Institutional Repository of Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS
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基于站点的蒸散发影响因素分析及估算——以伊犁地区为例
No full text伊犁地区位居天山西部，受西风环流影响，加之“V”字形的地形特征，导致区内降水异常充沛，享有“西域湿岛”的美誉。在查阅大量文献的基础上发现对伊犁地区在气候变化背景下的蒸散发研究匮乏。为了探究伊犁地区的蒸散发，本文基于伊犁地区的8个气象站数据，探讨了在伊犁地区选取何种计算参考蒸散发方法最为恰当，而后分析了参考蒸散发和盘蒸发的时空变化特征。在参考蒸散发的时空变化基础上，结合贡献率和敏感性分析法探究了单个气象因子对参考蒸散发的影响，继而采用通径分析法研究了2个因子相互作用对参考蒸散发的影响。为了进一步深入明确伊犁地区蒸散发的变化情况，文章采用GLDAS (Global Land Data Assimilation System) 产品数据对所对应站点的实际蒸散发进行了提取，对实际蒸散发的时空变化特征进行了概述，继而分析探讨了潜在蒸散发、实际蒸散发、湿润条件下的蒸散发、盘蒸发、参考蒸散发五者的关系，明确了伊犁地区不同蒸散发之间的关系，本文得出结论如下：
（1）伊犁地区，在仅有温度数据的情况下，可优先选用Irmak-Allen方法估算该地区的参考蒸散发。
（2）伊犁地区1964-2006年生长季内参考蒸散发在758.9～901.9 mm范围内波动，显著下降(P<0.01)，于1985年左右发生突变。盘蒸发的下降趋势不显著。二者整体上都表现出3-4年和7-8年的短周期变化。参考蒸散发和盘蒸发皆以高海拔区域为中心形成极低值区，在低海拔偏西北区域形成高值区域。伊犁地区参考蒸散发和盘蒸发的空间分布相似性极高。
（3）相对贡献率分析表明，平均风速对伊犁地区参考蒸散发的变化贡献居第一，平均最高温度，日照时数和实际水汽压对参考蒸散发变化贡献次之，平均气温和平均最低气温贡献最小；在明确伊犁地区内部贡献率大小的区域差异时采用了实际贡献率分析法，在新源温度总体的升高和日照时数的增多对参考蒸散发增多的正贡献高于
风速减少和实际水汽压增高对参考蒸散发增多的负贡献。在察布查尔，风速的减少和实际水汽压的升高对参考蒸散发的减少效应削弱了温度和日照时数对参考蒸散发的正效应。虽然昭苏和察布查尔的参考蒸散发都表现出减少的趋势，但是两者内部机制略有相异。在昭苏站，日照时数的减少，实际水汽压的减少以及风速的增多引起参考蒸散发的减少效应超过了温度总体升高引起参考蒸散发的增多效应。
（4）伊犁地区参考蒸散对各气象要素的敏感性差异显著。从绝对值看，参考蒸散发对最高气温最为敏感，其次是水汽压、风速、日照时数，对最低气温和平均气温的敏感性最低。研究区内参考蒸散发对温度的敏感性表现为，温度每上升10%，参考蒸散发则增加7.7%。研究时段内伊犁地区温度呈上升趋势，但对应的参考蒸散发呈下降趋势，说明伊犁地区存在“蒸发悖论”。参考蒸散发对风速和日照时数表现为正敏感，对水汽压呈负敏感，研究时段内水汽压增高，风速和日照时数减少，其对参考蒸散发的减小效应掩盖了温度上升对参考蒸散发的增大效应，这是致使近42a伊犁地区参考蒸散发大体上下降的根源。
（5）通径分析表明，在伊犁地区单个气象因子（平均温度，风速，实际水汽压，日照时数）的直接效应并不能完全地表示伊犁地区参考蒸散发的变化，2个因子之间相互作用的间接通径对参考蒸散发变化的影响不可忽视。平均风速和平均温度不仅直接显著地影响到伊犁地区参考蒸散发的变化，并且在对参考蒸散发变化的间接效应中，二者也发挥了重要作用。
