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2020年  第52卷  第3期

特约综述
城市绿地生态系统蒸散的研究进展
臧传富, 卢欣晴
2020, 52(3): 1-9. doi: 10.6054/j.jscnun.2020036
摘要:
在城市化过程中,城市绿地的规划和建设在不断完善,已逐渐形成具有城市特色的绿地生态系统.该生态系统具有美化环境、净化空气和减少噪音等方面的生态功能,对城市更新和人体健康有重要的作用.城市绿地的生态和水文过程是研究绿地生态系统功能的重要因素,尤其是蒸散作为生态过程和水文过程相互作用机制的重要环节,在城市绿地生态水文研究中具有重要意义.文章从城市绿地生态系统的研究内容、研究尺度、研究方法及对国内外研究进展和未来研究方向等方面进行了综述;提出在城市绿地生态系统生态水文研究中,应该把尺度转换问题作为城市绿地生态系统蒸散研究的主要问题之一;同时提出将城市绿地生态系统的水文过程和生态过程在空间和时间上加以整合,揭示影响绿地生态系统蒸散各因子之间的相互作用机制,也是城市生态水文学迫切解决的科学问题之一;最后,对未来应加强城市绿地生态系统蒸散和暴雨内涝的相互作用机制研究、重视不同尺度的城市绿地生态系统水文过程的长期定位观测及绿地的功能布局对人类健康的影响研究进行展望.
物理学与光学工程
室温原子气室中基于电磁诱导透明和吸收效应的微波电场测量
刘笑宏, 梁洁, 陈常军, 黄巍, 廖开宇
2020, 52(3): 10-16. doi: 10.6054/j.jscnun.2020037
摘要:
基于里德堡原子的量子干涉效应,对微波电场的溯源进行测量.该方法使用室温铷原子气室作为探头,通过对双光子电磁诱导透明、三光子电磁诱导透明和三光子电磁诱导吸收效应的Autler-Townes分裂进行理论分析,并讨论了原子散粒噪声的测量极限.该方法不仅适用于微波电场的可溯源、自校准测量,还可被用于微波电场的亚波长成像以及矢量测量,将为进一步实现原子微波探头的小型化和集成化提供参考.
基于深度神经网络的高频谱效率频分复用系统的信道估计方法
陈嘉润, 余宝贤, 王剑莹, 张涵
2020, 52(3): 17-21. doi: 10.6054/j.jscnun.2020038
摘要:
针对高频谱效率频分复用(SEFDM)系统, 提出了一种基于深度神经网络(DNN)的信道估计方法.该方法使用等间隔相互正交的导频符号, 将其接收信号作为DNN的输入信号, 通过4层的全连接DNN结构提取信道特征, 最终实现了时域上的信道估计.仿真结果表明:提出的信道估计方法在同等条件下的均方误差(MSE)明显比最小二乘法(LS)的低, 对应的解调性能也更优, 且对导频数量具有更强的鲁棒性, 由此反映出该方法的优越性.
深部近距离厚煤层开采覆岩结构空间的演化规律与应力分布特征
吕可, 王金安
2020, 52(3): 22-28. doi: 10.6054/j.jscnun.2020039
摘要:
针对深井近距离煤层回采过程中,煤层工作面及其巷道频繁出现的形变过大、矿压突增问题,以海石湾煤矿近距离煤层开采为参考,采用相似模拟实验与理论计算方法,分别对距离相近的煤层因回采造成的覆岩结构演化、运动及围岩应力变化进行了模拟与分析.研究表明:覆岩中主关键层是否失稳破断对矿压分布的影响重大.在主关键层破断前,近场结构是矿压增量的主要来源,并使矿压具有波动性;当主关键层破断后,远场结构对于近距离各煤层矿压增量均起到主要作用,并使其变化特征具有典型的跳跃性.自下而上逐级传播的覆岩结构演化造成了主关键层的阶段性沉降,对于矿压的跳跃式变化起到了主要作用.研究发现了近距离煤层开采过程中的覆岩演化规律和矿压产生机理,对于采场矿压控制和巷道支护优化具有指导意义.
化学与环境
基于密度泛函理论对咔咯-吩噻嗪二元体激发态电荷转移的研究
高龙江, 刘海洋
2020, 52(3): 29-34. doi: 10.6054/j.jscnun.2020040
摘要:
采用密度泛函理论(DFT)对咔咯与吩噻嗪形成的F10C-PTZ供体-受体体系进行了计算,包括几何结构、前线分子轨道、电子-空穴分析、吸收光谱等基态和激发态性质;探讨了二元体间隔基和取代基位置对电荷转移激发态的影响.结果表明:F10C-PTZ二元体存在供体-受体间的电荷转移激发态;间隔基的C—C键会阻碍供体-受体的电荷转移,而间隔基的C—C键可增强体系的共轭性,有利于供体-受体的电荷转移;当供体取代位置与五氟苯基相邻时,咔咯上五氟苯基的拉电子效应使得供体-受体激发的电荷转移更易于发生.
