植被恢复下黄土高塬沟壑区的产流机制与模式

明确流域产流机制及产流模式是构建水文模型和土壤侵蚀模型的基础,对流域综合治理及水资源的合理开发利用等具有重要指导意义。为揭示植被恢复对黄土高原产流机制及产流模式的影响,把黄土高塬沟壑区以草地自然恢复为主的董庄沟小流域和以人工造林恢复为主的杨家沟小流域作为研究区,分析了两条对比小流域在不同降雨类型下的场次洪水过程线及其退水曲线,研究了植被恢复下黄土高塬沟壑区产流模式变化。结果表明:1)随植被覆盖度及其生态水文功能的提升,小流域的产流能力显著减弱,洪水历时延长,地表径流量占比减小,洪峰趋于坦化,尤其以人工造林恢复为主的小流域产流过程变化更为显著;2)随着植被生态水文功能的恢复,洪水径流组分不再是单一的地表超渗径流,而是逐渐转向由超渗地表径流和壤中流构成,甚至由地表饱和径流和壤中流构成,即黄土高塬沟壑区小流域产流模式有从传统的典型超渗产流逐渐向“浅层蓄满”产流转变;3)黄土高塬沟壑区产流模式的转变,能将广义的降水资源转化为土壤水和壤中流,调节径流的季节分配,有助于增加植被生态用水,促进半干旱区植被生态系统的健康和稳定发展。

党的二十大精神融入中国音乐史课程思政的研究与实践

中国音乐史课程蕴含丰富的课程思政元素,是音乐专业课程思政建设的重要阵地。在党的二十大精神引领下,可以深入挖掘、有效整合课程内容,确立与中国音乐三大发展阶段相对应的6个思政主题、25项思政案例和思政点,构建线索鲜明、专题突出、案例典型的“音乐+历史+现实+思政”四位一体育人体系。在课程改革中进一步探索数字赋能教学新模式,并以“思政+通识”为目标,在“三全育人”格局下打造高质量中国音乐史公共选修课和线上慕课,对音乐课程思政推进和数字化革新等具有探索、借鉴价值。

基于实践能力提升的药用植物遗传育种学实验教学改革

药用植物遗传育种学是中草药栽培与鉴定专业的必修课,是一门新兴学科,可参考和借鉴的教学经验较少。其中的实验教学部分是促进我国现代中医药实践人才培养的重要环节,需要不断改革完善。针对教学中存在的问题,应从教师队伍建设、丰富实验类型、建立实验实训基地、改革教学模式、强化实验教学质量评价等方面进行改革,以实现教学目标。

植物源神经酸在圆红冬孢酵母中的异源表达

文章以产油酵母圆红冬孢酵母(Rhodosporidium toruloides)为宿主,测试来源于文冠果(Xanthoceras Sorbifolium)脂肪酸延长酶相关基因的异源表达。围绕文冠果的神经酸合成系统在R.toruloides中的重构可行性,调取文冠果的神经酸合成基因,并根据R.toruloides的密码子偏好性加以优化,构建表达载体。通过农杆菌介导将表达载体转化至R.toruloides单倍体菌株NP11中,并从表型、基因型及蛋白水平等方面入手验证脂肪酸延长酶FAE基因的表达。

面向创新型人才培养构建多元化机器人实践教学平台

机器人学科是典型的新工科专业,具有学科交叉、实践性强的特点。当前机器人产业高速发展,工科院校原有的实践教学模式存在诸多弊端,难以满足新形势下的育人需求。针对我校学科特点,以培养机器人领域创新型人才为导向,提出了“一导向、两驱动、三融合、四层次”的实践教学体系建设方案。实践表明,多元化机器人实践教学平台的建设对激发学生的学习热情、提升实践能力及创新能力等起到了积极的促进作用。

分水江流域水库群防洪不同业务需求的优化调度算法

目前,关于流域水库群防洪优化调度研究较多关注的是优化算法本身的效率和效果问题,而关于适配某些特定业务需求的不同优化调度算法的研究相对较少,从而影响了其调度系统平台的实用性。根据分水江流域防洪实际业务场景的特定需求,提出了常规优化、堤防安全优先、水资源存量优先3套不同的水库群防洪联合优化调度方案,采用不同约束条件的遗传算法,实现了不同调度方案的多目标寻优,并结合水文-水动力模型预演了不同调度方案的实施效果。通过两场实际洪水验证,该算法具有良好的精度和实用性,能够保证满足不同业务场景需求,并可进一步发掘分水江流域水库群的防洪潜力,提高流域水库群的调洪、蓄洪能力。

