutic purpose in treatments of some kind of illness. Ciprofloxacin is an antibiotic synthetically obtained in 1987 and belongs to the family of fluoroquinolones and is currently prescribed in certain treatments. This work was developed with the objective of evaluating the adsorption of the ciprofloxacin antibiotic in solution on zinc oxide (ZnO) supported on SBA-15-type mesoporous silica. The results showed that the post-synthesis method is effective in impregnating zinc oxide in SBA-15 and its structure has not been damaged and has not lost its organization in the hexagonal 2D planes. The ZnO-SBA-15 (10%) sample adsorbed 69.10% of ciprofloxacin (25 mg/L) in 180 min. Freundlich adsorption model was observed with the correlation factor of R²?=?0.9999, for the adsorbent ZnO-SBA-15 (10%), which showed the best sample. The kinetics was classified as pseudo-second order, as well as the thermodynamic parameters were determined, showing that the process has a spontaneous nature and a value of ΔH°?=?4.677 kJ/mol, evidencing that the process has the nature of physiosorption.     

陆面过程中的水文模式研究

陆面水文过程模拟是解决全球环境恶化与气候异常的最好方法，是当前学术界关注的热点。对陆面过程的涵义、模式的发展、陆面过程中水文参数的描述进行了总结，提出了在陆面水文过程研究中存在的尺度匹配误差、数据共享矛盾、参数不确定性等不足及今后的研究方向。