（6）伊犁地区蒸发皿蒸发量高于参考蒸散发量和潜在蒸散发量，潜在蒸散量略高于参考蒸散量，盘蒸发与参考蒸散发和潜在蒸散发高度相关，说明盘蒸发可以很好的预测潜在蒸散发和参考蒸散发；实际蒸散发在1964-2010年表现出显著上升趋势（P<0.05），M-K突变检验表明实际蒸散发序列的突变时间是1986年开始的，与参考蒸散发突变时间1985年大致重合。实际蒸散发的空间分布呈现出非地带性分布规律，由西北部以霍尔果斯为中心向东南方向以巩留为中心减小。伊犁地区实际蒸散发和潜在蒸散发的和与湿润条件下的蒸散发的比率仅有1.49，说明伊犁地区“蒸发互补”的存在，属于非对称型的蒸发互补
开都河流域山区季节性土壤冻融过程对径流的影响
No full text干旱半干旱地区的河流多发源于高寒山区，补给源复杂多样，广泛分布的季节性冻土的存在会阻碍降水和积雪融水入渗，使得积雪融水对径流的补给更加复杂；加之新疆气象水文站点多分布于低海拔区，给研究高寒山区水文过程带来困难。为了研究季节性土壤冻融过程对径流的影响，本研究选取季节性冻土广泛分布的开都河流域山区产流区为研究区。开都河流域的径流受以冰川/积雪融水、降雨和地下水共同补给。本研究首先利用研究区临近站点观测得到的土壤温湿度数据来分析季节性土壤的融化过程；然后通过分析气象指标与春季洪峰的关系来确定季节性冻土对春季洪峰的重要性，分析季节性土壤冻融的影响因素；再通过改进基于系统动力学构建的水文模型模拟开都河流域山区的径流过程；最后分析了气候变化条件下径流的变化趋势。基于以上研究得到如下结论：
(1)由于积雪的隔热作用阻止了地上空气与土壤间能量的传递，使得积雪较厚地区土壤冻结深度浅，积雪较薄地区土壤冻结深度厚。春季积雪融化期，有积雪覆盖地区土壤温度较低，无积雪覆盖地区土壤温度受气温的影响升温较快，土壤温度的升高会融化冻结的土壤增加土壤含水量。土壤温度在积雪消失后逐渐增加；土壤含水量则在积雪完全消失前达到最高值，随后减少。
(2)用通径分析的方法分析了开都河流域的巴音布鲁克气象站气象因子与大山口水文站春季洪峰的关系发现春季正积温和冬季降水对春季洪峰有显著的直接作用，同时以冬季负积温来表示的冻结土壤对春季洪峰的间接作用显著。对开都河流域时间序列较长且位于不同海拔高度的巴音布鲁克气象站、和静气象站及库尔勒气象站的土壤冻结深度和土壤融化日数的影响因素进行分析，发现不同海拔高度季节性土壤冻结深度和融化日数限制因子存在差异：随着海拔高度的升高，对土壤冻结深度影响最大的因子由低海拔处的负积温和最大积雪深度转化为中海拔处的负积温，再转化为高海拔处的相对湿度；对土壤融化日数影响最大的因子由低海拔处的风速和最大冻结深度转化为中海拔处的日照时数，再转化为高海拔处的相对湿度。其主要原因与各个海拔气象站点所在位置和实地的气候环境关系显著。
(3)结合开都河流域山区春季径流和春季洪峰主要由季节性积雪融水补给，且由于季节性冻土的广泛分布使得积雪融水对径流的补给过程更加复杂这一特点，对基于系统动力学原理构建的SDHydro水文模型进行改进改进来更好地模拟研究区的径流。通过用日有效正积温替代日平均温度来模拟积雪融化速率，并将土壤物理状态对水分入渗速率的影响由表层扩展到不同深度的土壤层来改进现有基于系统动力学模型构建的SDHydro水文模型模拟开都河流域的径流过程。本文通过敏感性分析，对比模拟径流和实测径流以及统计分析方法证明改进的SDHydro水文模拟不仅可以很好地模拟开都河流域的径流量，还准确地模拟开都河流域平水年，枯水年期和丰水年的径流量，且对平水年和枯水年径流的模拟能力高于丰水年径流。对比分析两处改进部分发现，在季节性积雪分布广泛且以积雪融水为重要补给源的开都河流域产流区，积雪融化模块的改进对径流的影响强于水分入渗模块的改进对径流的影响。
