胆固醇分子结构中红外光谱研究

采用中红外（MIR）光谱（包括：一维MIR光谱、二阶导数MIR光谱、四阶导数MIR光谱及去卷积MIR光谱）开展了胆固醇分子结构的研究。试验表明：胆固醇分子的红外吸收模式主要包括：■。研究表明,胆固醇分子的去卷积MIR光谱的谱图分辨能力要优于相应的一维MIR光谱、二阶导数MIR光谱和四阶导数MIR光谱。拓展了MIR光谱技术在重要的生理活性物质（胆固醇）分子结构的研究范围。     

鞍山式铁尾矿区土壤重金属含量高光谱反演

土壤中的铜浓度占比过高会对人体和环境造成一定的危害,因此探讨重金属铜含量反演具有重要意义。本研究以唐山典型铁尾矿区43个土壤样品为例,同时测定土壤中铜的反射光谱和含量信息,经多种波谱变换后,通过相关性分析法（CA）和连续投影法（SPA）进行土壤铜含量的特征波段选取,然后利用多元线性回归(MLR)和偏最小二乘回归(PLSR)算法建立了铜含量的反演模型,得到多种光谱数据的反演成效。结果显示：二阶微分处理后的光谱数据,其反演效果较好,CA-PLSR和SPA-MLR两种反演模型中,SPA-MLR的反演精度相对较准确;二阶微分光谱变换后的SPA-MLR模型在估算土壤铜含量方面更有优势。     

煤田火区自然地物热红外发射率光谱测量及其特征

利用傅里叶变换红外光谱仪对新疆水西沟煤田火区自然地物进行发射率光谱测量,采用平滑光谱迭代法对温度和发射率进行分离反演,得到精确的地物温度和发射率,对7种典型自然地物热红外发射率光谱特征进行分析,并选择ASTER影像5个热红外波段进行数据模拟。结果表明：① 波长在8～13 μm,地物热红外发射率光谱特征存在明显差异,尤其是在8.5～10.0,11.3和12～13 μm处,可作为识别不同地物的特征波段;② 发射率光谱在ASTER影像5个热红外波段变化趋势呈现明显区别,在遥感影像对火区地物信息的提取研究中具有实际应用价值;③ 得到的地物发射率为火区地表温度的反演提供了精确的参数,可以提高温度反演的精度。     

采煤沉陷水域叶绿素a浓度遥感监测研究

采煤沉陷水域水质监测分析对矿区环境治理与水资源综合利用具有重要意义,叶绿素a浓度是表征水体富营养化程度的重要指标.以淮南丁集矿、顾桥矿、谢桥矿、张集矿和顾北矿等５座矿井沉陷水域为研究对象,利用 ASD 光谱仪采集了１５个水体样本光谱,对原始光谱、一阶导数、二阶导数及倒数对数的光谱与叶绿素a浓度的相关性进行分析,基于沉陷水域光谱特征,确定了用于淮南矿区沉陷水域叶绿素a监测的波段范围,并选取时间同步的 Landsat８OLI红光波段(Band４)构建沉陷水域叶绿素a浓度的遥感监测模型,地面水体样 本 的 监 测 数 据 验 证 了 该 模 型 具 有 较 高 的 反 演精度.     

黄花地丁结构研究

建立了黄花地丁结构的研究方法。采用中红外(MIR)光谱(包括一维MIR光谱、二阶导数MIR光谱、四阶导数MIR光谱及去卷积MIR光谱)开展了黄花地丁结构研究。结果表明,黄花地丁结构的红外吸收模式主要包括,ν_{C-H-黄花地丁}、ν_{asCH3-黄花地丁}、ν_{asCH2-黄花地丁}、ν_{sCH3-黄花地丁}、ν_{sCH2-黄花地丁}、ν_{C=O-黄花地丁}、ν_{amideⅠ-黄花地丁}、ν_{amideⅡ-黄花地丁}、δ_{CH2-黄花地丁}、δ_{asCH3-黄花地丁}、δ_{sCH3-黄花地丁}和ν_{C-O-黄花地丁}。黄花地丁结构的去卷积MIR光谱的谱图分辨能力要优于相应的一维MIR光谱、二阶导数MIR光谱和四阶导数MIR光...     

