地球关键带研究评述:现状与展望

近20年来,国际上兴起的“地球关键带”研究,为重新审视地球表层系统内水、土、气、生、岩等各要素的功能及其内在关联提供了新思路。通过搜集2001—2021年间国内外地球关键带研究文献,应用引文空间(CiteSpace)技术进行文献计量分析,梳理地球关键带的研究历史与现状,为自然资源综合管理和国土空间生态修复提供理论依据和决策支持。文献分析表明:地球关键带受到欧美发达国家和中国学界的普遍关注;三个发展阶段(萌芽、初期和快速发展)的研究重点差异明显;土壤是联结地表和地下过程的纽带与核心;地球物理技术成为理解地球关键带结构与过程的重要工具;联网观测和模型模拟是下一阶段的重要方向;地球关键带功能和服务的量化、权衡与提升有望成为重要的决策支持工具。未来仍需在五个方面深化研究:加强基础设施建设,构建更具包容性的地球关键带观测站网络;加强学科交叉和人才队伍建设,培养新一代地球关键带科学家;服务面向可持续发展的社会需求,在实践中应用和发展地球关键带科学;开发新技术、新方法,完善理论、模型和方法体系;揭示地球关键带过程的耦合机制及其环境效应,加强人类活动对水土过程、物质循环与能量交换影响的研究。

风化壳颗粒大小是决定典型干旱区硝态氮深部累积特征的关键因素

我国干旱区农田关键带过量施氮造成氮肥利用率低和土壤硝态氮大量累积,威胁生态环境安全。阐明干旱区土壤硝态氮累积特征及其影响因素,可为干旱区水肥综合管理提供科学参考。选择典型干旱区——新疆阿克苏地区为研究区域,从南向北沿地形序列布设三个钻孔点,分别为60年棉田XJ1(40°36′48.7″N,80°48′14.2″E)、32年老苹果园XJ2(41°16′16.2″N,80°19′9.1″E)和15年新苹果园XJ3(41°20′37.6″N,80°17′11.0″E),海拔依次为971 m、1129 m和1213 m,采样深度依次为7.75 m、10.52 m和9.91 m,利用线性和非线性相关分析方法研究了土壤有关理化性质与土壤硝态氮浓度变异的关系。结果表明,海拔低处棉田和海拔高处不同种植年限的苹果园土壤深部均出现了硝态氮显著累积特征,深部浓度高达44 mg·kg^(-1),最大累积深度超过10 m。土壤含水量和不同粒径颗粒(砾石、砂粒、粉粒与黏粒)含量等关键理化性质可解释土壤硝态氮浓度垂直变异的约50%。其中,土壤含水量和土壤颗粒大小是决定土壤硝态氮深部累积特征的重要因素,土壤含水量越高、土壤颗粒越细,土壤硝态氮浓度通常越高。棉田土壤硝态氮在4 m深地下水位以下发生了明显的反硝化作用,使累积的硝态氮浓度降至较低水平(<1 mg·kg-1)。苹果园因地下水位较深,土壤硝态氮未发生明显的反硝化作用,且已大量迁移累积至植物根系难以触及的深部区域(>5 m)。土壤含水量是影响土壤硝态氮深部累积特征的地下部直接性因素;土壤颗粒大小通过调控土壤含水量空间变异,而成为影响土壤硝态氮深部累积特征的地下部根本性因素。