(4)通过分析开都河流域径流对气温和降水的敏感性发现开都河流域径流对降水的变化更敏感；而气温的变化对年内径流的分配影响显著。在未来气候变化条件下开都河流域春季径流量呈增加趋势，春季洪峰呈显著增加趋势。春季洪峰的开始时间在温室气体排放量最大的RCP8.5情景下有显著提前趋势。春季洪峰的发生时间并不像春季洪峰的开始时间一样对温室气温的排放有显著响应，主要原因是春季洪峰的发生时间受春季气温的增加速率和春季降雨量等共同限制，而与气温的变化关系不显著。春季洪峰的开始时间发生于3月中下旬到4月中下旬，春季洪峰的发生时间发生于4月初到5月中旬
利用微生物诱导碳酸钙沉淀固化尾矿
No full text尾矿是冶炼厂在进行选矿分选作业中产生的废弃物，矿石在选矿过程中被分离出来的目标组分含量最低且不用的部分就被称为尾矿。由于过去对不可再生的矿产资源进行掠夺式的开采，以及开采冶炼过程中过分关注主矿产品的价值而忽略了其伴生组分的经济价值，使得如今尾矿成为我国乃至世界堆存量最多、综合利用率最低的固体废弃物。本研究针对新疆地区大量堆存的铜镍、铅锌、铜钼和金尾矿，首先从新疆博斯腾湖的水样中筛选出了一株耐盐碱的高效固化菌，经过鉴定为中度嗜盐菌Halomonas sp. SBC20；然后利用该菌固化尾矿，以固化后尾矿样品的无侧限抗压强度以及抗风蚀性为指标，通过单因素实验确定了耐盐碱高效固化菌Halomonas sp. SBC20的最佳固化条件，并以冻融实验研究尾矿样品经过固化后的适应性，以扫描电镜（SEM）和X射线色散能谱（EDX）验证微生物固化尾矿的过程，最后通过电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术分析耐盐碱高效固化菌Halomonas sp. SBC20对尾矿中各种重金属的固定效果。本研究的主要结论如下：
（1）本研究使用的耐盐碱高效固化菌是从博斯腾湖水样中筛选出的一株中度嗜盐菌Halomonas sp. SBC20。该菌具有很好的适应性，能在尾矿等淋滤液中很好的生长，并且在氯化钙存在的条件下能够快速与刺激因子A反应，达到快速固化尾矿的目的。
（2）铜镍尾矿的最佳固化条件为菌液浓度D600=0.7、8%的刺激因子A以及20mM的氯化钙，该条件下，铜镍尾矿固化后的最大无侧限抗压强度达到了224.9kPa，并且具有很好的抗冻融性能。耐盐高效固化菌Halomonas sp. SBC20对铜镍尾矿中锌的固定效果最好，固定率达到了55.4%，固定量在0.053μg/g左右；对镍固定量最多达到了1.24μg/g，固定率在21.4%；此外铜的固定率也达到了15%，固定量在0.13μg/g左右。
（3）铅锌尾矿的最佳固化条件为菌液浓度D600=0.9、8%的刺激因子A以及40mM的氯化钙，该条件下，铅锌尾矿固化后的最大无侧限抗压强度达到了176kPa，且具有很好的抗冻融性能。耐盐高效固化菌Halomonas sp. SBC20对铅锌尾矿中锌的固定量最多，达到了4.49μg/g左右，固定率也达到了67.5%；对铜的固定效果最好，固定率达到了85.5%，固定量为0.18μg/g左右；对铅的固定率也相对较高，达到了72.8%，固定量为0.016μg/g左右。
（4）铜钼尾矿的最佳固化条件为菌液浓度D600=0.7、4%的激因子A以及40mM的氯化钙，该条件下，铜钼尾矿固化后的最大无侧限抗压强度达到了178.2kPa，且具有很好的抗冻融性能。耐盐固化菌Halomonas sp. SBC20对铜钼尾矿中铜的固定量最高，达到了1.35μg/g，固定率为36.2%左右；对钼的固定效果最好，率固定达到了43.4%，固定量在0.48μg/g左右；耐盐固化菌对铜钼尾矿中的镍也有一定的固定效果，固定率为16.3%左右。
（5）金尾矿的最佳固化条件为菌液浓度D600=0.9、8%的激因子A以及60mM的氯化钙，该条件下，金尾矿固化后的最大无侧限抗压强度达到了231kPa，并且具有很好的抗冻融性能。耐盐高效固化菌Halomonas sp. SBC20对金尾矿中镍的固定效果最好，达到了95.7%，固定量也是最高的在0.36μg/g；该菌对金尾矿中铜的固定量达到了0.2μg/g，固定率为74%左右；耐盐固化菌对金尾矿中的锌和钼也有一定的固定效果，固定率分别为15.8%和34.3%。
