DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 随着城市化进程的加快，电力电缆在电力传输和分配中已发挥越来越重要的作用，排管敷设是电缆线路建设的重要形式之一，具有施工简单，成本低，建设周期短，检修方便等优点 [ 1 ]。在实际工程应用中，电缆保护管可以保护电缆管免受损伤及方便更换和便于检查，因此电缆保护管在电网建设和改造工程中被广泛使用。电缆保护管种类繁多，性能各异，目前主要有碳素波纹管、PVC-C管、PVC-U管、涂塑钢管、镀锌钢管、玻璃钢管、改性聚丙烯管、低磨擦纤维水泥管和承插式混凝土预制管等 [ 2 ]。其中，有机高分子材料的电缆保护管，以其优越的性能、较低的价格，成为电力电缆保护管的重要选择，在电力电缆建设中取得良好的经济和社会效益，其质量好坏对电缆线路建设具有重大意义。 根据标准DL/T802.3-2007 [ 3 ] 以及DL/T 802.7-2010 [ 4 ] 显示，电缆保护管应具备外观、尺寸检查，维卡软化温度、密度、环刚度和压扁试验等多个项目的检测。在众多技术指标中，维卡软化温度(Vicat Softening Temperature)是指热塑性塑料放于液体传热介质中，在一定的负荷和一定的等速升温条件下，试样被1平方毫米的压针头压入1毫米时的温度，对应的国标是GB/T 8802-2001 [ 5 ] 和GB/T 1633-2000 [ 6 ]，试验通常需要2到3个小时。维卡软化温度反映材料的耐热性能，维卡软化温度越高，材料受热时的尺寸稳定性越好，受热变形越小。通过检测管材维卡软化温度可以来指导材料的质量控制，确保工程质量与安全。 然而，受到负荷、升温速率、试样质量等多重因素的影响，维卡软化温度的检测结果具有较大的不确定性，影响了电缆保护管的质量评价，对工程管理带来了困扰 [ 7 ] [ 8 ]。尤其是维卡软化温度试验的试样制作，目前仍大范围采用手工切割或者传统铣床铣削，这导致试样表面粗糙、不平整甚至存在飞边，且试样之间质量参差不齐，影响了试验的准确性。此外，不同电缆保护管直径相差较大，传统切割制样的方法耗时较长，工作量庞大。 因此，为有效提高维卡软化温度试验的高效性和准确性，研制并投入使用电缆保护管维卡软化试验自动制样设备十分必要。
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user: 2. 电缆保护管维卡软化试验自动制样设备设计 2.1. 设计要点 维卡软化温度试验的制样对应国标GB/T 8802-2001 [ 5 ] 和GB/T 1633-2000 [ 6 ]，其中GB/T 8802-2001标准要求试样在壁厚大于6 mm时，采用适宜的加工方法，使壁厚减至2.4~6 mm之间，制备长度约50 mm，宽度10~20 mm的试样；GB/T 1633-2000标准要求试样为厚度在3~6.5 mm，边长10 mm的正方形或圆形，表面平整、平行、无飞边。根据以上标准要求，我们选择4 mm作为样品的统一厚度，选择50 mm *20 mm的长方形以及边长10 mm的正方形作为不同标准的最终样品。 传统的平面加工方式一般为铣削，然而电缆保护管制样要求具有一定厚度，层层铣削的方式尽管加工精度较高，但是加工时间长。考虑到保护管的材料一般为塑料，强度较弱，因此选择铣削平面后利用冲压机将样品一次成型的方式制样。为此，我们将维卡软化试验的试样制作简单分为两个步骤：1) 铣削，使电缆保护管的壁厚达到标准要求；2) 冲压，通过不同模具将铣削后的管材冲压成试验所需的形状。 2.2. 自动制样机设计 2.2.1. 铣削装置设计 铣削装置的结构设计从功能上要实现装置机架、铣刀转动以及移动铣削三大部分(见图1)。其中，装置机架选择钣金焊接而成，结构简单且制造成本低，可以用来安装、固定设备的相关零部件。 图1. 铣削装置设计示意图 铣刀转动主要由电气控制和主轴组成，通过按动电气控制部分的启停按钮，可以控制主轴的转动和停止。主轴上安装可转位立铣刀刀盘，刀盘直径为50 mm，可以保证平面一次铣削成型，满足国标要求。为保证铣削效果，铣削刀片要求具有一定的强度和韧度，设计选用刀片材质为42CrMo，兼具高钢性与高韧性，可以轻松铣削氯化聚氯乙烯等有机高分子材料的电缆导管。 为完成铣削，要求电缆保护管在铣削过程中保持稳定，并与铣削方向产生相对位移。为此，本文设计了具有安装定位和手动移动两个功能的移动滑板。移动滑板上安装了如图2所示的装夹钳口，用以固定安装截取的电缆保护管。此外，整个移动滑板安装在滚珠丝杆上，可通过转动手轮控制整个滑板前后移动，从而控制铣削进给量。为减少加工时间，设计图示装夹钳口与主轴保持对齐，且高度定位部分与铣刀刀盘高度上相差4 mm，可保证电缆保护管一次铣削成型，壁厚满足国标要求。 该铣削装置结构设计简单，操作便捷，通过电动控制铣刀转动和手动控制滑板移动相结合，可以完成电缆保护管的一次铣削成型，且其壁厚和平面均满足国标要求。 2.2.2. 冲压装置设计 为了从电缆保护管上分离出所需形状和尺寸的样品，我们采用冲压成型的方式。冲压加工的生产效率高、成本低，加工出来的样品重复精度高，规格一致，具有良好的制样效果。设备、模具和板料是冲压加工的三要素。 图2. 安装示意图 冲压装置工作原理如图3所示，电动机通过三角带传动，带动飞轮转动，并通过离合器的作用驱动曲轴，连杆和球头螺杆随着曲轴的运动推动滑块体作上、下往复运动。为使在冲压工作中曲轴的转动能稳定、均衡，可以调节制动器的锁紧螺栓，使制动器对轴套夹紧或放松，产生理想的摩擦作用，实现对曲轴的制动。 图3. 传动原理示意图 冲压滑块是本机进行冲压工作的重要主体，由连杆、球头螺杆、滑块体、左右导轨和上冲裁模组成。滑块下方的模具压块可以夹紧上冲裁模的模柄。曲轴转动后，通过连杆和球头螺杆推动滑块，在左右导轨精确导向下，滑块进行往复运动，带动安装在滑块上的上冲裁模向下快速运动，配合下冲裁模完成冲压工作。冲裁模主要有50 mm *20 mm长方形以及边长10 mm的正方形两种规格，上下冲裁模采用定位板实现模具的简单定位。根据不同标准要求，实际制样过程中可以更换不同模具，以满不同样品的制作。 冲压装置的整体设计如图4所示，装置机架是本装置的重要组成部分，它包含了手轮、工作台等机械部分，其中工作台上安装了下冲裁模，可以将电缆保护管放置在下冲裁模上。由于冲压过程具有振动，为保证冲压稳定性，需要将电缆保护管进行固定。设计采用压板的方式将保护管紧固在下冲裁模上，手轮旋转可以带动压板压紧电缆保护管，便于后续冲压。装置设计左右两个冲压按钮，两只手同时按下按钮，才能进行冲压工作，极大提高了操作安全性。