经皮-动脉血二氧化碳分压差在脓毒性休克液体复苏中的变化及意义

目的探讨经皮-动脉血二氧化碳分压差〔P(tc-a)CO2〕在脓毒性休克液体复苏中的变化及其意义.方法选择2015年1月至2018年1月衢州市人民医院重症医学科(ICU)住院的脓毒性休克患者168例,早期目标导向治疗(EGDT)6 h后根据中心静脉血氧饱和度(ScvO2)及乳酸清除率(LC)达标情况分为ScvO2和LC达标组(ScvO2≥0.7和LC≥10%)、单纯ScvO2达标组(ScvO2≥0.7和LC<10%)、单纯LC达标组(ScvO2<0.7和LC≥10%)、未达标组(ScvO2<0.7和LC<10%).比较4组机械通气时间、ICU住院时间、28 d病死率、P(tc-a)CO2等指标的差异;绘制受试者工作特征曲线(ROC)评价P(tc-a)CO2对脓毒性休克患者28 d预后的预测价值.结果机械通气时间、ICU住院时间、28 d病死率变化趋势均为ScvO2和LC达标组<单纯LC达标组<单纯ScvO2达标组<未达标组〔机械通气时间(d)分别为:6.12±2.59、8.43±3.24、11.78±4.12、13.03±4.75,ICU住院时间(d)分别为10.31±2.32、13.85±3.56、16.41±3.83、18.52±4.05,28 d病死率分别为28.85%(15/52)、40.91%(18/44)、51.28%(20/39)、69.70%(23/33)〕,且4组间比较差异有统计学意义(均P<0.05).EGDT 6 h后4组心率(HR)、乳酸(Lac)、P(tc-a)CO2均较液体复苏前降低,平均动脉压(MAP)、中心静脉压(CVP)、ScvO2均较液体复苏前升高;除CVP外,其余指标ScvO2和LC达标组、单纯ScvO2达标组、单纯LC达标组与未达标组比较差异均有统计学意义(均P<0.05).EGDT 6 h后,ScvO2和LC达标组、单纯ScvO2达标组、单纯LC达标组HR、Lac、P(tc-a)CO2均明显低于未达标组〔HR(次/min):89.05±29.43、98.82±30.21、94.33±28.64 比 112.85±32.74,Lac(mmol/L):2.97±1.95、3.87±2.32、2.69±1.52 比 4.17±2.44,P(tc-a)CO2 (mmHg,1 mmHg=0133 kPa):7.18±4.61、12.61±5.34、9.71±4.11比16.56±10.19〕,MAP、ScvO2均明显高于未达标组〔MAP(mmHg):88.05±21.67、77.33±18.56、83.11±19.71比70.32±18.79,ScvO2 :0.76±0.14、0.75±0.16、0.67±0.14比0.63±0.18,均P<0.05〕.ScvO2和LC达标组、单纯ScvO2达标组、单纯LC达标组、未达标组28 d存活者P(tc-a)CO2均明显低于死亡者(mmHg :5.78±2.27比14.14±3.65,7.07±2.81比15.06±4.11,6.35±2.09 比 14.94±4.06,7.93±3.81 比 18.34±4.63,均 P<0.05).P(tc-a)CO2>7.24 mmHg预测ScvO2和LC达标组28 d死亡的敏感度为89.29%,特异度为91.45%,ROC曲线下面积(AUC)为0.86;P(tc-a)CO2>9.46 mmHg预测单纯LC达标组28 d死亡的敏感度为88.72%,特异度为85.83%,AUC为0.91;P(tc-a)CO2>12.05 mmHg预测单纯ScvO2达标组28 d死亡的敏感度为82.79%,特异度为86.90%,AUC为0.79;P(tc-a)CO2>16.22 mmHg预测未达标组28 d死亡的敏感度为73.35%,特异度为80.68%,AUC为0.68.结论P(tc-a)CO2可作为评估脓毒性休克患者液体复苏效果及预后的指标.

基于深度学习算法的桥梁拉索护套表观病害识别

拉索作为主要受力构件,对索结构索桥的寿命起到决定性因素,因拉索断裂导致的桥梁垮塌时有发生。传统的拉索护套外观缺陷检测方法耗费人力物力,且存在一定的安全隐患,不能满足新时代拉索病害检测的要求。采用移动检测设备采集和定位拉索外观高清图像,构建基于YOLOv8深度学习网络的在役桥梁表观病害检测模型,对海量图像数据输入检测模型进行外观病害自动分类识别,批量输出病害检测结果。实验结果表明:该方法可以快速准确检测出多种在役桥梁病害,减少误检和漏检,实现一图多病害的精细化检测。