准东煤田土壤汞含量的高光谱反演

本文对新疆准东煤田进行实地的野外调查并采集土壤样品,在室内测定风干后的土壤样品光谱反射率,经处理后分析土壤光谱和土壤重金属汞含量的相关性,运用逐步多元线性回归法建立土壤汞含量高光谱估算模型,并由均方根误差(RMSE)和决定系数(R2)检验模型的预测能力和稳定性。结果表明:逐步多元线性回归法建立的模型适合于准东煤田土壤汞含量高光谱估算。其中反射率一阶微分光谱是估算土壤汞含量较好的指标,估算R2为0.93、RMSEP为0.036。研究发现可以通过各种光谱预处理方法提高土壤汞含量的估算精度,从而为研究区生态环境的恢复和评价提供依据。     

大柳塔矿区煤火高光谱热红外定量探测研究

为了准确提取内蒙古大柳塔矿区煤火燃烧范围,基于夜间TASI航空热红外高光谱遥感数据,采用发射率归一化方法和地表同步测温数据建立空-地回归方程反演地表温度,选择合理的阈值提取煤火热异常范围。在此基础上,利用Modtran4模拟大气上行、下行辐射和透过率,并结合反演的地表温度解算地物发射率,利用地物自身发射率光谱上的特性差异,将电厂温排水、热厂房和烟囱等非煤火热异常从煤火热异常中分离,排除了干扰因素对提取地下煤火燃烧异常区范围的影响。结果表明,TASI数据1~16波段(8054.8~9679.3nm)适合煤火热红外温度反演,反演的地表温度精度满足定量探测研究,提取的煤火燃烧热异常范围准确,能够为矿区煤田灭火提供一定的决策支持。     

分数阶微分在高光谱数据估算矿区土壤砷含量中的应用

分数阶微积分将整数微积分的概念推广到分数阶。以准东煤田五彩湾矿区为研究区,测定土壤样本的砷含量及光谱反射率。对土壤光谱、均方根、倒数、对数变换进行对应的0~2阶(间隔0.2阶)微分处理,利用偏最小二乘回归进行建模,并比较不同模型的反演效果。结果表明：均方根变换1.8阶微分数据所建立的模型,RMSEC=1.996,R_2C=0.821,RMSEP=1.973,R_2P=0.890,RPD=2.367为最优模型,能较好的预测土壤砷含量。该结果可为分数阶微分在高光谱遥感监测土壤重金属污染中的应用提供参考。     

煤矿沉陷水域重金属含量高光谱反演

为研究矿区沉陷水域重金属元素含量快速有效的监测方法,以淮南市潘一矿沉陷水域为研究区域;首先利用ASD FieldSpec 4地物光谱仪采集采样点的光谱数据并采集样本,其次,对取回的水样中Cu,Pb,Zn,As,Cd和Cr六种重金属元素含量采用原子吸收光谱仪和原子荧光光度计测定;然后,对光谱数据进行微分变换及倒数对数变换,将变换后的光谱数据与水体重金属含量进行相关性分析,并提取特征光谱;且根据相关性分析结果选择显著相关的波段进行建模。采用单波段分析、多元逐步回归(SMLR)分析及波段深度与偏最小二乘回归(PLSR)结合3种方法分别建立基于光谱反射率估算水体重金属含量的预测模型,并对预测模型进行精度评定,选取各重金属含量的最佳预测模型。结果表明,经过微分变换的光谱波段与重金属元素含量的相关系数有显著提高且达到了更高的相关度。微分变换后,Cu,Pb,Zn,As,Cd和Cr五种重金属元素的最大相关系数分别为0.874,-0.648,0.824,0.764,0.636 和-0.885;Cu,Cr元素含量与二阶微分变换光谱建立的单波段回归模型为最佳预测模型,验证R2分别为0.823,0.806。Pb元素、Zn元素、As元素和Cd元素含量与光谱数据的二阶微分建立的逐步回归模型为最佳预测模型,验证R2分别为0.774,0.724,0.564,0.767。该模型可用于潘一矿沉陷水域重金属含量的快速监测。     

