新疆古尔班通古特沙漠生物结皮的土壤理化性质分析

古尔班通古特沙漠是我国第二大沙漠,广泛发育着地衣、苔藓和藻类等生物结皮,其分布状况与其自身生理生态特点和所处沙丘部位的环境条件密切联系着.结合野外调查和实验室样品分析结果,讨论了沙丘不同部位土壤理化性质与生物结皮分布、发育的关系.结果表明:不同类型生物结皮在沙丘上的分布和发育状况是不同的,从沙丘顶部的流动或半流动沙面上到沙丘两坡的中部、下部以及丘间低地,生物结皮的分布依次为微生物种类、藻类结皮、地衣结皮和苔藓结皮,从沙丘上部、中部至沙丘底部及丘间,生物结皮的类型、厚度及发育程度呈增强态势.生物结皮在沙丘不同部位的发育特点和分异变化与沙丘不同地貌部位的土壤理化性状、地表基质稳定性等生态条件有着密切的关系.     

古尔班通古特沙漠生物结皮对地表风蚀作用影响的风洞实验

古尔班通古特沙漠4种类型生物结皮的风洞实验表明, 其对地表风蚀影响甚大, 且随结皮类型及其破损度不同而呈明显的变化. 在25～30 m·s-1的风速下, 未经扰动的4类生物结皮均未发现沙粒起动和地表风蚀现象. 相同破损率条件下, 起动风速以苔藓结皮最大、 地衣结皮次之、 藻结皮和藻类地衣结皮最小. 裸沙面在8.42 m·s-1的起沙风作用下, 风蚀强度为0.09 g·m-2·s-1, 25 m*s-1时为1214.82 g·m-2·s-1. 在同等风速吹蚀下, 4类结皮的风蚀率最大不超过裸沙面的8.95%. 随着破损率的增大和风速的加强, 风蚀强度显著增大. 在数量级和变化趋势上以苔藓和地衣结皮相似, 变化于0～23.67 g·m-2·s-1之间; 藻结皮和藻类地衣结皮相近, 变化于0～69.00 g·m-2·min-1之间. 根据该沙漠的风能环境分析和风洞实验结果, 为了不致产生风蚀, 人类放牧等经济活动应以不造成30%以上的地表结皮破损为宜, 特别是在春夏两季的强风盛行期更要谨慎处之.     

高寒植被生态系统变化对土壤物理化学性状的影响

在黄河源区选择典型样地,对土壤有机质(SOM)、全氮(N)等化学性状及土壤机械组成、容重和土壤导水率等物理特性进行分析.结果表明,植被退化导致土壤物理化学性状显著退化.灌丛草甸草地土壤表层有机质(SOM)从179.58 g·kg^-1降到49.48 g·kg^-1,表层碱解N流失率为30%,退化嵩草草甸表层有机质SOM减少53%,碱解N损失率为28.4%.沼泽地有机质SOM减少了15.11 g·kg^-1.退化后的土壤土层厚度变薄,土壤颗粒变粗,土壤水分分布和含量出现变化,土壤出现沙化,土壤容重增大,土壤导水率与植被盖度有很好的相关性.研究表明,高寒植被生态系统的变化引起了土壤理化特性的强烈变化,高寒土壤环境出现退化.     

两种土壤冻融判别算法在东北冻土区的判别精度评价

本文基于AMSR2被动微波数据和0 cm地表温度数据,对比分析冻融判别函数算法和双指标算法在东北冻土区的判别精度及适用性。结果表明：（1）两种算法的Kappa系数都在0.7以上,总体判别精度在87%以上,具有较好的性能。（2）两种算法在升轨时期的总体判别精度高于降轨时期。在使用升轨数据时,双指标算法判别精度略高于冻融判别函数算法;使用降轨数据时,冻融判别函数算法判别精度更高。（3）冻融判别函数算法对冻土的判别精度高,双指标算法在识别融土方面具有优势。（4）两种算法对多年冻土区的土壤冻融判别精度高于季节冻土区。本研究的评价结果可为东北冻土区制备高精度、长时序地表冻融数据集提供基础数据资料,为选择合适的土壤冻融判别算法提供参考。     

不同深度冻土微生物数量特征及其与土壤理化性质的关系

分别以乌鲁木齐河源区不同层位深坑冻土样品为研究材料,利用荧光显微计数技术、寡营养恢复培养技术等研究了微生物数量特征及其与土壤理化参数的关联度.结果表明:可培养细菌数量与冻土深度、土壤含水量、总C和总N含量都成显著的正相关,与pH值呈显著负相关.而且,可培养细菌数及其在细胞总数中所占比值随冻土深度的增加而下降,表明深坑样...     

