Comparative study of activation energies of conductance and desiccation rates of some marine algae

Measurements of the activation energy of electrical conductance and desiccation rates on subtidal marine algae from Florida were compared to similar data from the Bay of Fundy, Nova Scotia, on intertidal marine algae frequently subjected to long periods of exposure to air. We have developed a method for calculating the reaction rate constant of desiccation of fully hydrated marine algae. Values of activation energies and desiccation rate constants are consistent with the requirements for survival of these algae under widely different environmental conditions.     

三种猪毛菜种子耐盐性与幼苗干燥存活能力

在控制条件下研究了三种藜科植物紫翅猪毛菜(Salsola affinisC.A.Mey.)、浆果猪毛菜(Salsola foliosa(L.)Schrad.)和钠猪毛菜(Salsola nitrariaPall.)种子的萌发特性以及萌发后的幼苗在室温中放置14天和30天之后重新放置在原溶液中的存活状况。结果表明:三种猪毛菜种子在无菌水、0.085 mol/L、0.17 mol/L、0.34 mol/L NaCl溶液中萌发的很好,但是在0.51 mol/LNaCl中萌发率很低,三种猪毛菜幼苗在干燥30天重新放置在原溶液中以后仍然具有很高的存活率。上述结果表明:已经萌发了的幼苗在干燥环境中仍然保持存活的能力是盐生植物为了适应极端干旱和盐渍荒漠环境的一个重要的生存策略。     

Numerical modelling of desiccation cracking

The ability to model and predict the formation of desiccation cracks is potentially beneficial in many applications such as clay liner design, earth dam construction, and crop science, etc. However, most studies have focused on statistical analysis of crack patterns and qualitative study of contributing factors to crack development rather than prediction. Because it is exceedingly difficult to capture the nonlinear processes during desiccation in analytical modelling, most such models handle crack formation without considering variation of material properties with time, and are unattractive to use in realistic modelling. The data obtained from laboratory experiments on clay soil desiccating in moulds were used as a basis to develop a more refined model of desiccation cracking. In this study, the properties, such as matric suction, stiffness and tensile strength of soil, and base adhesion, could be expressed approximately as functions of moisture content. The initial conditions and the development of suction due to desiccation and the varying material properties were inputted to UDEC, a distinct element code, using its internal programming language FISH. The model was able to capture some essential physical aspects of crack evolution in soil contained in moulds with varying lengths, heights, and materials of construction. Extension of this methodology is potentially beneficial not only for modelling desiccation cracking in clay, but also in other systems with evolving material properties such as concrete structures and road pavements. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于高密度电阻率法的土体干缩裂隙动态发育过程精细监测研究

土体在气候作用下发育干缩裂隙是一种常见的自然现象,裂隙的存在会极大弱化土体的工程性质,诱发许多岩土与地质工程问题。为了实时掌握黏性土中干缩裂隙网络的发展状态,提出了一套基于高密度电阻率层析成像技术（ERT）的土体干缩裂隙动态发展过程精细监测方法。分别开展模型试验及原位试验,利用自行研制的测定系统持续采集电流-电位差数据,随后利用自行开发的有限元法电阻率层析成像（FemERT）系统进行数据处理,获取了裂隙网络在不同发育阶段的空间分布特征。结果表明：（1）ERT可以实现土体裂隙发育过程的精细监测,具备监测三维裂隙网络几何形态的能力,裂隙宽度的识别精度达到毫米级,裂隙深度的识别精度达到厘米级;（2）ERT的感度分布特征解释了裂隙发育对于土体电阻率的影响规律,测定电阻值时程曲线因裂隙产生位置的不同而呈现不同的变化规律;（3）反演电阻率及其相对变化率（Rev）可以直观表征裂隙网络在不同阶段的空间几何形态,凸显裂隙动态发育过程对于土体导电性的影响。     

昆明呈贡石灰岩上覆红黏土干缩裂隙的温度效应

温度是影响土体干缩开裂的重要外部环境因素之一。为研究温度对红黏土干缩裂隙的影响,以昆明呈贡石灰岩上覆红黏土为对象,经风干、碾碎和筛分后,选取2 mm以下的细颗粒,用正方形钢化玻璃容器制备9个厚度为10 mm的饱和泥浆样,分成3组,每组3个平行样,利用控温烘箱分别进行30℃、50℃和70℃的干燥试验,试验过程中定时称重试样和对土样表面进行拍照,然后用PCAS软件对照片进行图像处理。结果表明：红黏土的蒸发过程可分为3个阶段,干缩裂隙的形成和发展可分为5个阶段;温度升高,干燥完成时间减短,常速率阶段的蒸发速率和蒸发量增大,最终含水率降低;初始临界含水率随温度升高而增大;随着土体含水率持续减小,表面裂隙率先缓慢增加,然后快速增大,最后趋于稳定;温度升高,裂隙交点数、裂隙条数、裂隙总长度和土块数减少,裂隙平均长度、裂隙平均宽度、表面裂隙率、土块平均面积、土块最大面积、干缩厚度和干密度增大。温度显著影响红黏土的水分蒸发过程,干缩裂隙的形成和发展,以及表面裂隙结构和形态。     