废石尾砂胶结充填体强度与水灰比关系研究

为了深入研究水灰比与胶结体强度之间的关系,使用某矿山提供的废石、尾砂进行胶结体强度正交试验,根据水灰比与强度关系散点图,选定幂函数模型、双曲线函数模型、倒指数函数模型、一阶衰减指数函数模型,利用Origin数据分析软件进行曲线拟合,并对各个模型进行回归分析和方差分析,得到各模型的回归方程与回归拟合相关系数。结果表明,4种函数模型拟合方程均高度显著,一阶衰减指数模型具有最高的拟合相关系数,拟合误差最小。一阶衰减指数模型可较准确反映水灰比与胶结体强度之间关系,是表达水灰比与胶结体强度关系的最佳函数模型,无论是对于工业混凝土还是矿山充填料浆都具有一定的适用性和可靠度,可用于实际充填工程参数设计值的初步估算。     

草原区露天煤矿开发对土壤环境质量的影响

矿区土壤环境质量直接关系到矿区周边草原质量状况和矿区土地复垦与生态修复工作。本文以胜利一号露天矿为例,通过煤矿开发前与开发后土壤质量、再造土壤与原地貌典型草原土壤质量、剥离表土和其他再造土壤,以及有人工种植和无人工种植的再造土壤的对比等多角度研究草原区煤田开发对矿区土壤质量的影响,结果表明:(1)与采矿前相比,胜利一号露天矿开采5年后周边原地貌典型草原土壤pH值略有升高,重金属元素As、Hg、Cu、Cd等含量均高于采矿前水平,有机质、速效钾和速效磷等营养元素含量也较采矿前有所升高;(2)与原地貌典型草原土壤相比,露天煤矿排土场再造土壤重金属含量明显增加,有机质和营养元素含量有所降低;(3)剥离表土有机质和营养元素较其他再造土壤丰富,而且小型分散表土堆较大型表土排放场更有利于保持表土的营养成分;(4)人工种植会显著增加再造土壤有机质和多数营养元素的含量。     

煤矿塌陷区不同复垦年限土壤颗粒组成分形特征

土壤的颗粒组成在某种程度上决定了土壤的结构和性质,为探究不同复垦年限下土壤理化性质的变化规律,以土壤颗粒分形理论为基础,选取邹城市典型采煤塌陷地作为研究对象,统计分析了煤矿塌陷区土壤颗粒分形特征及其与土壤不同粒径含量和土壤养分状况间的关系。结果表明:①随复垦年限增加,土壤理化性质变好,土壤颗粒分形维数增大。②在垂直剖面尺度上,土壤颗粒分形维数与黏粒、粉粒、密度、有机质含量呈极显著正相关关系(p0.01),而与砂粒含量、孔隙度呈极显著负相关(p0.01),与碱解氮、速效磷、速效钾含量相关性很小。③在时间尺度上,土壤颗粒体积分形维数与黏粒、粉粒、有机质含量、密度存在极显著正相关关系,与土壤碱解氮、速效钾、速效磷呈显著正相关,与砂粒含量、孔隙度呈极显著负相关关系。     

京山市钱场—新市两镇表层土壤有机质含量分布及影响因素

在京山市土地质量地球化学评价(二期)的基础上,通过分析表层土壤有机质含量分布及影响因素,发现京山市钱场—新市两镇表层土壤有机质资源较为丰富,含量为1.68～177.39 g/kg,平均值为30.74 g/kg,是全国土壤有机质含量的1.53倍.区内不同土壤类型对表层土壤有机质含量有明显影响,石灰土含量最高,潮土含量最低...     

