分段盐析法的基本原理篇1
[摘要]模糊聚类是数理统计中研究多元统计分析的方法,它可根据我们所要达到的目的进行有针对性选择样本的属性或特征,用数学方法定量确定样本间的类同关系。根据这一原理来对类同性质矿区样本进行聚合，运用SpSS软件辅助分析，最终以达到科学合理宏观调控与矿业经济区划分。本文采用聚类分析法，以平顶山盐矿区为对象进行经济区划分，试图提高划分的精确性和科学性，进而提出更具针对性的管理开发建议。
[关键词]聚类分析，矿业经济区，平顶山盐矿区
一、引言
聚类分析算法是给定m维空间R中的n个向量，把每个向量归属到k个聚类中的某一个，使得每一个向量与其聚类中心的距离最小。聚类可以理解为：类内的相关性尽量大，类间相关性尽量小。聚类问题作为一种无指导的学习问题，目的在于通过把原来的对象集合分成相似的组或簇，来获得某种内在的数据规律。聚类分析的基本思想是：采用多变量的统计值，定量地确定相互之间的亲疏关系，考虑对象多因素的联系和主导作用，按它们亲疏差异程度，归入不同的分类中一元，使分类更具客观实际并能反映事物的内在必然联系。也就是说，聚类分析是把研究对象视作多维空间中的许多点，并合理地分成若干类，因此它是一种根据变量域之间的相似性而逐步归群成类的方法，它能客观地反映这些变量或区域之间的内在组合关系。
盐矿区系统是一个多层次、复杂的大系统,涉及诸多模糊、不确定的因素。平顶山市盐矿区的经济分类是以整个平顶山市的所有盐矿区为研究对象,以各盐矿区为基本单元,以经济为中心,以发展战略和合理布局为目标进行经济类型区划。其基本原则是：平顶山市的盐矿区资源开发、利用的相对一致性；自然、经济、社会条件的一致性；保持一定行政地域单元的相对稳定性。现行的平顶山市盐矿区行政划分不能反映出各个盐矿区的共同点,有必要通过模糊聚类分析将那些经济实际状况相似的铁矿区归类，剖析、发现各况矿区的差异,对症下药，为制定发展对策提供依据。
二、建立指标体系
1.确定分类指标进行经济区划分，应考虑的指标因素是多种多样的。既要以岩盐矿资源储量为主，又要适当考虑岩盐质量和勘察阶段和开发利用状况；既要有直接指标，又要有间接指标；既要考虑矿区发展的现状，又要考虑矿区发展的过程和矿区发展的未来方向。
参考有关资料，结合专家意见，我们确定了对平顶山市盐矿区进行经济区划分的指标。如表1所示。表中列举了具体指标及各指标的原始数据（数据来源于河南省2006年矿产资源储量简表）。
表1盐矿区经济划分指标体系及指标数据
注：表中n表示缺失数据，勘察阶段1、2、3分别表示：初步勘探、详细普查、详细勘探，利用状况1~7分别表示：近期不宜进一步工作、可供进一步工作、近期难以利用、推荐近期利用、计划近期利用、基建矿区、开采矿区。
2.转换指标数据
由于不同变量之间存在不同量纲由于不同变量之间存在不同量纲、不同数量级，为使各个变量更具有可比性，有必要对数据进行转换。目前进行数据处理的方法大致有三种，即标准化、极差标准化和正规化。为便于更直观的比较各市之间同一指标的数值大小，我们采用了正规化转换方式。其计算公式为:
为了方便叙述，做如下设定：设Xi(i=1，2，3，…，21)为具体指标层中第i个评价指标的值，pi(i=1，2，3，…，21)为第i个指标正规化后的值，0≤pi≤1，Xs,i(Xs,i=Xmax-Xmin)，为第i个评价指标的标准值，Xmax为最大值，Xmin为最小值。
（1）对于越高越好的指标
①Xi≥Xmax，则pi=1；②Xi≤Xmin，则pi=0；③Xmin
（2）对于越低越好的指标
①2Xi≤Xmin，则pi=1；②Xi≥Xmax，则pi=0；③Xmin
所有参与聚类分析的指标数据见表2。
注：表中数据保留4位小数。矿区从上到下
三、聚类分析
Cluster
CaseprocessingSummary(a,b)
aSquaredeuclideanDistanceused
baverageLinkage(BetweenGroups)
averageLinkage(BetweenGroups)
agglomerationSchedule
1.聚类步骤(Stage).从1~3表示聚类的先后顺序。
2.个案合并(ClusterCombined)。表示在某步中合并的个案，如第一步中个案1叶县田庄盐矿段和个案2叶县马庄盐矿段合并，合并以后用第一项的个案号表示生成的新类。
3.相似系数(Coefficients).据聚类分析的基本原理，个案之间亲密程度最高即相似系数最接近于1的，最先合并。因此该列中的系数与第一列的聚类步骤相对应，系数值从小到大排列。
