土壤有机碳汇内涵与核算方法辨析

在“碳达峰、碳中和”战略需求下,土壤有机碳汇作为生态系统碳汇的重要组成部分,土壤碳库容量以及如何开展土壤有机碳汇核算日益成为生态碳汇的研究热点。梳理了国内外土壤有机碳汇及核算相关研究成果,解析了土壤有机碳汇的概念内涵,提出了以稳定性有机碳作为土壤有机碳汇的表征指标及获取方法。从土壤发生学角度提出了土壤碳汇阈值的概念,土壤中有机碳的含量随着分解转化最终会达到动态平衡,此时稳定有机碳含量值约是常数,这个常数就是稳定碳库的库容,在特定的成土因素下,碳库的核算值不会超过平衡时的常态值。在客观上,体现在非人类干扰状态下不同土壤类型自然状态下的稳定性有机碳含量。参照土壤有机质平衡理论,提出了土壤碳汇核算的定量化方法,为土壤碳汇的度量和核算提供了一套技术思路。下一步土壤有机碳汇的核算应在科学研究基础上多角度凝聚共识,制定碳汇核算标准,确定不同尺度下可操作、可重复以及可复制的土壤有机碳汇核算技术与方法。

我国矿山生态修复现状及发展对策

核心提示本文梳理了目前我国矿山生态修复发展现状,从法规制度、监管机制、资金投入和技术应用等方面分析了面临的困难,并从完善法规制度体系、健全监管机制、拓展资金多元投入渠道、加强技术创新及应用等方面提出了解决路径建议,以期为我国新时代矿山生态修复提供参考。

基于Profibus-DP现场总线通信接口设计

Profibus-DP是一种开放性的国际现场总线,用于分散外部设备之间高速数据传输。SPC3是Profibus-DP专用智能通信协议芯片,集成了MAC和FDL层,实现了DP通信的处理,减轻了CPU的负担。采用MSP430单片机作为CPU,由于其具有高速率、低功耗的特点,能够很好地满足通信接口传输数据对速度的要求。概述了Profibus-DP总线协议,然后介绍Profibus-DP通信接口的硬件设计电路和软件设计。

基于RBF神经网络控制器的设计

粒子群算法是一种仿生进化算法,源于对鸟群觅食行为的模拟,由于其计算简单、快速,被广泛应用。但是基本粒子群算法在求解的过程中存在着全局搜索能力和局部求精能力两个性能之间的矛盾,算法容易陷入局部极值,进化后期的收敛速度慢。针对上述问题,提出了基于遗传交叉变异操作数的粒子群算法,用于优化网络权值。优化过程中基于遗传交叉算法采用了精英保存策略,在粒子群更新速度和位移的同时采用了线性递减权值调整的策略。此方法可以使粒子摆脱局部极值,继续优化,加快收敛速度。将粒子群算法与遗传算法相结合,用于控制倒立摆系统的平衡。仿真实验表明,改进粒子群算法优化了倒立摆系统控制器的设计,改善了控制效果。同时将此算法应用于倒立摆设备,实际控制效果理想。

颗粒流法及其在库岸滑坡稳定分析中的应用

滑坡的失稳破坏是一个岩土体的滑动、平移的复杂过程。本文根据黄河库岸滑坡的工程地质条件,建立滑坡体的颗粒流数值模型,运用二维颗粒流程序(PFC2D)分析了该滑坡体的复杂破坏特征。结果发现,该滑坡的变形破坏是一个时间过程。利用颗粒流软件可以从微观角度再现该滑坡发生、发展以及最终趋稳的全过程,为处于不同变形破坏阶段的滑坡治理提供依据。

智能家居系统中的短信收发程序设计

针对智能家居系统中安防报警信息实时收发及家电远程控制的需求,提出使用3G模块收发短信的方法,并设计了实现短信同时收发功能的软件架构。实验结果表明,该方法简单实用,能够满足智能家居系统的要求。