（6）通过扫描电镜（SEM）和X射线色散能谱（EDX）进一步验证了耐盐固化菌Halomonas sp. SBC20通过诱导碳酸钙沉淀固化尾矿的过程，实验结果表明尾矿颗粒表面有大量方解石生成，两个尾矿颗粒之间粘结物的主要成份也是方解石，说明方解石晶体能够将尾矿颗粒粘结为一个整体，达到固化尾矿的目的
三种荒漠植物幼苗对沙埋条件的生理生态响应
No full text塔里木沙漠公路是新疆南部的交通命脉，塔克拉玛干沙漠强烈频繁的风沙作用严重危害沙漠公路及其机械防沙体系，以生物防风固沙措施为主体的塔里木沙漠公路防护林生态工程体系建设既保障沙漠公路的畅通，又改善生态环境。植物的抗逆研究是沙漠公路防护林生态工程建设中植物种筛选和物种更新的基础工作。为确保生物防沙体系的稳定性和沙漠腹地油田职工生活环境的绿化需求都要求提供适宜的植物物种。在此背景下，我们开展塔克拉玛干沙漠腹地的植物抗逆性研究工作，从而为塔中地区适宜植物物种的全面选择提供依据。
本研究以梭梭、柠条和沙拐枣为试验材料，研究了三种植物幼苗对不同程度的人工沙埋处理（包括CK空白对照、1/3沙埋、2/3沙埋、3/3沙埋四个处理）的生理生态响应。通过测定三种植物株高、，幼苗叶片相对含水量（RWC）、丙二醛（MDA）、超氧化物岐化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、可溶性糖（Sugar）、叶绿素（Chl），分析研究沙埋对三种植物幼苗的生理生态影响，结果表明：
（1）在不同沙埋处理下三种植物幼苗株高均呈现先下降再升高再下降的趋势，并在2/3沙埋处理下株高达到最大值，说明1/3和3/3沙埋抑制了三中植物幼苗的生长，而2/3沙埋对植物幼苗生长有一定的促进作用。
（2）梭梭、柠条、沙拐枣三种植物幼苗在不同沙埋处理下叶片相对含水量变现为1/3 > 2/3 > CK > 3/3，随沙埋时间增加三种植物叶片相对含水量呈现递减趋势，不同树种之间叶片相对含水量表现为梭梭 > 沙拐枣> 柠条，但是各处理之间均不存在显著性差异，说明在水分充足的情况下沙埋胁迫对植物幼苗叶片的相对含水量影响不大。
（3）在沙埋胁迫下，MDA含量会有不同程度的增减，研究结果表明：梭梭随时间的增加MDA含量先升高后降低，柠条与沙拐枣随时间的增加MDA含量逐渐降低。MDA含量的升高说明随时间的延长植物体内自由基积累增多，膜脂过氧化加剧，幼苗受到影响增大，随时间继续延长MDA含量开始降低说明植物体内自由基逐渐清除，膜脂过氧化减缓，幼苗受到的影响减慢。当沙埋时间达到30 d时，三种植物幼苗在S3处理下全部死亡，说明全埋胁迫使植物达到了不可逆转的破坏。
（4）随着沙埋程度的增加和沙埋时间的延长，柠条幼苗的可溶性糖含量较其它两种植物总维持在一个较高水平，说明其合成更多的可溶性糖参与渗透调节，使其适应胁迫环境。相比较而言，沙埋10 d时不同沙埋程度对三种植物幼苗的可溶性糖含量有影响但变化幅度不大，说明沙埋胁迫初期对细胞膜系统没有造成明显的破坏。
（5）在沙埋胁迫初期梭梭与沙拐枣幼苗叶片SOD活性的上升，随着沙埋胁迫时间延长，在胁迫后期梭梭幼苗叶片SOD活性下降但仍能维持在一个较高水平，说明随着沙埋时间的延长梭梭与沙拐枣幼苗能建立一个稳定的SOD保护酶活性系统使活性氧代谢处于一定的平衡。柠条幼苗叶片SOD活性随沙埋胁迫时间延长持续下降，而MDA的含量较其它两种植物却维持在一个较高水平，说明柠条合成SOD能力较弱，沙埋胁迫对其生理影响较大。梭梭与柠条幼苗叶片POD活性在不同沙埋胁迫下随着沙埋时间的延长先降低再升高，而梭梭则持续升高，在不同胁迫因素作用下对三种植物幼苗叶片POD与SOD活性的增加并无明显同步性。