不同腹腔压对神经调节辅助通气中膈肌电活动和潮气量的影响

目的:探究神经调节辅助通气(NAVA)中的膈肌电活动(EAdi)及潮气量于不同腹腔压(IAP)时的变化情况,为临床通气参数设置提供参考。方法:选取2015年1月至10月在衢州市人民医院ICU病房机械通气患者44例,入选标准为年龄>18岁,呼吸末正压(PEEP)通气在3~5 cmH_2O(1 cmH_2O=0.098 kPa)并且预测通气时间≥72 h的患者。通过膀胱注入0.9%氯化钠溶液的方法间接测量出IAP,每次间隔6 h,依据国际腹腔间隙综合征学会(WSACS)对高IAP的定义将12 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)设定为分界线,区分高腹内压和非高腹内压。经鼻放置EAdi导管于每小时测定EAdi值,同时记录潮气量。结果:高腹内压组EAdi值[(5.8±0.7)μV]显著低于非高腹内压组[(6.8±0.6)μV],差异有统计学意义(P<0.05),高腹内压组潮气量[(9.6±1.3)mL/kg]显著高于非高腹内压组[(8.8±1.0)mL/kg],差异有统计学意义(P<0.05)。结论:NAVA中,高IAP时,EAdi数值降低,潮气量增多;非高IAP时,EAdi数值升高,潮气量减少。

城市地下河箱涵结构测绘技术研究

地下河常采用暗埋箱涵结构形式,暗埋箱涵运营年限较长后,其原始图纸或已缺失,周边环境也与竣工时情况存在较大出人。现综合采用无人机航空摄影测量、RTK定位测量和3D扫描技术对地下河箱涵结构进行测绘,获取箱涵结构的地下方位、走向、覆土层厚度、地面周边环境等基本参数,量化分析箱涵沿线附近范围内地形地貌的变化,确认箱涵附近是否有工程施工等可能影响结构安全的因素。将箱涵及其上方的地物地貌建模,形成立体化的三维坐标可视化数据,通过高程变化反映箱涵上部荷载变化情况,从而对箱涵的结构受力安全及其变形分析提供可靠的数据支撑。

基于ANSYS的勾形电磁场有限元分析

为提高单晶硅质量,采用ANSYS软件对勾型电磁场进行理论分析和优化设计。建立8 in单晶炉勾型磁场的仿真模型,并分析了磁场径向分量B_r随径向变化规律和磁场轴向分量B_z随轴向距离变化规律,验证了模型的准确性;在此模型基础上,分析和确立了影响单晶生长的关键磁场参数,进一步对线圈电流I、线圈直径R和线圈间距h等对磁场影响规律进行了探讨,并得到优化的结构参数。仿真结果表明本文所设计的磁场关键参数正确性和有效性,为指导勾型磁场设计提供了依据。

桥隧基础设施运维安全评定关键技术研究及监控平台集成与示范

项目根据实际项目需求,针对桥隧基础设施安全运维特点,主要从检测监测新技术研发、桥隧结构技术状况评价体系及评定方法研究、运维管理平台集成及典型项目示范等三个方面开展了系统研究,形成了一套针对桥隧基础设施安全运维的检测技术和评定方法,并综合运用BIM技术,构建一套基于现代物联网技术的桥梁隧道安全监测和预警系统平台,可以切实降低既有基础设施运营安全风险、实现有限管养资源的优化配置。

城市盾构隧道技术状况评定方法研究

针对目前大量城市盾构隧道逐渐进入高维修阶段,而我国目前在隧道技术状况评定方面的技术体系和相应的指导规范又存在严重脱节的背景,结合盾构隧道的实际病害情况,对隧道养护现状和主要问题、隧道结构技术状况评定等方面作了系统研究,提出了隧道评定单元的划分原则、子构件评分指标、构件单元评分方法以及隧道结构整体评价方法。该方法结合现场实际检测数据,在实际隧道检测和技术状况评定中得到了应用,可以为城市盾构隧道结构性能评定和后续的养护措施决策提供有益的技术支持。