鄂尔多斯盆地张家滩页岩元素地球化学特征及与有机质富集的关系

选择鄂尔多斯盆地中南部张家滩页岩的64块岩芯样品,开展了有机碳和主、微量元素等地球化学测试工作。在分析其主、微量元素等地球化学特征的基础上,对张家滩页岩的古气候、古氧化还原条件和古生产力等古沉积环境进行了研究,讨论了控制鄂尔多斯盆地张家滩页岩有机质富集的主要因素。研究结果表明:张家滩页岩有机碳含量(TOC)较高,达2.14%~11.44%。与贫有机质页岩段相比,富有机质页岩段的Na_2O,CaO,U,V,Ba,Cu富集而Al_2O_3,TiO_2,K_2O,MgO含量低。古沉积环境指标表明张家滩页岩沉积时位温暖潮湿-半干旱的古气候,沉积底水氧化还原环境为贫氧-厌氧环境,表层水具有中—高的古生产力。有机质含量与氧化还原指标间的正相关关系表明,有机质含量主要受水体的氧化还原程度的控制,有机质富集属于"保存条件"模式。进一步研究显示,张家滩页岩有机质的富集主要是由古气候变化所造成湖水缺氧程度所控制。     

基于高分二号卫星影像高潜水位煤矿区沉陷地土壤含水量监测

高潜水位地区煤炭开采破坏导致地表沉陷出现积水和斜坡,沉陷内土壤含水量会分布不均匀,影响农作物的生长,从而严重影响矿区居民的生产和生活。因此大范围快速、精确监测高潜水位地区煤矿开采区的土壤含水量具有重要现实意义。卫星遥感技术可以快速、准确、高效监测矿区土壤含水量。通过遥感手段对高潜水位采煤塌陷地土壤含水量进行监测,探求出一个比较方便、快速、合理监测高潜水位采煤塌陷地土壤含水量分布状况方法,为矿区环境影响评价、农作物估产、破坏等级评价、耕地损害补偿与土地复垦方案的编制提供参考依据。借鉴土壤含水量遥感监测经验,通过野外实地采集土壤样本并测量土壤光谱数据,在室内测量土壤含水量,分析实测地面光谱数据与土壤含水量的变化关系,结合实测的土壤含水量与光谱特征数据,对土壤含水量与实测水体光谱进行相关性分析,得到土壤含水量光谱数据敏感波段范围。结合高分二号卫星影像谱段数据特点,将实测光谱波长按照波段范围划分为与高分二号卫星影像谱段对应的4个波段,即450~520,520~590,630~690,770~890 nm,再取各个波段范围反射率的平均值与土壤含水量光谱反射率进行相关性分析,寻求高分二号卫星影像监测土壤含水量最敏感的波段数据,在确定遥感探测敏感波段的基础上,建立了土壤含水量与光谱反射率的遥感反演模型,即:S曲线模型、逆函数模型,基于预处理的高分二号卫星影像进行沉陷区地土壤含水量遥感反演,从而得到高潜水位采煤塌陷地土壤含水量的空间分布情况。研究结果表明不同土壤含水量的光谱特征基本相似,实测地面光谱数据与土壤含水量的变化关系为土壤光谱反射率随着波长的增长而增大,呈正相关关系;土壤含水量与高分二号卫星影像数据B3波段的反射率具有显著的负相关关系,可将B3波段作为监测土壤含水量最敏感的波段;通过对S曲线模型、逆函数模型进行分析与检验,S曲线模型比逆函数模型更接近实测值;基于高分二号遥感影像,利用S曲线模型进行遥感反演,可以迅速得到高潜水位采煤塌陷地土壤含水量空间等级分布图。     