（6）不同程度的沙埋对植物叶绿素a含量影响无明显规律性变化，但当沙埋为S3时植物幼苗叶绿素含量略微呈现下降趋势，说明轻度沙埋对三种植物幼苗叶片叶绿素a含量无显著影响。然而随着沙埋时间的延长叶绿素a含量呈明显的增长趋势。
（7）梭梭与柠条在沙埋10 d时随着沙埋深度的增加叶绿素b含量基本不变，而沙拐枣叶绿素b含量在逐步下降，说明沙埋胁迫时间较短时叶绿素b含量的下降会降低活性氧产生的可能性，甚至不会产生更多的活性氧，梭梭、柠条、沙拐枣都具有这样的性质。随着沙埋时间的延长三种植物幼苗叶片叶绿素b含量均呈明显的上升趋势。当沙埋时间达到30 d时梭梭幼苗叶片叶绿素b含量开始下降，沙拐枣叶绿素b含量则处于稳定水平，变化不大。说明长时间沙埋会对植物体造成一定的伤害。
（8）沙埋胁迫下三种植物幼苗叶片叶绿素a/b比值变化，梭梭幼苗叶片叶绿素a/b值随着沙埋深度的增加呈现先降低后上升的趋势，可能因为一定程度的沙埋降低了类囊体膜的稳定性，但随着沙埋程度的加大植物为维持自身生长所需物质，提高自身抗逆性，从而使类囊体膜稳定性有所升高，提高光合作用。柠条随沙埋时间的延长及沙埋深度的增加幼苗叶片叶绿素a/b值逐渐减小，说明沙埋胁迫对柠条生长造成了一定迫害，使其光合作用受到影响
干旱区绿洲农田防护林耗水规律研究
No full text干旱区绿洲防护林是绿洲农业生态安全的维护屏障，具有改善近地面气候条件、减少或消除风沙危害、促进植被恢复和提高绿洲生产力等功效。在气候条件和人类活动等综合影响下，玛纳斯流域绿洲出现地下水位下降严重、降雨量减少等现象，绿洲内农田防护林出现大面积衰退现象，威胁着绿洲农林系统的持续稳定发展。本研究以气象要素变化和土壤水分变化为出发点，分析玛纳斯绿洲农田防护林主要树种小叶杨的边材液流变化规律、蒸腾耗水和冠层导度特征，探索该区域林木蒸腾耗水的影响因子与林木耗水的关系，寻找农田防护林衰退的原因；通过冠层导度和冠层蒸腾模拟，辨明影响因子与冠层导度和冠层蒸腾的关系；在水资源协调策略上，通过构建SPAC模型，模拟不同林龄及灌溉管理制度下农田防护林的水量平衡，提出相应的的灌溉管理策略；最后探讨玛纳斯流域绿洲农林生态系统水资源管理的结构和模式，建议玛纳斯河流域绿洲农田水资源的合理配置。
通过研究得出以下主要结论：(1)太阳辐射、空气温度、风速与水汽压亏缺与防护林蒸腾耗水呈正相关，而相对湿度与林木蒸腾耗水呈负相关，并可用多元线性方程描述：Tr=0.034T-0.027RH+0.26W-0.150P+0.029R+3.197，R2=0.86。
(2)在整个作物生长季，从日尺度考虑，气孔调节在控制防护林蒸腾耗水中占据主导地位。在土壤干旱、极度干旱和湿润的情况下，环境因子在中午对防护林蒸腾耗水的控制起主要作用，并且控制作用呈现出湿润>极度干旱>干旱；而在日进程中，气孔对蒸腾耗水控制的强度上午最高，并逐渐下降，中午时达到最低，而后下午控制强度逐渐提升，呈现出‘U’型变化趋势，相反，环境对蒸腾耗水的控制呈现出一个倒‘U’型。
(3)农田防护林小叶杨冠层导度也受到太阳辐射、水汽压亏缺、相对湿度、温度、风速和土壤水分影响。冠层导度与太阳辐射存在很好的正相关，在0.01水平上相关系数达到0.47，而与空气相对湿度和水汽压亏缺存在明显的负相关，相关系数分别为-0.614和-0.358(0.01)。冠层导度与太阳辐射成幂指数关系：gc=a*ebRn，与空气相对湿度的关系体现为方程：gc=-a*Ln(RH)+b，与水汽压亏缺的关系表现为：gc=-a*Ln(VPD)+b，而风速与冠层导度之间则具有二项式的关系：gc=a*wind2 + b*wind +c，冠层导度与土壤水分关系表现为分段函数特征，关系为：gc＝gcmax/[1+(REW/REW50)k]，REW低于0.4时，冠层导度迅速下降。