海涂围垦区不同耐盐树种根际土壤团聚体形成及养分分布特征

以温州宋埠围垦区的滨海潮滩盐土为研究对象,种植泌盐乔木——柽柳(Tamarix chinensis)、拒盐灌木——厚叶石斑木(Rhaphiolepis umbellata)和拒盐乔木——白榆(Ulmus pumila),分析植树2 a后各树种根际土壤团聚体形成及养分分布特征。与裸地相比,柽柳、厚叶石斑木和白榆根际土壤pH分别下降0.14、0.43、0.39,电导率分别下降80%、70%、72%。裸地土壤粒径均小于0.053 mm,各树种根际土壤形成的微团聚体(0.25~0.053 mm)占土壤总质量的5.0%~5.9%,大团聚体(2~0.25 mm)占比小于1%。相比粉+黏团聚体(<0.053 mm),微团聚体中有机碳和游离铁含量分别呈现上升和下降趋势,表明微团聚体形成可能是一个脱铁富碳过程。与裸地相比,各树种根际土壤全氮和碱解氮显著增加,而速效钾含量显著下降。各树种根际土壤全氮和碱解氮含量以白榆最高(分别为1.20 g·kg^–1和42.6 mg·kg^–1),且微团聚体中全氮和碱解氮显著高于粉+黏团聚体。综上所述,植树2 a后,各树种根际土壤盐碱度显著下降,且形成团聚体,表明柽柳、厚叶石斑木和白榆适宜作为浙南围垦区的改良树种。其中,白榆根际形成的团聚体数量多,富集碳、氮养分效果好,为首选树种。

中国焦化场地近20年时空演变特征及驱动因素

落后的焦化工艺产生的粉尘、烟气和化学废气进入空气,可对场地周边及较远区域造成严重的大气污染;剩余氨水、粗苯分离水等废水排入水体或农田会造成区域水体与土壤污染;废水泄露和固体废物(如焦油渣)管理处置不当,污染物直接进入土壤也会造成场地土壤污染。文章通过国家企业信用信息公示系统、天眼查和文献数据库等共享数据平台收集中国存在较大潜在污染的焦化场地样本信息,采用空间单元统计、标准差椭圆、最邻近指数和核密度估算等空间分析方法研究了2000—2020年中国焦化场地时空格局与演变特征,采用多因素时空关联分析方法探讨了其驱动因素。结果显示,中国焦化场地总体分布极不均衡,主要分布在华北、西南和西北地区,东南地区分布较少;近20年来,在数量特征上总体呈现先快速增加(2000—2005)后缓慢增加(2005—2015)再缓慢减少(2015—2020)的变化趋势;在空间格局上,分布走向有从西南—东北方向往西—东方向变化的趋势,分布重心有向西北方向移动的趋势,集聚程度逐渐增强,呈现显著集聚性,形成了华北、西北新疆以及西南云贵等高集聚区。这种时空演变特征是自然地理因素、社会经济发展、国家行业政策及公众环保意识等多因素共同作用的结果,其中自然地理因素决定了中国焦化场地的基本空间格局,而社会经济发展、国家行业政策和公众环保意识是其空间格局随时间不断演变的主要推动因素。本研究结果可为中国土壤、水和大气环境的空间治理和生态环境建设的宏观战略决策提供科学依据,也可为焦化及相关产业的发展规划提供信息支持。

模拟酸雨淋溶下强风化土壤矿物风化计量关系研究

矿物风化计量关系对于定量土壤酸化速率至关重要。我国亚热带地区矿物风化强烈,土壤的酸敏感性高。为获取强风化土壤在矿物风化过程中元素释放特征及其化学计量关系,选取花岗岩发育的富铁土,先用EDTA-乙酸铵溶液洗脱土壤胶体上吸附的盐基离子,然后采用改进的Batch法,将洗脱盐基土壤与未洗脱盐基土壤同时进行模拟酸雨淋溶。结果表明:(1)洗脱盐基土壤与未洗脱盐基土壤的盐基离子(K^+、Na^+、Ca^(2+)和Mg^(2+))释放情况存在显著差异,洗脱盐基后土壤在淋溶中释放的盐基来源为矿物风化,释放缓慢而平稳;(2)未洗脱盐基土壤在淋溶初期,盐基的释放量较大,随着淋溶的进行,释放量迅速下降,淋溶后期的释放速率与洗脱盐基土壤接近,这说明未洗脱盐基土壤在淋溶初期释放的盐基主要来源于阳离子交换过程,后期则主要来源于风化过程;(3)洗脱盐基土壤和未洗脱盐基土壤经酸雨淋溶释放的各盐基化学计量关系(K^+∶Na^+∶Ca^(2+)∶Mg^(2+))以及盐基离子与硅的化学计量关系(BC∶Si)差异较大,由于未洗脱盐基土壤受到阳离子交换的影响,因此只有洗脱盐基土壤的矿物风化计量关系可以作为定量估算土壤酸化速率的依据。