用于行为识别的通道可分离卷积神经网络

三维卷积神经网络比二维卷积神经网络具有更优越的时空特征提取能力,但运算量却显著增加。针对如何有效减少模型参数量、解决准确率随着计算复杂度降低而降低的问题,提出基于端到端的通道可分离卷积神经网络。通过分离通道交互作用和时空交互作用来分解三维卷积,其中分别利用3×3×3 Depthwise卷积和1×1×1常规卷积进行分离通道交互作用和时空交互作用。与传统三维卷积神经网络相比,通道可分离卷积神经网络加入模型正则化,通过降低训练精度同时提高测试精度,降低了模型的过度拟合。在UCF-101和HMDB-51数据集上的实验分别达到92.7%和64.5%的准确率。结果表明,通道可分离卷积神经网络可以提高准确率并降低计算复杂度。

晚霜冻害对黄土区苹果树水分利用能力的影响

[目的]通过对比研究,明确晚霜冻害对苹果树生长季水分利用能力影响的程度与机理。[方法]利用热扩散技术(TDP)对黄土区苹果树未发生霜冻年和霜冻年主要生长季边材液流速率( J s)开展连续监测,并同步观测净辐射(R n)、气温(T a)等气象因子,计算大气水分亏缺(VPD)等变量。通过对比、相关分析阐明晚霜冻害对苹果树水分利用能力的影响。[结果]霜冻发生后,当日午间液流速率最大值( J s-max )比霜冻前数日内的最大值降低9%-27%,苹果树水分利用能力(J s-max /VPD )在霜冻后的数日内连续下降。霜冻后当年(2018)生长季平均液流速率比未发生霜冻年(2017)同期下降35%。在整个生长季内,液流速率日平均值( J s-mean )与R n、VPD均具有显著的指数关系,但在相同的R n或VPD水平下,霜冻年的J s-mean 显著低于未发生霜冻年。[结论]严重低温霜冻和霜冻后快速升温共同导致了苹果树生长季水分利用能力的显著下降。研究结果为认识霜冻对苹果树水分生理的影响机制提供了理论支撑。

晋西黄土区苹果树边材液流速率的方位差异研究

[目的]通过对苹果树不同方位边材液流速率的测定与比较,明确苹果树液流速率的方位特征,为通过液流测定来估算单株蒸腾提供依据。[方法]利用热扩散技术(TDP)对黄土区苹果树主要生长季4个方位边材液流速率及土壤水分、气象因子进行同步、连续监测。[结果]苹果树树干边材液流速率(J_s)具有显著的方位差异(P<0.01),其中北侧J_s最高,整个生长季日平均值达189.3 cm·d^(-1),其次为南侧(为北侧的83%)、东侧(北侧的80%),西侧最小(北侧的63%)。各方位J_s总体均表现出5—8月间递增、9—10月间递减、11月基本停止的季节动态,且均与冠层净辐射(R_n)、大汽水分亏缺(VPD)间呈较好的指数正相关关系。在典型晴天,不同方位J_s的日峰值时刻均明显提前于VPD的峰值,平均提前约1.6 h(最大2.43 h),且提前的时长与VPD日平均值呈线性递增关系。当VPD高于2.0～2.2 kPa时,J_s不再随VPD的增加而上升;不同方位间J_s峰值时刻与VPD(P=0.97)峰值时刻间的差异不显著。[结论]苹果树边材液流速率存在着明显的方位差异(P<0.01),其中北、南方位液流速率较高,东、西方位液流速率较低。不同方位液流传输受大气环境影响的过程具有一致性。为提高果树液流通量估算的精度,在实际测定中应考虑方位差异。