乙二胺四乙酸和乙二胺四亚甲基膦酸清除铁垢性能的量子化学计算
赵晓洋, 唐静, 刘伟, 肖信, 南俊民
2020, 52(3): 35-41. doi: 10.6054/j.jscnun.2020041
摘要:
采用密度泛函的B3LYP方法,对所有原子采用DEF2-TZVP基组,以水为溶剂,计算了配合物分子Fe(EDTA)和Fe(EDTMP)的几何结构、轨道和空间位阻,分析了二者溶垢能力差异的原因.结果表明:配合物为低自旋态的六配位八面体结构,EDTA与Fe3+的结合能大于EDTMP的;EDTA由于羧基形成离域π键,加强了配位键的电子离域程度,而EDTMP的膦酸基只有σ键,从而使Fe(EDTA)配位键的共价作用比Fe(EDTMP)的强;Fe(EDTMP)中膦酸基之间存在空间位阻效应,也不利于EDTMP与Fe3+的结合.
花状Ni(OH)2微球的制备及其对尿酸的快速检测
赵小铷, 闫炳东, 涂进春
2020, 52(3): 42-47. doi: 10.6054/j.jscnun.2020042
摘要:
采用微波辅助水热法制备了均匀分级的氢氧化镍(Ni(OH)2)微球,通过X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对Ni(OH)2的组成和形貌进行了表征. Ni(OH)2微球的平均直径约1.6 μm,复杂的花状结构使其具有较大的比表面积.将微球制备成Ni(OH)2修饰的玻碳电极,并将其用于0.1 mol/L NaOH溶液中尿酸(UA)的检测,该电极具有良好的电催化活性.这种传感器表现出较宽的线性范围(0.1~1.5 mmol/L)和高灵敏度(475.71 μA ·L/(mmol ·cm2)),且有较低的检出限(1.8 μmol/L).利用电化学测试对内源性干扰物进行检验,发现Ni(OH)2微球修饰电极对UA的选择性较好.结果表明:Ni(OH)2微球在研发无酶尿酸传感器方面具有重要的应用潜力.
MgO掺杂SnO2甲醛传感器的气敏性能
刘咏梅, 张思凡, 刘敏, 李芳
2020, 52(3): 48-53. doi: 10.6054/j.jscnun.2020043
摘要:
用MgO掺杂SnO2材料(SnO2/MgO)研制了旁热式甲醛传感器,采用紫外光激发的方式使传感器能在室温下工作.利用X射线衍射仪、热场发射扫描电镜、比表面积与孔隙率分析仪对SnO2和SnO2/MgO材料进行了物相组成、微观形貌的表征和比表面积的测定,并在不同退火温度、不同紫外光照射强度下对传感器进行了性能测试.结果表明:掺杂后的材料比表面积更大、吸附能力更强,当退火温度为650 ℃、紫外光照射强度为1.75 mW/cm2时SnO2/MgO传感器的灵敏度最好.在以相同体积分数的O2、C2H6O作为干扰气体时,SnO2/MgO气敏传感器对甲醛具有良好的选择性.研究结果为探索高灵敏的甲醛检测新技术提供了参考.
山地水田土壤环境质量评价及重金属来源解析
张金兰, 黄程亮, 黄秋鑫, 陈克海
2020, 52(3): 54-61. doi: 10.6054/j.jscnun.2020044
摘要:
选择以非传统重点关注农区——广东省东部山地水田土壤作为研究对象,调查土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu等6种重金属的质量分数水平及空间分布情况,评价环境质量现状并进行重金属来源解析.研究结果表明:该区水田土壤环境中各重金属的平均质量分数未超过国家标准中的农田土壤污染风险管制值;基于筛选值的样本超标率均在10%以下,土壤环境质量总体良好,农产品重金属超标风险低;土壤中重金属的来源可能主要包括受人为干扰的土壤成土母质因素、工业污染因素、无干扰的土壤成土母质因素和交通污染因素,分别影响土壤中Cd、As、Cr、Cu、Hg、Pb的质量分数和空间变化特征,是导致土壤环境污染的潜在因素.建议该区在发展农业经济、工业经济、公共服务体系等时,注意做好环境规划、管理及污染防治;对超筛选值的轻度和中度污染土壤采取进一步的生态风险评估和农产品协同监测机制,对极少数重度污染土壤采取改种非食用农作物的措施.