基于探地雷达的典型红壤区网纹红土层识别

网纹红土层的识别对于土壤学和第四纪环境等研究均具有重要意义。以位于南方红壤区的江西省鹰潭市孙家流域为例,通过多频率探地雷达图像解译、钻井探测和土壤含水量分析等方法相结合,研究使用不同天线频率雷达对网纹红土层的识别效果及最佳的雷达探测方法。结果表明:共中心点法(CMP)能够准确地计算出电磁波在不同土地利用类型、不同深度的传播速度,电磁波在网纹红土层的传播速度在0.052 m·ns^-1~0.065 m·ns^-1之间,平均速度为0.058 m·ns^-1;剖面深度上的含水量变化特征与土壤层次的分布具有协同性,网纹红土层内土壤含水量逐渐递增,至网纹红土层下界面出现最大值,风化层以下土壤含水量随着深度的增加不断减小;应用60 MHz和120 MHz天线的雷达均可识别网纹红土层的上、下界面,深度拟合结果的R^2分别为0.93和0.86;相比较于60 MHz单天线探测网纹红土层厚度的结果,采用组合天线的方法,即200 MHz和60 MHz天线分别获得网纹红土层上、下界面的深度,能够提高探测准确度,试验平均相对误差由16.2%缩小至6.8%;探地雷达技术不仅可以提高野外调查效率,还有利于推进土壤三维制图的发展。

EAdi及膈肌功能监测在机械通气撤机中的应用

目的观察机械通气患者在SBT过程中EAdi的变化以及膈肌厚度位移变化,分析结合二者参数预测脱机拔管的预后。方法选取2016年1月~2017年6月入住重症监护病房符合COPD诊断标准需要进行机械通气患者采用NAVA呼吸模式,按照患者是否成功脱机拔管分为撤机成功组和失败组。观察比较两组患者SBT前、SBT30 min的呼吸参数变化及SBT时(基线)、10 min、30 min的EAdi值和膈肌厚度及位移变化。结果纳入40例接受机械通气并计划进行SBT的患者,其中32例成功撤机,脱机失败者8例中,6例不得不在SBT过程中重新上机,2例在拔管后48 h内再插管。(1)两组患者撤机前呼吸机参数及血气内PO2和PCO2变化差异无明显统计学意义。而SBT 30 min后再次比较两组患者呼吸机相关参数显示成功组HR、RR、PCO2比失败组低,均有统计学意义。而Vt、PO2/Fi O2比失败组高(P<0.01)。成功者中SBT各时间点的EAdimax和EAdiAUC均比失败组低,且失败组中随着SBT时间延长,EAdimax和EAdiAUC呈增加趋势。两组患者不同时间点膈肌厚度及位移变化在不同时间段自主呼吸实验成功撤机组中tdi膈肌厚度及右侧膈肌位移指标方面,显著大于撤机失败组,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论 EAdi联合膈肌功能可监测撤机拔管,提高撤机成功率。

不同土地利用方式下南亚热带赤红壤酸化特征

土地利用方式是影响土壤酸化的重要因素,研究不同土地利用方式下赤红壤酸化特征可为缓解和治理赤红壤区土壤酸化提供依据。本研究采集了4种土地利用方式(菜地、果园、水田、林地)的赤红壤区土壤样品,测定了表层(0~20 cm)和表下层(20~40 cm)土壤的理化性状,结合田间调查和统计数据分析了不同土地利用方式下土壤酸化特征及成因。结果表明:果园表层土壤pH显著低于林地,果园表下层土壤pH显著低于水田和林地;菜地、果园土壤交换性Al^(3+)含量显著高于水田和林地;果园表层土壤的盐基饱和度与阳离子交换量均显著低于自然林地,菜地表下层土壤盐基饱和度显著低于水田;与水田和林地相比,菜地和果园的酸化更严重,酸缓冲能力更低。不同土地利用下施肥、复种指数以及耕作方式上的差异可能是造成气候与母质相似地区土壤酸化差异的主要原因。

运营期沉管隧道沉降变形分析

以某沉管隧道16 a的长期沉降监测数据为范本,对隧道沉降的纵向分布规律、沉降稳定性、隧道差异沉降以及各个管节自身的竖向弯曲变形姿态进行了系统分析.分析结果显示:沉管隧道的沉降受到地基刚度分布、覆土厚度以及周边环境的影响而具有很大的不确定性,隧道姿态的变化会导致沉管隧道各管节处于不同形态的自身竖向弯曲状态,进一步加剧管节受力的复杂性.综合分析显示该隧道整体趋于稳定状态,相关分析结果可为同类沉管隧道结构安全分析提供技术参考.

