mlsa-iai-msu-lab/ru_sci_bench_zho_cite_reranking huggingface dataset:
播种量对机插双季稻分蘖及成穗特性的影响

为明确机插双季稻育秧合理播种量,选择用双季早、晚稻共4个品种,各5个播种量处理,探讨育秧播种量对机插稻分蘖和成穗特性的影响。结果表明,秧苗素质和栽后分蘖、成穗均受到育秧播种量影响。秧苗干质量和假茎宽因播种量的增加而减小。漏穴率随播种量增加而下降。增加播种量推迟秧苗主茎出叶1~2 d,推迟生育进程1~3 d。增加播种量,主茎第4~5叶以上叶和低位次叶的分蘖数减少,缺蘖位增加;常规稻品种的分蘖缺位多于杂交稻品种。低位叶一次分蘖成穗率随育秧播种量增加呈下降趋势。机插稻播种量对低位叶分蘖成穗率的影响大于高位叶,对早稻的影响大于晚稻,杂交稻品种高于常规稻品种。株两优819和盛泰优722以盘播种量75 g处理产量最高,中嘉早17和镇稻11以盘播种量105 g处理产量最高。综观不同播种量对双季机插稻秧苗素质、移栽质量、栽后分蘖成穗和产量形成等影响,育秧播种量杂交稻品种以盘播种量75 g左右、常规稻以盘播种量105 g左右为宜。
距离和密度制约对吉林蛟河阔叶红松林幼苗生长的影响

【目的】生物多样性的形成和维持机制是生态学领域的核心问题,关于距离和密度制约对温带森林幼苗生长和生物量积累影响的报道目前较为缺乏。本研究探讨温带森林是否存在距离或密度制约现象,若存在,土壤病原菌是否是距离或密度制约现象的内在驱动机制。【方法】本研究基于温室控制试验,选取吉林蛟河阔叶红松林内3个树种,对其幼苗生长进行为期4个月的动态监测,分析不同试验处理(幼苗密度、距成年母体距离和土壤杀菌)对幼苗高生长和生物量的影响。【结果】红松、水曲柳和黄檗幼苗在低密度下的高生长显著高于高密度,都表现明显的负密度制约现象。土壤杀菌处理仅能显著提高水曲柳幼苗的高生长,虽然水曲柳和黄檗幼苗高生长在距母体不同距离间存在差异,但并未表现出随离母体距离增加有助于幼苗生长的现象,研究结果不符合距离制约现象。水曲柳和黄檗幼苗根、茎、叶以及总生物量积累仅与幼苗密度显著相关,且在低密度下的根、茎、叶以及总生物量积累显著高于高密度,同样表现出负密度制约现象。而距母体距离和土壤杀菌处理对幼苗根、茎、叶以及总生物量积累均无显著影响。【结论】该温带森林中存在明显的负密度制约现象,但不存在距离制约现象。本研究认为引起幼苗密度制约性生长的因素是种内竞争,而土壤病原菌作用非常有限,且研究结果不支持距离制约性生长;其次,距离制约证据的缺乏表明,该温带森林中的病原菌并不具有强烈的宿主专一性,对幼苗密度制约性生长起作用的可能是非特异性病原菌。未来还需深入探讨种内、种间竞争和非特异性病原菌对幼苗生长的相对作用。
森林质量评价及精准提升理论与技术研究

在当前大力推进生态文明建设的背景下,森林质量提升已经成为一个重要的主题,并将是今后相当长一个时期内林业的目标和任务。森林经营是实现森林质量提升的根本途径,当前迫切需要明确实现精准提升森林质量的理论基础和技术体系。森林质量的评价指标有哪些?如何基于生态学理论和经营理论来提升森林质量?本文采用文献分析方法,对国内外森林质量评价指标进行了综述,从森林干扰理论、演替理论、主导生态因子作用、生态位原理、生物多样性原理和边缘效应原理等方面总结分析了质量提升的生态学和林学基础。认为森林质量评价指标存在层次性和目标相关性,核心是森林生态系统本身的属性,提出了评价指标体系框架。构建了森林质量精准提升技术体系,包括立地评价和适地适树、森林生长收获预测、森林经营规划等7个方面,为我国的森林质量精准提升工作提供依据。
土壤消毒剂对香蕉枯萎病菌的室内毒力测定及其防病效果

为筛选防治香蕉枯萎病的土壤消毒剂,采用含药培养基法测定了棉隆、1,3-二氯丙烯、异硫氰酸烯丙酯、环氧丙烷、戊二醛、三氯异氰尿酸和氯溴异氰尿酸7种土壤消毒剂对香蕉枯萎病菌4号生理小种(Fusarium oxysporum f.sp.cubence race4,简称Foc4)的室内毒力,且研究了抑菌作用最强的2种土壤消毒剂对香蕉枯萎病菌在土壤中消长动态的影响和香蕉苗的盆栽防病效果。结果表明,7种土壤消毒剂对Foc4菌丝的生长均有一定程度抑制作用,且抑菌率随各土壤消毒剂浓度降低而减小。其中,在200μg/mL时,戊二醛和棉隆对Foc4菌丝生长的抑制效果最佳,抑菌率分别为80.24%和100%,EC_(50)分别为52.50μg/mL和66.15μg/mL。在香蕉枯萎病菌土壤消长动态中,戊二醛的抑菌作用比棉隆更显著,土壤含菌量消减更快;当土壤含菌量达到稳定后,戊二醛处理的土壤含菌量为0.020×10~6CFU/g土,而棉隆处理的土壤含菌量为0.024×10~6CFU/g土。在盆栽防效方面,每株香蕉苗灌注40mL浓度为2000μg/mL的戊二醛时,防效最佳,达89.91%;而每株香蕉苗灌注20mL浓度为500μg/mL的棉隆时,防效为79.41%。首次筛选出戊二醛作为防治香蕉枯萎病菌的土壤消毒剂。
内生真菌对低磷胁迫下杉木幼苗生长及光合作用的影响

通过浇施菌液,接种5株内生真菌NG1、CG5、AJ6、AJ14、AJ13于低磷胁迫下的杉木幼苗(Cunninghamia lanceolata)。接种15 d后进行低磷胁迫试验,测定苗高地径、根冠比、叶绿素含量以及叶绿素荧光等数据,分析内生真菌对杉木生长和光合作用的影响。结果显示:5株内生真菌中,AJ14菌株对苗高地径和根冠比的综合影响最大,促生效果最明显;NG1菌株对根冠比的影响最大。AJ14菌株在低磷胁迫各个时期提高了杉木幼苗体内的叶绿素含量,且实际光合效率较高。5株内生真菌接种的杉木在胁迫后期,F_o值小于CK,总体减小趋势明显;F_v/F_o和F_v/F_m值高于对照组,总体升高的趋势明显,说明内生真菌在促进了植物的光合作用方面有明显优势。结果表明:5株内生真菌对杉木的生长和光合作用有较大影响,AJ14、NG1菌株对杉木的生长和光合作用有明显的促进作用。
帽儿山天然次生林主要林分类型最优树种组成

【目的】以帽儿山地区天然次生林为对象,通过对不同演替阶段林分特征状态的综合评价确定林分类型的最优树种组成,为构建该区合理的森林经营模式提供理论依据。【方法】以帽儿山实验林场2004和2016年共53块固定样地数据为基础,从林分结构特征、林分活力和树种多样性3个方面共选取12项指标:角尺度、大小比数、混交度、直径分布、林分密度、林分蓄积生长量、蓄积量、平均高、天然更新密度、林分潜在疏密度、Simpson多样性指数、Pielou均匀度指数,在熵值-AHP法基础上采用线性加权综合评价法探讨不同软硬阔混交比例对软阔混交林(硬软阔比:0:10、1:9、2:8、3:7)、软硬阔混交林(硬软阔比:4:6、5:5、6:4)和硬阔混交林(硬软阔比:7:3、8:2)林分结构的综合影响。【结果】3种林型中,除树种混交程度整体相对较高外(0.62 ~ 0.69),林木水平分布格局(0.53 ~ 0.56)、林木大小分化程度(0.47 ~ 0.51)、径阶分布q值(1.09 ~ 1.19)和更新数量(368 ~ 571株/hm~2)均相对较差;各项指标权重值最大为林分蓄积生长量(0.191),最小为大小比数(0.021);软阔混交林、软硬阔混交林、硬阔混交林3种林型中,综合评价值最大的硬软阔树种组成比例分别对应为2:8、 6:4、8:2。【结论】帽儿山天然次生林的最优树种组成在不同林型内差异显著,软阔混交林、软硬阔混交林、硬阔混交林的最优树种组成比例分别对应为2硬8软、6硬4软、8硬2软,为该区阔叶次生林树种组成调整提供参考。
太行山南麓刺槐人工林土壤呼吸与土壤温度间的滞后关系

