试论沼泽与冻土的共生机理——以中国大小兴安岭地区为例

以大小兴安岭沼泽与冻土研究的基础,运用系统论原理,提出并阐明了沼泽与冻土的共生机理,彼此均以对方的存在和状态为重要前提,指出共生关系的结构基础在于,两者既是独立系统,又是沼泽化冻土复合系统的分支系统,在构筑复合系统物质－能量循环模型的基础上,揭示了两者共生的机理：作为下覆冻土界面的沼泽体所特有的构造及热物理性质,具有隔热和蓄水功能,减弱冷储耗散或增加冷储,使冻土趋于稳定或增生;冻土阻止沼泽水的垂直     

天山乌鲁木齐河源1号冰川前沿冻土活动层古菌群落的垂直分布格局

采用免培养的PCR-DGGE(变性梯度凝胶电泳)指纹、 克隆测序、 系统发育分析对天山乌鲁木齐河源1号冰川前沿高山草甸冻土活动层古菌群落的垂直分格局进行了研究.结果表明: 1号冰川前沿高山草甸冻土活动层存在一些优势种群, 在所有6个取样深度的土层中均有分布.但不同深度土层古菌群落结构存在明显的差异, 在浅表层检测到一些特异的序列, 系统发育分析表明: 它们分别隶属于广古菌门(Euryarchaeota)的盐杆菌纲(Halobacteria)和热原体纲(Thermoplasmata), 而在深层土样没有检测到. 1号冰川前沿高山草甸带冻土活动层古菌群落以奇古菌(Thaumarchaeota)类群占据绝对优势, 全部隶属于被称为group1.1b的谱系.其中, 一些序列与不可培养的Nitrososophaera氨氧化古菌序列亲缘关系较近, 可能预示着这些中温泉古菌在氨氧化过程中发挥着重要作用, 对其群落结构及生态学贡献还有待更深入研究.     

天山乌鲁木齐河源末次冰期以来气候变化与多年冻土的形成

末次冰期以来,乌鲁木齐河源气候变化幅度较小,一直处于较为稳定的寒冷气候条件下。埋藏腐殖质土的存在说明末次冰期以来河源区的地层在加积,在寒冷气候条件下,地层的加积导致了共生多年冻土的形成。根据轻矿物学方面的证据及与前人工作的对比,认为末次冰期时乌鲁木齐河源区多年冻土下界的位置应在2100ma.s.l.附近,约比现代多年冻土的下界低900m。     

用于冻土实验大数据文件处理的软件设计与开发

冻土实验是冻土研究的重要基础,长时间的野外冻土监测和高频率采集的室内冻土测试会产出大量数据,传统数据处理程序往往无法有效处理这些大数据文件,因此开发了一个用于冻土实验大数据文件处理的软件系统.首先描述了该软件系统的组成,包括温度转换和显示、冻土力学实验数据转换和冻胀实验数据转换3个功能模块,并介绍了实现过程中涉及的主要关键技术,然后通过一个示例说明此软件具备的实用性和优异的性能.借助系统具备的扩展性设计,未来更多的实用功能将被添加到系统里面.     

冻土力学与工程的国际研究新进展——2000年国际地层冻结和土冻结作用会议综述

2 0 0 0年国际地层冻结和土冻结作用会议于 2 0 0 0年 9月在比利时召开。会议共设 6个专题 :热质迁移、冻结敏感性和冻胀、力学性质、环境土冻结、工程设计和工程实例。围绕这 6个专题 ,介绍了国际冻土力学与工程方面研究的一些主要进展 ,既反映了国际冻土力学与工程研究的水平 ,也代表了 2 1世纪冻土学发展的方向。     

考虑冻土效应的桥梁桩-土动力相互作用研究现状与展望

冻土和地震是我国西部高寒高烈度地区桥梁工程建设中主要面临的两大挑战。冻土区线路工程广泛采用桩基础桥梁, 土体冻结后会显著影响地震作用下桩-土动力相互作用过程, 给桩基础桥梁抗震分析带来困难。首先系统总结和分析了冻土对桥梁结构地震响应的影响、 桩-冻土相互作用效应及其计算模型等方面的研究现状, 进而对相关成果进行了科学分析。研究表明： 冻土的存在对桥梁结构地震反应的影响是显著的, 桩基础桥梁抗震设计中不考虑冻土效应是不合理的。目前还存在的问题包括： 冻土区桥梁结构地震反应的研究中, 未充分考虑冻土效应; 现有桩-土相互作用模型无法有效应用于冻土领域; 地震作用下桩-冻土体系相互作用机理及其破坏特征不明确。在此基础上, 提出了考虑冻土效应后桥梁桩-土动力相互作用为今后需要重点研究的方向。     