腹腔镜术后内脏痛相关机制及治疗研究进展

腹腔镜手术后除躯体创伤疼痛,部分患者还可能经历痛苦的术后内脏痛,不仅使患者术后体验不佳,疼痛应激甚至可能加重机体的内环境紊乱,不利于患者的术后康复。内脏痛是来源于内脏器官和组织的疼痛,其产生与脏器的平滑肌痉挛、扩张、缺血、化学炎症刺激等密切相关。在这个过程中,许多离子通道和受体在调节内脏伤害性刺激信号的传导上发挥作用。目前,临床上术后镇痛治疗方案多样,但如何针对性地控制术后内脏痛是临床医生需要面对和解决的问题。为此,该文对腹腔镜术后内脏痛发生的相关机制、内脏感觉的神经传导及临床特征、治疗进展进行综述。

植被恢复改变黄土高原产流模式问题初探

产流模式是研究所有水文及其相关学科问题之基。植被有效恢复深刻地改变了黄土高原土壤水文性质,进而影响地表产流模式,是黄河水沙变化归因分析中亟待研究的新问题。在有限时期内,地质地貌相对稳定,地表产流模式可以表征为降雨及水文下垫面的函数。植被恢复能增加冠层截留及地表糙率等,随植被恢复年限增加,土壤容重降低,土壤孔隙度和水稳性团聚体含量增加,土壤持水性能和入渗能力提升。通过对典型植被恢复流域河川径流过程分析,发现黄土高原部分地区的产流模式出现了从超渗产流向蓄满产流转变的趋势。植被恢复引起的土壤入渗能力增强、流域蓄水容量增大、调蓄能力增强是导致流域产流模式变化的主要原因。针对黄土高原地区产流模式变化对植被恢复的响应,指出未来应当加强植被恢复对土壤微结构、土壤水文物理特性及对产流模式变化影响的研究。

真空发生器拉瓦尔管结构参数对真空度的影响研究

真空发生器是以真空压强为动力源的重要元器件,应用广泛。真空度是衡量真空发生器工作性能的重要指标。拉瓦尔管的结构参数会影响真空发生器的真空度。为了探明拉瓦尔管结构参数对真空发生器真空度的影响,采用索科洛夫理论方法计算喉管直径、出口直径和喉嘴距3个结构参数,分析它们对真空发生器真空度的影响规律,并确定最佳结构参数。经过分析,喉管直径和出口直径对真空度的影响显著,喉嘴距对真空度的影响不显著;喉管直径为8.0mm、出口直径为17.0mm、喉嘴距为10.0mm是最佳结构参数。

植被恢复对黄土丘陵沟壑区产流模式的影响研究

探究植被恢复对产流模式的影响是认识变化环境下流域水文及水土流失过程的基础。通过分层原位双环土壤入渗试验和植被恢复前后流域实测场次洪水过程解析,研究植被恢复对黄土丘陵沟壑区典型小流域产流模式的影响。研究结果表明:植被恢复显著增强了土壤入渗性能,0~60 cm不同深度土层的入渗速率均有不同程度的增大。植被恢复增大了表层土和10 cm土层入渗性能的差异。土壤入渗性能随土壤密度减小和孔隙度增大而显著增强,植被恢复通过降低土壤密度和增大孔隙度影响土壤入渗和产流过程。植被恢复后小流域场次洪水的洪峰流量、径流深、径流系数以及地表径流占比均减小,壤中流增加,产流模式从超渗产流向蓄满产流转变,形成黄土高原特有的浅层蓄满产流模式。植被恢复影响了流域的产流模式,为深入研究黄土高原土壤水文过程提供了科学依据。