【目的】土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的一个重要组成部分。本研究在年尺度和日尺度上分析刺槐人工林土壤呼吸与各土层温度间的温度敏感系数(Q10)的差异,并探讨土壤呼吸与各土层温度间的时间滞后。【方法】利用土壤呼吸自动观测系统Li-8150对太行山南麓50年生刺槐林进行定位观测。【结果】在年尺度上,刺槐人工林土壤呼吸与各土层温度在时间上的滞后不明显,且呈现显著的指数关系(P < 0.001)。Q10在2.23 ~ 2.53之间变动,且Q10随土壤温度测量深度的增加而略微增大,指数模型拟合系数(R2)随土壤温度测量深度的增加而略微减小。土壤呼吸与各土层温度不需要相位校准。在日尺度上,土壤呼吸与各层温度存在时间上的滞后,拟合系数R2较小,获得Q10并不准确。土壤呼吸与各土层温度需要进行相位校准,校准后的土壤呼吸与土壤温度间的拟合系数R2增大,获得的Q10更准确,并且Q10值随土壤温度测量深度增加而增加,但是深层(> 20 cm)的Q10过大并不符合生物学规律。在土壤浅层(< 20 cm),Q10随深度增加与土层温度变化幅度有关。【结论】在年尺度上,各土层Q10值相差不大,都能较理想反映全年刺槐林土壤呼吸与温度的关系。在日尺度上,本研究推荐使用浅层的Q10来反映日间刺槐林土壤呼吸与土壤温度关系。
中国煤层气发展战略探讨——以中石油煤层气有限责任公司为例

近年来我国煤层气产业增速放缓,为了促进产业发展,亟需围绕做大做强我国煤层气产业这一重大课题开展研究工作。为此,以中石油煤层气有限责任公司为例,系统研究和总结了该公司自2008年成立以来在鄂尔多斯盆地东缘煤层气产业基地建设、新疆地区煤层气勘探开发等方面取得的技术进展和成果,分析了我国煤层气产业发展面临的机遇与挑战。在此基础上,提出了有利于煤层气产业发展的5大主攻方向:①突出加快新疆地区中低煤阶煤层气战略接替规模突破;②持续攻关已开发区增产和提高采收率技术,大幅度提升开发效益;③强化深部煤层气及煤系地层天然气综合开发,提高资源综合利用率;④建立基于人工智能和大数据的煤层气田智能信息技术,提升煤层气田开发水平;⑤开展煤层气效益开发创新管理体系研究,为煤层气效益开发提供科学的制度保障。结论认为:①鄂尔多斯盆地东缘煤层气的规模开发为国家提供了宝贵的清洁能源,为煤矿安全生产、节能减排提供了新路径、做出了新贡献;②应持续推进管理创新和技术创新,突出加快在新疆地区建设我国第3个煤层气产业基地,促进我国煤层气产业加快发展。
中国东海气区初始产水评价图版的建立

为了揭示东海盆地不同区域气藏气井初始产水特征存在差异的原因,以便于筛选有利的低渗透储层改造目标,应用气水两相毛细管压力及J函数定义式、幂函数型相渗模型、分流量方程,建立不同气柱高度下初始生产水气比的计算方法,再以东海气区标准毛细管压力、标准相渗实验数据为基础,计算并建立东海区域气藏不同气柱高度下初始生产水气比评价图版。在此基础上,由东海区域气藏已测试或投产井的数据对所建立的评价图版进行验证,并依据评价图版确定东海区域低渗透气藏适合储层改造的气藏物性条件。研究结果表明:①所建立的评价图版反映出各参数间的相关性与实际生产表现出的规律相似,且与实际数据匹配较好,验证了该图版建立方法及关键参数求取方法的正确性与可靠性;②以生产水气比小于1 m~3/10~4 m~3作为筛选条件,东海盆地西次凹、中央隆起带及裙边的低渗透气藏(气柱高度一般在50 m左右)适合进行储层改造的储层渗透率应大于0.65 mD,中央隆起带中北部大型低渗透气藏(气柱高度一般大于100 m)适合储层改造的储层渗透率应大于0.26 mD ;③在原位油气藏成藏条件下,气藏中不存在气水界面,所提出的方法及建立的评价图版则不适用。结论认为,所提出的初始产水评价图版建立及关键参数求取方法可以为国内其他气区的开发评价提供借鉴。
西湖凹陷北部气田天然气地球化学特征及气源探讨

东海盆地西湖凹陷具有丰富的天然气资源,但对于其天然气的来源却一直都存在着较大的争议,已有的研究成果多采用烃源岩成熟度进行气源对比,没有给出直接证据。为此,以近年来在该凹陷北部发现的大中型气田为研究对象,在分析区内天然气组分、碳同位素值、天然气轻烃组成的基础上,系统研究了该区天然气的地球化学特征及其成因类型,并结合烃源岩的热演化程度及干酪根碳同位素值,分析了天然气的来源、探讨了天然气的运移方式及通道。研究结果表明:①西湖凹陷北部渐新统花港组天然气主要为煤型气,由腐殖型干酪根初次裂解形成,其中中央反转构造带气田主要为干气,西次凹气田为湿气;②凹陷区烃源岩成熟度从南到北逐渐增加导致中央反转构造带天然气成熟度较高,西次凹相对较低;③西湖凹陷北部天然气主要来源于始新统平湖组煤系烃源岩,同时花港组烃源岩及平湖组下部烃源岩也有不同程度的贡献,其中中央反转构造带北部花港组煤系烃源岩成熟度较高,对该区天然气成藏的贡献较大;④凹陷区天然气具有垂向运移分馏的特征,龙井运动之后断裂再次活化,为平湖组及其下部天然气向上运移提供了有利的通道。
页岩柱塞脉冲衰减测试的渗流机理再认识

在采用柱塞脉冲衰减法测试页岩渗透率时,对影响测试和分析精度的各种因素进行综合分析,有助于提高测试结果的准确性。由于页岩中发育大量的纳米级孔隙,测试压力越低,越容易出现非达西渗流。为了确保测试过程中气体呈达西渗流,根据克鲁得森数的定义,提出了孔隙中达西渗流的压力下限;针对柱塞脉冲衰减测试中的气体渗流过程,考虑气体在有机孔隙中吸附作用的影响,建立了气体解吸—渗流耦合模型;完成偏微分方程组的求解推导后,提出了相应的渗透率计算方法;柱塞脉冲衰减测试后,对页岩样品进行了配套的氮气等温吸附测试和甲烷等温吸附测试。实例分析结果表明:①在柱塞样脉冲衰减测试中,气体在岩样中作一维线性渗流,在构建渗流方程时,可以采用气体压力代替气体拟压力,简化计算难度;②氮气在页岩中的吸附性远弱于甲烷,上下游压差的变化在初始孔隙压力的5%范围之内时,氮气解吸对渗流的影响可以忽略。结论认为,现有的行业标准虽然没有考虑气体吸附的影响,但所得到的页岩渗透率仍然可以满足精度要求。
1994—2016年和田绿洲植被覆盖时空变化分析