鄂尔多斯煤田高强度井工煤矿开采对土壤物理性质的扰动

为给矿区水土流失防治与生态保护等提供理论依据,在对大柳塔52303工作面不同地表影响区域(非采区、外拉伸变形区、内拉伸变形区、压缩变形区和中性区)0.10~0.15 m深度土壤进行开采前后同位置取样测试的基础上,基于统计学和地统计学理论相结合的方法,分析了煤炭开采对土壤物理性质扰动的统计变化规律和空间变异规律。研究结果表明:① 从开采后相对于开采前的平均值变化来看:天然含水量、容重、黏聚力显著减小,尤其天然含水量和黏聚力减小更明显,两者分别减小24%和48%;内摩擦角增加了9%。说明开采显著降低了容重,尤其是天然含水量和黏聚力的平均值,增大了内摩擦角平均值。② 开采对天然含水量、内摩擦角以及黏聚力的扰动具有明显的空间规律性,并且受天然含水量变化的影响,开采对黏聚力和内摩擦角扰动的空间规律性与开采对天然含水量影响的空间规律具有很强的相关性。在外拉伸变形区开采降低了黏聚力;由内拉伸变形区向中性区方向,开采降低天然含水量和黏聚力越来越明显,增大内摩擦角越来越明显。③ 开采后,天然含水量、内摩擦角以及黏聚力的块金值不同程度减小,有机质和天然孔隙比的块金值不同程度增加,说明开采增强了天然含水量、内摩擦角以及黏聚力的空间依赖性,减弱了有机质和天然孔隙比的空间依赖性。因此,建议该区域水土流失防治应该重点针对内拉伸变形区、压缩变形区以及中性区进行,土壤修复应重点针对天然含水量、黏聚力、内摩擦角以及容重进行,生态恢复则要考虑区域间和变量间的联系性。     

Soil diagnosis and land suitability assessment for vegetation restoration on coal waste piles in Liupanshui,Guizhou, China

This study analyses physicochemical properties of soils from coal waste piles at the Naluozhai Coal Mine that were dumped 5, 15, 25 and 35 years ago, respectively. The soil at a 20-year old coal waste site where Vetiveria Zizanioides was cultivated was taken as a control. Principal components were analysed to determine their weights, and the weighted summation method was used to calculate soil quality integrated index (SQI). Eight indices were considered to assess land suitability for vegetation restoration, namely pH value, soil layer depth, field moisture capacity, stable infiltration, volume weight, total porosity, organic matter content and vegetation coverage. The results showed that vegetative restoration depends primarily on the organic matter content of the coal waste pile; the control pile recorded the highest SQI and it was satisfactory for vegetation restoration; the 35-year old pile was encouraging for vegetation restoration, second only to the control pile.     

湖泊底泥燃烧特性及其热动力学分析

湖泊底泥为沉积于湖泊水体底部的黏土、泥沙、有机质及各种矿物的混合物,因其含有较高的SiO_2、Al_2O_3等成陶成分和一定的CaO、MgO、K_2O、Na_2O等助熔成分以及部分有机物,可作为焙烧陶粒或其他烧结制品原料进行资源化利用。本文选用湖北黄石某湖泊底泥,测定其烧失量和有机质含量,采用XRF、ICP-OES和XRD研究其物化特性,并用同步热分析-质谱联用仪(TG-DSC-MS)进行热分析,对结果进行热动力学计算。结果表明:湖泊底泥的主要成分为石英、方解石、镁方解石、云母等矿物质;其中,SiO_2含量为52.3%,Al_2O_3含量为14.41%,Fe_2O_3含量为6.89%,S含量为0.39%,P含量为0.13%,以及极少量的重金属,烧失量为14.19%,有机物含量为10.86%。湖泊底泥燃烧过程中气体释放主要发生在120～750℃阶段,主要气体有CO_2、H_2O、NO、NO_2等,不同升温速率对湖泊底泥燃烧过程无明显影响;湖泊底泥的燃烧失重过程可以分为两个阶段,利用Coats-Redfern法的一级反应模型能够很好地描述湖泊底泥的燃烧过程,在第一阶段湖泊底泥活化能约为22.00kJ/mol,可为湖泊底泥烧结制品控制反应历程和研究固化机理提供参考。