山东省平度市大庄子金矿区黄铁矿、方铅矿与金的共生关系研究

通过对山东省平度市大庄子金矿区黄铁矿、方铅矿三个蚀变阶段特征研究,发现金矿化主要发生在第二阶段,强烈的石英-黄铁矿-碳酸盐化与金矿化的关系最为密切。金多数以包体的形式赋存于黄铁矿等金属硫化物中,并且在黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等矿物共同产出时更有利于金的富集。研究认为石英和黄铁矿组合以及黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿的组合可作为金的富集指示性矿物组合,伴生矿物之中方铅矿含金性最好。方铅矿、黄铜矿、闪锌矿和磁黄铁矿呈细脉状、网脉状、斑杂状产于含金石英脉和团块状黄铁矿的裂隙中,研究发现细脉状较团块状黄铁矿含金性要好。     

天山乌鲁木齐河源冰达坂多年冻土温度监测

乌鲁木齐河源冰达坂５号钻孔是天山山脉海拔最高的地温观测孔。１９９１－１９９５年监测结果表明,基层温度呈现明显的昼夜,季节和年际变化,其中２ｍ左右受山坡粗砾石中径流热扰动和降水热渗浸泊强烈影响,８－１０月平均地温在０℃附近振荡。     

北麓河流域多年冻土区退化草甸的土壤水文特征分析

选取长江源北麓河地区受冻融作用影响而严重退化的高寒草甸典型区域进行取样, 通过实验和模拟等方法, 对该区域内不同深度土层的土壤特征曲线、土壤饱和导水率、土壤粒径、容重和总孔隙度进行了研究和分析.结果表明: 土壤的水分特征曲线由Gardner等与van Genuchten提出的幂函数方程拟合效果良好, 0.1 MPa为土壤水分特征曲线的临界值. 0~5 cm表层土壤的持水能力最小, 20~30 cm土壤的持水能力最大. 0~5 cm表层土壤供水能力最小, 15~30 cm土层的供水性能最好, 适合植被根系的生长.土壤的饱和导水率随着深度的增加而减小.     

土体腐殖质对水泥土固化的影响

结合软土工程实例,探讨了腐殖质对水泥土作用的规律性.试验结果表明:水泥土中结合态腐殖酸均与原土差异较大;水泥土中腐殖酸光密度E465 /E665 值变大,松结态w(C)FA /w(C)HA 变大,稳结态w(C)FA /w(C)HA 减小.在水泥土水化反应中,土体腐殖质与Ca 2 、Al 3 等生成钙键、铝键等复合体.     

黄河源区多年冻土退化及其环境反映

基于黄河源区多年冻土退化引起的生态环境地质问题与效应的实际资料, 明确了多年冻土的生态环境功能和多年冻土退化引起的危害. 提出多年冻土退化使赋存于高寒草地和维系高寒草地生长发育的多年冻土表部的冻结层地下水水位持续下降或消失, 从而引发和加剧了高寒草地的"三化"(草地退化、沙漠化和盐渍化)和水环境变异, 是导致黄河源区占主导地位的高寒草甸失水向沙漠化草地和"黑土滩"型次生裸地退化的主要地质原因.     

黄河源区冻土对植被的影响

黄河源区由于近年来气候变化的影响,打破了高寒植被与冻土环境之间稳定的适应性关系,由此引发了一系列生态环境退化的现象.在黄河源区多年野外工作的基础上,定量分析了冻土与植被之间的关系.研究表明:多年冻土埋深通过影响浅层土壤含水量影响植被生长的,多年冻土的埋深与浅层土壤含水率和植被的覆盖率具有良好的相关性规律.冻土埋深<2 m时,冻土埋深决定浅层土壤含水率,成为影响植被的生长主要因素;埋深>2 m时,冻结层上水水位低、补给量少,冻结层上水水量小,毛细上升高度不能达到植被根系分布的浅层土壤中,植被生长环境干旱化,多数植被生长受限制,这时只有少量根系发达的耐旱植被存活,覆盖率小,一般不超过35%.因此,2 m的多年冻土埋深为“生态冻土埋深”.近20 a来,黄河源区地温长期处于增温状态,多年冻土出现表层融化,形成深埋的或少冰的冻土等现象;部分地带完全融化消失,连续多年冻土变成不连续冻土或岛状冻土.多年冻土退化后,土壤含水量减少,导致植被物种更替、“黑土滩”等退化现象.     