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user: 3. 维卡软化试验自动制样设备结构与测试 3.1. 制样设备结构 电缆保护管维卡软化试验自动制样设备最终结构如图5所示，主要包括铣削装置和冲压装置两个部分，分别完成铣削平面和冲压制样两道工序。 图4. 冲压装置结构示意图 图5. 维卡软化试验自动制样设备：(a) 铣削装置；(b) 冲压装置 本文的维卡软化试验自动制样设备制样满足国标GB/T 8802-2001 [ 5 ] 和GB/T 1633-2000 [ 6 ]，其中铣削装置的主要技术参数如表1所示，冲压装置的主要技术参数如表2所示。 Table 1 Parameters of milling devic 技术内容 数值 技术内容 数值 主机尺寸 892 mm × 1170 mm × 1510 mm 平口钳规格 6寸 主机电源 AC380V 2 kW 50 Hz 设备质量 550 kg 试样型号 公称内径φ100 mm~φ250 mm全规格电缆保护管 刀盘直径 φ50 mm 取样长度 110 ± 10 mm 刀具锥柄型号 MT4 试样壁厚 6 mm~25 mm 刀片材质 42CrMo 表1. 铣削装置技术参数 Table 2 Parameters of stamping devic 技术内容 数值 主机尺寸 800 mm × 700 mm × 1700 mm 主机电源 AC380V 2 kW 50 HZ 试样型号 公称内径φ100 mm~φ250 mm全规格电缆保护管 取样长度 110 ± 10 mm 设备质量 550 kg 冲压模具 10 mm × 10 mm；20 mm × 50 mm 表2. 冲压装置技术参数 3.2. 制样测试 电缆保护管维卡软化试验自动制样设备研制成功后，我们使用改性聚丙烯(MPP)电缆保护管进行试样制作，其制样结果如图6所示。自动制样设备投入使用前，制作1个试样至少需要1个工时，且制作的试样粗糙，不平整，有毛边，极大地影响了后续维卡软化试验的准确性；使用自动制样设备后，制作1个试样平均不超过6分钟，主要包括：截取电缆保护管时间2分钟；铣削安装2分钟，铣削时间20秒；冲压安装1分钟，冲压时间5秒。单个试样的制造时间减少了90%，且制作的试样表面平整，无明显毛边，具有较高的精度。 图6. 维卡软化试验试样制作 经验证，该电缆保护管维卡软化试验自动制样设备能够快速高效进行制样，大幅提高了制样效率，简单便捷。目前，该设备已经正式投入工程应用，为电网物资质量检测做出了一定贡献。
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user: 4. 结论 为了提高样品制作的效率和精度，提高维卡软化温度的检测质量，本文研制了一种电缆保护管维卡软化试验自动制样设备。该设备由铣削装置与冲压装置两部分组成，能够实现维卡软化温度样品的制作，并具有明显优势，主要表现在： 1) 操作便捷。根据国标的制样要求，该设备将维卡软化试验的试样制作简单分为铣削和冲压两个步骤，每个步骤的操作简单，试样制作便捷，具有良好的用户体验。 2) 制样效率高。铣削装置采用平面铣刀一次铣削成型，同时冲压装置可以快速冲裁多个试样，单个试样的平均制作时间不超过6分钟，极大地提高了试样制作效率。 3) 试样精度高。利用自动制样设备制作的试样表面平整，无毛边，具有较高的精度，能有效提高维卡软化温度试验的准确性。
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user: 摘 要 喀斯特石漠化地区既是生态建设的主战场，也是脱贫攻坚的主战场。为了科学“治石”和“治贫”，顺利推进喀斯特石漠化地区生态文明建设，文章在阐述喀斯特石漠化的概念和内涵基础上，分析了自然动力因素及人为动力因素在其形成中的作用，治理的核心任务、阶段以及趋势，以此来揭示石漠化治理足迹。研究表明，喀斯特生态系统过度干扰导致的植被破坏、森林消亡是喀斯特石漠化产生的必要条件。根据学界和政府在石漠化治理过程中提出的重要观点及发生重大事件的时间节点，将喀斯特石漠化治理的阶段划分为岩漠化治理、学界探索治理、政府主导治理、科学治理以及依法治理等五个阶段和层次。喀斯特石漠化治理的核心任务包括植被修复与重建、贫困治理和生态文明建设三个方面和层次，治理趋势进入居民自觉参与及依法治理阶段，治理路径从“输血式”治理方式转向“造血式”治理方式，并利用生态产业来实现产业化发展。石漠化地区可加强森林管护，利用新技术、新材料、多行业、多模式来促进石漠化地区生态文明建设。该研究可为今后石漠化(治理)研究提供参考价值。 关键词 :喀斯特石漠化，必要条件，治理阶段，治理任务，治理趋势 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 土地荒漠是全球环境问题之一，而喀斯特石漠化只是中国严重的环境问题。美国、英国、斯洛文尼亚等国家，虽然喀斯特地貌比较发育，但是由于生态现状良好、人口压力小，不存在严重的石漠化问题，研究重点更多偏向于喀斯特地貌与洞穴、水文地质过程、生态维护与水土保持等方面，石漠化防治在国际上缺乏可借鉴的研究成果，石漠化防治技术与模式为中国所特有 [ 1 ]。喀斯特石漠化理论研究起初主要侧重于石漠化成因、分布、区划等，随着国家加大石漠化治理力度，逐渐转向技术及模式研究，并取得了不少的成功经验 [ 2 ]。喀斯特石漠化是自然因素和人为因素相结合的共同产物，得到学术界的认同，而这两种因素在石漠化发生中发挥怎样的作用还在探讨之中，系统地分析喀斯特石漠化治理阶段和核心任务较为欠缺。根据中国·岩溶地区石漠化状况公报显示，截止2016年底，喀斯特地区石漠化土地总面积为1007万公顷，占喀斯特面积的22.3%，占区域国土面积的9.4%。为了科学的“治石”和“治贫”，顺利推进喀斯特石漠化地区生态文明建设，文章在阐述喀斯特石漠化概念和内涵的基础上，分析了自然动力因素及人为动力因素在石漠化产生中的作用，喀斯特石漠化治理的核心任务、阶段以及趋势，以此来揭示石漠化治理足迹。该研究可为今后喀斯特石漠化(治理)研究提供参考价值。
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user: 2. 喀斯特石漠化 石漠化是一个广泛的概念，基石裸露的荒漠化现象，可以发生在砂页岩、红色岩系和石灰岩中，不仅仅局限于特定的碳酸盐岩地区，尽管发育于碳酸盐岩地区的石漠化占有绝对的份额，但不能代替全部，只有发生在喀斯特地区的石质荒漠化才能算上喀斯特石漠化 [ 2 ]。即使在喀斯特地区，自然形成的裸岩景观如冰川刨蚀形成的裸岩地和人为活动如陡坡开垦造成表土冲刷致基岩裸露的石质坡地成因明显不同，后者才能称之为石漠化 [ 3 ]。自然石漠化过程只能算地质尺度石漠化，是亚热带湿热环境下喀斯特地区生态系统特殊的生态过程形成特有的土地类型，完全由地球化学演化形成，喀斯特石林属于这种土地类型，它属于喀斯特特殊地貌。由于喀斯特生态系统的地表单层结构脆弱性特点决定了喀斯特生态系统有潜在石漠化的趋势，被称之为喀斯特潜在石漠化 [ 4 ]。喀斯特石漠化现象最早称之为喀斯特岩漠化，是20世纪80年代后期，为喀斯特山区发展进行相应研究中，提出喀斯特岩漠化，于1989年在瑞士苏黎世召开的第22届国际水文地质学家会议上提交的论文中用了岩漠化一词，来描述我国西南碳酸盐岩裸露造成的荒芜景观，局部地区已失去生存条件 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]。20世纪90年代初，由袁道先先生在美国科技促进年会上第一次使用石漠化概念，表征一种原本有植被、土壤覆盖的岩溶地区转变为岩石裸露的岩溶景观的过程 [ 8 ]。随后熊康宁、王世杰等发展和完善了石漠化概念，认为喀斯特石漠化是石质荒漠化，是指在亚热带脆弱的喀斯特生态环境下，人类不合理社会经济活动的干扰下，造成人地矛盾突出、植被破坏、水土流失、岩石逐渐裸露、土地生产力衰退甚至丧失，地表呈现类似于荒漠景观的演变过程或结果 [ 9 ] [ 10 ]。