(4)基于Jarvis冠层导度计算公式与Penman-Monteith蒸散计算公式，建立了防护林蒸腾耗水模型，检验结果表明，模型可有效计算不同土壤水分和气象环境下的林木蒸腾耗水。基于此模型，本研究给出了玛纳斯河绿洲不同林龄杨树防护林在不受水分胁迫条件下的蒸腾耗水量计算公式：Tr=847-844/[1+(x/87.9)1.9] (Tr：年蒸腾耗水量；x：树龄)，并给出了土壤水分胁迫下蒸腾耗水的变化规律：土壤有效含水量(REW)的关系：Tr=Tr1/[1+e-60.67*(REW-0.402)](Tr:不同REW下蒸腾耗水量；REW：土壤有效含水量)。
(5)基于农田防护林系统水分运动构建农田防护林SPAC模型，经实测数据检验，模型能够较好地反映防护林土壤水分动态与蒸腾耗水规律；情景分析显示玛纳斯河绿洲，从幼期到成熟期的年灌溉额度分别是352mm、398.5mm、432mm和398.5mm，选择次灌溉量分别是30mm、60mm、90mm和90mm
公路护栏风沙效应的风洞模拟
No full text风沙活动区公路路面积沙严重影响行车安全，而道路护栏则是导致路面积沙的重要原因，为查明不同类型公路护栏对路面积沙的影响，通过室内风洞开展了混凝土(A型)护栏、波形（B型）护栏，缆索（C型）护栏在8m·s-1、10m·s-1、12m·s-1净风和8 m·s-1挟沙风下的模拟试验。通过对不同类型护栏的风场、平均防风效能、积沙状况的对比分析，主要研究结果如下：
（1）风场结果表明A型护栏下部不存在加速区，B、C型则分别存在较小和较大的加速区。加速区的存在会导致风沙流不饱和，加速区越大，护栏下部越不易形成积沙。因此C型护栏下部路面最不易形成积沙，B型次之，A型较易形成积沙；A、B、C型护栏风影区范围依次减小，风影区内风速迅速降低导致风沙流过饱和而出现积沙，因此风影区范围越大，越容易形成大面积积沙。因此相同风速下A、B、C型护栏路面的积沙面积应依次减小；A、B、C型护栏风影区中心位置依次升高，由于风沙流含沙量随高度升高而降低，因此风影区位置越低，受风速降低而造成的积沙量越大。因此，A、B、C型护栏路面的积沙量应依次减小。
（2）防风效能结果表明A型护栏不同高度处防风效能总体相对较大，C型较小，B介于前两者之间； A、B、C型护栏的平均防风效能依次大幅降低。A、B、C型护栏对风的削弱依次大幅降低，因此由A、B、C型护栏的扰动而导致的路面积沙危害应依次大幅降低。
（3）积沙状况结果表明A型护栏下风向积沙较多，B型相对较少，C型基本无积沙，该结果说明沙区公路安装A型护栏在护栏附近较易形成路面积沙而严重影响行车安全，B型护栏的影响相对A型较小，C型基本不会产生积沙而影响行车安全。
因此，不同类型护栏的风场、平均防风效能、积沙状况试验结果一致表明不同类型护栏扰动下风沙活动区域公路路面产生积沙危害的程度明显不同，安装混凝土（A型）护栏的路面较易积沙且积沙面积较大，缆索（C型）护栏几乎不会造成路面积沙，波形（B型）护栏介于二者之间。因此建议风沙活动区域公路建设中选用缆索护栏以避免路面形成积沙而影响行车安全
积雪覆盖变化对荒漠植物种子萌发的影响
No full text为适应荒漠生态系统不利的气候与自然环境条件，荒漠植物形成了多样化的生存策略。植物种子的成功萌发是植物群落建成的重要基础，其发生时间与强度决定了植物定居的成功率与地理分布，对荒漠生态系统的稳定与功能维持具有重要意义。
本文选择古尔班通古特沙漠35种不同生活型植物为研究对象，包括一年生草本14种，短命植物6种，多年生草本6种，灌木3种，半灌木5种，小乔木1种，研究三种不同积雪覆盖变化（自然降雪、加倍降雪和去除降雪）对荒漠植物种子萌发的影响。结果表明：
1、根据室内萌发率和萌发持续时间，35种供试植物种子可分为四种萌发类型，包括高萌速萌型（高萌发率、快速萌发）、高萌缓萌型（高萌发率，缓慢萌发）、低萌速萌型（低萌发率、快速萌发）和低萌缓萌型（低萌发率、缓慢萌发）。
