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我国退化草原恢复的限制因子及需要解决的基础科学问题

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中国科学基金 2023年第4期37卷 571-579页

作者：潘庆民杨元合黄建辉中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室北京100093

草原约占我国国土面积的30.5%,大面积的草原退化严重降低了我国草原的生态服务功能,并影响到国家的生态安全和粮食安全。目前,我国退化草原面积仍超过70%,修复大面积退化的草原是我国新时代生态文明建设的重大需求。本文分析了我国退化... 详细信息

草原约占我国国土面积的30.5%,大面积的草原退化严重降低了我国草原的生态服务功能,并影响到国家的生态安全和粮食安全。目前,我国退化草原面积仍超过70%,修复大面积退化的草原是我国新时代生态文明建设的重大需求。本文分析了我国退化草原难以恢复的限制因子,指出繁殖体限制、微生物限制、养分限制和水分限制的叠加作用是我国退化草原难以恢复的主要原因;讨论了退化草原恢复的目标,指出“近顶极群落”可以作为我国退化草原恢复的最终目标;并提出了我国退化草原恢复在植物物种水平、群落水平和生态系统水平需要解决的基础科学问题,以期为我国退化草原恢复的基础研究和相关技术研发提供参考。

关键词：草原退化限制因子草原修复恢复目标

氮磷养分共同添加促进退化典型草原恢复的机制

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应用生态学报 2023年第1期34卷 75-82页

作者：戚智彦吕亚香刘伟孙佳美王璟潘庆民中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室北京100093 中国科学院大学北京100049

土壤养分含量降低是我国草原退化的主要原因之一,养分添加是退化草原恢复的有效措施,但过量养分添加会导致物种多样性降低。为了探讨适宜的养分添加量以及养分添加促进退化草原恢复的机制,本研究选择内蒙古典型草原的退化群落,通过氮(N)... 详细信息

土壤养分含量降低是我国草原退化的主要原因之一,养分添加是退化草原恢复的有效措施,但过量养分添加会导致物种多样性降低。为了探讨适宜的养分添加量以及养分添加促进退化草原恢复的机制,本研究选择内蒙古典型草原的退化群落,通过氮(N)磷(P)养分共同添加梯度试验,研究了退化典型草原在群落、功能群和物种3个组织水平上对养分添加的响应。结果表明:在群落水平,养分添加显著促进了退化典型草原生物量,但没有降低物种多样性;群落生物量随养分添加水平表现为饱和曲线响应,在12.0 g N·m^(-2)、3.8 g P·m^(-2)水平趋于饱和;物种多样性在低养分添加水平(N<9.6 g·m^(-2)、P<3.0 g·m^(-2))较对照显著增加,在其余养分添加水平未发生显著变化。在功能群水平,随着养分添加量的增加,多年生根茎禾草在群落中优势度增加,生物量和密度均显著提高;一年生植物生物量和密度在高养分水平添加下显著增加,多年生丛生禾草和杂类草无显著变化。在物种水平,6个物种对养分添加响应不同,羊草通过增加种群密度和个体大小显著增加了种群生物量;大针茅、冰草和糙隐子草种群生物量没有显著变化;星毛委陵菜和黄囊苔草分别因为降低个体大小和种群密度减少了种群生物量。养分添加作为草原恢复的措施,可以显著增加退化草原生物量和物种多样性,降低植物群落中退化指示种,增加多年生根茎禾草。

关键词：退化草原草原恢复养分添加植物群落组成

7种茎叶除草剂对恶性入侵物种刺果瓜的防治效果

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新农业 2022年第23期 6-7页

作者：栾云松潘庆民翟强辽宁省农业发展服务中心辽宁沈阳110034 沈阳农业大学生物科学技术学院辽宁沈阳110866

外来生物入侵已经严重影响生态安全及生物多样性。恶性外来入侵物种刺果瓜严重威胁着当地生物多样性和农业生产。本研究通过比较常见的7种茎叶除草剂对刺果瓜幼苗的防治效果,筛选出最适合的除草剂及其施用浓度,旨在为防治刺果瓜提供依据。