热释光：一种冻土区天然气水合物地球化学勘查新技术

开发不受沼泽微生物影响的地球化学勘查技术是提高中纬度冻土区天然气水合物探井预测成功率的重要课题之一。选择在祁连山聚乎更天然气水合物已知区进行土壤热释光勘查技术实验。实验区为高寒沼泽景观,面积150 km2,采样密度2点/km2,采样深度60 cm,采集土壤样品300件,应用热释光测量仪对土壤样品进行了热释光分析。实验结果表明,天然气水合物矿藏上方出现天然热释光高值异常,与烃类异常浓度范围一致,为顶部异常模式。结合地质和地球化学勘查成果对异常进行了综合解释,认为祁连山聚乎更地区天然气热释光异常与天然气水合物矿藏关系密切,源于深部水合物矿藏。研究对天然气水合物的进一步调查具有重要的参考价值。     

一种冻土区天然气水合物地球化学勘查新技术——惰性气体氦氖分析

开发不受沼泽微生物影响的地球化学勘查技术是提高中纬度冻土区天然气水合物探井预测成功率的重要课题之一。本文选择在祁连山聚乎更天然气水合物已知区进行惰性气体勘查技术实验,研究了氦氖的测试方法,实验区为高寒沼泽景观,面积150km~2,采样密度2点/km~2,采样深度60cm,采集土壤顶空气样品300件和DK-3井岩芯样品400件,应用色谱反吹技术对顶空气样品进行了惰性气体氦氖的分析。结合地质和地球化学勘查成果进行了综合解释,认为惰性气体异常与天然气水合物矿藏关系密切,与烃类异常浓度范围一致,为顶部异常模式。实验区天然气水合物矿藏11个水合物发现井有10个位于He、Ne异常内,1个井位于异常外。分析了天然气水合物岩芯顶空气轻烃和氦氖指标的垂向分布特征,提出了天然气水合物矿藏上方土壤惰性气体的地气迁移机理。研究区近地表氦氖异常源于深部水合物矿藏和断裂构造,不受沼泽微生物的影响,是冻土区天然气水合物勘查的一种有效技术。     

苔藓结皮对碳酸盐岩的风化作用研究进展

岩溶地区碳酸盐岩裸露率高、土壤形成速率缓慢,是世界上石漠化最严重的地区之一。在岩溶石漠化地区,苔藓植物与裸露钙质岩石上的藻类、细菌和真菌共存,形成苔藓结皮。苔藓结皮依赖其独特的形态结构、生理生态和遗传机制在干旱贫瘠的岩石上生长,参与碳酸盐岩的风化、土壤的形成和发育,对岩溶地区退化生态系统的恢复具有不可替代的作用,被誉为“荒漠生态系统工程师”。文章尝试阐明苔藓结皮各组分（微生物、苔藓植物）参与的岩石风化成土过程以及在石漠化治理中的应用,为岩溶区石漠化治理提供理论依据。     

青藏高原典型高寒草甸植被生长发育对气候和冻土环境变化的响应

利用青藏高原河南县典型高寒草甸生态系统群落结构、地上生物量、发育期及其气候、冻土环境观测资料,系统研究了高寒草甸植被生长发育特征及其对气候变化和冻土退化的响应机理.研究表明：20世纪80年代后期以来,随年代进程高寒草甸植被出现了牧草返青初期无明显变化,而黄枯初期显著延迟,致使生长期延长,覆盖度总体下降,但自2004后开...     