监测植被变化对评价区域生态环境质量及生态过程具有重要意义。基于Landsat数据影像,运用归一化植被指数、像元二分模型、重心迁移模型等方法分析和田绿洲植被覆盖时空变化。结果表明:(1)和田绿洲植被分布总体以玉龙喀什河和喀拉喀什河为轴线,从高到低向外展布,高覆被以大面积片状集中于绿洲中部,低、中覆被相对零散围绕高覆被分布;(2)过去23年,和田绿洲植被覆盖面积和植被覆盖度均呈升高趋势。2016年相比1994年,绿洲植被覆盖面积增加553 km~2,增长了19.6%;(3)和田绿洲覆被变化存在阶段性和区域性差异。时段上,2000—2005年覆被面积增加最明显;区域上,西部覆被增加最显著;(4)气候变化对和田绿洲覆被变化存在一定影响,但人类活动影响最直接。其中耕地开垦、作物种植是和田绿洲覆被增加的最主要因素,而城市基建是引起绿洲覆被减少的最主要因素。同时,因农耕区水耗增加挤占天然覆被生态用水,引起天然覆被退化,威胁绿洲未来发展;(5)过去23年,绿洲覆被重心整体西移。
渤海海域西南部中生代构造演化过程与潜山形成机制

渤海湾盆地渤海海域西南部中生代潜山构造广泛发育,但对其成因演化机制尚缺乏系统的研究。为此,基于对该区三维地震资料的精细地层解释和构造样式识别,厘清断裂的期次、类型、活动特征,揭示关键构造期构造格局和潜山形成演化过程,明确潜山分带差异构造特征,并开展潜山类型划分。研究结果表明:①渤海海域西南部潜山内幕主要发育印支期、燕山早期、燕山中期、喜马拉雅期等4期构造运动,其中印支期、燕山早期构造运动对潜山形成和分布起到决定性的控制作用;②上述4期构造运动形成了由北东向、北西向和近南北向等3组断裂组成的4套复杂网格状断裂系统,各组断裂形成期次、性质及活动特征差异明显; ③该区经历了古生代潜山物质基础形成、中生代晚三叠世—早侏罗世挤压造山与逆冲构造发育、晚侏罗世—早白垩世陆内裂陷及潜山初始格局的形成、新生代走滑—伸展复合改造与埋藏定型等4个演化阶段;④关键构造期表现形式的差异导致该区潜山构造特征呈现明显的分带性,可划分为西侧残留逆冲型潜山带、中部反转翘倾型潜山带和东侧复杂走滑断块型潜山带。结论认为,中、新生代经历多旋回的构造运动导致了该区潜山类型的多样性和内幕断裂系统的复杂性。
黄土高原典型植被恢复过程土壤与叶片生态化学计量特征

为揭示黄土高原典型人工植被恢复过程中植物叶片与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)元素变化特征及其交互作用,以延安庙咀沟流域恢复20—40a的
半干旱黄土区苜蓿退化对坡面草本植物分布及多样性的影响

半干旱黄土丘陵区土壤水分亏缺引起人工苜蓿草地退化会显著影响其他草本植物的分布及多样性,然而地形驱动下的苜蓿草地退化及植被群落多样性响应还尚不清楚。以典型半干旱黄土丘陵区龙滩小流域为研究区,对不同地形条件下退化苜蓿草地地上生物量、草本多样性及生长季内0-200 cm土壤水分进行了定位监测,利用方差分析、相关分析和典范对应分析(CCA)明确坡面地形、苜蓿生长状况和土壤水分与其他草本植物分布及多样性之间的关系。结果表明:(1)地形显著影响植被群落特征,西坡、东坡和北坡样带苜蓿地上生物量明显不同,西坡和东坡样带中、下坡位苜蓿地上生物量明显高于上坡位,而其他草本的生物量、物种丰富度和多样性指数的变化趋势则与苜蓿相反;(2)苜蓿地上生物量与80-200 cm土壤水分显著正相关,而与0—20 cm和20—80 cm土壤水分的相关性较小;(3)地形特征、不同深度土壤水分和苜蓿地上生物量解释了退化苜蓿草地其他草本群落变异的87.8%,其中坡向、苜蓿地上生物量、0—20 cm和20—80 cm土壤水分4个因子解释了79.3%的群落变异。研究认为,半干旱黄土丘陵区不同地形条件引起坡面土壤水分变化,进而影响退化苜蓿草地地上生物量,使得苜蓿退化程度不同,而苜蓿退化程度和0-80 cm土壤水分决定了不同部位草本分布及多样性。
页岩气“体积开发”理论认识、核心技术与实践

四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组海相页岩气勘探开发的突破和发展,对中国天然气理论创新和技术进步具有重大的战略意义,连续型油气聚集、水平井体积压裂开发等一批关键理论技术,支撑了四川盆地南部(蜀南)、涪陵等页岩气田的大发展。为了提高中国页岩气区储量动用率和采收率,基于中国页岩气的地质条件和工业实践,梳理了中国页岩气勘探开发进展及取得的主要地质认识,深化了对五峰组—龙马溪组页岩储层主要地质特征的认识和页岩气“甜点区(段)”分级评价标准,从人工干预提高页岩气有效流动性和开发整体性出发,提出了页岩气甜点区“体积开发”的理论内涵和核心技术,进而评价展望了中国页岩气资源“体积开发”的发展前景。研究结果表明:①页岩气“体积开发”指在不同级别含气页岩储层“甜点区”“甜点段”范围内,通过多水平层段分段压裂构建人工缝网系统,利用水平方向流动叠加垂向导流缝流动形成复合流动方式,促使波及范围内的页岩气资源成为可开发的商业储量,实现更多页岩气资源的有效动用;②“体积开发”包括“甜点区”综合评价、体积开发井网优化设计、水平井钻井和靶窗优选及轨迹设计、水平井段体积压裂改造技术、生产制度设计与平台式工厂化管理等5项核心技术。结论认为,“体积开发”理论技术不仅为目前长宁、涪陵等页岩气储量区立体开发,而且也为陆相、海陆过渡相页岩气等非常规油气资源的整体利用,提供了重要的理论依据和技术支持,具有广阔的应用前景。
基于生态系统服务价值重构的干旱内陆河流域生态安全格局优化——以张掖市甘州区为例

干旱区内陆河流域的生态环境极为脆弱,生态系统的微小变化也可能给流域生态安全带来巨大影响。甘州区位于干旱内陆河流域,生态问题突出,重视生态系统自身安全、构建合理的生态安全格局是保障该地区生态安全的有效措施。通过当量因子法估算2000、2005、2010年甘州区生态系统服务的静态价值,在充分考虑各项生态系统服务功能变化率及空间集聚程度对功能发挥影响的基础上,采用生态系统服务优先指数和空间丰富度指数,对甘州区2010年生态系统服务静态价值的估算结果进行动态重构。利用重构后的生态系统服务价值构建了甘州区3种不同安全水平情景下的生态安全格局。结果表明:1)甘州区生态系统服务价值总量逐步上升,各项服务多年变化率差异不大。2)重构后生态系统服务价值量为1438.21 — 390993元/hm~2,大部分地区为中低值。3)低、中、高安全水平生态安全格局中,生态源地面积分别为155.75 km~2,191.25 km~2和224.5 km~2。基于生态系统服务价值构建的生态安全格局是立足于生态系统服务现状提出的规划策略,可为区域生态保护规划和生态文明建设提供重要依据。
黄土高原生态系统服务权衡与协同时空变化及影响因素——以延安市为例