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user: 3. 自然动力因素及人为动力因素在喀斯特石漠化产生过程中的作用 喀斯特石漠化是地球内在驱动力和外在驱动力共同作用下形成的。内在驱动力全是自然因素，外在驱动力有自然因素也有人为因素。内在驱动力是石漠化产生的根本原因，外在驱动力是石漠化产生的直接原因。 1) 自然动力因素是石漠化产生的基础条件 石漠化产生的自然动力因素首先是碳酸岩与碳酸盐岩系广泛分布并大面积出露，虽然碳酸盐地区没有全都演化为石漠化地区，但碳酸岩与碳酸盐岩系广泛分布并大面积出露是喀斯特石漠化产生的物质基础，只有发生在碳酸岩与碳酸盐岩系地区的石质荒漠化才能称为喀斯特石漠化。其次，自然动力因素还包括特殊气候条件、地质构造作用、特殊水文地质系统及土体结构。自然动力因素共同形成了脆弱的喀斯特环境，包含了可溶岩、上覆盖层以及岩溶生物群落等，在很长的时间内趋于一个较为稳定态势。碳酸岩与碳酸盐岩地区，特殊的岩性及土体结构，使土壤难容成分少，可溶成分多，成土较慢，并形成地表地下二元水文地质系统，是喀斯特石漠化形成的物质基础。构造运动塑造了陡峻而破碎的喀斯特高原地貌，强降水及多暴雨这些强烈的自然外动力作用，使平地少山地多的喀斯特高原产生较大切割度和较大坡度，是喀斯特石漠化产生的潜在动因 [ 11 ] [ 12 ]。 虽然自然因素形成了山高坡陡、土层很薄或几乎没有的峰林、峰丛、洼地、石林等喀斯特地貌，具有奇峰异洞二元地貌系统和双层水系结构，并且地面蓄水条件差，地表缺水，土壤侵蚀快，水土流失严重。但水土流失仅仅是石漠化过程的一个环节，并不能完全反映石漠化产生的全过程和科学内涵 [ 13 ]。而且喀斯特地区气候暖湿，年平均降水量1000~2000 mm，平均气温15˚C~20˚C，一般雨热同季，适合植被生长。常常有石生、耐旱、喜钙，并有很长根系的植物生长，形成喀斯特原始森林 [ 14 ]。喀斯特原始森林虽然不多了，但是所幸的是仍然存在(贵州茂兰喀斯特原始森林、广西木论喀斯特原始森林)，即使在干旱、洪涝、暴雨、滑坡、泥石流等自然灾害下也是小面积破坏，不会产生大面积荒漠景观，并随着时间的推移，植被会得到一定程度的恢复。因此，自然因素是喀斯特石漠化发生的基础条件、潜在动因，决定了喀斯特环境的脆弱性，如果没有人为直接诱因外，只存在石漠化发生的危险，存在潜在石漠化。 2) 人为动力因素是石漠化产生的必要条件 喀斯特生态系统的生物地球化学场高敏感，受到外部干扰力度超出整个系统所能维持的最高能力时，平衡遭到破坏，其结构和功能随之改变，并发生逆向演替形成石漠化 [ 2 ]。特别是中、低山、丘陵地区的石漠化，是人类掠夺森林和土地造成的，而且这种活动早在远古时期就开始了 [ 13 ]。随着农业人口增长、木材和能源需求增加，又无限制人类活动的管理制度，人类滥垦乱牧、滥采滥挖、过度砍伐和刀耕火种。据测算，峰丛洼地石山、峰丛槽谷、岩溶盆地和岩溶丘陵的理论人口密度分别为52~100人/km 2 、100~150人/km 2 和150~200人/km 2 [ 10 ]，但实际上石漠化地区多是老、少、边、穷地区，人口密度已大大超出理论人口容量，多数土地超出其承载能力1~2倍以上，人口压力大，极易产生对生态资源的破坏现象 [ 15 ]。 为了养活超出承载力的人口，人类进行掠夺式土地开发利用、毁灭性地破坏植被，使原生植被遭受破坏、森林消亡。森林具有涵养水源、保持水土和减少自然灾害的功能，没有了森林的庇佑，喀斯特地区干旱、洪涝、暴雨、酸雨、滑坡、泥石流发生频繁，人地矛盾突出、水土流失加重、岩石逐渐裸露、土地生产力衰退甚至丧失。喀斯特生态系统潜在石漠化逐渐向轻度、中度、强度乃至极强度石漠化转变。到新中国第二次森林普查，森林覆盖率从远古时代大约60%下降到12%，森林覆盖率年下降率(森林覆盖率年下降率a = 初始年森林覆盖率R − 终止年森林覆盖率r/初始年H − 终止年h)达14%，为历年森林覆盖率年下降率最高点(表2)。这个时期喀斯特生态问题才引起了国内外学者的高度重视，到1993年提出了石漠化概念，并把喀斯特地区视为一种同沙漠边缘一样的脆弱环境 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 16 ]。 如有相关的管理措施加强森林管护，防止人类滥垦乱牧、滥采滥挖、过渡砍伐以及森林火灾等活动对喀斯特环境的过度干扰，原生植被就不会遭受破坏、森林不会消亡，喀斯特地区会生长着原始植被，向顶级森林生态系统演化，最多是个潜在石漠化生态系统，石漠化程度不会加深，面积不会扩大。顶级森林生态系统是稳定的喀斯特生态系统，只有人类对该系统的干扰强度超出其所能维持的最高能力时，植被遭到破坏、森林消亡，喀斯特石漠化才会产生。因此，人类活动对喀斯特生态系统过度干扰，导致的植被破坏、森林消亡是石漠化产生的必要条件(图1)。
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user: 4. 喀斯特石漠化治理的核心任务 4.1. 植被修复与重建 从自然动力因素及人为动力因素在喀斯特石漠化产生的作用来看，在喀斯特生态背景下，人为因素破坏森林植被引起水土流失加重，自然灾害频繁，岩石逐渐裸露，最终形成缺水、缺土、缺林的喀斯特石漠化土地，该土地生产力衰退甚至丧失，使该区居民缺粮、缺钱，人地矛盾更加突出，居民更加贫困，因此，石漠化治理的首要任务就是在土地缺水、缺土，居民缺粮、缺钱的条件下进行植被修复与重建。从不同等级石漠化治理模式来看，无论是轻度、中度、强度、极强度石漠化治理，其共同点都是因地制宜地进行植被修复与重建：轻度石漠化治理采用“经果林 + 农作物”种植结合，灌木林地和未利用地以种植水保林为主，优化配置植被结构，建立林草复合生态系统 [ 17 ]。中度石漠化治理采用土地梯化，并在周边营造水土保持林，在峰丛坡下部及部分洼地发展高产经果林，坡体中上部条件较好的草地及稀疏林 图1. 自然、人为因素在喀斯特石漠化产生过程中的作用 地间发展黄金梨 [ 18 ]。强度石漠化治理通过人工补植补造、适当点播柏木、女贞、构树和乌桕，促进植被恢复；发展经济型树种花椒种植；采用低矮作物与经济林间作模式发展林草间作，选择黑麦草、皇竹草和金银花作为人工种植草，并建立林禽模式；极强度石漠化治理地区一般采取生态移民后进行封山育林 [ 19 ]。 