干出对潮间带不同垂直位置海藻的生长及光合作用速率的影响

研究了青岛潮间带地区的4种海藻:叉枝藻(Gymnogongrus flabelliformis Harvey,高潮带)、孔石莼(Ulva pertusa kjellm,中潮带)、缘管浒苔(Enteromorpha linza(L.)J.Agar-dh,中潮带)和扁江蓠(Gracilaria textorii(Suring)De Toni,低潮带)在干出状态下的脱水率及每天干出0、0.5、1、2、4和6h下的生长和光合作用。结果表明:干出状态下缘管浒苔的脱水率最小,因为它具中空管状构造;其余3种海藻的脱水率依次为扁江蓠>孔石莼>叉枝藻,但三者差异不大。与水中对照(0h)相比,高潮带的叉枝藻在不同干出处理下的生长和光合作用速率下降(P<0.05)。中潮带的孔石莼在一定干出时间内促进其生长和光合作用(P<0.05),缘管浒苔则未见显著的促进作用。低潮带的扁江蓠在干出处理下几乎不能生长和存活。     

红层泥质胶结物干缩裂缝深度与间距预测模型

红层泥质胶结物在干燥条件下会因含水率变化产生开裂,裂缝进一步发展贯通最终导致红层泥岩崩解破坏。目前对红层泥岩崩解机制的研究多为定性描述,缺乏定量分析方法。因此,定量研究红层泥质胶结物开裂的产生及扩展对深化红层泥岩崩解理论研究具有重要意义。基于线弹性断裂力学及非饱和土力学,建立了考虑含水率变化的红层泥质胶结物裂缝深度及间距计算公式,并对公式参数敏感性进行了分析。应用CT试验数据对PFC2D数值模型进行了校准,并基于干缩开裂数值试验结果,对裂缝深度及间距计算公式进行了对比验证。结果表明：提出的计算公式能较好地预测红层泥质胶结物的开裂深度及间距,裂缝深度随含水率减小呈先快速增加再缓慢增长的特点。研究成果有助于加深对红层泥岩崩解的量化理论分析,并为预测工程中红层泥岩的开裂程度提供参考。     

论山西褐土区农田土壤干燥化问题

以山西褐土区离石、忻州、太原、寿阳、临猗等地玉米、小麦农田为主要研究对象,选取5个代表性样点12个剖面采集0~600cm深度土壤样品,研究分析不同季节土壤垂直剖面水分状况。结果表明,该区玉米、小麦等农田中普遍存在土壤干层,轻度和中度干层都有显现;季节性干层的存在是该地区农作物易于发生干旱灾害的主要原因;晋中玉米地轻度干层发育到了600cm以下;晋南由于长期气候干旱,导致干燥化程度加重,轻度土壤干燥化也已发育到了600cm;晋西玉米地400cm接近轻度干化,晋北玉米地轻度干层也已达到600cm深度。农田季节性干层、深层土壤干层的出现严重影响了农田土壤的水循环;降水量少是本区农田干层产生的主要原因,但农田生产力提高、植被密度和蒸发对临时性干层形成的影响也不可忽视;选择低耗水、深根系的旱地作物,同时合理密植、有条件的地方实施灌溉等都是减缓农田干层的有效途径。     

半干旱黄土丘陵区人工植被深层土壤干化效应

科学评估不同植被恢复模式的土壤干化效应是目前黄土高原生态恢复一个亟需解决的关键问题。本文以半干旱黄土丘陵区14种典型人工植被为例,通过构建土壤水分相对亏缺指数CSWDI和样地土壤水分相对亏缺指数PCSWDI,定量评估了不同植被深层土壤干化效应。研究发现:除农地和撂荒草地外,各植被深层土壤水分均随土层深度的增加而升高,深层土壤水分含量同土层深度之间呈一元线性关系。不同人工植被深层土壤相对干化程度存在差异,以油松林地最高,杨树侧柏混交林地最低。不同植被类型受其自身蒸腾耗水、根系特征和耕作等影响,土壤干化的程度在剖面上存在差异,但总体趋势为随深度增加而降低。针阔叶植被配置模式土壤水分状况要稍好于阔叶纯林的配置模式。     

膨胀土干缩变形特性试验研究

膨胀土是一种典型的问题性土,对气候变化非常敏感,在干旱气候条件下,极易发生体积收缩变形,引发各种工 程地质问题。为了研究膨胀土的干缩变形特性,开展了一系列室内干燥试验,测定了膨胀土的收缩特征曲线,重点分析 了初始含水率和干密度对干缩变形过程的影响,并进一步探讨了水泥固化抑制膨胀土干缩变形的效果和机理。结果表 明：（1） 膨胀土的干缩变形过程存在三个典型阶段：正常收缩、残余收缩和零收缩;（2） 初始含水率越高,试样蒸发速 率越快,且干缩变形完全后试样孔隙比越小而最终收缩应变越大,干缩变形越明显;（3） 初始干密度越大,试样蒸发速 率和最终体积收缩应变越小,提高初始干密度对试样干缩变形具有一定的抑制作用;（4） 在膨胀土中掺入适量的水泥能 显著降低试样的体积收缩应变,对干缩变形具有良好的抑制效果;（5） 膨胀土的干缩变形具有明显的各向异性特征,并 且与初始状态有关。