明确黄土高原生态系统服务权衡与协同的时空变化特征及影响因素,深刻理解能源开发和经济发展背景下黄土高原多种生态系统服务之间的相关关系,为实现经济与生态保护的协调发展提供理论依据。以黄土高原典型区延安市为例,探讨1993-2013年间生态服务价值(植被净初级生产力、土壤保持、水源涵养和食物供给)之间权衡与协同关系的时空变化特征,以及退耕还林政策和地形坡度对生态系统服务权衡与协同关系动态变化的影响。结果表明:①各类生态系统服务之间呈现不同的相关关系,食物供给与土壤保持、水源涵养以及NPP之间均为权衡关系,NPP与土壤保持、水源涵养之间为协同关系,土壤保持与水源涵养呈现协同关系;②20年来延安市生态系统服务整体表现为权衡加强协同减弱的趋势;③对比退耕还林区与非退耕还林区权衡与协同的动态变化,发现退耕还林区各类生态服务多呈协同关系且不断加强,而在非退耕还林区多表现为权衡关系;④坡度为15°— 25°地区生态服务冲突最为显著,大于25°地区生态服务协同作用显著;⑤NPP与水源涵养的协同关系呈现北部高南部低的分布规律,NPP与食物供给权衡程度在延安市北部较强而东部较弱,水源涵养与食物供给的权衡关系在延安市西南部更为突出而北部最弱。
可持续生态学

可持续生态学系用生态学原理和方法解决自然与社会经济协调发展问题,或者说生态学不断将人类及其社会经济活动纳入研究范畴而形成的自然科学与社会科学的交叉学科。40年来,我国在可持续生态学研究和实践领域取得了丰硕的成果,一是提出了“社会-经济-自然”复合生态系统理论;二是构建了适应中国国情的可持续发展评价指标体系;三是推进实施了国家可持续发展战略,并在不同时空尺度进行了试点示范;四是将可持续发展的区域生态安全格局和生态风险管理理论与方法应用于城市与区域发展规划中,并利用生态补偿机制推进跨域的生态安全格局建设;五是为国家生态文明建设规划纲要的出台提供了重要的科学支撑,有力地推进了生态文明建设战略的实施;六是系统地研究了全球气候变化对中国生态系统的影响,科学评估了气候变化的现状、趋势及其影响,提出了气候变化的生态适应对策;七是不断推进国家和地方层面的生态省、生态市、生态县建设,创建了不同层次和规模的可持续发展实验区、国家可持续发展议程创新示范区、生态农业试点示范县、生态工业示范园区等。本文从宏观生态学与可持续发展、生态城市与可持续发展、生态产业与可持续发展三个方面评述可持续性生态学的研究进展。可持续生态学的重点研究内容随着时代发展而不断更新,生态文明建设、生态安全格局构建、落实联合国2030可持续发展目标、应对全球环境变化、新型城市化和工业化对生态系统的影响等是当前和未来一段时间的研究热点。
唑拉西泮和替来他明对中华草龟的麻醉效果及其药物代谢动力学

为了解龟类临床兽医学的麻醉术问题,根据预实验结果选择动物医学推荐的临床麻醉药物舒泰(唑拉西泮:替来他明=1∶1)对中华草龟进行麻醉实验,比较不同注射剂量的舒泰对中华草龟的麻醉效果,并使用高效液相色谱法(HPLC)测定舒泰中唑拉西泮和替来他明在中华草龟血浆中的浓度,用药物代谢动力学软件PKsolver 2.0来分析其药物代谢动力学特征。结果发现,肌肉注射舒泰剂量为25 mg/kg时,对中华草龟麻醉的诱导期、麻醉期和苏醒期的时长分别为0.42、4.33和4.14 h,舒泰对中华草龟的麻醉效果较好,符合临床手术的要求。唑拉西泮和替来他明在中华草龟体内的药时曲线均符合一次式二室开放模型,唑拉西泮的药物代谢动力学方程为C=13.462e~(–0.223t)+2.127e~(–0.055t),主要药物代谢动力学参数为达峰浓度C_(max)=11.695 μg/mL、达峰时间T_(max)=1.060 h和药时曲线下面积 AUC=92.470 μg/(mL·h);替来他明的药物代谢动力学方程为C=10.619e~(–0.203 t)+0.279e~(–0.047 t),主要药物代谢动力学参数为达峰浓度C_(max)=9.654 μg/mL、达峰时间T_(max)=0.482 h和药时曲线下面积AUC=56.348 μg/(mL·h)。结合麻醉效果分析,唑拉西泮和替来他明血药浓度分别达到8.12和8.96 μg/mL时,可以使健康的中华草龟进入麻醉期,为维持麻醉状态,唑拉西泮和替来他明的血药浓度应不低于7.18和4.73 μg/mL。
刺激隐核虫对大黄鱼致病力及中草药抑制其世代繁殖的研究

由刺激隐核虫寄生感染而引起的“白点病”成为大黄鱼养殖生产中危害最为严重的病害之一。为研究刺激隐核虫对大黄鱼的致病力及复方中草药HD-2对刺激隐核虫世代繁殖的抑制和阻断其感染的效果,本研究在测定了患病大黄鱼产生刺激隐核虫包囊数量、大小、孵化率和幼虫产率的基础上,测定了幼虫体外存活时间和感染力。同时,研究了HD-2中草药液对刺激隐核虫幼虫、滋养体和包囊的杀除效果以及口服复方中草药HD- 2对患病大黄鱼的治疗效果。结果显示,自然患病大黄鱼体型规格与产生包囊总数呈正相关,包囊直径为(340.8±64.9) μm,平均孵化率为76.4%,每个包囊可产生280±42.5个幼虫;幼虫体外最长存活时间超过24 h,幼虫孵化20 h后便丧失感染力。幼虫感染大黄鱼7 d的LD90为9 712个幼虫/尾,LD50为4 366个幼虫/尾。HD-2中草药液可有效杀灭刺激隐核虫幼虫,分别口服含复方中草药5、10和15 g/kg饲料30 d的实验组大黄鱼在LD50攻毒剂量下其相对感染强度较对照组分别下降32.0%、44.5%和51.8%,包囊体积较对照组分别减少35.4%、36.1%和37.3%,孵化率分别下降16.3%、23.3%和27.9%;在LD90攻毒剂量下3个实验组大黄鱼的存活率分别达到40.0%、55.0%和58.3%,显著高于对照组(8.3%),且鳃丝、胸鳍上滋养体数量较对照组显著下降。口服复方中草药HD-2对自然患病大黄鱼的治疗效果表明,采集口服15 d的3组大黄鱼的包囊数量分别较对照组下降73.1%、87.7%和93.8%,鱼体死亡率分别为58.3%、36.7%和21.7%,较对照组83.3%的死亡率明显降低,且用药组大黄鱼的生理状态明显优于对照组。由此可见,口服复方中草药HD-2能有效阻断刺激隐核虫的二次感染,抑制包囊的形成和发育,降低包囊孵化率和幼虫孵化数量,从而有效抑制了虫体的世代繁殖。
ICP-OES研究平板太阳能集热器闷晒水质中的重金属元素