黄土高原苹果树各生育期需水特征研究

【目的】准确界定苹果树在各个生育期的需水量及需水特征的季节性变化是指导果园节水灌溉的重要依据。【方法】利用热扩散树干液流测定技术,连续2年监测了旱作果园苹果树(盛果期)的树干液流速率,计算了单株的耗水强度,并与同步观测的叶面积指数、物候特征进行关联分析。【结果】2017、2018年苹果树年耗水量分别为295.5 mm、215.3 mm,分别占同期降水量的88%和58%。在整个年生育周期中,果实膨大期耗水量最多,占果树整个生育期耗水总量的51%(2017年)和41%(2018年),其次依次为果实成熟期、幼果形成期、花期、萌芽期、落叶期和休眠期,不同生育期果树的耗水量与同期降水量具有相似的季节变化趋势。在萌芽期,果树耗水强度快速上升,到果实膨大期时最高可达2.17 mm·d^-1;之后逐渐下降,在落叶期时耗水强度最高值为1.19 mm·d^-1;休眠期树液仍有流动,此阶段的耗水量占年蒸腾总量的5%,日蒸腾强度最高为0.53 mm·d^-1。冠层叶面积指数(LAI)的季节变化表现为从4月初展叶开始快速增加,到5月上旬达到3.2,日增速平均为0.07;之后LAI基本维持不变,日增速仅为前期的1%,最高值为3.4。在11月中旬左右遇到大风天气后快速落叶,LAI在数天内降至零。【结论】苹果树在不同生育期的需水特征有明显的差异,且与叶面积指数的季节变化并不完全同步,需结合不同生育期的水分需求特征开展合理的灌溉、控水等管理措施。

沙地樟子松边材液流速率的方位差异特征

【目的】针对树干边材液流速率(Js)在树干不同方位间的差异及其对估算个体蒸腾量时的影响,本研究兼顾精度与节约成本的估算单株平均液流速率的方法,为单株蒸腾量的估算提供可靠方法和依据。【方法】利用热扩散技术(TDP)在科尔沁沙地樟子松整个生长季期间树干4个垂直方位的Js进行了监测,并对降水、土壤水分等进行了连续、同步的监测。【结果】沙地樟子松大树树干边材相对液流速率(液流速率除以该方位观测期间的最大值,Js/max)具有显著的方位差异(P<0.01),其中以南侧边材的Js/max最高。各方位间Js/max值的相对大小具有个体间差异。土壤水分亏缺能引起各方位Js/max的同步显著降低(P<0.05)。通过对不同方位整树平均液流速率(4个垂直方位的平均值)代表性的比较,确定以树干北侧Js值估算樟子松整树平均液流速率的简化模型(slope=1.015,R2=0.99,P<0.01)。经独立样本的检验,模型精度为0.99。【结论】沙地樟子松不同方位液流速率具有显著差异,且方位间的相对大小存在个体间差异。各方位液流速率间具有高度相关性。以北侧1个方位液流速率的测定就能较可靠地估算科尔沁沙地樟子松大树的平均液流速率。

晋西黄土区苹果园生长季土壤水分动态

为了揭示黄土残塬沟壑区苹果园剖面土壤含水量的变化,对晋西黄土区苹果园的可持续发展提供科学依据,试验以17龄苹果树果园土壤为研究对象,通过ECH 2 O土壤水分探头对50,100,150,200,250,300 cm处深度土壤体积含水量进行一个生长季的定位观测,分析了土壤水分的空间分异及动态变化。结果表明:(1)6个层次土壤含水量差异显著,平均值分别为:22.27%,21.38%,18.92%,17.94%,10.60%,9.55%,表现出自上而下降低的趋势。(2)观测期内,150 cm,200 cm,250 cm,300 cm深度土壤含水量对降雨无响应,且100 cm层次土壤含水量对降雨的响应远远滞后于50 cm层次。随着土层深度的增加,土壤体积含水量表现出自上而下依次降低的趋势;降雨仅能影响100 cm以内深度的土壤含水量;晋西黄土高原残塬沟壑区苹果果园土壤在200 cm的土层深度以下已有土壤干化现象产生。

