不同水质评价方法在南水北调东线断面的研究与应用

以2019年南水北调东线工程12个水质监测断面为研究对象,选取溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、重金属(铜、锌、铅、镉)、粪大肠菌群等9个参评指标的监测结果,采用单因子评价法、内梅罗指数法、综合水质标识指数法和模糊综合矩阵评价法4种水质评价方法对12个断面水质情况进行评价分析。结果表明,12个断面的水质情况较好,老山乡断面(湖库)采用单因子评价法的水质评价结果为Ⅴ类,主要超标因子为总磷,其他断面水质采用4种方法的评价结果均为Ⅲ类或Ⅱ类。相对其他3种方法而言,单因子评价法计算简单,考核标准严格,得出的水质类别整体最差。在具体应用实践中,应根据评价目的和断面功能,采用较为合适的评价方法,为南水北调水环境管理提供更加客观的依据。

可培养土壤微生物数量与红松活立木干基腐朽程度的关系

在五营国家森林公园建立的样地内,利用无损检测技术选取存在腐朽的典型红松活立木作为样木。在样木根部四周0～20 cm深度处采集土样,采用传统培养法对土壤微生物进行分离培养并计数。同时,使用树木生长锥取样木的健康和腐朽试样木芯,通过测定木芯质量损失率,量化表征红松活立木干基腐朽程度。采用逐步回归分析和通径分析方法,量化研究不同种类微生物数量和红松活立木干基腐朽程度之间的关系。结果表明:腐朽红松根部土壤细菌数量最多,占绝对优势,放线菌次之,真菌数量最少;土壤真菌数量和放线菌数量与红松活立木干基腐朽程度存在正相关关系(R^2=0.504,p=0),真菌的直接正效应贡献(直接通径系数P_(2y)=0.413)大于放线菌(P_(3y)=0.407);土壤细菌数量对红松活立木干基腐朽的直接贡献不显著(P_(1y)=-0.312,p=0.106>0.05),但是细菌数量通过影响真菌的数量,对红松活立木干基腐朽具有间接负效应贡献(间接通径系数P_(x1-x2)=-0.225)。

土壤理化性质对腐朽红松根部土壤微生物数量的影响

为研究干腐红松活立木根部土壤微生物数量与土壤理化性质的关系,在凉水国家自然保护区第18林班22棵腐朽红松活立木根部采集土样,带回实验室,采用传统培养法进行微生物分离培养计数和土壤理化性质的测定,并对土壤微生物数量与土壤理化性质的关系进行统计分析。研究结果表明:(1)红松活立木根部土壤三大类群微生物数量分布规律为:细菌数量最多,所占微生物总数量的比例为94.333%~99.986%;放线菌数量次之,所占比例为0.010%~5.590%;真菌数量最少,所占比例为0.001%~1.566%。(2)土壤真菌数量、细菌数量和微生物总数主要受土壤全N含量的影响,全N含量对真菌数量变化的贡献率为45.1%,对细菌和微生物总数变化的贡献率为32.8%;土壤放线菌数量主要受土壤全K的影响,全K含量对放线菌数量变化的贡献率为67.1%。通过对腐朽红松根部土壤微生物数量分布等情况及其与理化性质关系初步研究,期望能为红松活立木的保护提供新思路。

东北林区典型树种内部心腐材积的量化检测

为分析活立木心腐材积损失变化规律及材积与胸径的关系,利用Arbotom应力波测试仪对带岭凉水国家自然保护区内红松(Pinus koraiensis)、旱柳(Salix matsudana)、山杨(Populus davidiana)、水曲柳(Fraxinus mand-schurica Rupr.)等4种活立木不同高度处144个断面的腐朽状况进行检测,获取每个断面的树干直径和应力波断层图像。根据应力波断层成像,筛选出存在心腐的断面共78个,利用Envi 5.0最大似然法对心腐断面进行分类并计算断面腐朽面积,据此模拟出活立木内部腐朽的立体模型,然后通过分区段求材积法估算其腐朽材积。在此基础上,对活立木心腐材积变化规律及材积与胸径的关系进行统计分析。结果表明:活立木心腐面积随高度的增加呈递减趋势;活立木心腐材积与胸径之间存在显著的正相关性(R=0.618,P=0.000<0.01),胸径越大,活立木心腐材积比例也增大。

