Integrating soil carbon cycling with that of nitrogen and phosphorus in the watershed model SWAT: Theory and model testing

In this paper we describe and test a sub-model that integrates the cycling of carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) in the Soil Water Assessment Tool (SWAT) watershed model. The core of the sub-model is a multi-layer, one-pool soil organic carbon (S_C) algorithm, in which the decomposition rate of S_C and input rate to S_C (through decomposition and humification of residues) depend on the current size of S_C. The organic N and P fluxes are coupled to that of C and depend on the available mineral N and P, and the C:N and N:P ratios of the decomposing pools. Tillage explicitly affects the soil organic matter turnover rate through tool-specific coefficients. Unlike most models, the turnover of soil organic matter does not follow first order kinetics. Each soil layer has a specific maximum capacity to accumulate C or C saturation (S_x) that depends on texture and controls the turnover rate. It is shown in an analytical solution that S_x is a parameter with major influence in the model C dynamics. Testing with a 65-yr data set from the dryland wheat growing region in Oregon shows that the model adequately simulates the S_C dynamics in the topsoil (top 0.3 m) for three different treatments. Three key model parameters, the optimal decomposition and humification rates and a factor controlling the effect of soil moisture and temperature on the decomposition rate, showed low uncertainty as determined by generalized likelihood uncertainty estimation. Nonetheless, the parameter set that provided accurate simulations in the topsoil tended to overestimate S_C in the subsoil, suggesting that a mechanism that expresses at depth might not be represented in the current sub-model structure. The explicit integration of C, N, and P fluxes allows for a more cohesive simulation of nutrient cycling in the SWAT model. The sub-model has to be tested in forestland and rangeland in addition to agricultural land, and in diverse soils with extreme properties such high or low pH, an organic horizon, or volcanic soils.     

水力割缝增透抽采煤层瓦斯原理及应用

煤层瓦斯抽采是避免煤矿瓦斯灾害发生的根本防治措施,水力割缝技术使煤体在割缝后应力松弛、卸压、破坏、破裂,以成倍或者十几倍地提高煤层的渗透性,继而对煤层瓦斯进行抽采,使瓦斯煤层变为低瓦斯或无瓦斯煤层,从根本上避免瓦斯灾害发生。从水力割缝技术切割煤层致煤层应力变化角度,将理论分析和数值模拟方法相结合,根据渗流力学平面径向流理论,分析给出水力割缝技术增透抽采瓦斯原理。以兖州东滩矿3号煤层为例,分析采用水力割缝技术前后煤层应力变化、渗透率变化规律。结果表明:大面积割缝后,应力重新分布,由均匀状态转变为非均匀状态分布,水平缝使煤层卸压,煤层应力普遍降低,在缝上部煤层局部形成拉应力区。割缝后渗透率是割缝前的4.34倍,渗透率大幅度增加,从而提高瓦斯抽采速度和最终抽采率。     

具有危险源性质的复杂系统安全行为演化研究

为解决具有危险源性质的复杂社会技术系统安全行为演化动力机制问题,针对系统生命周期长、影响因素多的特点,以日本福岛核泄漏事故为例,创建扩展型功能共振模型,用于描述系统内安全事故影响因素的作用过程。而后将系统相关主体分为实施方、业主方和第三方共3类,运用演化博弈方法深入研究发现,三方所承担的安全执行成本、安全处罚成本及事故成本之间的数量关系变化是系统安全行为演化发展的动力,3类成本失衡引发的监管机制失效是导致此次核泄漏事故的根源,并据此提出保持政府独立性和权威性、限制业主行为、建立项目责任主体终生追溯机制和采用立体处罚方式的建议。     

急倾斜煤层石门揭煤突出机理数值模拟研究

与其他类型的突出相比,石门揭煤的突出危险性最为严重,对它的突出机理进行研究有助于提高防突工作水平。根据马家沟矿石门揭煤突出后遗留的孔洞形状,采用数值模拟软件对突出过程进行反演分析;再现了马家沟矿石门揭煤突出发生的地质条件及发展过程。结果显示,急倾斜煤层石门揭煤突出过程中,煤体自重应力的作用比较明显;突出发生后,地应力梯度和瓦斯压力梯度均下降,卸压区宽度增大。因此,对于急倾斜煤层石门揭煤,一方面,要采取瓦斯抽放等措施,降低工作面前方煤体的应力和瓦斯压力;另一方面,要采用金属骨架对其上方煤体进行支护,防止该煤体垮落诱导突出。     

基于可持续发展的西北少数民族贫困县主体功能区划分初探

西北贫困县中,少数民族县占了很大比例。这些少数民族贫困县大都地处偏远、生态环境脆弱、资源承载能力较弱,可持续发展水平低。进行主体功能区规划是增强可持续发展能力、促进区域协调发展的重要手段。本研究依据国家和省级主体功能区规划的要求,结合西北少数民族贫困县现状,构建主体功能区划分指标体系;以新疆木垒哈萨克自治县为例,在整个...     

