基于PyroSim的林区道路防火阻隔功能研究

  目的  林道网络及其宽度是林业生产、交通和旅游的需求，在发挥其最大经济效益的同时，兼顾林火巡护监测、应急救援，以及发生火灾时快速运送扑救人员和装备，阻隔森林火灾蔓延和发挥防火隔离功能。  方法  运用火灾动态仿真模拟软件PyroSim分别以坡度25°、35°、45°，风速1、2.5、4.5 m/s，林道宽度2、4.5、6 m构建云南松林微观山体模型，施加长12 m、宽1 m、热释放速率4.6 × 104 kW/m2的带状火源，模拟中等强度林火研究不同林道宽度的防火阻隔功能。  结果  林道宽度2 m无法满足防火隔离需求。林道宽度4.5 m的防火阻隔功能一般，当坡度超过35°、风速大于4.5 m/s时易失效。林道宽度6 m拥有较强的防火隔离功能，能较好阻隔中等强度的林火蔓延，可满足坡度小于45°、风速小于4.5 m/s的情况，当风速大于4.5 m/s时该林道宽度的隔离功能可能失效。中等强度的森林火灾火场中心温度在700 ~ 1 200 ℃左右，热释放功率可达3.0 × 105 ~ 9.0 × 105 kW，蔓延山坡10 m只需约1 min，可燃物燃烧速率60 s可达到40 kg/s以上。  结论  云南省云南松林区道路宽度建议设置为6 m，能够取得较好的防火效益。常年处于高风速，坡度大于45°，树种高大的林区建议增加林道宽度至8 ~ 10 m。此外本研究应用PyroSim建立火场模型仿真模拟林道阻火功能是可行的，可为林区道路建设的合理设计、确定林道密度和宽度的阻火功能指标与经济效益相适应的最大限度阈值、降低森林火灾破坏力具有一定的指导意义。      

不同保水处理下苏丹草光合特性研究

为了研究矿区生态修复过程中植物对不同保水措施的生理响应,以常用修复植物苏丹草为研究对象,利用CIRAS-2型(PP-Systems)光合仪测定苏丹草的光合指标,探讨高温下苏丹草对不同保水措施的生理响应,以期为矿区生态修复中的保水措施提供理论依据。结果表明：不同保水处理下苏丹草的光合速率Pn和瞬间水分利用效率WUE日变化均呈“W”型曲线,蒸腾速率Tr日变化呈“M”型曲线。苏丹草的Pn有“午休”现象存在,主要受非气孔因素的影响。影响苏丹草Pn、Tr的主要环境因子为大气CO₂浓度Ca、大气温度Tc、大气相对湿度RH。在土壤上覆盖火烧石和添加粉煤灰均显著增大了苏丹草的Pn和WUE,增强了苏丹草适应高温环境的能力。从Pn的指标来看,土壤表面覆盖火烧石处理比土壤中添加粉煤灰处理的效果好,但两者同时作用效果略低于单独用火烧石处理,原因有待进一步研究。     

水分胁迫对不同抗旱型玉米自交系苗期生长的影响

通过水分胁迫处理对不同抗旱型玉米自交系苗期的影响研究,为抗旱育种选择自交系提供选择参考。采用人工控水的方法,研究干旱胁迫对夏玉米抗旱型和对敏感型自交系苗期株高、地上部和地下部分干重、叶面积、比叶重、叶绿素和净光合速等的影响。结果表明：不同抗旱型自交系苗期对水分胁迫的响应不同。抗旱玉米自交系从5叶期开始在干旱胁迫期间的株高、地上部和地下部分干重、叶面积、叶绿素和净光合速率等指标均高于对水分敏感的玉米自交系,且比叶重相对稳定。这表明干旱条件下,抗旱型自交系较普通自交系在苗期能够表现出更好的适应性,本研究对加强抗旱自交系的筛选和选育,进一步提高耐旱节水玉米新品种选择效率具有一定参考价值。     

砒砂岩区沙棘林缓冲带细根及土体抗崩解特征

探讨砒砂岩区不同宽度沙棘缓冲带生态调控效益的差异,对有效防治土壤侵蚀生态建设具有现实意义。采用野外典型取样和室内测定方法,研究了缓冲带内及带外下坡土层的物理化学性质、土壤崩解速率和缓冲带内沙棘细根的比根长变化特征。结果表明,随着缓冲带宽度的增加,缓冲带带内及带外下坡土壤的物理及化学性质优化程度逐渐提高。随沙棘缓冲带带宽的逐渐增加,土壤内细根的比根长也随之增加。沙棘缓冲带能有效降低沙棘缓冲带内及带外下坡土壤的崩解速率,并且带宽与土壤崩解速率呈负相关。比根长与崩解速率在0.05检验水平下显著负相关,当缓冲带带宽大于15 m时,林带内土壤中的细根比根长不再具有差异性,故15 m带宽的沙棘缓冲带为最适宽度。     