环境温度对原木横断面内径向CT值的影响

为分析环境温度对原木断层图像CT值的影响,在不同温度(15、-5、-20℃)下,采用计算机断层扫描仪对杉木、红松和冷杉3个树种原木样本进行检测,先获取截面计算机断层扫描(computed tomography,CT)图像。再通过图像处理,拾取CT图像径向关键特征点的CT值,利用统计数据处理方法分析温度与CT值变化之间的关系,并探究其内部原因。研究结果表明:(1)同一温度下,原木样本内部CT值沿径向差异较大。(2)不同温度下,原木横断面径向CT值的整体差异不显著,但在局部有减小的趋势。如冷杉在心材范围(即沿径向距圆心90 mm距离内)、杉木在边材范围内(即在径向距圆心63~105 mm的距离内),径向CT值均随着温度的降低而逐渐减小。(3)不同温度原木径向CT值的差异与其内部结构有关系,尤其与横断面内水分分布及水分状态变化关系密切;不同树种CT值变化具有差异原因亦在于此,印证了环境温度对原木横断面内经值的影响。

原木横截面CT图像的伪彩色增强方法对比研究

CT灰度图像具有分辨率低,不利于人眼直观分析等不足,而CT图像直观分析是最基本的CT分析方法。为提高原木CT图像的分辨率,利用在不同温度(15、-5、-20℃)下扫描获取的杉木、红松和冷杉三个树种原木横截面CT图像,采用灰度级-彩色变换方法,通过彩虹码和热金属码的编码方法实现图像伪彩色增强,并对两种方法在不同温度下CT图像的增强效果和特征进行对比分析。研究表明:(1)伪彩色增强方法能显著提高CT图像的视觉分辨率,减少直观判断误差。如视觉灰度相近的A与B两处(CT值范围分别为-550^-680Hu和-530^-730Hu)在不同方法的增强图像中呈现出不同的颜色差异。(2)热金属码的视觉增强效果低于彩虹码。彩虹码能为CT图像直观分析提供更多的细观物理信息,而热金属码能更加明确、清晰地划分出木材内部不同密度的结构分布。(3)相较于CT灰度图像,伪彩色增强后的图像有利于研究不同温度下木材内部结构、各相组分的变化情况,为定量研究温度对木材内部水分的状态和含量变化提供新的思路。

环境温度对活立木内部含水率变化的影响

【目的】分析活立木内部含水率变化的影响因素,研究含水率在不同环境温度下的变化规律。【方法】在室外不同温度(-26"10℃)下采用时域反射计(time domain reflectometer,TDR)对落叶松和小叶杨两种活立木进行检测,获取树内温度和电磁波传播时间的连续变化值,据此推导出不同温度下活立木的含水率。在此基础上,分析了活立木内部电磁波传播时间和含水率的昼夜变化,以及较长时间周期内随温度变化的规律,确定了环境温度与含水率的定量关系,建立了两者之间的关系模型。【结果】在1个昼夜时间周期内,含水率和树内温度变化趋势基本一致,含水率变化略滞后一些,随昼夜平均温度的下降,含水率变化范围收窄;在较长时间周期内,随日均树内温度的降低,活立木样本平均电磁波传播时间和含水率均呈下降趋势,落叶松电磁波传播时间变化曲线没有明显拐点,含水率变化曲线在-6.3℃之前变化率较大(14.75%/℃),之后趋于平稳(0.94%/℃),小叶杨与之变化相似;树内温度和环境温度具有显著线性正相关性,二者线性模型拟合优度较高(R^2=0.91),可以用环境温度预测树内温度;树内温度与活立木含水率的关系分3个变化阶段,均呈线性关系,决定系数R^2均高于0.71。【结论】低温环境下,以环境温度为研究点探究活立木内部电磁波传播时间和含水率变化是可行的,通过相关公式可以推导出活立木内部含水率。