清代江浙沿海台风影响时间特征重建及分析

根据清代-民国的历史文献,在判定台风现象记录的基础上,建立了1644-1911年苏、沪、浙沿海受台风影响的天数Td序列,显示研究区在此期间内年均有2d左右受台风影响;19世纪中期之后,台风影响时间有所延长,指征了该地台风活动趋于活跃的现象。小波分析显示1640-1690年代和1800-1830年代,Td变化分别存在4～8a和6～8a的准周期现象,但其他时段周期性规律很不显著。MTC与ATC之间缺乏年际和年代际的对应关系可能是导致本研究Td分布无明显规律的重要原因。台风影响陆地时间与全球冷暖变化并不完全对应,仅发现17世纪早期的增暖与Td值放大在时间上基本一致。     

资源型城市转型绩效特征及其碳减排效应

基于中国资源型城市2003—2018年面板数据综合测度城市转型绩效,采用空间马尔科夫链、空间计量模型和空间双重差分模型,探究资源型城市转型绩效特征及其对碳排放的影响。结果表明：（1）资源型城市转型绩效逐渐提升,与此对应的是区域差异呈波动上升趋势,且四种类型资源型城市之间区域差异主要来源于地区内差异,成熟型城市贡献最大;资源型城市转型绩效存在明显的空间分异性,发展格局由以跨越区为核心的“多点式”零星分布向先行区为核心的“组团式”聚集形态演变。（2）资源型城市转型绩效在不同时期存在状态转移的可能性,具有滞后区、起步区、跨越区和先行区4个趋同俱乐部特征,空间马尔科夫链表明转移趋势存在明显空间关联性,状态转移通常出现在相邻等级之间,较少有“跳跃式”转移现象,具有长期性和持续性特征。（3）资源型城市转型具有显著碳减排效应,而且这种效应存在不同资源类型、不同发展阶段和不同空间区位的异质性特征,经济产业转型、社会生活转型和生态环境转型是发挥碳减排效应的重要因素;进一步的政策冲击分析表明,产业转型升级示范区和高新技术产业开发区的设立对城市碳减排具有积极的政策效应。     

皖江经济带土壤Cd空间分布特征与生态风险评价

选取2.5 km×2.5 km网格布点法,在皖江经济带A、B、C三地分别采集土壤样品35个、34个、106个,利用ICP-AES分析测定Cd含量特征,运用单项污染指数法、地累积指数法和潜在生态风险指数法对三地土壤Cd污染状况进行生态风险评价。结果表明：（1）A、B、C三地土壤的Cd含量的算术平均值分别为0.40 mg?kg ^-1、0.66 mg?kg ^-1、0.84 mg?kg ^-1,均高于江淮流域Cd含量土壤背景值;（2）三地土壤pH在5.06~7.58之间,整体上处于酸性和弱碱性之间,pH小于7.0的样品167个,占比95.43%;（3）研究区三个地块土壤Cd污染特征存在明显的空间分异,低污染区在空间上呈带状分布,高污染区在空间上呈岛状分布,污染区分布面积C地>B地>A地。（4）三地土壤环境均受重金属Cd污染的影响,存在生态安全风险,风险大小为C地>B地>A地,风险程度均为潜在生态风险高于地累积生态风险高于单项污染生态风险。本区域土壤农业安全利用需要加以重视并进行分类管控。     

红色旅游对游客国家认同的影响

红色旅游作为传承红色基因、加强爱国主义教育、增强国家认同的有效载体,具有鲜明的政治功能。以认知评价情绪评价理论和积极情绪拓展—建构理论为基础,构建红色旅游国家认同影响模型并提出相应假设,运用偏最小二乘法结构方程模型（PLS-SEM）进行了实证检验。结果显示：构建的红色旅游国家认同影响模型具有良好的解释力和预测力,模型具有交叉效度,整体模型的GOF值高于良好适配度的标准值;红色旅游通过红色旅游情感对游客国家认同有正向促进作用;历史认同对国家认同的影响不明显,其他假设均成立。该研究为相关模型构建提供了思路,成果可为强化红色旅游的国家认同研究、拓展红色旅游理论内涵与教育功能、促进红色旅游高质量发展提供理论依据。     

陕西省县域旅游效率的空间格局及影响因素

提质增效是目前旅游产业发展面临的重要课题。基于数据包络分析法,选用Python爬取技术,对陕西省107个县域的旅游效率进行测度分析,探讨县域旅游效率的空间格局及其影响的主要因素。研究表明：（1）陕西省旅游效率达到有效的县域数量整体偏低,高旅游效率县域多集中于市辖郊县。（2）县域旅游效率分布不均衡。陕北地区高旅游效率县域主要集中在黄河沿岸,关中地区呈现“西高东低”的现象,陕南地区高旅游效率县域则集中在地市交界处。（3）影响县域旅游总效率、技术效率和规模效率的主导因素不同。旅游收入占GDP比例（反映旅游业水平）、人口密度（反映县域发展水平）及汽车站数量（反映交通服务水平）是影响陕西省县域旅游总效率及技术效率的主导因素,而旅游资源禀赋（反映旅游业水平）、人口密度（反映县域发展水平）则是影响陕西省县域旅游规模效率的主导因素。