典型网纹红土结构土壤细菌群落及其生态网络特征

我国亚热带地区均质红土剖面下部的网纹红土通常被认为是第四纪古气候和古环境变化的记录载体。迄今为止,对土壤细菌群落在土壤结构体尺度上的分异特征及其影响因素了解甚少。作为红壤关键带地下结构的重要组成部分,网纹红土独特的红–白相间的土体结构可能引起土壤细菌群落在其上的差异分布。阐明网纹红土结构土壤细菌群落特征对探索红壤关键带深部生态系统的生物多样性和多功能性具有重要的生态学意义。本研究以典型网纹红土结构体为研究对象,将其拆分为红色基质和白色网纹两部分,利用16S rRNA高通量测序分析红/白部分细菌群落与细菌生态网络的特征。结果显示,网纹结构体红白部分细菌群落组成差异显著,红色基质部分放线菌门和厚壁菌门等细菌显著富集;白色网纹部分酸杆菌门、硝化螺旋菌门等细菌的相对丰度更高。网络分析结果表明,白色网纹部分的细菌网络节点和连线较多,聚类系数较低,说明白色网纹部分细菌之间相互作用关系更复杂。典范对应分析表明,网纹结构体环境异质性造成了细菌群落组成在网纹红白部分的差异分布。其中,质地是决定细菌群落及其生态网络差异最重要的环境因子。此外,在网纹的红色基质部分,矿质养分的含量也与细菌群落的组成密切相关。

国内外近三年桥梁坍塌事故原因与经验教训

近年来,桥梁坍塌事故时有发生,桥梁坍塌事故在造成经济损失和人员伤亡的同时,往往会造成巨大的社会影响。对国内外2017~2019年桥梁坍塌事故发生的时间、地点、伤亡人数及原因进行了统计分析。结果发现,国内建设期桥梁事故大于运营期事故数,桥梁建设期事故主要由施工过程中的失稳造成,桥梁运营期事故主要原因是运营养护不当及超载。国外新建桥梁的事故数少于运营阶段桥梁事故数,桥梁运营期事故大部分与养护不当相关。

桥梁病害自动检测研究综述

桥梁和隧道等民用基础设施性能的劣化已成为全球关注的问题。我国为桥梁大国,近年来桥梁倾覆、坍塌等事故时有发生,传统依赖人工作业的运维方式已无法满足日益增长的设施运维需求。基于无人机的桥梁病害检测可应用于不同结构类型的桥梁,部分桥梁检测效果优于传统人工检测方法,是未来自动化、智能化桥梁检测的重要发展方向。现阶段,基于无人机的桥梁检测应用暂未形成从无人机图像采集到基于图像的桥梁病害分析自动检测系统,在病害检测全面性与准确性方面有较大的提升空间。对桥梁病害自动检测相关文献进行调研,总结无人机检测桥梁病害的国内外研究成果,分析目前桥梁病害自动检测方法存在的主要问题,并提出自动检测技术发展建议。

基于贝叶斯理论的混凝土梁结构损伤识别方法研究

总结桥梁结构损伤识别中存在的问题及目前传统手段面临的挑战和局限,提出基于贝叶斯理论的结构损伤识别方法,将测试噪声与建模误差纳入统一框架,利用少量测点数据,可在信息不完备的条件下识别损伤概率分布情况,并通过连续监测数据对不确定模型参数后验概率密度函数进行不断修正。制作混凝土梁模型,通过预设缺陷对损伤识别方法进行试验验证。研究结果表明,基于贝叶斯理论的损伤识别方法可根据监测数据的不断累积,实现结构在不同工况下的损伤识别和合理评价。