生物学与生物工程
靶向多肽功能化阳离子聚合物携载ZNF580质粒对内皮细胞增殖的影响
朵兴红, 姜萧韩, 周若琦, 冯亚凯, 刘晶
2020, 52(3): 62-69. doi: 10.6054/j.jscnun.2020045
摘要:
通过原子转移自由基聚合(ATRP)方法制备了以多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)为骨架的POSS-(PDMAEMA)8(PPD)星型阳离子聚合物,通过巯基-双键化学反应,将特异性靶向EA.hy926内皮细胞的CREDVW多肽键接在PPD阳离子聚合物末端,得到POSS-(PDMAEMA)8-PPEGMA-CREDVW(PPD-CREDVW)阳离子聚合物.在n(N)/n(P)=5时,PPD-CREDVW阳离子聚合物携载pEGFP-ZNF580(pDNA)质粒自组装形成粒径为125.67±3.31 nm、zeta电位为10.64±1.65 mV的PPD-CREDVW/pDNA基因复合胶束.细胞实验结果显示:与PPD/pDNA基因复合胶束相比,PPD-CREDVW/pDNA基因复合胶束携载基因能力强、细胞毒性低、易被细胞摄取,能够显著提高EA.hy926内皮细胞的转染,促进细胞的增殖.
α6/α3β2β3乙酰胆碱受体在非洲爪蟾卵母细胞中的表达及其条件优化
施西子, 毛楷林, 朱晓鹏, 长孙东亭, 罗素兰
2020, 52(3): 70-77. doi: 10.6054/j.jscnun.2020046
摘要:
为建立有效的α6/α3β2β3 nAChRs(α6/α3β2β3,或简写为α6β2*,*代表其他亚基)体外重组表达实验模型,利用非洲爪蟾卵母细胞表达体系,采用显微注射RNA的方法,利用双电极电压钳技术检测电流,对α6/α3β2β3 nAChRs亚型进行体外重组表达研究,并对其表达条件进行优化,获得了α6/α3β2β3 nAChRs优化的重组表达体系.烟碱型乙酰胆碱受体(nAChRs)是一类重要的配体门控离子通道,其亚型众多且结构相似,但各亚型的生理学和药理学功能截然不同.天然的α6β2* nAChRs很难体外表达,体外表达模型的表达电流非常小.因此, 本实验拟研究优化该亚型的表达,进行优化后的体外表达模型,产生的激发电流显著提高,为以该亚型为靶点的新药筛选提供实验模型和基础.
异源表达花生基因AhGLK1对拟南芥glk1glk2突变体表型特征及抗旱性的影响
刘星, 苏良辰, 张拜宏, 曾丽丹, 李媚娟, 李玲
2020, 52(3): 78-84. doi: 10.6054/j.jscnun.2020047
摘要:
为探讨花生基因AhGLK1对拟南芥表型特征和抗旱能力的影响,以glk1glk2突变体为实验材料,异源表达AhGLK1,观察转基因拟南芥表型特征,包括叶色、叶片数量和形态等;利用共聚焦显微镜观察叶绿体;测定拟南芥叶片失水率和旱后存活率;利用荧光测定仪检测干旱和复水恢复过程中,拟南芥叶片叶绿素荧光参数的变化.结果表明:AhGLK1/glk1glk2回复株系拟南芥叶片呈绿色,叶片数量增加,叶片卷曲,叶柄增长,叶绿体发育完善,气孔增多,叶片保水性提高,旱后存活率显著升高.叶绿素荧光参数在干旱胁迫下显著降低,而复水时恢复.证明AhGLK1通过影响叶片数量、形态发育以及光合作用等提高拟南芥的抗旱能力.
地理科学与技术
基于VCI的2003—2017年广东省干旱时空变化特征分析
李维娇, 王云鹏
2020, 52(3): 85-91. doi: 10.6054/j.jscnun.2020048
摘要:
为了研究近年来广东省干旱情况的时空变化特征,利用8天250 m分辨率的MODIS地表反射率数据,计算了2003—2017年广东省植被状态指数(Vegetation Condition Index, VCI),并以VCI为干旱指标,采用趋势分析、频率分析和MK检验等方法,对全省干旱的时空特征和趋势进行了分析.结果表明:广东省2003—2017年间的VCI整体呈现显著的上升趋势,80.3%以上区域的VCI变化趋势倾向率为正值,表示全省大部分地区旱情逐年减轻;全省大部分区域发生干旱的频率在0.2~0.6之间,以中旱为主(发生频率:0.2~0.4),重旱较少出现(发生频率:0~0.2);广东省总体干旱面积占比逐年降低,中旱和重旱面积占比也呈现下降的趋势;2017年与2003年相比,总体干旱面积占比减少了39.5%;总体上看,广东省近年来干旱严重程度在逐年减轻,干旱面积也逐年减少.