从贵州石漠化治理典型模式来看，都是因地制宜地发展经济的同时，恢复林草植被。“顶坛模式”是在低海拔石漠化地区种植花椒；板贵模式是将低海拔石漠化土地梯化后种植火龙果；“坪上模式”是在中海拔地区种植金银花；“晴隆模式”是在高海拔地区发展草地畜牧业；“五子登科”(清镇)模式是在山上植树造林戴帽子，山腰坡改梯配经果林拴带子，陡坡土种植牧草和绿肥铺毯子，山下庭院经济多种经营抓票子，基本农田集约经营种谷子 [ 20 ] [ 21 ]；花江板贵采取炸石取土造田建立林、灌、草复合生态系统石漠化综合治理模式；北盘江镇大石组采取开矿复垦石漠化综合治理模式；北盘江镇银洞湾村采取山地旅游观光园石漠化综合治理模式。这些石漠化综合模式根据都是根据不同石漠化等级因地制宜地采取不同的治理措施，其重要目标及其核心任务就是解决石漠化地区居民缺粮、缺钱的同时，进行植被修复与重建。从历代森林覆盖率及其年下降率来看，进行植被修复与重建，从而提高森林覆盖率，森林覆盖率年下降率连续六次全国森林普查变成负值，这说明森林覆盖率没有减少反而增加(表1)。到2016年，喀斯特地区植被综合盖度为61.4%，较2011年增长3.9个百分点，较2005年增长7.9个百分点，石漠化面积持续减少，缩减速度加快。石漠化程度呈现逐步减轻的趋势，轻度石漠化的占比逐渐增加，极重度与重度石漠化土地面积逐步下降 [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]。 Table 1 Forest coverage and annual decline rate from ancient times to the presen 时间 森林普查 森林覆盖率 森林覆盖率年下降率 4000年前 远古时代 60% ≤0.78% 2200年前 战国时期 46% 0.78% 1100年前 唐代 33% 1.2% 600年前 明代 26% 1.4% 1949年 新中国成立前夕 12.57% 2.54% 1973年~1976年 第一次森林普查 12.7% −0.48% 1977年~1981年 第二次森林普查 12% 14% 1984年~1988年 第三次森林普查 12.98% −14% 1989年~1993年 第四次森林普查 13.92% −18% 1994年~1998年 第五次森林普查 16.55% −52.6% 1999年~2003年 第六次森林普查 18.21% −33.2% 2004年~2008年 第七次森林普查 20.36% −43% 2009年~2013年 第八次森林普查 21.63% −25.4% 表1. 历代森林覆盖率及其年下降率 4.2. 贫困治理 喀斯特作用导致的生态脆弱，主要是个地质生态问题，但喀斯特石漠化不是一种纯自然过程，而是与人类活动密切相关，具有明显的自然和社会学属性 [ 10 ]。喀斯特石漠化地区缺水、缺土、缺林，使该区土地生产力衰退甚至丧失，导致该区居民缺粮、缺钱，人地矛盾更加突出，居民更加贫困，是生态建设的主战场也是脱贫攻坚的主战场。喀斯特地区人口的容量小，不宜大于100人/km 2 ，严重人口超载，导致人类毁林开荒，在25˚以上的石灰岩山坡上毁掉原生植被，并在溶蚀裂隙中刨土种庄稼，实现广种薄收。加上人口压力和不合理的人类活动以及缺乏经济支撑的人文状况和缺乏文化基石的经济行为相互促动、叠加，加剧了深层次的贫困 [ 25 ]。石漠化综合治理工程“十三五”建设规划指出，中国石漠化区域国土面积达105.9万平方公里，占全国国土面积的九分之一，人口2.29亿人，却占全国人口的六分之一，有集中连片特殊困难县和国家扶贫开发工作重点县共217个，贫困人口约3000万人，占到全国贫困人口的40%左右，人均GDP仅为26，586元，农民人均年纯收入为8510元。喀斯特地貌独自的“先天缺陷”加上“后天失调”使喀斯特山区群众背上了石漠化和贫困化的双重包袱，贫困化加重了石漠化，石漠化又加剧了贫困化。石漠化既是灾害之源，也是贫困之源，被称为“地球癌症” [ 26 ]。一些石漠化严重的地区，群众要付出巨大的努力去解决饮水问题，在石缝中仅存的浅薄土壤上种粮食以求生存，连解决温饱，甚至生存都十分困难，更难于脱贫 [ 14 ]。 石漠化地区既是生态建设的主战场，也是脱贫攻坚的主战场，喀斯特石漠化治理的重要任务是如何铲除石漠化地区的“穷根”。经过“十五至十三五”喀斯特地区石漠化综合治理，与2011年相比，2015年喀斯特地区生产总值增长65.3%，高于全国同期的43.5%，农村居民人均纯收入增长79.9%，高于全国同期的54.4%。5年间，区域贫困人口减少3803万人，贫困发生率由21.1%下降到7.7%，下降13.4个百分点，区域经济发展加快，贫困程度减轻 [ 27 ]。 4.3. 生态文明建设 在当前全国生态文明建设大背景下，利用生态补偿、生态移民、生态产业、生态技术等技术和途径促进喀斯特石漠化地区生态文明建设，实现“山绿民富”尤为必要。生态产业能使生态资本增值，能实现“治石”与“治贫”相结合，是当前石漠化治理的发展趋势，是有发展生态产业条件的喀斯特石漠化地区生态文明建设的首要载体。生态文明建设要求人类必须尊重自然、顺应自然、保护自然，像对待生命一样对待生态环境，人类对大自然的伤害最终会伤及人类自身。党的十九大报告12次提及生态文明建设，要求推进绿色发展，改革生态环境监管体制，着力解决突出环境问题，推进荒漠化、石漠化、水土流失综合治理，加快生态文明体制改革，建设美丽中国。习近平主席在十九大报告中要求，坚持人与自然和谐共生，树立社会主义生态文明观，推动形成人与自然和谐发展现代化建设新格局，为保护生态环境做出我们这代人的努力。因此，在适合发展生态产业的喀斯特石漠化地区发展生态产业，促进喀斯特石漠化地区生态文明建设，尤为必要。“山绿民富”是石漠化地区的梦想，这不是几年，十几年就能实现的，但它绝不是幻想，防治的决心和科技的进步是可以实现的，因此，喀斯特石漠化治理的目标任务是实现喀斯特石漠化地区生态文明——山绿民富。