长江源北麓河流域多年冻土区热融湖塘形成对高寒草甸土壤环境的影响

通过对长江源北麓河流域多年冻土区热融湖塘及湖塘影响周边条件下高寒草甸土壤理化性质的比较研究,结果表明:热融湖塘的形成对高寒草甸土壤环境产生了明显影响,热融湖塘形成对土壤质地、含水量、容重以及土壤养分等产生强烈改变,尤其表层土壤;土壤机质(SOM)、全氮(N)等化学物质和其他养分成分在不同退化的土壤中都有所改变.有机质和...     

季节冻土区黑土耕层土壤冻融过程及水分变化

利用黑龙江省水利科学研究院水利试验研究中心综合实验观测场2011年11月-2012年4月整个冻结融化期的实测野外黑土耕层土壤温度和水分数据, 对中-深季节冻土区黑土耕层土壤冻融过程中冻结和融化特征分阴、阳坡进行了分析, 研究了冻融过程中不同深度土壤水分的变化情况, 并探讨了降水对不同深度耕层土壤含水量变化的影响. 结果表明:黑土耕层土壤冻结融化过程分为5个阶段, 历时164 d, 约5.5个月. 阶段I, 秋末冬初黑土耕层土壤开始步入冻结期; 阶段II, 黑土耕层土壤整日处于冻结状态, 阴坡比同样深度的阳坡土壤温度低; 阶段III为黑土耕层土壤稳定冻结期; 阶段IV, 黑土耕层土壤步入昼融夜冻的日循环交替状态, 冻融循环的土层逐渐向深部发展, 阳坡比阴坡融化得更深、更早, 阴坡比阳坡经历冻融循环次数更多; 阶段V为稳定融化期, 在融化过程不存在冻融交替的现象, 直到整个冻层内的土壤全部消融. 各深度位置阴坡土壤温度的最高值出现时间比阳坡晚约0.5 h. 经过整个冻结融化期后, 阴、阳坡各层土壤含水量均大于冻结前, 阴坡土壤含水量比阳坡整体偏低. 在整个冻结融化期, 阳坡地下1 cm、5 cm、10 cm 及15 cm处含水量最大值出现在地下5 cm; 阴坡的含水量整体趋于平稳且在融化期受降水影响明显.     

土质对人工冻土冻结温度影响的试验研究

不同土质的冻结温度是人工冻结法冻结壁设计重要依据。为研究土质对人工冻土冻结温度的影响,选取不同地区人工冻结法施工典型土层开展冻结温度试验,提供了不同地区典型土层的冻结温度范围,并结合水泥土、含盐土冻结温度试验进行对比分析。结果表明：同一地区不同土层的冻结温度随其土颗粒粒径的增大而增大;随水泥掺入比及龄期的增加,水泥土的冻结温度降低;随含盐量的增加,NaCl含盐土冻结温度线性降低,含盐量对氯盐土比对硫酸盐土的冻结温度影响更显著。研究成果对不同土性的冻结壁设计具有指导意义。     

季节冻土区高速铁路路基保温措施效果研究

为减小季节性冻土区路基冻胀对高速铁路无砟轨道平顺度的影响,采用路基保温措施进行室内模型试验,对不同厚度保温板覆盖下路基AB组填料在多个冻融循环过程中的温度及变形规律进行了试验与分析.室内模型试验结果显示,XPS保温板具有良好的保温隔热作用,厚度越大,保温效果越好,保温措施有效控制了哈齐线路基AB组填料的冻胀变形,同时也降低了其残余变形.根据室内试验结果,采用20cm厚保温板的保温措施在哈齐线路基试验段进行现场试验.试验结果表明,该保温措施有效控制了左右线轨道板下方区域的冻胀变形,保证了轨面平顺度.     