黄土区不同土地利用方式下土壤水分动态特征

为了评价黄土高原不同土地利用方式下不同层次土壤水分特征,本研究选择黄土丘陵沟壑区石家岔流域紫花苜蓿和耕地(马铃薯)土壤为研究对象,在2017年4月至10月对20cm,50cm,100cm,150cm,200cm土层土壤含水量进行监测,分析两种土地利用方式下土壤含水量在一个完整生长季的时间动态特征和垂直剖面分布特征。结果表明:(1)土壤含水量的最高值均出现在50cm深度处,除紫花苜蓿200cm处含水量高于150cm处,其他层次表现出随着深度的增加而降低的趋势。(2)两种土地利用方式下0~100cm的土壤含水量具有明显的季节变化特征,最高值出现在降雨量最大的8月份,下层土壤含水量稳定在一个相对较低的水平,耕地的土壤贮水量要大于紫花苜蓿地。研究认为,紫花苜蓿消耗更多的土壤水分,更容易引起土壤干燥化。

科尔沁沙地典型固沙人工林地土壤水分时空特征及其对环境因子的响应

土壤水分时空动态特征对于干旱地区人工林的可持续经营与管理起着至关重要的作用。以位于科尔沁沙地南缘的樟子松和柠条固沙人工林为对象,于2018年11月-2019年11月连续观测了林地0-200 cm土壤剖面的含水量、温度及微气象因子,系统分析了土壤水分的时空变化特征及其对环境因子的响应。研究期内,两种林地土壤水分的季节变化可分为冻结期、补充期、消耗期和稳定期;依据土壤剖面的水分特征可分为易变层、活跃层和稳定层,但两种林地的分层深度有一定差异。在生长季内(5-10月),土壤含水量对大气降雨的响应随着土层深度的增加而减弱;降雨对樟子松人工林0-20 cm层土壤水分的影响极显著(P<0.01),对柠条人工林0-10 cm层的影响极显著(P<0.01)、20-60 cm层显著(P<0.05)。在土壤冻融周期内(2018年11月-2019年4月),两种林地的土壤均表现为"单向冻结"和"双向融化"的特点;土壤温度是影响冻融期内土壤含水量的关键因素,两者呈极显著的指数函数关系;樟子松和柠条人工林土壤的最大冻结深度分别为170 cm和190 cm,前者10 cm土层解冻时间要比后者晚11 d,可能与乔木树冠的遮阴作用有关。潜在蒸散与柠条林0-60 cm层、樟子松林0-20 cm和200 cm层的土壤水分呈极显著相关(P<0.01),而与樟子松林60 cm和160 cm层呈显著相关(P<0.05),这与树木蒸腾和土壤蒸发等综合作用有关。研究表明,由于两种人工林的树种组成、树冠大小、郁闭程度和根系分布等结构特征不同会导致林地土壤水分时空特征的异质性及其对环境因素响应的差异。

水利水电工程施工阶段的质量管理

我国近些年来经济和社会的高速发展,对电力能源的需求持续增加,同时,国家可持续发展战略深化落实,使得绿色能源供应成为非常重要的发展方向。水利水电工程不但满足了电力生产的需要,还可以提供在水利应用领域的全面支持,是一举多得的重要建设项目,得到国家相关部门和投资者的高度关注。而水利水电工程质量是确保其使用安全的决定性因素,有关工程整个施工期间的质量管理成为国家及承建企业相关质量监督和检验部门重点的工作内容。

新形势下水利水电工程施工安全管理与控制探究

我国的基础工程建设领域安全事故类型更加多元化和复杂化,相关的工程施工安全管理也日趋精密化,才能最终实现预期的管理目标。文章就中小型水利水电项目为主,对其施工能力和技术水平进行分析,加强工程施工安全管理与控制的相关措施。

晋西黄土区苹果树液流特征及其与环境因子的关系

为研究晋西黄土残塬沟壑区苹果园的水分利用特征,对黄土残塬沟壑区苹果园主要生长季(4—9月)苹果的树干液流速率进行测定,并与环境要素进行对比分析。结果表明:(1)苹果树干液流速率值的季节动态表现为6月>5月>9月>7月>8月>4月,4—9月典型晴天的液流日变化均表现为单峰曲线,液流速率的峰值依次为14.96、17.36、16.07、15.37、14.74、16.74 cm^3·cm^-2·h^-1。(2)液流速率在白天和夜间表现出较大的差别,有较明显的昼夜节律性。(3)苹果树干液流与太阳辐射(PY)、净辐射(R n)、大气水分亏缺(VPD)均存在正相关关系,与大气相对湿度(RH)存在负相关关系,液流速率与气象因子PY、R n、VPD、RH的相关系数分别为0.789、0.783、0.619和-0.482。研究结果对于加强果园的经营管理水平,提高苹果果品与产量具有重要意义。