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user: 5. 喀斯特石漠化治理历程 喀斯特石漠化治理之路至今已走过二十多年，根据学界和政府在石漠化治理过程中提出的重要观点及发生重大事件的时间节点，将喀斯特石漠化治理的阶段划分为岩漠化治理、学界探索治理、政府主导治理、科学治理以及依法治理等五个阶段和层次。 5.1. 岩漠化治理阶段 自1973年Legrand在Science上发表了《喀斯特地区水文及生态问题》文章后，喀斯特区地面塌陷、森林退化、旱涝灾害、原生环境中的水质等生态环境问题受到重视 [ 16 ]，1989年在瑞士苏黎世召开的第22届国际水文地质学家会议上中国地质学者提交的论文中用了岩漠化一词，这一阶段主要是利用生态修复技术开展喀斯特岩漠化治理 [ 5 ]。 5.2. 学界探索治理阶段 1993年袁道先提出喀斯特石漠化概念 [ 8 ]，1994年中国科学院地学部常委会决定将西南喀斯特石山地区纳入“我国生态脆弱地区持续发展与科技脱贫”调研咨询活动地区，并作为第一个重点治理地区。应贵州、云南两省人民政府邀请，地学部和生物学部六位院士赴西南喀斯特石山地区考察，并提交了《关于西南岩溶石山地区持续发展与科技脱贫咨询建议》，从生态经济关系、科技投入、治理对策、治理资金、政策等方面提出建议 [ 28 ]。 5.3. 政府主导治理阶段 学界专家提出《关于西南岩溶石山地区持续发展与科技脱贫咨询建议》后，“加快推进黔桂滇岩溶石漠化的综合治理”才进入了我国政府“十五”工作报告，石漠化治理工作开始陆续启动。2002年3月，为了推进黔、滇、桂喀斯特地区石漠化综合治理，中国科学院组织了近40位院士与专家在广西平果、马山、桂林地区考察了石漠化、水文生态以及山区人畜饮水等问题；同年4月又组织12位院士和专家对贵州普定、独山、广西河池、都安等县喀斯特区进行了考察 [ 29 ]。2005年，第一次对石漠化进行较为全面的监测，两年后胡锦涛总书记在党的十七大报告中提出要加强荒漠化、石漠化治理，促进生态修复的要求；随后国务院发布的《国家环境保护“十一五”规划》中提出“西部地区要强化生态保护，继续推进各类生态建设工程，加大荒漠化和石漠化治理力度”。喀斯特石漠化受到学界和政府的高度重视以后，国家在石漠化地区实施退耕还林还草工程，加大长江、珠江防护林等重点生态工程建设投入，防治速度明显加快，成效显著，而专家学者则在石漠化成因、分布、区划等进行广泛研究，取得了不少成果。 5.4. 科学治理阶段 2008年国务院批复了《岩溶地区石漠化综合治理规划纲要》(2006~2015年)，又将西南8省(区、市)的石漠化治理县扩展到451个，重点试点县增加至100个 [ 30 ]。该规划大纲健全了喀斯特石漠化治理依据，是石漠化的治理指南，启动了石漠化综合治理试点工作，进一步加快了石漠化治理步伐。截至2011年底，喀斯特地区石漠化土地总面积为1200.2万公顷，占喀斯特土地面积的26.5%，占区域国土面积的11.2%，与2005年(第一次石漠化监测信息基准年)相比，石漠化土地面积减少96万公顷，减少了7.4%，年均缩减率为1.27% [ 15 ]。截止2015年底，治理喀斯特石漠化面积7万平方公里 [ 31 ]。2016年，国家发改委进一步印发了《岩溶地区石漠化综合治理工程“十三五”建设规划》指出，要推进重点区域生态修复，坚持源头保护、系统恢复、综合施策，推进荒漠化、石漠化、水土流失综合治理。根据中国·岩溶地区石漠化状况公报显示，截止2016年底，喀斯特地区石漠化土地总面积为1007万公顷，占喀斯特面积的22.3%，占区域国土面积的9.4%，石漠化土地减少率为16.1%，年均缩减率为3.45%，石漠化扩展态势得到控制 [ 27 ]。2017年10月，党的十九大报告进一步指出人与自然是生命共同体，必须像对待生命一样对待生态环境，坚持人与自然和谐共生，建立生态文明，树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，开展国土绿化行动，推进荒漠化、石漠化、水土流失综合治理。这一时期专家学者则对不同的喀斯特地貌区进行石漠化治理模式、技术方面进行了大量研究，取得了不少的成功经验。 5.5. 依法治理阶段 要想巩固和推进石漠化治理成果，顺利推进石漠化地区生态文明建设，就必须依法治理石漠化，加强对生态破坏行为的执法力度，就必须出台石漠化防治相关法律法规，因此，石漠化治理的下一阶段应该是依法治理阶段(表2)。
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user: 7. 结论与讨论 1) 自然驱动力因素使喀斯特生态系统存在石漠化潜在风险，人为驱动力因素才是产生石漠化的直接原因，是潜在喀斯特石漠化变成喀斯特石漠化的必要条件。喀斯特地区，独特的岩性、气候、水文地质系统及土体结构等自然因素共同形成了脆弱的喀斯特生态环境。在这脆弱的生态环境里，常常有石生、耐旱、喜钙，并有很长根系的植物生长，形成喀斯特原始森林。该森林系统是一个开放、较为稳定的生态系统，在没有超强干扰力的情况下，趋于一个较为稳定态势，但该系统也是一个生物地球化学场高敏感、平衡遭到破坏，并发生逆向演替的生态系统。当人类对喀斯特生态系统滥垦乱牧、滥采滥挖、过渡砍伐，制造森林火灾及进行不合理的产业生产时，喀斯特生态系统受到外部干扰力度超出了整个系统所能维持的最高能力，其结构和功能被改变，并逆向演替形成几乎丧失生产力的石漠化生态系统。 2) 喀斯特石漠化治理的核心任务有植被修复与重建、贫困治理以及生态文明建设等三个方面和层次。首先，喀斯特石漠化治理的首要任务是植被修复与重建：从自然动力因素及人为动力因素在喀斯特石漠化产生的作用来看，石漠化治理的首要任务就是在土地缺水、缺土，居民缺粮、缺钱的条件下进行植被修复与重建；从不同等级石漠化治理模式来看，无论是轻度、中度、强度、极强度石漠化治理，其共同点都是因地制宜地进行植被修复与重建；从贵州石漠化治理典型模式来看，都是因地制宜地发展经济的同时，恢复林草植被；从历代森林覆盖率及其年下降率来看，石漠化治理是进行植被修复与重建，从而提高森林覆盖率。其次，喀斯特石漠化治理的重要任务是铲除石漠化地区的“穷根”：喀斯特作用导致的生态脆弱，主要是个地质生态问题，但喀斯特石漠化不是一种纯自然过程，而是与人类活动密切相关，具有明显的自然和社会学属性。喀斯特石漠化地区缺水、缺土、缺林，使该区土地生产力衰退甚至丧失，导致该区居民缺粮、缺钱，人地矛盾更加突出，居民更加贫困。经过“十五至十三五”喀斯特地区石漠化综合治理，与2011年相比，2015年喀斯特地区生产总值增长65.3%，高于全国同期的43.5%，农村居民人均纯收入增长79.9%，高于全国同期的54.4%。5年间，区域贫困人口减少3803万人，贫困发生率由21.1%下降到7.7%，下降13.4个百分点，区域经济发展加快，贫困程度减轻 [ 27 ]。最后，喀斯特石漠化治理的目标任务是实现喀斯特石漠化地区生态文明——山绿民富：生态产业能使生态资本增值，将“治石”与“治贫”相结合，能实现“山绿民富”，是当前石漠化治理的发展趋势，是有发展生态产业条件的喀斯特石漠化地区生态文明建设的首要载体。在适合发展生态产业的喀斯特石漠化地区发展生态产业，促进喀斯特石漠化地区生态文明建设，尤为必要。“山绿民富”是石漠化地区的梦想，这不是几年，十几年就能实现的，但它绝不是幻想，防治的决心和科技的进步是可以实现的。 3) 根据学界和政府在石漠化治理过程中提出的重要观点及发生重大事件的时间节点，将石漠化治理划分为岩漠化治理、学界探索治理、政府主导治理、科学治理以及依法治理等五个阶段和层次。石漠化治理过程中提出的重要观点和重大事件的时间节点主要包括① 20世纪80年代末，提出喀斯特岩漠化；② 20世纪90年代初提出喀斯特石漠化；③ 石漠化治理工作进入国家政府工作计划(十五工作报告)，石漠化治理工作陆续开始启动，选取试点治理，石漠化面积开始缩减，程度开始减轻；④ 2008年国务院批复的《岩溶地区石漠化综合治理规划纲要》(2006~2015年)健全了喀斯特石漠化综合治理依据，是石漠化治理的指南，是科学治理石漠化的依据；⑤ 未来某年将出台《石漠化防治法》或《石漠化防治条例》：要实现喀斯特石漠化地区“山绿民富”，就得出台相应的法律法规，加强对生态破坏行为的执法力度，以此巩固和推进石漠化治理成果，顺利推进石漠化地区生态文明建设，因此，石漠化治理的下一阶段应该是依法治理阶段。 4) 根据喀斯特石漠化治理的经验及历程来推导喀斯特石漠化治理趋势。根据喀斯特石漠化治理的经验及历程来看喀斯特石漠化治理区居民已自觉参与该区生态建设，喀斯特石漠化综合治理将进入依法治理阶段，治理路径从“输血式”转向“造血式”。今后将加大科技投入，用生态修复新技术促进石漠化地区植被修复与重建，并利用生态产业来实现石漠化治理产业化发展，加强喀斯特森林管护，生产木料替代产品，以此减少对喀斯特生态系统的干扰，最终实现喀斯特地区“山绿民富”。