未冻土和高温冻土中桩基承载性能试验研究

以青藏铁路清水河特大桥旱桥桩基为原型,针对围土未冻结、均匀高温冻土中的桩基稳定问题,进行了室内物理模拟试验。研究了未冻土和高温冻土两种条件下桩基承载力的特性,试验得到了高温冻土中的桩基承载力是未冻土中11.6倍的结论,为青藏铁路工程的长期安全稳定评价与预防措施的制定提供了一定的参考依据。     

黑河源区高山草甸的冻土及水文过程初步研究

介绍了黑河源区野牛沟流域在试验点尺度和山坡尺度上所开展的冻土水文过程初步结果.冻土水文观测场建于最大冻结深度约为3.0 m的季节冻土区,近50 a来,该区降水量变化不大,器测蒸发量(Φ20)和风速呈明显的降低趋势,而气温和地表温度则分别上升约1.0℃和1.7℃.研究区季节冻土冻结上限和下限深度均与地表温度呈二次多项式关系,这表明地表温度与冻结或融化区地温变化之间有一个滞后过程.在地表融化季节,季节冻土存在两层现象.当融化深度接近最大冻结深度时,存在向上和向下的双向融化现象,但自下而上融化速率较慢.2005年9月-2006年9月,具有较高代表性的3个山坡径流场均没有观测到产流量,结合蒸散发观测和野外调查,发现夏季高山草甸具有明显的地表径流拦蓄和水源涵养作用.COUP模型能够较好的连续演算试验场生长季节高山草甸-季节冻土-大气-维水热传输和耦合过程,但因其土壤完全冻结临界温度阀值设置偏高,影响了非生长季节的计算精度.     

青藏高原多年冻土和季节性冻土区土壤水分变化及其与降水的关系

使用地面观测数据对欧洲空间局(ESA)发布的气候变化倡议(CCI)土壤水分产品进行精度校准,结合青藏高原及其周边降水气象站数据,分析土壤水分动态变化及其与降水的关系.结果表明:(1)校正后的CCI主被动组合产品所反演的青藏高原土壤水分获得了更高的精度,且显示1986～2016年暖季土壤水分在多年冻土区的逐年变化更为稳定...     

青藏高原西大滩多年冻土活动层土壤性状与地表植被的关系

以青藏高原多年冻土区北界的西大滩为研究基点, 选取多年冻土不同退化阶段的两个样地, 对植被分布特征、 冻土活动层和土壤特性等进行调查监测, 同时分析不同活动层状态下土壤水热、 养分和地表植被特征变化及相互间的作用关系. 结果表明: 西大滩地区的植被以浅根系植物为主, 0~10 cm的表层土壤中地下生物量约占地下生物总量的63%和62.2%之多. 在气候条件基本一致的情况下, 多年冻土的存在情况及活动层土壤水热状况对植被生态系统的演变起决定性作用. 高地表植被覆盖下的冻土土壤水热调节能力强, 有助于延缓冻土退化过程. 西大滩土壤全氮、 碱解氮、 速效钾与有机质含量密切相关, 含量随冻土退化明显减少, 且随土层深度的变化曲线表现为相同的趋势. 土壤表层养分和速效养分受冻土退化程度的影响较大.     

积雪和有机质土对青藏高原冻土活动层的影响

随着全球气候变暖,青藏高原冻土活动层正在逐渐加深,为了理解积雪和表层有机质土壤对冻土活动层的影响机理,一维水热耦合模型CoupModel被用于模拟气象驱动下土壤冻融的动态过程.基于祁连山冰沟和青藏高原唐古拉站长期监测数据,CoupModel模型被成功的率定和验证.在冰沟站验证的模型被用于研究积雪对冻土活动层的影响,结果显示:目前较浅积雪情景(雪深＜20 cm)比完全忽略积雪的情景模拟的冬季土壤冻结深度深,说明青藏高原现状下较浅的积雪有利于冻土发育.原因是雪面较高的反照率造成地表吸收的太阳辐射减少,导致雪面温度较低,加之浅雪的阻热性能又较小,综合导致浅雪覆盖时表层土壤向大气释放的能量增加.但随着积雪深度逐渐增加,模拟的冬季土壤冻结深度反而越来越浅,说明较厚的积雪(＞20 cm的雪深)并不利于冻土的发育,主要是雪相对于空气低的热传导隔绝了表层土壤向大气的热损失.在唐古拉站验证的模型被用于研究有机质土对冻土活动层的影响,结果显示:随着有机质土壤深度增加,模拟的活动层夏季融化深度逐渐较小.有机质土壤较矿物质土壤低的热传导和高的热容性质减少了下伏土壤热状况对太阳辐射和气温波动的响应,说明有机质土有利于冻土的保护.