黄土高塬沟壑区土壤侵蚀特征分析

黄土高塬沟壑区侵蚀十分严重,是黄河泥沙主要源区,厘清该区域土壤侵蚀特征与治理重点是区域高质量发展的关键。以黄土高塬沟壑区砚瓦川流域为研究区,收集整理1976—2019年实测径流及泥沙资料,采用产流模数及产沙模数等指标体系,系统分析了黄土高塬沟壑区流域侵蚀产沙强度及能力变化。结果表明:砚瓦川流域1976—2019年产流模数与产沙模数均呈下降趋势,二者具有较好的一致性。多年平均产流模数与产沙模数分别为22991 m^(3)/km^(2)和1889 t/km^(2),产流及产沙变化规律一致,二者均于1997年发生突变。相较于突变年份之前,年均产流强度和产沙强度分别减少23.9%和75.8%,表征产流及产沙能力的产流系数和产沙系数则分别降低24.0%和73.0%。1976—2019年,流域的产流量及产沙量呈下降趋势。河流年均含沙量64.5 kg/m^(3),由突变前的98.3 kg/m^(3)减少至突变后的33.6 kg/m^(3),减少了67.0%。黄土高塬沟壑区侵蚀产沙多来自场次降雨,年内最大3 d侵蚀产沙占年总产沙量的50%。突变前,年产流模数与年降雨量的相关关系最优;突变后,年产流模数与日降雨量高于50 mm的年累计降雨量的关系最为密切。研究中进一步明晰了黄土高塬沟壑区水沙过程及其与降雨关系的变化,可为极端事件频发下黄土高塬沟壑区水土保持治理策略的转变提供一定参考。

黄土高原植被变化与恢复潜力预测

采用GIS技术与地统计方法,基于黄土高原2000—2018年的MODIS遥感影像,选取归一化植被指数探讨研究区植被时空变化特征,采用相似生境法预测黄土高原植被恢复潜力。结果表明:黄土高原2000—2018年低植被盖度区域面积减少,高植被覆盖度面积不断增加。黄河中游头道拐至龙门区间植被变化最为显著,平均增长速率为0.015~0.050/a,其中,延河上游、清涧河及秃尾河流域的植被盖度增长速率最高,均超过了0.015/a。受城市化影响,汾渭平原的下游干流区植被盖度显著降低。相似生境法预测黄土高原未来植被恢复潜力的空间差异性显著,东南部地区植被盖度接近或达到最大恢复潜力,无恢复空间;在丘陵沟壑区和风沙区的交错地带部分地区植被盖度较现状仍有25%~50%的提升潜力。由于黄土高原植被受退耕还林草工程影响,人工植被干扰强烈,受到该区降雨与水分承载力限制,未来植被恢复需调整植被类型、优化植被结构与格局,提升区域生态系统功能。本研究结果可为黄土高原未来植被恢复与水土保持规划与布局提供理论与方法支撑。

基于Budyko假设的洮河与大夏河径流变化归因识别

受气候变化和人类活动的影响,世界许多河流水文过程发生了显著的变化。研究河川径流变化特征及其原因对流域水资源管理和规划有十分重要的意义。以黄河上游支流洮河、大夏河为研究对象,采用Mann-Kendall趋势检验法、突变分析等方法探究河川径流的趋势变化、阶段特征,并采用Budyko水热耦合平衡方程定量评估径流变化影响因素的贡献率。研究发现洮河与大夏河流域年径流深均呈显著减少趋势,减少速率为:-1.85 mm/a、-1.36 mm/a(P≤0.01)。通过突变检验可将洮河的径流序列分为基准期1961—1987年,剧烈人类活动期1988—2017年,而大夏河的基准期为1961—1985年,人类活动期1986—2017年。洮河、大夏河流域下垫面变化对径流变化的贡献率超过60%,降雨次之,潜在蒸散发最弱,约贡献10%。流域下垫面改变是引起研究区河川径流变化的主要因素。