平板太阳能集热器为人们的日常生活提供热水,微量的重金属元素和杂质会随着热水从集热器内部流出,对环境产生潜在影响,同时也威胁人们的身体健康。因此,有必要对平板太阳能集热器闷晒的水质样品进行检测分析。为了提高集热器水质样品检测结果的可信度,集热器在闷晒时所使用的水均为超纯水,且在闷晒前利用超纯水对集热器进行冲洗,以降低管道内的杂质对结果的影响。所测试的平板太阳能集热器的管道材料均为TP2磷脱氧铜。检测的标准溶液包含As,Ca,Cu,Mg,Ni和Zn等21种重金属元素,浓度梯度分别为0.2,0.4,0.8和1.6mg·L~(-1)。以铝基底蓝膜、黑铬和阳极氧化三种涂层的平板太阳能集热器闷晒后的水质样品为研究对象,采用ICP-OES(inductively coupled plasma optical emission spectrometry)法定量分析水质样品中重金属元素的含量,并通过信噪比确定了各重金属元素的最佳分析谱线。标准溶液中部分重金属元素的最佳分析谱线分别为(nm):As(188.979),Ca(317.933),Zn(206.200),V(290.880),Cu (327.393),Ni(231.604),Sb(206.836),Pb(220.353)。结果表明,ICP-OES可以同时准确分析多种重金属元素的含量,水质样品中重金属元素的含量越高,则元素谱线的振幅越大。平板太阳能集热器闷晒的水质样品中不含有Be,Co,Cd,Cr,Fe,Li,Mn,Mo,Se,Sr,Tl和Ti等12种重金属元素,但含有As,Ni,Cu, Ca,Mg,V,Pb,Zn和Sb等9种重金属元素。水质样品中重金属元素含量的变化规律是随着平板太阳能集热器闷晒时间的增加而增大,增大至峰值后又随着集热器闷晒时间的增加而减小,且逐渐减小至较低含量。得出了重金属元素随闷晒时间的变化规律,给出了不同种类重金属元素的超标量和超标的闷晒时间。以城市供水水质标准(CJ/T 206—2005)对相关重金属元素的限值作为参考,水质样品中Cu,Ni,Zn元素的含量均未超过该标准中的限值。但是,平板太阳能集热器水质样品中As,Pb和Sb重金属元素的含量在闷晒了8 d后均出现了不同程度的超标,As,Pb和Sb的最大超标量分别为0.007,0.006和0.004mg·L~(-1)。其中,蓝膜集热器水质样品中As元素的超标量最高,黑铬集热器水质样品中Pb的超标量最高,阳极氧化集热器水质样品中As的超标量最高。检测结果对厂家和用户都具有一定的参考意义,说明了集热器管道材料的制备工艺有待进一步提高,以减少重金属元素的析出量。也为后续对平板太阳能集热器的研究和国家标准的制定提供一定的参考。
利用Turbiscan多重光散射技术评价pH值与钙离子对脱脂乳的热稳定性的影响

热稳定性直接影响牛乳的加工与感官特性,准确判断牛乳的热稳定性对优化液态乳制品的加工条件具有重要意义。然而,当前液态奶的稳定性评价主要是通过加速实验后肉眼观察分层、沉淀等情况,以及动态光散射等手段,尚无快速可靠以及量化的评价标准,严重制约了热处理工艺的选择效率。Turbiscan多重光技术在测试流体的稳定性时,无需对样品进行前处理,可实时检测样品的背向散射光和透射光的强度,计算出体系内部颗粒的迁移速率、沉淀层的厚度、体系的不稳定指数等参数,因此是评价流体物理特性的有效手段。研究以动态光散射测试结果为对照,利用Turbiscan多重光技术测定了脱脂乳经过80℃条件下加热30min后,分别在pH值6.3,6.5,6.7和6.9,CaCl_2的浓度在0,20,40,60和80mmol·L~(-1)条件下的热稳定性。结果表明,当CaCl_2添加量为20,40,60和80mmol·L~(-1)时,脱脂乳的z-平均直径从152.7增加到1 284.4nm,20h后的不稳定指数值从0.98增加到17.04,样品顶端的背散射光强变化值从-4.3降低到-37.4,底端的背散射光强变化值从2.2增加到14.7;当样品的pH值分别为6.3,6.5,6.7和6.9时,脱脂乳的z-平均直径分别为148.1,152.7,132.4和122.4nm,20h后的不稳定指数值分别为1.32,1.02, 0.98和1.41,样品顶端的背散射光强变化值分别为-3.1,-4.7,-4.2和-5.6,底端的背散射光强变化值分别为5.7,3.4,4.1和6.8。结果表明,随着CaCl_2添加量的增加,脱脂乳的热稳定性显著降低,pH值对脱脂乳热稳定性的影响较小。同时发现,与动态光散射技术相比,Turbiscan多重光散射技术可更精确、方便、快捷地获得热处理后的牛乳背散射光强值和体系不稳定指数等牛乳稳定性指标,从而明确热处理导致的乳蛋白分散体系的不稳定性发生的机理。Turbiscan多重光散射技术比动态光散射技术测定更方便快捷,该研究对优化乳制品加工工艺具有重要指导意义。
煤炭矿区植被冠层光谱土地复垦敏感性分析

煤矿区土地复垦及复垦监测工作,对于我国土地利用和生态环境治理具有重要意义。微生物复垦技术能够促进植物吸收利用矿质养分和水分,增强土壤肥力,对矿区生态恢复具有显著作用。监测和评价土地复垦效应对植物生长影响的传统方法,通常采用野外采集植物和土壤样本并进行室内分析,但这些方法不仅破坏植物根系原状土壤,造成植株损伤,而且耗费人力、物力,时效性差。高光谱遥感技术具有数据获取速度快、信息量大、精度高且无须离体破坏植株等优点,对于土地复垦监测有非常大的潜力。目前,土地复垦效应遥感监测相关研究仍以观测盆栽大豆、玉米等作物的叶片光谱分析为主。实际上,卫星遥感数据观测到的是冠层光谱,并非叶片光谱,但目前还没有通过植被冠层光谱对矿区土地复垦进行监测的研究成果出现。植被冠层光谱不仅受到叶片光谱的影响,还受到植株长势、下垫面等其他因素的影响,光谱特征变化更为复杂。矿区植被冠层光谱特征对于土地复垦效应的敏感度分析,是对矿区植被理化参量进行定量反演的基础,也是限制高光谱技术应用于大面积土地复垦监测的主要瓶颈。于煤炭矿区土地复垦实验基地开展野外冠层光谱观测实验,获取了接菌组和对照组野外植株冠层光谱数据,并从光谱波形变化和光谱特征参量变化两方面综合分析了植被冠层光谱对土地复垦的敏感性。冠层光谱波形方面,分别采用标准差和光谱敏感度作为组内和组间光谱波形差异的有效指标;冠层光谱特征参量方面,选取了植被红边、黄边、蓝边、绿峰、红谷等典型光谱特征,计算获取其位置、斜率、面积等特征参量,并通过描述性统计和单因素方差分析研究了这些冠层光谱特征参量对土地复垦效应的敏感性,挑选出矿区土地复垦监测的有效特征参量。研究表明,接菌组和对照组冠层光谱的主要波形变化趋势一致,但接菌组植株的生长状况更稳定,不同植株之间差异较小,且绿峰和红谷两个特征更突出。这说明土地复垦能够减少植株间冠层光谱差异,增强植被典型光谱特征,而绿峰和红谷对土地复垦有较高的光谱敏感度。光谱特征参量方面,绿峰、红谷、红边波长在土地复垦作用下显著向长波方向移动,而此前叶片光谱研究中对土地复垦较敏感的红边、蓝边斜率变化并不显著。这说明,野外植被冠层光谱分析结果与实验室植被叶片光谱分析的结果并不完全一致,这可能和植被类型、生长周期、土壤背景光谱干扰等因素相关。在采用卫星或航拍遥感数据进行矿区植被环境监测时,所获取的都是植被冠层光谱,因此本研究所得到的结论具有更强的参考意义和实际应用价值。
高光谱吸收微纳结构表面提高太阳能温差发电性能的研究

采用飞秒激光等离子体丝(飞秒光丝)在金属铝箔表面以不同飞秒光丝扫描速度(5,15,25,35和45mm·s~(-1))制备了微纳结构表面,并在太阳光能量主要覆盖的光谱范围(330~890nm)内对其进行了反射率测量,发现飞秒光丝制备的微纳结构表面具有显著的高光谱吸收特性,并且飞秒光丝扫描速度越慢,光谱吸收率越强,5mm·s~(-1)条件下微纳结构表面光谱吸收率达97%以上。将制备的高光谱吸收微纳结构表面作为温差发电片(TEG)光吸收体,以此为基础构建了考虑太阳光辐照及温差发电模块(即TEG模块:结合微纳结构表面的TEG)散热情况的仿真实验环境并进行发电功率测量。研究结果表明,具有微纳结构的铝表面(5mm·s~(-1)制备条件下)与抛光铝箔或裸发电片相比,光电转化效率(发电效率)可分别提高43.3和10.7倍。进一步研究了TEG模块的温差发电的过程与机理,将TEG模块的温差发电过程分为光热(光能转化为热能)与热电(热能转化为电能)两个转化过程分析:首先在光热转化过程中,微纳结构表面增强了太阳光吸收效率,为光热转化提供更多的光子能量,实现了其在表面更多的热量沉积,进而在之后的热电转化过程中,更多的热能沉积使得TEG模块的载流子迁移率得到了很大提升,这样在同样的温差(发电片冷热端的温度差值)条件下,微纳结构表面与普通表面相比可以获得更高的热电转化效率。因此,微纳结构表面的高光谱吸收性能使得TEG模块经光热转化后得到的高热能沉积使载流子迁移率得到了提高,进而显著提升了TEG模块发电性能,这是微纳结构表面增强TEG温差发电效率的主要原因。这一机理的揭示,为TEG模块发电性能的进一步优化和提升提供了理论依据,对TEG模块的实际应用具有重要的意义。
东祁连山高寒灌丛六种灌木植物的光谱特征分析