2、野外不同积雪处理下，共有16种植物发生萌发现象，其它19种植物种子未见萌发，说明积雪处理能抑制某些植物种子萌发或引起种子休眠。在萌发的16种植物中，有12种植物种子野外萌发率与积雪量成正相关（P<0.05），4种无显著关系。不同生活型的种子对积雪的响应不同。一年生草本和半灌木均表现为种子萌发率与积雪厚度正相关(P<0.05)，而多年生草本均表现为种子萌发率与积雪厚度无显著相关关系，短命植物对积雪响应不一致。不同萌发类型的种子中，低萌缓萌型种子萌发率均与积雪厚正相关(P<0.05)，其他萌发型的种子对积雪响应并不一致。
3、将野外积雪处理后19种未萌发种子继续进行室内培养，发现有10种萌发，9种未见萌发，表明积雪处理抑制了某些种子萌发。在后续萌发的植物中，有3种植物种子总萌发率显著高于其室内本底萌发率(P<0.05)，表明尽管积雪处理抑制了这类种子野外萌发，却能提高其潜在萌发率（处理后室内萌发率高于处理前），具有正效应；5种植物种子总萌发率与室内本底萌发率无显著差异，表明积雪处理对这类种子萌发潜力无影响；2种植物种子总萌发率显著低于室内本底萌发率(P<0.05)，表明积雪处理对这类种子萌发潜力具有负效应。将野外19种未萌发种子进行室内培养，发现9种种子未萌发，可能属于积雪诱导种子休眠或积雪诱导种子失活。
荒漠生态系统中，植物种子萌发对积雪覆盖等环境变化表现出不同的响应策略，这种多样化的种子萌发响应模式，有利于荒漠植物群落在环境剧烈变化或逆境中保持结构和功能的稳定
倾斜摄影点云数据优化与容积率估算
No full text点云是在同一空间坐标系下表达目标空间分布和表面特性的海量点的集合。倾斜航空影像密集匹配生成的点云数据与LiDAR(Light Detection and Ranging，LiDAR)点云数据相似，均包含地物的三维坐标信息。与后者相比，前者不包含多次回波信息和回波强度信息，但成本远低于后者。如何从点云数据中获取感兴趣地物如建筑物等的三维模型是目前国内外研究的热点问题。由于航空影像密集匹配点云数据中存在噪声和树木遮挡，故利用其生成的三维模型存在边缘模糊和边界矛盾表达等问题。而且目前大多数航空摄影测量数字产品的制作到DSM、4D产品以及三维模型就截止，很少有进一步的分析。基于此，本论文对如何优化倾斜影像点云数据生成无边界模糊和表达矛盾等问题做出了研究，并进一步利用建筑物屋顶三维信息估算研究区内不同区域的容积率。
本文以吐鲁番市区以及周围约150平方公里倾斜航空密集匹配生成的点云数据为研究对象，针对点云数据存在较多噪声和不感兴趣地物如树木、汽车等，分析了点云数据分割和分类的区别与联系、建筑物提取的几种方法和主要的数据滤波方法，研究了如何利用航空影像密集匹配点云数据的特征生成不存在边界模糊和其他地物干扰的城市建筑物数字表面模型，另外基于建筑物屋顶三维信息估算城市不同区域的容积率。主要取得以下进展：
（1）提取建筑物屋顶三维信息。建筑物的屋顶三维信息包括高度信息和面积信息。通过计算nDSM的坡向图和坡度图，获取每个像元的坡度值，加上高度阈值、纹理信息、形状阈值的限制，获取潜在建筑物区域。利用最小二乘平面拟合法获得屋顶平面，最后利用类似K-means方法优化建筑物边界，生成优化后的准确建筑物边界。与几种传统的边缘检测算子提取出的建筑物边界进行对比，发现后者易受到各种其他地物的干扰，将各种地物的边缘全部检测出来。通过将点云数据和拟合屋顶平面结合显示，结合角点高程定性对比，本文方法得到的建筑物三维信息具有较高的平面和高程精度。
（2）BDSM(Building Digital Surface Model，BDSM)生成。利用逐点内插法，生成DEM的无约束D-三角网。以提取的建筑物边界为约束边，将其嵌入DEM生成的无约束D-三角网，生成约束D-三角形。用建筑物边界裁剪点云数据生成的无约束D-三角网，得到仅含建筑物区域的三角网，最终将建筑物三角网和地面约束D-三角网拼合，生成边界清晰和准确BDSM。