离子类土壤固化剂对高温冻土工程性质改良试验研究

为了研究离子类土壤固化剂对青藏高原高温冻土工程性质的改良效果,分别选用酸性和碱性离子类土壤固化剂对冻结青藏粉质黏土进行了改良测试。塑性指数测试表明,两种固化剂的最优含量为0.2%。固化剂含量小于0.3%时,冻结温度相对原状土样没有明显的下降。对不同含量碱性和酸性固化土力学性质进行了测试,无侧限单轴抗压强度相对原状土样整体增大,碱性和酸性固化土抗压强度最大分别提高了78.7%和46.6%,最优配比（0.2%）的碱性和酸性固化土体积压缩系数随养护龄期增大而减小,两种固化土的体积压缩系数相对原状土样最大分别下降了80.0%和38.5%,固化效果明显。碱性固化土力学性质变化更显著,说明其更适合对青藏黏土进行改良。     

基于地理加权回归的青藏高原季节冻土区土壤有机碳空间分布研究

青藏高原土壤有机碳储量（soil organic carbon stocks, SOCS）对于区域生态环境演替具有重要作用, 但是其空间分布数据还比较缺乏, 特别是季节冻土区的数据较少。基于378个土壤剖面数据, 结合与土壤有机碳（soil organic carbon, SOC）相关的地形、 气候以及植被等环境因子, 使用地理加权回归（geographically weighted regression, GWR）模型模拟了青藏高原季节冻土区0 ~ 30 cm、 0 ~ 50 cm、 0 ~ 100 cm和0 ~ 200 cm深度的SOC总量和空间分布。结果表明： 青藏高原季节冻土区SOCS自东南向西北递减, 表层0 ~ 200 cm的SOC总量约15.37 Pg; 季节冻土区不同植被类型SOC从大到小依次为森林、 灌丛、 高寒草甸、 高寒草原和高寒荒漠; 各土壤类型中棕壤、 黑钙土和泥炭土的SOC最大, 而棕钙土、 棕漠土、 灰棕漠土、 风沙土、 石质土、 盐土、 冷钙土、 寒漠土以及冷漠土的SOC最小。研究结果给出了青藏高原季节冻土区SOC的总量、 空间分布及规律, 可为相关地球模式的发展提供基础数据。     

冻土三轴蠕变特性试验研究及平面冻土墙厚度的确定

主要是对冻土的三轴蠕变特性进行分析研究,从而进一步确定具有明显流变特性的平面冻土墙的厚度。通过对冻土的流变特性进行理论分析,建立了冻黏土在复杂应力状态下的对数型蠕变方程。采用“低温箱-三轴压力室”轻型试验设备系统对人工配制的冻黏土试件进行了三轴蠕变试验,获得了冻黏土在复杂应力状态下的蠕变曲线。根据试验结果,对冻黏土的对数型非线性蠕变方程进行回归分析,得到了冻黏土对数型蠕变方程参数的数值。根据冻土流变理论和所建立的蠕变方程,以及平面冻土墙的厚度计算公式,利用Visualc++ 6.0和Matlab 6.0技术开发了冻土墙厚度计算的计算机应用软件。分析研究了平面冻土墙厚度与跨度、基坑暴露时间、基坑开挖深度的关系。平面冻土墙厚度随时间的延长在短期内具有急速增长的趋势,而后随时间的延长逐渐趋于稳定;平面冻土墙厚度受其跨度的影响较小,但随基坑开挖深度的加深具有逐步增长的趋势;温度对平面冻土墙厚度的影响显著,温度越高,厚度越大,所以,控制温度是平面冻土墙设计中的关键。从而为蠕变变形较大的平面冻土墙的厚度确定提供了依据。     

冻融循环作用下冻结掺和土料动力特性研究北大核心CSCD

冻融循环作用是寒区土体力学性质改变的主要影响因素之一。为研究冻融循环作用下寒区冻结掺和土料的动力特性(包括动变形和动强度),以寒区高土石坝砾石掺和土坝料为研究对象,采用低温振动三轴材料试验机,对不同冻融循环次数(0、5、20次)下的冻结掺和土试样进行不同围压和不同动应力幅值比条件下的低温动力循环三轴试验,探讨冻融循环作用对冻结掺和土料的动应力-动应变关系,体变、滞回曲线,轴向累积应变,动回弹模量,残余应变以及动强度的影响。结果表明:随着冻融循环作用的增加,冻结掺和土料的动应力-动应变曲线和体变曲线逐渐稀疏,且试样达到破坏应变的振动次数呈线性减小。通过对不同冻融循环次数下冻结试样的滞回曲线、轴向累积应变、残余变形的研究,发现冻融循环作用使得试样抵抗变形的能力下降。随冻融循环次数的增加,试样的动回弹模量减小,动强度逐渐降低,试样更容易发生破坏。研究结果较好地解释了冻结掺和土料在冻融循环作用下动力变形的机制,可为基于动力变形控制的寒区工程基础设计提供科学参考。     