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user: 摘 要 工质在热力学循环中起着至关重要的作用。被广泛用于制冷系统及有机朗肯循环系统中的有机工质其发展现今已经进入了环保时代。有机工质环保性能中最重要的两个指标是臭氧消耗潜势(ODP)和全球变暖潜势(GWP)。而物质的辐射效率是计算GWP的一个很重要的中间参数，且其作为一个强度量，是物质固有的属性。本文从ODP和辐射效率的角度对未来环保有机工质的开发进行了一些思考，给出了未来开发环保有机工质可能会用到的基团。 关键词 :基团贡献法，环保，有机工质，ODP，GWP，辐射效率 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 有机工质在热力学上的应用领域主要有两个：一是作为制冷剂用于逆循环的制冷循环，这也是有机工质最早的用途；另一个是用于正循环的有机朗肯循环来进行低品位热能的回收利用。有机工质用于制冷循环最早始于19世纪30年代，第一代的有机工质多数是可燃的或有毒的，甚至两者兼具，而且有些还有很强的腐蚀和不稳定性；而从20世纪30年代起的40多年，第二代有机工质含氟有机物在制冷剂领域占据了统治地位，直到其与环境问题联系在了一起，可以说，从《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》和《联合国气候变化框架公约的京都议定书》签订之后，开发环保新工质的呼声越来越高，有机工质的发展随之进入了第三代，即环保时代。 有机工质的环保指标主要有两个，即：臭氧消耗潜势(Ozone Depletion Potential， ODP)和全球变暖潜势(Global Warming Potential， GWP)。ODP用于考察化合物对同温层臭氧破坏的潜在影响程度，其是一个相对值，以CFC-11对臭氧破坏的影响作为基准，定义其ODP值为1，其它物质的ODP值是相对于CFC-11的比值 [ 1 ]。由于ODP是一个相对值，故很“坚挺”，对输入数据的变化和模型计算的细节并不十分敏感。GWP定义为“瞬间释放1 kg温室气体在一定时间段产生的辐射强迫与对应于1 kg参照气体辐射强迫的比值 [ 2 ] ”，其计算涉及了大气辐射传输和大气化学反应等地表与大气之间的相互作用，是一个极其复杂的过程。且物质GWP的值与其大气丰度有关，是一个变化的值。而物质的辐射效率是计算GWP的一个很重要的中间参数，且其作为一个强度量，是物质固有的属性，是不变的定值。 任何物质的宏观性质都是通过其内部的微观特性来体现的，有机物亦不例外。且较大较复杂的有机分子都是通过较小较简单的有机分子通过化合而形成的。基团贡献法具有普遍性和高预测性的特点，可以用来估算物质的多种热物理性质 [ 3 ] - [ 9 ]。基于此，本文试图使用在热物理性质计算中较为成功的基团贡献法来估算组成有机工质的各个基团对工质ODP和辐射效率的贡献值，在此基础上，对未来环保有机工质的开发进行一些思考，给出了未来开发环保有机工质可能会用到的基团。
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user: 2. 基团的划分及对有机工质ODP的贡献值 分子间的键能受其组成原子和基团所带静电量的影响，如果原子的静电量发生变化，则由它所组成的化学键的键能也将随之发生变化，从而最终导致按化学键的连接所划分的基团对物性的贡献值发生变化。根据世界气象组织全球臭氧研究和监测项目 [ 10 ] 和相关研究者 [ 11 ] 所公布的ODP数值，按照各种物质所属的不同种类，本文划分了各种基团。考虑到现今开发的新型有机物工质多为多C工质(分子中C原子的个数大于1)，故下面的计算未考虑单C有机物的ODP，计算范围为含有2至4个C原子的有机物的ODP。各种划分出来的基团及其对有机物ODP的贡献值详见表1。 Table 1 Contribution value of various groups to ODP of organic working flui 序号 基团 对有机工质ODP的贡献值 1 -CH 3 0 2 -CCl 3 0.16 3 -CF 3 0 4 -CClF 2 0.047 5 -CCl 2 F 0.13 6 -CHCl 2 0 7 -CHClF 0.001 8 -CHF 2 0 9 -CH 2 F 0.001 10 -CH 2 Cl 0 表1. 各种基团对有机工质ODP的贡献值 采用基团贡献法对有机工质ODP的估算结果列于表2。表2亦给出了世界气象组织全球臭氧研究和监测项目和相关研究者公布的数值。从表所列的计算结果可以看出，采用基团贡献法估算有机物的辐射效率在大部分情况下与标准值比较接近。各种基团对有机工质ODP的贡献值从大到小依次为：-CCl 3 > -CCl 2 F > -CClF 2 > -CHClF = -CH 2 F > -CH 3 =- CF 3 = -CHCl 2 = -CHF 2 = -CH 2 Cl。 