高寒灌丛是青藏高原生态系统的重要组成部分,研究高寒灌丛对青藏高原生态系统的系统研究具有重要的意义。但是长期以来,由于地处偏远而交通欠发达、加之生长条件严酷,造成青藏高原高寒灌丛相关研究较为困难。遥感探测技术,可以克服地理及环境造成的困难,而且可以进行大面积、无损的探测,因此,可以采用遥感探测技术进行青藏高原的高寒灌丛研究。传统的高分辨率遥感探测技术,由于常常采用的是RGB三个波段,对不同植物的辨别精度低,对应植物的NDVI指数和RVI指数差异性较小,不能有效区分各类植被。同时,高光谱反射率曲线和辐照度曲线,蕴含上千波段的光谱信息,若选择某一单一波段来进行植被探测,则光谱信息损失非常大,反应出来的灌丛特征不明显,结果置信度低。为了区别高寒灌丛植被,利用高光谱技术对灌丛开展光谱特征分析,为青藏高原灌丛的遥感探测提供理论支持。本研究借助美国 FieldSpec4高分辨率地物光谱仪,在东祁连山马牙雪山景区内采集头花杜鹃(Rhododendron capitatum Maxim.) 、鬼见愁(Caraganajubata (Pall.)Poir.)、金露梅(Potentillafruticosa L.)、高山柳(Salix cupularis)、甘肃瑞香(Daphne tangutica Maxim.)和鲜黄小檗(Berberisdiaphana)六种典型灌木植物的室内光谱数据,通过反射率(REF)、吸收率(ABS)及其一阶微分(GREF和GABS)的变换,进一步提高灌木植物光谱曲线间的可辨析度,分析并筛选出敏感波段,而后通过各个波段之间的相互组合计算NDVI′值和RVI′值,并且以 TM设置波段计算的NDVI值和RVI值作为参考,筛选出优于TM波段且差值最大的波段组合确定为最优模型。结果表明:(1)灌木植物对太阳辐射吸收形成的光谱特征曲线与大多数植物相似,但与草本植物相比,灌木植物的第一个波谷发生了左移现象;(2)灌木植物在某些敏感波段中反映出独有的光谱特征,通过 REF,ABS,GREF和GABS变换,可以进一步扩大,利用这一特点可以筛选出敏感波段,进行灌丛分类和识别;(3)六种灌木植物光谱值差异较大,且数值相对较为稳定的波段有550~680,860~1 075,1 375~ 1 600和1 900~2 400nm,因此可选取这四个波段为敏感区进行灌木植物识别;(4)利用575~673和874~ 920nm敏感波段的REF均值或者685~765,556~590,635~671和1 117~1 164nm敏感波段的GABS面积,计算的NDVI值和RVI值可以有效辨别六种灌木植物。
基于可见光谱通道的松树年轮参数获取方法研究

年轮参数是树木生长的重要指标。目前年轮的检测方法主要有人工测量法、扫描仪法和X射线法等。这些方法费时费力、检测成本高、操作难度大。为此,提出采用可见光谱进行年轮参数检测的新方法。首先针对活立木年轮检测需求,设计了木芯专用可见光谱分析装置。装置采用宽光谱对称式光源,封闭式暗箱设计,彩色CCD外置、固定距离采集方式。进而采集样品全彩色图像,分别提取不同光谱通道数据进行分析,最终获得年轮特征光谱参数。以从松树活立木钻取的木芯为例,经打磨后的木芯水平固定于载物台,光源均匀照射样品,CCD采集木芯漫反射RGB图像,基于对木芯全彩色图像的不同光谱通道的分析,分别提取RGB三帧灰度图像的强度曲线,区分早晚材分界线,得到树木年轮各项指标,实现树木年轮参数的快速提取。实验首先将CCD采集的RGB图像转换至NTSC色彩空间,以扩大色彩域。在设置滤波窗滤除背景,截取出木芯图像后,通过提取木芯图像的R,G和B三灰度分量图像,发现木芯B灰度图的早晚材区域差异最分明。基于该特征,可提取出早晚材分界线的位置信息。对木芯B灰度分量图微分,得到灰度沿水平方向的空间梯度。确定灰度变化率极大值对应的各点,鉴于木芯生长特性,灰度变化率极大值对应空间位置首先取为窄像素区域,进而在窄像素区域取中间值,此即木芯年轮各早晚材的中心点。其中,早材中心点对应光谱曲线的极大值,晚材中心点对应光谱曲线的极小值。结合专家经验,建立早晚材中心点与分界线的灰度关系,可得各分界线的位置。通过早晚材分界线与年轮各参数的关系,可进一步得出年轮各项指标。对比3位林木育种专家人工识别结果,本方法检测结果除了在木芯靠近端点处的位置外,都具有极高的准确度。采用可见光谱通道的数据采集与分析方法检测树木年轮参数,检测过程可实现全自动,高效、无损,精度可达到0.1mm,结果精确。相比于人工测量法、扫描仪法,检测效率更高;相比于X射线法,检测过程更加安全、低耗,操作更方便。是一种具有较强应用性的方法。
高光谱技术无损检测单粒小麦种子生活力的特征波段筛选方法研究

种子活力是种子质量的一项重要指标,高活力的种子具有较强的抗逆性、生长优势及生产潜力。而种子活力在种子生理成熟时最高,随后随着贮藏时间的延长而发生着自然不可逆的降低。因此,在播种前及时、准确地对种子活力进行检测和筛选具有重要的实践意义。针对传统种子活力检测方法存在的操作过程复杂繁琐、耗时长、重复性差且对种子有破坏性等缺点,研究尝试利用高光谱成像技术建立单粒小麦种子生活力快速、无损、精确的检测方法。以高温高湿老化后的190粒小麦种子(发芽128粒,不发芽62粒)作为研究样本,先利用可见-近红外(Vis-NIR)高光谱成像系统采集样本种子的光谱图像和进行标准发芽试验,并确保光谱采集试验和标准发芽试验的小麦种子一一对应。随后提取种子光谱图像的感兴趣区域并对其光谱数据进行平均和特征分析。分别采用一阶导数(FD)、均值中心化(MC)、正交信号校正(OSC)和多元散射校正(MSC)对原始光谱数据进行预处理,结合偏最小二乘辨别分析(PLS-DA)建立全波段PLS-DA模型,比较分析,并筛选出最适预处理方法。分别利用无信息变量消除算法(UVE)、竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)及耦合不同变量筛选方法对特征波段进行筛选提取,再分别基于所提取出的特征波段建立PLS-DA定性判别模型,对比分析,最终确立提取与单粒小麦种子生活力相关性最高的高光谱特征波段方法体系。结果表明:不同光谱预处理建立的模型其表现有所差异,在MC,FD,OSC和MSC中,采用MC对原始高光谱数据进行预处理,建立的全波段MC-PLS-DA判别模型,其校正集和预测集对小麦种子生活力的整体鉴别正确率分别为82.5%和83.0%,优于原始及其他预处理后建立的全波段PLS-DA判别模型,其校正集和预测集对小麦种子活种子鉴别正确率分别为94.8%和90.6%。进一步对比3种单特征波段提取方法及其耦合分析建模中,发现3种变量筛选方法耦合(UVE-CARS-SPA)的方式能够将光谱全波段的688个变量压缩至8个变量(473,492,811,829,875,880,947和969nm),利用所筛选出的8个变量建立的MC-UVE-CARS-SPA-PLS-DA模型获得了最优秀的鉴别效果,其校正集和预测集对小麦种子生活力的整体鉴别正确率分别为86.7%和85.1%,较全波段模型(MC-Full-PLS-DA)分别提升了4.2%和2.1%,活种子的鉴别正确率分别为93.8%和84.4%,经过此优秀模型筛选后,种子批最终发芽率可达到93.1%。实验结果表明,基于高光谱成像技术结合UVE-CARS-SPA-PLS-DA模型能够实现对单粒小麦种子生活力的定性判别。研究工作为小麦种子活力的快速、精确且无损的检测提供理论支持。
火星车载激光诱导击穿光谱仪(MarsCoDe)在轨定标样品选取研究