（3）城市容积率计算。利用得到的建筑物屋顶三维信息，结合不同地块面积，计算研究区内不同地块容积率。与研究区实际对比分析，估算结果符合城市建筑物分布规律。与阴影法相比，本文的研究方法精度更高。
本文着重于点云优化生成城市建筑物表面模型和城市容积率的提取，对进一步精确建筑物模型生成有一定意义，可以为城市建设和规划部门提供更快速的数据显示和更新方式，有一定的理论和实践意义
塔里木沙漠公路防护林土壤有机碳动态及呼吸特征研究
No full text土壤碳是全球最大的碳源。土壤呼吸是全球碳循环和气候演变的关键生态过程。目前极端干旱区人工林生态系统土壤有机碳动态及呼吸特征方面的资料相对匮乏，相关资料在区域乃至全球碳循环研究中必不可少。为此，本研究立足于世界第二大流动沙漠腹地，以塔里木沙漠公路防护林生态系统中定植年限不同的防护林地为研究材料，通过研究土壤有机碳动力学特征，初步了解防护林对风沙土发育过程中土壤固碳潜力的影响；模拟咸水灌溉影响下凋落物分解过程，理解防护林对于风沙土的碳释放特征的影响。本研究成果能够丰富极端干旱区碳平衡研究的基础资料，有益于极端干旱区碳循环理论体系的完善；同时可为塔里木沙漠公路防护林生态工程的可持续性管护提供科学决策依据。本研究主要成果如下。
（1）随防护林定植年限增大，土壤有机碳储量只有柽柳林地略微升高。值介于1192-2316 g/m2之间，均值为1704 g/m2。就植物种类而言，土壤有机碳储量大小顺序为沙拐枣 > 柽柳 > 梭梭。就不同土层而言，土壤有机碳含量仅在0-50 cm范围内随土壤深度增加而减少，50 cm以下变化不明显。
（2）随防护林定植年限增大，表层土壤（0-10 cm）惰性有机碳（包括团聚体、腐殖质、抗氧化性和抗酸解性有机碳）含量增加，其中团聚体和腐殖质有机碳含量逐年增加，而抗氧化性和抗酸解性有机碳只在定植年限5-7年时增加明显。各碳组分之间极显著相关，其中团聚体、腐殖质有机碳与总有机碳的相关性较高。就各惰性碳在总有机碳中的相对含量而言，团聚体和抗氧化性有机碳的含量较高，而抗酸解性有机碳含量最低。
（3）随防护林定植年限增大，腐殖质结构中C=O的相对含量（C=O / C-O-C）先降低后升高；支链聚亚甲基碳占末端甲基碳的比例（CH2 / CH3）在7年时最高，之后略有降低并趋于稳定。
（4）在夏末、秋季和初冬季节（6月30日-11月18日），随凋落物分解时间的增加，土壤呼吸速率呈波动式降低；随土壤深度增加，土壤呼吸速率在分解过程的夏末和秋初（6月30日-9月10日）时，表层大于亚表层。在夏末和秋初（6月30日-8月10日）时，三种植物对土壤呼吸速率的影响大小为柽柳 > 沙拐枣 > 梭梭。淡水灌溉下土壤呼吸速率明显高于咸水，两种咸水灌溉下土壤差异不明显。施氮肥后土壤呼吸速率明显增加。
（5）秋季防护林土壤呼吸速率日变化呈单峰曲线模式，最大值出现在正午14-16时（北京时间），晚上22-24时（北京时间）降至最低；随土壤深度增加，土壤呼吸速率降低；随灌溉水矿化度增加，土壤呼吸速率降低, 并且亚表层表现较明显；三种植物对土壤呼吸的影响大小为梭梭 > 柽柳 > 沙拐枣。
（6）随土温和气温的变化，防护林土壤呼吸速率月变化模式较为复杂，可用复合（Compound）、增长（Growth）、指数（Exponential）和逻辑曲线（Logistic）来模拟。灌溉咸水土壤呼吸速率日变化与温度呈三次函数关系（Rs = b3T3 + b2T2 + b1T + a），并且与5 cm深度处温度的拟合曲线决定系数（R2）最高，而与气温拟合关系决定系数最低。两个分解层中，表层土壤呼吸速率的变化用温度拟合的准确性较高。三种植物中，柽柳的拟合曲线的决定系数（R2）的均值最大，梭梭最小