黄土残塬沟壑区苹果园土壤的持水特征

果园土壤持水能力的大小对于评价果树水分利用状况、预估果实产量有着重要意义。本文以黄土残塬沟壑区苹果园为研究对象,通过对土壤主要水分物理指标、土壤体积含水率及土壤水势的联合测定,绘制土壤水分特征曲线,分析了黄土残塬沟壑区苹果园土壤的持水特征。结果表明:1)果园土壤0~100 cm层内的土壤密度平均为1.34 g/cm3,土壤机械组成平均为:黏粒42.6%,粉粒41.6%,砂粒15.79%,总孔隙度平均为46.9%,土壤有机质质量分数平均为0.85%,土壤团聚体含量质量分数平均为36.8%,土壤结构与持水性能总体较好,但土壤有机质较低。2)100 cm内各层土壤在土壤密度、土壤粉粒体积分数、总孔隙度等指标方面差异性均不显著(P>0.05),表现出空间一致性。但在毛管持水量、田间持水量等指标表现出随土层增加而上升的趋势(P<0.05),在各类水稳性团聚体含量、土壤有机质含量等指标方面差异极显著(P<0.01)。3)基于土壤物理参数利用Van Genuchten模型推导的土壤水分特征曲线与田间测定结果基本一致,具有较高的可靠性。研究结果为制订该区域旱作果园的水分管理方案提供了一定理论依据。

黄土区旱作苹果园系统的热量特征及其在不同生育期的变化

【目的】明确黄土区旱作苹果园种植系统的热量特征及其在不同生育期的变化规律,对于提高果园精准管理水平有重要指导意义。【方法】对该区果园冠层外太阳总辐射(Rs)、净辐射(Rn)、大气温度(Tair)、冠下近地表层空气温度(Tground)、表层土壤温度(Tsoil)和土壤热通量(G)等要素开展完整生长季内的定位观测与比较分析。【结果】从花期、幼果期、果实膨大期到果实成熟期,Tair、Tground、Tsoil、Rs和Rn均呈现先增大后减小的季节变化规律,G则表现为整体递减的季节变化趋势。从花期到果实膨大期(4-8月),Tground高于Tair和Tsoil,G为正值,土壤以吸收热量为主要特征;在果实成熟期(9-10月),Tsoil高于Tground和Tair,G为负值,土壤以释放热量为主要特征。温度类变量(Tair和Tground)比辐射类变量(Rs和Rn)与土壤热通量间的相关性更紧密。花期(4月份)既有近地面气温高于30℃的高温日(时长77 h),又有低于0℃的低温日(时长18 h)出现,分别增加了灼害和冻害落花落果的风险。【结论】果园种植系统显著改变了地-气间热量循环与分配的过程。近地表大气温度显著高于冠层外大气温度,应根据果树不同生育期特点有针对性地采取烟熏、风机、喷雾、灌溉等温度调控措施,重点预防花期的低温冻害和果实膨大期的高温日灼伤害。

结合预处理BiCGStab和CUDA的BLT快速并行前向方法

针对基于简化球谐波(simplified spherical harmonics,SPN)方程开展生物发光断层成像(bioluminescence tomography,BLT)前向问题研究时计算量大、求解速度偏慢的问题,提出了一种基于稳定双共轭梯度下降(biconjugate gradient stabilized,Bi CGStab)的快速并行求解算法.该算法结合不完全Cholesky分解的预处理方式与压缩行格式存储法(compressed row storage scheme,CSR)的稀疏矩阵存储方式,并采用统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA)实现了并行加速.数值仿真结果表明,该算法在保证前向问题求解准确度的同时可以极大地缩短求解时间.