黄河未来输沙量态势及其适用性对策

[目的]探索黄河输沙预测的新思路,预估黄河未来输沙态势与输沙量水平,为黄河流域生态治理规划提供参考。[方法]结合黄河流域水土保持生态修复现状,采用单累积曲线法、滑动平均及频率分析方法,分析1950—2019年黄河主要来沙区间的实测输沙量变化特征及其未来态势。[结果]1950—2019年黄河输沙量呈现阶梯式减少。1950—2019年黄河中游各站累积实测输沙量随时间的变化可用"左半抛物线"表征。黄河输沙量自1997年以来已进入相对稳定态势,目前已达企稳状态;黄河潼关站未来年输沙量在90%频率下为1.00×10^8 t左右,在10%频率下为5.00×10^8 t左右,未来多年平均输沙量为1.40×10^8 t。[结论]为了维持黄河输沙量低稳状态,提升水土保持措施质量与标准,补齐"后水土保持"短板,构建完善的水沙关系调控体系,维持黄河下游河道冲淤平衡,是黄河流域生态保护与高质量发展的保障。

模拟降雨条件下黄土区SCS模型的参数率定

开展径流模拟的相关研究,是进行土壤侵蚀预报和水土流失防治的重要基础。SCS模型是较为常用的一种径流计算模型。模型中的两个参数初损率λ和径流曲线数CN对于模型准确计算地表径流有重要意义。通过对杨青川流域22场不同土地利用类型人工模拟降雨资料,应用穷举法对该地区运用SCS模型时初损率和径流曲线数进行了率定。结果表明:(1)在黄土区,运用标准SCS模型模拟人工降雨条件下的径流深有较大误差,且模拟值均偏小1.1~3mm。(2)初损率λ和径流曲线数CN都是模型的敏感性参数,且λ值敏感性更高。(3)运用穷举法的方式进行了各参数的率定后,得到在草地类型,SCS模型最适宜的初损率为0.13,径流曲线数为65;裸地类型最适宜的初损率为0.03,径流曲线数为83。优化后的模型能更好地模拟径流深,均方根误差、相对误差均显著减小,纳什系数有显著增大,能为该地区关于地表径流的模拟计算提供理论参考,具有重要意义。

1990—2020年三江源水源涵养能力时空变化及影响因素

三江源是我国重要的水源涵养功能区,也是我国乃至东南亚地区的生态屏障,具有重要的生态战略地位。揭示三江源水源涵养能力的空间分布、变化趋势及影响因素,对于推进生态保护与修复工程,提高区域水资源供给能力和维持生态系统健康稳定具有重要意义。基于InVEST模型,定量分析了三江源区水源涵养能力的时空变化及影响因素。结果表明:草地生态系统为三江源水源涵养功能主体,年平均水源涵养量为120.04亿m^(3)。1990—2020年三江源水源涵养量呈显著上升趋势,变化速率为1.80亿m^(3)/a(P<0.05),年平均水源涵养量为163.84亿m^(3)。生态治理前(1990—2005年)水源涵养量增长速率高于生态治理后(2005—2020年)。三江源区水源涵养能力空间分布上表现出东南高、西北低的特点,显著增长面积为22.07万km2,占全区总面积的60.79%。生态治理前,降水量增加、实际蒸散量增加和实际蒸散比降低等气候变化为驱动水源涵养能力增长的主要因素;生态治理后,林、草地面积增加等土地利用/覆被变化为驱动水源涵养能力增长的主要因素。

黄土区SCS-CN模型径流曲线数计算方法研究

美国农业部开发的SCS-CN模型是较为常用的一种径流计算方法。模型中的CN值是模型中反映土地利用、土壤类型和土壤前期含水量的一个综合参数,其值的选择对于准确计算地表径流具有重要意义。利用黄土高原地区杨青川流域、燕沟流域和西川流域不同土地利用类型42场模拟降雨的径流资料,应用平均值法、中值法、算术平均值法、S对数频率分布法和渐近线法5种方法计算CN值,并利用CN值反推径流深。采用均值比较、模型评价指标的方法比较了5种方法计算的径流深与实测值的差异,根据相对隶属度最大最优原则确定最优计算方法。结果表明:在杨青川流域,最优的计算方法是平均值法,燕沟流域和西川流域的最优计算方法则是中值法,不同流域同一计算方法确定的同一土地利用类型CN值差异较大;单独进行草地和裸地的评价分析时,草地的最优计算方法是平均值法,裸地的最优计算方法是算术平均值法,不同土地利用类型CN值的最优计算方法不同。