Table 2 Estimation of ODP of organic working medium by group contribution method and comparison with the values published by the World Meteorological Organization Global Ozone research and monitoring project and relevant researcher 制冷剂编号 化学式 基团组合(序号) 世界气象组织全球臭氧研究和监测 项目和相关研究者公布的数值[ 3 ] [ 4 ] 估算数值 120 CHCl 2 CCl 3 2 + 6 0.001 0.16 121 CHCl 2 CCl 2 F 6 + 5 0.004 0.13 121a CHClFCCl 3 2 + 7 0.16 0.161 122 CHCl 2 CClF 2 6 + 4 0.009 0.047 122a CHClFCCl 2 F 7 + 5 0.14 0.131 122b CHF 2 CCl 3 2 + 8 0.23 0.16 123 CHCl 2 CF 3 6 + 3 0.013 0 123a CHClFCClF 2 7 + 4 0.09 0.048 123b CHF 2 CCl 2 F 8 + 5 0.13 0.13 124 CHClFCF 3 7 + 3 0.035 0.001 124a CHF 2 CClF 2 8 + 4 0.047 0.047 125 CHF 2 CF 3 8 + 3 0.00 0 130 CHCl 2 CHCl 2 6 + 6 <0.001 0 130a CH 2 ClCCl 3 10 + 2 0.052 0.16 131 CHClFCHCl 2 7 + 6 <0.001 0.001 131a CH 2 ClCCl 2 F 10 + 5 0.060 0.13 131b CH 2 FCCl 3 9 + 2 0.20 0.161 132 CHClFCHClF 7 + 7 0.002 0.002 132a CHF 2 CHCl 2 8 + 6 <0.001 0 132b CH 2 ClCClF 2 10 + 4 0.049 0.047 132c CH 2 FCCl 2 F 9 + 5 0.12 0.131 133 CH 2 ClCF 3 10 + 3 0.023 0 133a CHClFCHF 2 7 + 8 0.008 0.001 133b CH 2 FCClF 2 9 + 4 0.043 0.048 134 CHF 2 CHF 2 8 + 8 0.00 0 134a CH 2 FCF 3 9 + 3 0.00 0.001 140 CH 2 ClCHCl 2 10 + 6 <0.001 0 140a CH 3 CCl 3 1 + 2 0.16 0.16 141 CHClFCH 2 Cl 7 + 10 <0.001 0.001 141a CH 2 FCHCl 2 9 + 6 <0.001 0.001 141b CH 3 CCl 2 F 1 + 5 0.10 0.13 142 CH 2 ClCHF 2 10 + 8 <0.001 0 142a CHClFCH 2 F 7 + 9 <0.001 0.002 142b CH 3 CClF 2 1 + 4 0.038 0.047 143 CH 2 FCHF 2 9 + 8 0.020 0.001 143a CH 3 CF 3 1 + 3 0.00 0 150 CH 2 ClCH 2 Cl 10 + 10 <0.001 0 150a CH 3 CHCl 2 1 + 6 <0.001 0 151 CH 2 ClCH 2 F 10 + 9 <0.001 0.001 151a CH 3 CHClF 1 + 7 <0.001 0.001 152 CH 2 FCH 2 F 9 + 9 0.00 0.002 152a CH 3 CHF 2 1 + 8 0.00 0 160 CH 3 CH 2 Cl 1 + 10 <0.001 0 161 CH 3 CH 2 F 1 + 9 0.00 0.001 表2. 采用基团贡献法对有机工质ODP的估算结果及与世界气象组织全球臭氧研究和监测项目和相关研究者公布的数值之间的对比
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user: 4. 未来开发环保有机工质可供考虑的基团及元素 从上述两节的计算及分析可知，未来在开发新的环保有机工质时，同时考虑工质的ODP和辐射效率，则如下的基团可供考虑：1) CHClF；2) CH 2 F；3) CH 3 ；4) CF 3 ；5) CHCl 2 ；6) CHF 2 ；7) CH 2 Cl；8) CCl 3 ；9) CH 2 -；10) CF 2 -；11) CHF-；12) CHCl-。 此外未来在寻找可以同时满足热力学性能、环保指标及安全性要求的理想有机工质时可以关注那些在元素周期表中位于C、H及卤素原子周围的原子。具体可以考虑现今使用不多的属于卤素一族的原子I、在元素周期表中处于C下方的Si以及具有降低ODP和GWP的作用的O原子与C原子以及H原子来合成新的有机工质。而当分子中无卤素原子存在的时候亦可考虑加入N原子。
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user: 5. 结论 自19世纪30年代有机工质被用于制冷开始，在经历了20世纪30年代氟利昂工质的问世及20世纪60年代末的有机朗肯循环问世之后，现今有机工质的发展已经进入了环保时代。 有机工质的环保指标主要有两个，臭氧消耗潜势ODP和全球变暖潜势GWP。物质的辐射效率是计算GWP的一个很重要的中间参数，且其作为一个强度量，是物质固有的属性，是不变的定值。未来在开发新的环保有机工质时，同时考虑工质的ODP和辐射效率，则如下的基团可供考虑：1) CHClF；2) CH 2 F；3) CH 3 ；4) CF 3 ；5) CHCl 2 ；6) CHF 2 ；7) CH 2 Cl；8) CCl 3 ；9) CH 2 -；10) CF 2 -；11) CHF-；12) CHCl-。
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user: 摘 要 为了缓解国内木材市场的供求矛盾，我国高度重视速生林基地建设，而桉树作为世界三大速生树种之一，因其易于种植、适应性强且轮伐周期短的特点而具有较大的经济价值。大量、单一的速生桉代替了原有的自然林和耕地，造成生物多样性损失、局部水资源短缺等生态环境问题。对该区域桉树林的种植面积和种植结构变化的精确监测是客观评价该地区桉树林种植与生态环境变化关系的关键。本文与澜沧地区为例，分别对Sentinel-2和MOD09GA进行植被指数提取和缨帽变换，并基于时空数据融合技术，分别融合植被指数和缨帽变换指数，获取高时空分辨率NDVI数据和TCA数据，提取桉树林的植被变化特征，实现高精度的桉树林分布制图。结果表明：1) 基于时空融合数据提取的橡胶林物候变化特征能够实现桉树林的识别，识别精度可以达到80.12%，Kappa系数达到0.71；2) 用NDVI指数数据分类时，能够获取比TCA指数数据更高精度的分类结果，表明植被指数数据在高时空数据融合及植被遥感应用中有较好的应用前景。 关键词 :桉树识别，时空数据融合，Sentinel-2，NDVI，TCA Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 桉树是生长在澳大利亚的土著树种，又名尤加利树，是桃金娘科、桉属植物的统称。桉树的轮伐周期短，易于种植、且适应性较强，因此具有较大的经济价值。目前桉树人工林种植面积较大的有中国、西班牙、印度、智力、葡萄牙等 [ 1 ] [ 2 ]。据2013年有关数据统计、我国桉树人工林面积达450万hm 2 [ 3 ]，主要分布于广西、广东、福建、海南等热带亚热带地区，其中以广西种植面积最大 [ 4 ]。