关键词：刺果瓜除草剂入侵植物

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生物质成型燃料热解半焦产率及理化特性

农业工程学报 2019年第21期35卷 229-234页

作者：涂德浴潘庆民张传佳陈文安徽工业大学机械工程学院马鞍山243032 农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室北京100081 中国科学院等离子体物理研究所合肥230031

生物质成型燃料热解特性是其热化学转换利用的理论基础。该文以杨木屑、松木屑、松针叶、杨木锯末与花生壳混合物4种原料经模压成型后分别在不同升温速率和不同终温条件下热解制得的半焦为研究对象,对其成分及表面形貌变化情况进行试验... 详细信息

生物质成型燃料热解特性是其热化学转换利用的理论基础。该文以杨木屑、松木屑、松针叶、杨木锯末与花生壳混合物4种原料经模压成型后分别在不同升温速率和不同终温条件下热解制得的半焦为研究对象,对其成分及表面形貌变化情况进行试验研究及分析。研究结果表明随着升温速率的提高,半焦的固定碳含量逐渐降低,灰分含量逐渐增加;生物质原料的种类对热解半焦固定碳含量也有较大影响,试验结果发现几种原料中杨木屑成型燃料热解半焦的固定碳质量分数最高为70.94%。通过SEM图像分析可以看出,随着热解反应的进行,半焦表面结构越发复杂,孔隙开始变化主要发生在573~673K,半焦表面形成较多孔隙结构,比表面积快速增大;不同种类生物质成型燃料的热解半焦表面形貌有较大差异,杨木锯末+花生壳混合物以及松木屑在热解时都出现排列更为规则的孔隙结构;松针叶成型燃料在热解过程中一直存在更为紧密的特殊半焦表面形貌,微孔容积相对较小。

关键词：热解生物质成型燃料半焦扫描电镜孔隙结构

草地生产与生态功能合理配置的理论基础与关键技术

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科学通报 2016年第2期61卷 201-212页

作者：白永飞潘庆民邢旗中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室北京100093 内蒙古自治区草原勘察规划院呼和浩特010051

草地生产功能和生态功能的合理配置对于生态草业的可持续发展至关重要.本文总结了国内外草业发展现状,特别是我国草地经营管理中存在的主要问题;介绍了草地生产与生态功能合理配置的6个基础理论:放牧优化假说、中度干扰假说、放牧促进/... 详细信息

草地生产功能和生态功能的合理配置对于生态草业的可持续发展至关重要.本文总结了国内外草业发展现状,特别是我国草地经营管理中存在的主要问题;介绍了草地生产与生态功能合理配置的6个基础理论:放牧优化假说、中度干扰假说、放牧促进/减缓生态系统养分循环假说、草畜平衡理论和草地农业系统理论.在分析生态草业发展面临的主要技术瓶颈基础上,提出了生态草业建设的核心技术体系,着重介绍了退化草地恢复与培育的4项技术、天然草地保护与合理利用的2项技术,以及人工草地建设与管理的技术.最后介绍了天然草地和人工草地配置的原则,以及人工草地的类型选择与合理布局的技术.所述理论和技术对于指导我国生态草业建设和可持续发展具有重要指导意义.

关键词：生态草业天然草地人工草地草地恢复草地管理

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鲁西北棉区实行棉瓜菜间套作一年多熟效益高

耕作与栽培 1990年第3期10卷 15-16页

作者：潘庆民山东农业大学德州农专

鲁西北棉区,包括山东省西北部的聊城地区、德州和惠民地区的大部分,占全省棉田面积的50%左右。年平均气温10～13℃,>0℃积温在4600℃,年日照时数约为2600小时,年降水量在600毫米左右。无霜期约在200天。地势平坦,水源丰富,是山东最大的... 详细信息

鲁西北棉区,包括山东省西北部的聊城地区、德州和惠民地区的大部分,占全省棉田面积的50%左右。年平均气温10～13℃,>0℃积温在4600℃,年日照时数约为2600小时,年降水量在600毫米左右。无霜期约在200天。地势平坦,水源丰富,是山东最大的棉花产区。