高原地区城市不透水面与地表温度时空分布研究
伍健恒, 孙彩歌, 樊风雷
2020, 52(3): 92-100. doi: 10.6054/j.jscnun.2020049
摘要:
拉萨市作为高原地区的重要城市之一,其城市不透水面的变化及由此而产生的地表温度变化对脆弱地区的生态影响非常显著,因此,选取该市城区及周边郊区作为实验区,利用线性光谱解混和大气校正算法获得该地区2009—2018年城市不透水面盖度(Impervious Surface Coverage, ISC)和地表温度数据,同时结合温度贡献指数(Contribution Index, CI)讨论了高原地区城市不透水面与地表温度时空分布的关系,拟为长期监控高原地区的基础生态变化提供帮助.研究结果表明:(1)由于季节因素的影响,城市热环境对ISC的响应存在2种不同的模式:①冬季,ISC < 0.1的区域对城市热环境的贡献为正;ISC≥0.1的区域的贡献为负. ②夏季,ISC < 0.1的区域对城市热环境的贡献为负;ISC≥0.1的区域的贡献为正. (2)冬季,CI与ISC呈现负相关关系.夏季,当ISC < 0.5时,CI呈现下降的趋势;当ISC≥0.5时,CI呈现上升的趋势. (3)冬季,地表温度随着ISC的增加而缓慢下降;夏季,ISC对地表温度的影响表现为“V”形状.
数学与应用数学
第二类与Gamma函数有关的Hardy型不等式的等价条件
钟建华, 曾志红, 陈燕清, 陈强
2020, 52(3): 101-105. doi: 10.6054/j.jscnun.2020050
摘要:
引入恰当的参数,运用实分析方法以及权函数的技巧, 获得2个与权函数估算及证明最佳常数因子有关的引理, 并据此建立了几个关于带参数、最佳常数因子与Gamma函数有关的第二类非齐次核的Hardy型积分不等式的等价条件.同时, 得到了几个关于第二类齐次核的Hardy型积分不等式的等价条件.
时间分数阶次扩散方程的多层扩充算法
陈剑, 曾泰山
2020, 52(3): 106-110. doi: 10.6054/j.jscnun.2020051
摘要:
基于L1公式和多尺度Galerkin方法, 对具有α阶Caputo导数的时间分数阶次扩散方程建立了全离散格式;证明了全离散格式存在唯一解和具有最优收敛阶O(hr+τ2-α), r为分片多项式的次数;在每个时间层,对全离散格式所得线性方程组, 设计了多层扩充算法进行高效求解, 并保持着最优收敛阶;最后, 给出数值算例来验证理论分析的正确性.
计算机科学与软件工程
Fea2Lab:基于多标记学习的特征到标签生成模型
于晗宇, 黄晋, 朱佳
2020, 52(3): 111-119. doi: 10.6054/j.jscnun.2020052
摘要:
传统多标记学习方法通常只考虑和示例相关联的单个特征向量以及无差别地预测全体标签,从而忽视了与示例相似的其他示例及隐含的标签属性,造成输入空间特征信息较少、标签属性被忽略和对大标记空间预测效果差等问题.为解决以上问题,文章转化传统多标记学习任务为多标记学习的序列到序列任务,并由此提出新的多标记学习标签生成神经网络模型(Fea2Lab模型):通过交错的顺序排列示例和相似示例形成链式特征向量序列,来增加输入空间特征信息;通过挖掘标签属性来有差别地预测标签;通过在解码流程中使用全局标签信息,来缓解预测过程中出现的错误标签级联问题.在多个数据集上的实验结果和消融实验表明转化任务和Fea2Lab模型的合理性、可行性及有效性.
支持联合查询的高效可搜索对称加密方案
古宜平, 马昌社
2020, 52(3): 120-128. doi: 10.6054/j.jscnun.2020053
摘要:
采用基于Diffie-Hellman类型操作的安全两方计算实现的OXT方案是目前支持联合查询的最优可搜索对称加密方案,但Diffie-Hellman类型操作计算开销大,将成为该方案的计算性能瓶颈.为了提高计算性能,提出一个支持联合查询的高效可搜索对称加密方案(EXT方案).该方案采用客户端单独计算关键字与文档之间的关系,并交给服务器检验该关系的方法来实现联合查询,从而避免了Diffie-Hellman类型操作.并从正确性、安全性以及性能方面对EXT方案进行分析.分析结果表明:与OXT方案相比较,EXT方案将系统初始化的计算量、查询时客户端的计算量、查询时服务器的计算量、存储开销分别降低了95.05%、97.67%、98.48%、55.05%.