近年来，不少农户为了追求经济效益，炼山种植和耕地种植桉树的现象频繁发生，原有的自然林被大量的桉树林所代替，造成生物多样性损失和局部水资源短缺等生态环境问题。因此，及时准确地掌握桉树的种植面积、种植结构的变化是客观评价桉树种植与生态环境变化关系的关键。 森林类型图的获取方法包括野外调查和遥感制图两种。野外调查方式的成本高、周期长，不利于大面积森林类型图的制作。遥感技术因其快速、可重复、覆盖地域广等优势，已经成为当前获取大面积森林类型空间分布信息的主要手段 [ 5 ]。目前国内外学者在森林树种遥感识别方面已经取得了一定的研究成果。伍静基于TM数据的速生桉遥感分类技术研究，对TM数据进行植被指数提取、主成分分析、缨帽变换和最小噪声分离，共生成14个特征波段，加上原始的TM影像的6个波段，作为讨论速生桉分类最优波段组合的基础，运用一般监督分类法、BP神经网络分类法、决策水分类法、混合像元线性分解法，将地类分为水域、裸地。桉树、杉木、幼林、经济林 [ 6 ]。牟智慧等运用TM影像，基于面向对象的方法，利用植被光谱信息和树种生长环境特征提取单一数据信息，完成桉树林的信息提取 [ 7 ]。雷光斌等基于多源多时相遥感影像，获取不同森林类型的季相节律信息来提高深林类型的制图精度 [ 5 ]。章辰宇等利用30年的Landsat影像数据获取NDVI时间序列，并综合考虑桉树林周期性轮伐的信息来完成桉树林分布制图 [ 2 ]。付晓等在Landsat数据的基础上，通过不同植被的波谱特征分析，选择4、5、3波段组合合成遥感图像，进行纸浆源地桉树资源的信息提取；在地面验证和训练样地的支持下，进行图像分类结果归类汇总，获得不同时相桉树资源的面积与分布 [ 8 ]。王学成等基于Raypideye高分辨率遥感影像和面向对象的方法，提取桉树林的分布信息 [ 9 ]。梁文海等基于不同的面向对象分类方法，对GF-2数据中的桉树信息信息进行提取，并对比了不同方法提取结果的可靠性 [ 10 ]。曾志康等以高分一号影像和谷歌高分辨影像为数据源，开展了面向水源地保护的地块尺度桉树遥感识别 [ 11 ]。与单一时相的中分辨率数据相比，高分辨率数据在桉树林识别中能够更加充分地利用桉树林的纹理信息，并有效提高桉树林的识别精度。多源遥感信息能综合利用多源遥感数据优势，提高分类效果 [ 12 ]。目前关于应用多源遥感数据提取树种的相关研究有很多，例如高书鹏等基于高时空分辨率可见光遥感数据提取橡胶林 [ 13 ]，李磊等基于BEMD多源遥感影像融合数据提取漓江源竹林 [ 14 ]，邬明权等利用遥感数据时空融合技术提取水稻种植面积 [ 15 ]，但用遥感提取桉树的研究很少，而且是一个难题，桉树在中低分辨率遥感影像上的光谱和自然林相近，较难区分。目前国外对桉树的研究集中在叶面积指数、种植密度、生物量等试验的研究 [ 15 ] [ 16 ]，而对于桉树提取的研究较少。 本研究分别对Sentinel-2影像(10 m)和MOD09GA影像(250 m)进行植被指数提取和缨帽变换，并基于时空数据融合算法，获取高时空分辨率的NDVI数据和TCA数据，提取桉树林的植被变化特征，实现高精度的桉树林分布制图。这不仅将桉树人工林的纹理和多光谱特征相结合，而且还有效利用了桉树林的时相特征，有效提高提取精度。
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user: 2. 研究区与数据 2.1. 研究区概况 研究区位于云南省澜沧拉祜族自治县，位于中国西南边陲(图1)。易于种植、适应性强且轮伐周期短 图1. 研究区地理位置及样本点分布图 等特点使得桉树具有较大的经济价值，不少农户为了追求经济效益，炼山种植和耕地种植桉树的现象频繁发生，刺激了桉树种植面积的扩张，区域内桉树的种植面积迅速发展。因此，研究区内桉树林具备云南地区桉树林时空分布与发展的代表性。本文在此研究区内，研究不同传感器数据在包含桉树林地的复杂地表环境下的时空数据融合精度。 2.2. 数据 1) Sentinel-2数据。Sentinel-2A卫星于2015年6月23日，从法属圭亚那库鲁发射场由“织女星”(Vega)运载火箭发射升空。时隔不到两年，Sentinel-2B卫星在2017年3月7日同一处发射升空。这两颗卫星是“哥白尼”计划下的多光谱成像卫星，用于全球高分辨率和高重访能力的陆地观测、生物物理变化制图、监测海岸和内陆水域，以及风险和灾害制图等。本研究选取研究区内无云无像元缺失的数据，该数据是与MOD09GA数据同时段的10 m空间分辨率影像，源自美国地质调查局(https://glovis.usgs.gov/)。Sentinel-2数据的大气校正均采用Sen2Cor大气校正，Sen2cor是由ESA发布，并专门用于生成L2A级数据产品的插件。 2) MOD09GA数据。中分辨率成像光谱仪(MODIS)是搭载在Terra和Aqua卫星上的一个重要载荷。Terra卫星于1999年12月18日发射成功，于每天地方时上午10:30时过境，因此也把它称作地球观测第一颗上午星(EOS-AM1)。Aqua卫星于2002年5月4日发射成功，于每天地方时下午1:30过境，因此称作地球观测第一颗下午星(EOS-PM1)。Terra卫星的数据产品时间范围从2000年至今，Aqua卫星的数据产品时间范围从2002年至今。在Terra和Aqua的相互配合下，每1~2天就可对整个地球表面进行重复观测。本研究选择2017年、2018年、2019年的影像(500 m空间分辨率MODIS地表反射率产品，Daily)，源自NASA数据共享平台(https://search.earthdata.nasa.gov/)。其中2017年和2019年的MOD09GA数据用于修复2018年中存在缺失或云覆盖的MOD09GA数据，以便于生成高质量的2018年的MOD09GA daily数据。 3) 验证数据。所有验证数据均来自Google Earth高清影像数据。优于训练样本的选取直接关系到分类结果，为了保证选取样本的代表性以及随机性，本文根据选取样本的空间分布情况以及各地类的面积比例，确定各个地类所选取的样本点数量，然后结合Google Earth高清影像目视解译的矢量文件，按比例随机生成各地类的样本点(表1)。 Table 1 List of Sentiel-2 and MODIS remote sensing image data selecte 数据空间分辨率 Sentinel-2 10 m MOD09GA 500 m DOY (day of year) 305 (2017年) 305 (2016年)~098 (2017年) 305 (2017年)~098 (2018年) 305 (2018年)~098 (2019年) 355 (2017年) 025 (2018年) 055 (2018年) 089 (2018年) 表1. 所选用的Sentinel-2与MODIS遥感影像数据列表