地下水渗流对冻土区模型桩力学特性的影响分析

为了研究冻土区地下水的渗流效应对桩基的荷载传递规律的影响,考虑到桩身轴力、桩侧冻结应力和桩周土温度对桩基承载力均有影响,依据室内模拟试验,分别模拟了无地下水、桩顶水有温度效应、桩底水有温度效应、桩顶水有温度及渗流效应、桩底水有温度及渗流效应5种不同工况下地下水对冻土桩基承载力的影响。试验结果表明：无论是桩顶水还是桩底水,在接近地下水处,同时有温度效应及渗流效应的轴力值变化比仅有温度效应时的小,当地下水为桩底水时加载后的桩轴力小于地下水为桩顶水时的轴力值;桩底水引起的桩侧冻结应力变化幅度比桩顶水大,地下水的温度效应使得部分冻土温度升高而融化,而地下水的渗流效应进一步增大了冻土融化范围,使得桩基力学特性发生改变,进而影响了桩基承载力。     

月球极区冻结模拟月壤物理力学特性研究

近年来越来越多的探测结果表明,月球极区永久阴影区月壤中存在水冰。水是人类赖以生存的化学物质,也是理解月球独特的形成与演化过程的关键环节。因此,各航天大国均将月球极区作为探月工程的重要目标。冻结月壤的导热系数和单轴抗压强度是月球极区原位探测取样的基础和关键参数。本研究采用低温试验研究了冻结模拟月壤的导热系数和单轴抗压强度。结果表明：冻结模拟月壤导热系数随含水率增大而线性增大,冻结模拟月壤的导热系数为0.2~1.3 W?m^-1?K^-1。冻结模拟月壤单轴压缩过程中发生脆性破坏,5%含水率冻结模拟月壤单轴抗压强度约为5 MPa,10%含水率冻结模拟月壤单轴抗压强度约为13 MPa。在初始加载阶段,干密度相同、含水率不同的冻结模拟月壤试样因微裂纹压密导致的应变量基本相同;在线弹性阶段,冻结模拟月壤有效弹性模量随含水率增大而增大,其主要原因是含水率增大使得月壤颗粒间的冻结强度增大;在破坏阶段,含水率较高的冻结模拟月壤表现出脆性破坏特征,含水率较低的冻结模拟月壤表现出更显著的塑性特征。研究结果将为月球永久阴影区水冰探测方案制定、探测器研制等提供基础的科学数据支撑。     

冻土退化对海拉尔河流域水文过程的影响

利用海拉尔河流域内气象站点1974—2006年冻土冻结深度资料和水文站点1974—2008年的径流资料,通过建立冻结深度和径流的关系,研究了区域近30年来冻土变化对径流变化的影响。结果表明:近30年来,海拉尔、坝后和红花尔基水文站1~3月份径流量有13%~20%的增长,牙克石水文站径流量增长不显著。退水曲线由陡峭趋于平滑,冬季2月份径流量与秋季11月份径流量比值呈增大趋势,同期流域冻土的最大冻结深度减小了50 cm左右。这表明海拉尔河流域冬季退水过程有减缓趋势且冻土的退化是导致退水变慢的主要原因。冻土退化的这一水文效应主要是由于:① 随着冻土年内隔水效应减弱,流域内有更多的地表水入渗变成地下水,造成流域地下水储水量加大,导致冬季径流增加; ② 随着春夏季冻土平均厚度的减薄,流域地下水库库容增加,地下水枯季径流补给能力增强,导致流域退水时间延迟;③ 冻土对气候变暖的响应是一个缓慢的过程,因此冻土退化对径流过程的影响也是一个渐变过程。