我国首次火星全球遥感与区域巡视探测任务已获批立项,首个火星探测器也即将前往火星。为满足火星物质成分分析的需求,我国研制了不同类型的火星物质成分分析仪器,其中包括火星表面成分探测仪(MarsCoDe),应用了激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)。火星表面覆盖尘埃,探测仪器想要准确获取火星尘埃之下的物质成分,必须剥去尘埃或者进行破坏从而深入岩层取样。 LIBS可以用激光烧蚀待测物体表面,获得深部物质光谱信息,在火星表面探测中具有其他仪器无法取代的优势。LIBS在火星探测中几乎适用于探测每一个元素,包括轻元素H,Li,Be,B,C,N,O等,帮助寻找有机物和含水地质过程的证据。由于LIBS在火星环境工作,等离子体的物理性质与地球上完全不同。为了确保火星车载LIBS返回数据的光谱质量,需要对LIBS在着陆后开展在轨定标。借助火星车的携带在轨定标样品,对探测数据进行在轨定标,确保返回数据的可靠性。定标样品的选择是一项十分重要的工作,存在仪器工程条件限制、定标样品类型的代表性、元素成分分布范围、样品稳定性等多种考虑因素,需满足科学任务的同时达到加工工艺要求。总结了国外已有的火星车载LIBS在轨定标的研究进展,重点分析了LIBS在轨定标样品选择依据、国外选择样品的优缺点,并总结经验提出了几点建议,为我国在轨定标工作提供参考。对火星探测数据的正确解译,对未来研究火星的起源、火星的长期地质演变过程等具有重要的科学意义。
基于Sentinel-2A影像的玉米冠层叶绿素含量估算

农作物叶片中的叶绿素通过吸收光能参与光合作用产生化学能,及时、准确地估算叶绿素含量对于农作物长势、养分含量监测、品质评价和产量估算具有重要意义。Sentinel-2卫星的重访周期为5d,空间分辨率为10m,具有13个光谱波段,其中包括三个波宽仅为15nm对叶绿素含量变化敏感的红边波段,是叶绿素含量估算的理想数据源。植被指数是基于农作物在不同波段的反射特性,通过不同波段组合方式刻画长势和叶绿素含量的差异,可用于大区域范围内的玉米冠层叶绿素含量快速、精确估算。以Sentinel-2A影像为数据源,开展基于多种植被指数的玉米冠层叶绿素含量估算方法研究。课题组于2016年8月6—11日在河北省保定市(115°29′—116°14′E,39°5′—39°35′N)进行玉米冠层叶绿素含量的实地测量,并在每个采样位置上采用中绘i80智能RTK(real-time kinematic)测量系统进行定位。Sentinel-2A影像预处理工作包括几何校正、辐射定标和大气校正,其中大气校正使用Sen2Cor模型和SNAP模型。首先,基于预处理后的 Sentinel-2A遥感影像,分别计算CIgreen(green chlorophyll index),CIred-edge(red-edge chlorophyll index),DVI (difference vegetation index),LCI(leaf chlorophyll index),MTCI(MERIS terrestrial chlorophyll index),NAVI(normalized area vegetation index),NDRE(normalized difference red-edge),NDVI(normalized difference vegetation index),RVI(ratio vegetation index),SIPI(structure insensitive pigment index)植被指数。然后,建立样方位置上实测叶绿素含量与各植被指数的统计关系,从而构建玉米冠层叶绿素含量估算模型,并以野外实测玉米冠层叶绿素含量为依据,对基于各植被指数的估算结果进行精度评价。最后,利用筛选出的最优叶绿素含量估算模型,估算研究区内的玉米冠层叶绿素含量。研究的目标为:(1)通过比较分析,构建合适的玉米冠层叶绿素含量估算模型,估算精度以决定系数R2、均方根误差RMSE以及相对误差RE作为评价指标;(2)确定最优波段组合方案:在红边波段中选择与可见光、近红外波段组合效果更优的波段组合方案; (3)确定参与植被指数计算的红边波段的最优数量。精度评价结果表明:(1)选用的植被指数与玉米冠层叶绿素含量呈多项式拟合关系,其中使用红边波段计算的植被指数的估算结果明显优于未使用红边波段的估算结果;红边波段引入后明显提高了可见光、近红外波段对叶绿素含量的拟合的精度,CIgreen(560,705)指数比 CIgreen(560,842)的回归模型R2提高0.516,红边波段参与计算的DVI相对于RVI来说,估算结果更稳定。(2)对于不同的植被指数,参与运算的Sentinel-2A影像的两个红边波段,估算精度的提高程度不同。对于可见光波段参与计算的植被指数来说,在红边波段1(中心波长为705nm)的估算精度较高,如LCI,CIgreen,DVI和RVI等;对于近红外波段参与计算的植被指数来说,在红边波段2(中心波长为740nm)的估算精度较高,如CIred-edge,NDRE和NAVI等。(3)对于Sentinel-2A影像来说,两个红边波段共同参与叶绿素含量估算时能取得最高的的估算精度。选用的植被指数中,MTCI(665,705,740)指数与玉米冠层叶绿素含量估算精度最高,回归模型拟合精度R2为0.803,模型验证R2为0.665,RMSE为3.185,相对误差RE为4.819%。MTCI(665,705,740)指数计算中使用了两个红边波段,突出红边波段反射率差值变化,与玉米冠层叶绿素含量表现出很好的相关性。最后,利用优选出的基于MTCI指数的叶绿素含量估算模型,对研究区范围内的叶绿素含量进行估算并完成空间制图。
近红外光谱桉树杂交种鉴别

桉树育种和遗传分析是开展桉树世代改良及其目标性状改良等研究的前提。而常用的遗传基础研究方法专业性要求高,且费时费力。该研究旨在利用近红外光谱(NIRs)分析NIRs信息与桉树遗传信息间的关系,并探索NIRs信息用于桉树杂交种判别分析的可行性和准确性。以现有的桉树杂交种测试试验及其亲本材料为对象,用手持式近红外仪Phazir Rx(1624)采集了7个桉树杂交种及其4个亲本树种叶片的NIRs信息。每个树种选择10个单株,每个单株选10片当年生健康叶片,扫描其正面叶脉中部两侧光谱各5次,以均值代表单个叶片的NIRs信息。每种基因型总共各获得100条NIRs信息,其中70条构成训练集样本, 30条构成验证集样本。原始NIRs信息采用S.G二阶导数转换预处理,以消除基线及其他因素对光谱信息的影响,增强特征峰信息。经预处理后的NIRs信息用于后续分析,首先通过主成分分析(PCA)的因子得分对树种的分类判断NIRs信息与测试树种遗传信息间的关系。在此基础上,分别用簇类独立软模式(SIMCA)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA)两种判别模式建立桉树杂交种的NIRs判别模型。经预处理后的NIRs信息的变异系数曲线显示,在波长2 000nm后,各树种的NIRs信息存在丰富的特征峰,且特征峰的分布范围存在较大的差异。PCA结果显示,不同的亲本间、杂交种间及杂交种与亲本间样本的PC1和PC2得分可以清晰地将各树种进行分类,这在很大程度上表明NIRs信息可以正确反映桉树不同基因型的遗传信息。NIRs模型的判别效果显示,少数遗传关系比较接近的杂交组合的SIMCA模式相互判别准确率较低,而多数杂交组合间的SIMCA判别准确率则在73%~100%之间;桉树各杂交组合间的单独和综合模型的PLS-DA判别准确率均为100%,且基于PLS-DA判别的综合模型能将7个杂交组合一一与其他组合正确区分开,判别效果明显优于SIMCA模式。结果表明:NIRs信息可以正确反映桉树不同基因型的遗传信息,NIRs判别模型可以比较准确地将各树种进行区分,因此,NIRs信息可用于桉树杂交种和纯种的田间定性判别,从而辅助桉树育种材料遗传基础的研究。
常压下玉米秸秆多元醇液化的研究及其产物分析