极端暴雨条件下黄土丘陵沟壑区土壤蓄水能力和入渗规律

黄土高原退耕还林还草工程实施后,下垫面环境条件的变化可能对流域水文过程、水文通量、水量平衡以及生态系统产生十分重要的影响。研究极端暴雨条件下剖面土壤蓄水能力和入渗规律,对于阐明流域产汇流过程和影响机制具有重要的科学价值。采用土壤墒情仪对陕北“7·26”特大暴雨事件下黄土丘陵沟壑区草地剖面土壤水分进行了实时动态监测,分析了极端暴雨条件下剖面土壤水分的动态变化和蓄水过程,利用Horton入渗模型模拟了剖面土壤水分湿润锋的运动过程,揭示了极端暴雨条件下剖面土壤水分的入渗规律。结果表明:(1)极端暴雨条件下,黄土丘陵沟壑区坡面草地不同深度层次土壤水分与降雨过程的响应不同,具有层次性和明显的滞后效应,其中,0~140 cm是影响该地区土壤水文过程的关键层次;(2)土壤水分再分配结束时,湿润锋最深深度达140 cm,土壤蓄水量达225.99 mm,较降雨前95.37 mm增加了1.37倍;(3)极端暴雨过程中湿润锋的运动随时间呈对数递减关系,其稳渗速率随容重增加而减小,呈指数函数递减;(4)极端降雨过程中该地区坡面草地的产流机制仍以超渗产流为主,对于揭示流域的产汇流机制和完善水文预报模型具有重要的科学意义。

黄土丘陵沟壑区坡沟系统不同降雨类型的土壤入渗特征

黄土高原退耕还林草生态建设改变了区域覆被格局和下垫面环境条件,对流域地表水文过程产生了重要影响。研究黄土丘陵沟壑区坡沟系统不同降雨类型下的土壤水分入渗特征,对揭示植被恢复驱动下的降雨⁃入渗机制变化具有重要的科学意义。基于坡沟系统土壤水分入渗过程的定位监测,阐明了坡沟系统土壤水分入渗特征对不同降雨类型的响应,并采用Horton、Mezencev、Kostiakov、USDA⁃NRCS模型进行土壤水分入渗过程模拟,筛选特定降雨类型下最佳的入渗模型。结果表明:(1)0—60 cm是降水—入渗过程响应的关键层次,沟坡总入渗蓄存量较坡面高约42.67%;(2)坡沟系统土壤水分入渗量与深度成反比,且沟坡土壤水分入渗量较坡面平均高约9.75%;(3)不同降雨类型下坡面湿润锋深度均小于沟坡,且以极端暴雨、长历时小雨强降雨最深,短历时中雨强次之,短历时小雨强降雨最浅;(4)坡沟系统各降雨类型土壤水分入渗量对降雨的响应表现出一定的滞后性,沟坡响应快于坡面,沟坡湿润锋深度平均较坡面深约5—10 cm;(5)Mezencev入渗模型对四种不同降雨类型入渗量的模拟均具有较高精度(Adj⁃R^(2)>0.96;NSE>0.92),Horton模型可用于模拟极端降雨类型(NSE>0.98),而Kostiakov模型、USDA-NRCS模型适于模拟短历时中强度降雨和短历时低强度降雨类型。

2001—2017年黄土高原实际蒸散发的时空格局

为了给全面评估黄土高原地区大规模实施退耕还林还草的生态效应提供依据,基于NASA发布的空间分辨率为500 m的MOD16A2蒸散发数据产品,分析了黄土高原以及黄河中游典型流域2001-2017年实际蒸散发量时空变化特征。结果表明:黄土高原年均实际蒸散发量从西北向东南递增,多年平均季节蒸散发量空间分布格局与年平均蒸散发量分布格局基本一致,季节蒸散发量由大到小顺序为夏季>秋季>春季>冬季;实施退耕还林还草工程以来,黄土高原年均蒸散发量以8.23 mm/a的速率显著增加,多年平均蒸散发量为278.71 mm;黄河中游各典型支流2001-2017年蒸散发量均呈现增加的趋势,延河流域增速最大(为12.96 mm/a),皇甫川流域增速最小(为4.34 mm/a);不同流域实际蒸散发量差异较大,渭河干流年均蒸散发量最大(为388.26 mm),皇甫川流域年均蒸散发量最小(为153.71 mm)。