关键词：棉花瓜菜间作一年多熟制

云贵高原生态草牧业立体发展模式探索:以云南省永善县为例

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草业科学 2022年第2期39卷 381-390页

作者：孙佳美刘智全钟瑾王天威王相权孙昌荣高树琴潘庆民中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室北京100093 中国科学院生态草牧业工程实验室北京100093 中国科学院微生物研究所微生物资源前期开发国家重点实验室北京100101 永善县农业农村局云南永善657300

发展生态草牧业是我国新时代农业结构调整的重要内容。南方草山草坡可利用面积约4.7×10^(5 )km^(2),具有丰富的光、热、水、土资源,牧草生长期长、生产力高,蕴藏着巨大的生态草牧业发展潜力。同时,南方草山草坡地形复杂,植被和气候呈... 详细信息

发展生态草牧业是我国新时代农业结构调整的重要内容。南方草山草坡可利用面积约4.7×10^(5 )km^(2),具有丰富的光、热、水、土资源,牧草生长期长、生产力高,蕴藏着巨大的生态草牧业发展潜力。同时,南方草山草坡地形复杂,植被和气候呈现出明显的垂直分异。但是,迄今对南方草牧业模式的探索较少。为此,在云南省昭通市永善县开展生态草牧业科技示范工作,根据不同海拔的气候和植被特点,探索适合云贵高原不同海拔的草山草坡草牧业发展模式。得出:在高海拔(2500 m以上)地区,发展以放牧为主的草牧业模式;在中海拔(1500~2500 m)地区,发展放牧与舍饲结合的草牧业模式;在低海拔(1500 m以下)地区,发展以舍饲为主的草牧业模式,从而在云贵高原形成生态草牧业立体发展模式。在此基础上提出未来南方草山草坡发展生态草牧业需进一步考虑草畜平衡、生态草牧业全产业链技术研发以及“科技+政府+企业+农牧户”模式的推广,以期为南方草山草坡生态草牧业发展提供决策依据。

关键词：生态草牧业草山草坡天然草地栽培草地草产品加工放牧舍饲

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椭球液滴撞击超疏水表面反弹过程数值分析

计算力学学报 2021年第2期38卷 215-221页

作者：涂德浴潘庆民童宝宏安徽工业大学机械工程学院马鞍山243032

液滴在自由落体或受外力作用时常发生椭球形变,对其撞击超疏水壁面的运动形态及形成二次液滴有较大影响。本文假定具有不同轴向半径比值(AR)的椭球形液滴,采用耦合水平集-体积分数(CLSVOF)方法对椭球形液滴撞击超疏水平壁面进行数值模... 详细信息

液滴在自由落体或受外力作用时常发生椭球形变,对其撞击超疏水壁面的运动形态及形成二次液滴有较大影响。本文假定具有不同轴向半径比值(AR)的椭球形液滴,采用耦合水平集-体积分数(CLSVOF)方法对椭球形液滴撞击超疏水平壁面进行数值模拟研究,对椭球形液滴撞击超疏水平壁面反弹过程运动形态和AR对二次液滴形成的影响进行分析。研究表明,不同AR液滴撞击超疏水壁面后反弹过程具有一定相似性,同时存在明显差异。液滴反弹过程中会拉伸形成长液柱,其未扰动界面直径随AR的增大而减小。在Plateau-Rayleigh不稳定性影响下,长液柱会发生破碎形成二次液滴,但较低的AR对二次液滴的形成有较明显的抑制作用,当AR小于临界值0.6时,反弹过程中液滴内部压力均匀稳定,最终不产生二次液滴。

关键词：椭球液滴碰壁超疏水表面计算流体力学二次液滴

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液膜流动对椭球液滴撞壁过程的影响

液膜流动对椭球液滴撞壁过程的影响

作者：潘庆民安徽工业大学

学位级别：硕士

自然界及日常生产生活中,广泛存在液滴撞击壁面的现象,其中的流体力学、热量传递和运输机理等问题,一直是学术研究的热点。研究表明,液滴自由落体时会发生拉伸和压缩的周期性变化,使液滴在撞击壁面前呈椭球形,在气流、电场和磁场等影响... 详细信息