利用合适的溶剂液化生物质不仅可以把木质纤维资源转化成液体燃料,还可以将得到的低分子降解产物制备成所需的化学品和化工原料.选用价格低廉的多羟基醇类液化剂进行液化,研究了二甘醇(diethylene glycol,DEG)混合1,2-丙二醇(1,2-propanediol,PG)、传统的乙二醇(ethylene glycol,EG)混合PG (均6∶1ω/ω)分别作为液化剂对玉米秸杆液化得率和所得生物油产品性能的影响.并采用气质联用技术(GC-MS)、傅里叶红外光谱技术(FTIR)、热裂解气相色谱-质谱联用技术(Py-GC/MS)和X-射线衍射技术(XRD)对玉米秸秆、生物油及液化残渣的纤维特性进行了分析.结果表明,当DEG与PG混合液化时,玉米秸秆生物油的得率为98.57%;而EG混合PG时的液化得率为96.08%.GC-MS分析表明,玉米秸秆生物油的主要组成成分为醇类和有机酸类,总含量高达97%以上,而EG混合PG液化所得的生物油中含有有机酸将近60%,这是造成生物油具有酸性和腐蚀性的主要原因,不利于液化反应的进行;利用FTIR检测生物油中一些分子量较大的低聚物的相应官能团,以弥补GC-MS检测的局限性,结果表明了液化体系中生成了很多活泼化学键,提高了反应体系的活性,并且生物油中包含了大量的C—O和C =O官能团,有力地佐证了GC-MS的检测分析结果.对两种液化残渣进行表征,Py-GC/MS结果表明,液化残渣的成分比较复杂,含有一定量非常难降解的大分子物质.这些物质可能是反应后期裂解的小分子重新聚合生成的大分子物质;可能是玉米秸秆本身存在一些不能被液化降解的成分;还有可能是降解的小分子物质与液化剂之间相互反应生成的新的高分子化合物.通过FTIR表明,在液化过程中,液化残渣中纤维素、半纤维素和木质素的特征吸收峰都消失了,表明三大组分的基本结构单元都被破坏,三大组分都发生了液化,并且木质素降解程度最大.利用XRD对液化残渣进行表征,液化破坏了碳水化合物所构成的聚合物晶体结构,导致纤维素大分子被裂解,表明纤维素在液化作用下遭到降解,液化程度高.最终,该实验选取液化效果较好的DEG复配 PG作为玉米秸秆液化时的溶剂,这也为玉米秸秆液化生产低成本、高品质的生物油提供了一种高效、环保的工艺流程.
近场光学用于激光解吸飞行时间质谱的亚微米级空间分辨成像

基于激光离子源的飞行时间质谱法作为一门新兴的成像方法,已经被广泛应用于材料、地质、环境、药物和生命科学领域中。但受限于光学衍射极限、聚焦透镜的焦距和数值孔径等因素,使其难以实现亚微米尺寸的高空间分辨率成像。近场技术的引入成功地解决了光学衍射极限的限制,将近场技术与激光电离技术相结合,可以实现对固体样品表面纳米级弹坑的剥蚀。此外,传统的质谱成像技术常常假设样品表面是平整的,忽略其表面形貌的高低起伏,但这往往会导致信号强度不稳定和成像假象。为此,不仅需要获得样品中的化学组成与空间分布,还需同时获得样品表面的形貌信息,才能实现多功能的原位表征。在自行研制的激光解吸/电离飞行时间质谱的基础上,采用近场纳米有孔针尖离子源代替传统的远场激光聚焦,以532nm波长激光为第一束解析激光,355nm波长激光为后电离激光,音叉式原子力显微镜控制系统针尖与样品之间的距离维持在近场范围内,对酞菁铜镀层样品表面进行了弹坑剥蚀实验,获得了直径为550~850 nm的弹坑点阵;并对7.5μm×7.5μm的标准酞菁铜网格样品进行了铜离子亚微米级的高分辨率成像;此外,纳米有孔针尖离子源作为原子力显微镜的一种变体,还可同时获得成像区域的表面形貌信息,这一结合优势大大拓展了质谱技术在微纳尺度下的原位表征能力。
植物塘人工湿地系统对灌溉水Cd 的生态拦截效果

为拦截灌溉水Cd,设计实施了水平潜流与表面流两种工艺组合的植物塘人工湿地系统,在水稻生育期净化处理灌溉水,结合田间水稻种植小区试验,于2017年1月至2018年12月逐月采集水样,同时多次采集水稻和土壤样品,监测分析样品Cd 含量,探讨人工湿地系统对灌溉水中Cd 的净化效率及对米Cd 累积的影响。结果表明:连续两年监测,人工湿地系统进水Cd 浓度范围为0.034~0.644μg/L,平均浓度为0.232μg/L,经过植物塘人工湿地系统处理后出水Cd 浓度范围为0.001~0.189μg/L,平均浓度为0.059μg/L。一级、二级和三级人工湿地系统对灌溉水中Cd 的去除率分别为50.21%、14.06% 和7.81%,人工湿地系统总去除率达72.06%;与未净化灌溉水相比,经人工湿地系统净化处理后灌溉的水稻糙米Cd 含量下降了10.50%~24.51%。研究表明,植物塘人工湿地系统能有效拦截去除灌溉水中的Cd,减少该途径对稻田土壤Cd 输入通量,并降低糙米中Cd累积量。本结果可为典型稻田重金属污染灌溉水的净化及湿地植物的选择、减少稻田重金属输入和粮食安全生产提供理论依据和参考。
不同规格生态沟渠对排水污染物处理能力的研究

利用三种不同深度规格的生态沟渠(E。.80、E_(1.05)和E_(1.30)),通过控制相同的表面水力负荷,比较研究了动态进水(TN 0.86~6.13 mg·L~(-1) TP 0.11 ~0.28 mg·L~(-1))条件下生态沟渠对农业面源主要污染物的去除效果,同时考察其耐冲击负荷能力和适宜建造长度。结果表明:整个试验期间,三种不同深度规格的生态沟渠对铵态氮(NH_4+-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和悬浮物(SS)的去除率均达到50%以上,其中E130对污染物的去除效率较高,NH_4~+-N、TN、TP和SS的总平均去除率分别为64.8%、63.1%、71.8%和60.8%。同时,E_(1.30)的污染物出水浓度较为稳定,耐冲击负荷能力相对较强。进水浓度较高情况下,E_(1.30)在TN、TP出水浓度为2 mg·L~(-1)和0.2 mg·L~(-1)时所需长度分别为27.4 m和4.9 m,为三种规格生态沟渠中最短。表明生态沟渠是有效去除农业面源污染物的技术,在实际应用中可因地制宜地建设E_(1.30)规格的生态沟渠,并可辅以高效吸附氮磷材料等其他措施,进一步提高生态沟渠对农业面源污染物的去除能力。