求解大规模优化问题的分布式并行方法

针对大规模的优化问题,提出一种复杂度低且能快速收敛的分布式并行方法。由于计算Hessian矩阵及其逆矩阵会带来巨大的计算和存储开销,利用内点法或牛顿法求解大规模问题并不可行;大规模优化问题通常采用基于梯度或基于分解的方法进行求解。传统的方法具有较高的复杂度的算法,因此笔者提出了一种新的具有更快收敛速度的原对偶方法,每次迭代仅需要进行简单的梯度更新,从而降低复杂度。     

长期不同施肥措施下华北潮土土壤有机碳的固存变化

为揭示小麦秸秆还田及施肥对潮土土壤有机碳演变的影响,以指导华北潮土培肥增产。在辛集马兰设置22 a潮土长期定位试验(1992-2014年,试验包含4个处理,NP:不施钾+秸秆不还田; NPK:平衡施肥+秸秆不还田;NPS:不施钾+小麦秸秆还田; NPKS:平衡施肥+小麦秸秆还田),研究不同施肥措施下试验年限、碳投入、碳平衡与土壤有机碳含量的响应关系。结果表明:所有处理表层(0～20 cm)土壤有机碳含量随时间均呈增加趋势,NP、NPK、NPS、NPKS增加速率分别为0. 06,0. 17,0. 25,0. 34 g/(kg. a),且22 a后各处理土壤有机碳储量均增加,分别增加为2. 2,6. 2,5. 9,8. 9 t/hm~2,固碳速率分别为0. 10,0. 28,0. 27,0. 40 t/(hm~2·a)。土壤有机碳储量变化与累积碳投入变化量呈线性相关关系(y=0. 091x-0. 241,R~2=0. 360*),在小麦秸秆还田下,维持初始有机碳水平的累积碳投入量为2. 65 t/hm~2,固碳效率为9. 1%。通过边界线分析可知,小麦和玉米生产中稳产高产最低土壤有机碳含量分别为9. 47,9. 04 g/kg,未达到此值时土壤有机碳含量每增加1 g/kg,小麦籽粒产量增加167. 5 kg/hm~2,玉米籽粒产量增加678. 5kg/hm~2。秸秆还田和平衡施肥是华北潮土有机碳含量提升和土壤碳库保育的重要手段,连续秸秆还田和平衡施肥对保证该区域粮食生产高产稳产有重要作用。     

黄麻土工布覆盖对花岗岩红壤表土坡面侵蚀特性的影响

[目的]探究黄麻土工布覆盖条件下花岗岩红壤表土坡面侵蚀特性,为花岗岩红壤区坡面土壤侵蚀防治提供科学依据。[方法]通过室内模拟降雨试验,在2个坡度(5°和15°坡度)、3种密度(无覆盖,6 cm×6 cm及3 cm×3 cm网格)的黄麻土工布覆盖条件下,研究极端降雨条件下(90 mm/h)花岗岩红壤表土的坡面侵蚀特性,并观测径流系数、土壤侵蚀速率、泥沙颗粒变化规律及富集率等指标。[结果]坡面径流随降雨历时增加而增加,土壤侵蚀速率则相反,表明侵蚀过程是一个分离受限的过程。和对照组相比,黄麻土工布覆盖在不同试验条件下都具有明显的减流减沙作用。另外,由侵蚀泥沙的粒径分选规律可知,坡面土壤中的黏粒和粉粒大小的颗粒倾向于被优先选择性搬运,其结果致使坡面石英粗颗粒富集,在缓坡(5°)与高密度黄麻土工布覆盖条件下(3 cm×3 cm网格)尤为突出。坡面石英粗颗粒随降雨历时增加不断富集进一步增加了原位坡面的侵蚀抗性,产生了土壤侵蚀速率随降雨历时不断降低的现象。[结论]高密度黄麻土工布的覆盖能够有效地减流减沙,增加原位坡面抗蚀性,是一种有效的水土保持措施,在今后的土壤侵蚀防治和劣地恢复工作中应该被重视。     

不同叶型棉花功能叶片光合特性差异分析

选用正常掌状叶和鸡脚叶2种叶型的棉花近等基因系作为材料,分别在苗期、蕾期、花铃期和吐絮期,测定主茎功能叶片光合生理指标及2种蔗糖合成相关酶活性,并对各项测定指标与产量因素进行相关性分析,以期为选育棉花高产品种提供理论依据。结果表明,整个生育期正常叶棉花净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均高于鸡脚叶;除苗期外,其他生育时期正常叶总叶绿素含量、蔗糖磷酸合成酶活性、蔗糖合成酶活性均高于鸡脚叶;蕾期和花铃期,正常叶碳水化合物含量高于鸡脚叶;相关性分析表明,净光合速率、蔗糖磷酸合成酶活性、蔗糖合成酶活性与单铃质量呈显著正相关。与鸡脚叶相比,正常掌状叶棉花叶片光合色素含量、2种蔗糖合成相关酶活性等较高,有利于光合产物的转运与积累,是其产量较高的主要原因。