自然界及日常生产生活中,广泛存在液滴撞击壁面的现象,其中的流体力学、热量传递和运输机理等问题,一直是学术研究的热点。研究表明,液滴自由落体时会发生拉伸和压缩的周期性变化,使液滴在撞击壁面前呈椭球形,在气流、电场和磁场等影响因素下,液滴也会发生变形。液滴持续撞击干壁面后,会形成一层薄液膜附于壁面上,许多工况中的液膜具有一定的流动速度,随后的液滴继续撞击具有流动液膜的润湿壁面,撞击现象明显不同。由于气泡夹带、气泡卷吸、温度和压力变化等因素,液体中会出现气泡,气泡的存在会对壁面传热特性、介质工作寿命和设备振动等造成影响。本文建立椭球液滴撞击壁面的数值模型,分析了椭球液滴的撞击特性及液膜流动性对椭球液滴撞击过程的影响。主要工作内容和结论如下:(1)使用耦合水平集-流体体积法(CLSVOF)对椭球液滴撞击壁面的过程进行数值模拟,对比发现仿真结果和文献中的实验结果较吻合,验证了模型建立的有效性及数值计算方法的可行性。对椭球液滴撞击铺展及反弹过程进行一定分析发现:椭球液滴的最大铺展半径和至最大铺展半径的时间均随AR的增加而增大。反弹过程中会形成液柱,其产生明显颈缩前,最大半径Rr随着AR的增大整体呈减小趋势。在不稳定性作用下,液柱发生二次液滴破碎现象。较高的AR会促进液滴反弹时二次液滴的产生,而低AR对二次液滴破碎存在明显的抑制作用,尤其是当AR小于临界值0.6时,反弹过程中不会破碎产生二次液滴。(2)开展了椭球液滴撞击静止和流动薄液膜的数值模拟研究,探究了流动液膜对椭球液滴撞击过程的影响,分析了过程中形态变化、射流形成过程及压力分布不对称等现象。研究发现液滴撞击流动液膜时更易形成颈部射流,同时液膜的流动性会促进射流发展成高度不对称的冠状水花,两侧水花高度随液滴AR的增加而增加。流动液膜具有初始运动速度,逆流侧液体速度分布与铺展方向相反,运动间断作用效果明显。液膜流速的增加抑制了顺流侧水花高度的发展,而对逆流侧水花具有促进作用,但水花高度还需考虑椭球液滴形态对飞溅的影响。椭球液滴撞击流动液膜后撞击点下方及两侧壁面压力均较静止液膜中明显增大,压力分布也呈不对称性,压力分布系数随AR的增大而增大。(3)对比研究了椭球液滴撞击静止和流动的含气泡液膜的过程,分析了液滴形态、液膜流速和撞击速度对气泡及液膜变化的影响。分析发现,气泡对静止液膜中水花的形态影响较小,而气泡的变形过程受椭球液滴形态影响明显。在静止液膜中,气泡会出现附壁气泡破裂和气环破裂,且均会导致弹坑底部产生射流。当液滴撞击含气泡流动液膜时,气泡和液膜均会发生较静止时不同的变化:气泡随着液膜流速的增加会出现破裂、附于壁面流动和于液膜中流动三种现象;水花呈不对称性形态,直径随流速的增加而明显增加。流动液膜中的气泡破裂后,液壳中液体的合速度倾斜向下指向壁面,无底部射流产生。气泡破裂时间随液膜流速和椭球液滴AR值的增大而减小。本文建立椭球液滴撞击干壁面和流动液膜的数值模型,探究了椭球液滴的撞击特性,考察了椭球液滴撞击流动液膜的过程,进一步分析了液膜流速和液滴AR对水花高度、压力分布和气泡行为的影响。本文工作可为深入研究流动液膜受形变液滴撞击的过程提供参考,同时深化了对形变液滴撞击下气泡动力学的理解。

关键词：椭球液滴壁面流动液膜含气泡液膜 CLSVOF方法