4.新类首次出现的步骤(StageClusterFirstappears)。对应于各聚类步骤参与合并的两项中，如果有一个是新生成的类(即由两个或两个以上个案合并成的类)，则在对应列中显示出该新类在哪一步第一次生成。如第三步中该栏第一列显示值为1，表示进行合并的两项中第一项是在第一步第一次生成的新类。如果值为o，则表示对应项还是个案(不是新类)。
5.新类下次出现步骤(nextStage)。表示对应步骤生成的新类将在第几步与其他个案或新类合并。如第一行的值是11，表示第一步聚类生成的新类将在第11步与其他个案或新类合并。
6.解析图
DendrogramusingaverageLinkage(BetweenGroups)
RescaledDistanceClusterCombine
聚类树状图（方法：组间平均连接法）
图清晰的显示了聚类的全过程。他将实际距离按比例调整到0~25之间，用逐级连线的方式连接性质相近的个案或新类，直至并未一类。在该图上部的距离标尺上根据需要(粗分或细分)选定一个划分类的距离值，然后垂直标尺划线，该垂线将与水平连线相交，则相交的交点数即为分类的类别数，相交水平连线所对应的个案聚成一类。例如，选标尺值为5，则聚为3类：叶县田庄盐段、叶县马庄盐矿段为一类，叶县娄庄盐矿、叶县五里堡盐矿段为一类，叶县姚寨盐矿为一类。
若选标尺值为10，则聚为2类：叶县田庄盐段、叶县马庄盐矿段为一类，叶县娄庄盐矿、叶县五里堡盐矿段、叶县姚寨盐矿为一类。
四、结论
对平顶山市5个盐矿区进行经济区划分，究竟划分为几个区合适，既不是越多越好，也不是越少越好。划分经济区的目的，就是要根据各盐矿经济区资源特点、勘察、开发的不同，分类指导经济活动，使人们的经济活动更加符合当地的实际，使各经济区能充分发挥各自的优势，做到扬长避短，趋利避害，达到投人少、产出多，创造良好的经济效益和社会效益之目的。分区太多，就失去了分区的意义，分区太少，则分类指导很难做到有的放矢。综合以上聚类分析结果，我们可以得出三个方案。其中两个方案比较合适,可供选择。
方案一：（当比例尺为5时，分为3类）叶县田庄盐段、叶县马庄盐矿段为一类，叶县娄庄盐矿、叶县五里堡盐矿段为一类，叶县姚寨盐矿为一类。
从聚类分析中看出平顶山市盐矿区分类图方案一。
平顶山市盐矿区分类图方案1
方案二：(当比例尺为10时，分为2类）叶县田庄盐段、叶县马庄盐矿段为一类，叶县娄庄盐矿、叶县五里堡盐矿段、叶县姚寨盐矿为一类。
从聚类分析中看出平顶山市盐矿区分类图方案二。
平顶山市盐矿区分类图方案2
聚类分析的原理就是将矿石质量、资源储量、勘查阶段、利用状况相近或相类似的矿区聚合在一起，其分析结果也是直观易见的。在此结合平顶山市实际行政区划以及矿山企业特征我们对铁矿区划分做一个调整使其理论与实际能够结合的更紧密使其更好的指导实践。
1.叶县田庄盐段、叶县马庄盐矿段为一类，这一类属于矿床规模相当，资源储量接近，勘查开发阶段接近，利用程度相当，故，可以分为一类。
2.叶县娄庄盐矿、叶县五里堡盐矿段为一类，这一类属于勘查开发阶段处于同一阶段。
3.叶县姚寨盐矿为一类，这一类属于储量较高，盐矿品位较高，故其勘察开采规划有别于其它两类。
总的说来，运用聚类分析是基本成功的，大部分的分类是符合实际的。
综合以上论述盐矿区划分如下表所示：
表3平顶山市盐矿资源开采规划分区表
当然聚类分析有其优点也有其缺点：
(1)优点：聚类分析模型的优点就是直观，结论形式简明。
(2)缺点：在样本量较大时，要获得聚类结论有一定困难。由于相似系数是根据被试的反映来建立反映被试问内在联系的指标，而实践中有时尽管从被试反映所得出的数据中发现他们之间有紧密的关系，但事物之间却无任何内在联系，此时，如果根据距离或相似系数得出聚类分析的结果，显然是不适当的，但是，聚类分析模型本身却无法识别这类错误。
参考文献：
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分段盐析法的基本原理篇2
美国会计学界的库伯和斯拉莫德认为，战略成本管理（StrategicCostmanagement，SCm）是指企业运用一系列的成本管理方法以达到加强战略位置和降低成本的目的。这基本反映了SCm的目标导向，也是一种直观的表象，从内在的更深的层面去分析，成本管理是企业管理中的一个重要组成部分，在成本管理中导入战略管理思想，实现战略意义上的功能扩展，便形成了战略成本管理（StrategicCostmanagement，SCm）。
二、战略成本管理与传统成本管理的关系
传统的成本管理是要实现简单的“降低成本”，强调以企业内部价值链耗费为基础，通过管理手段对现实生产活动加以指导、规范和约束，最大限度地降低企业各种经营活动成本，以实现成本最小化和利润最大化。其弊端突出表现为缺乏对企业外部环境分析，丧失了成本管理前瞻性，约束了成本管理创新，难以与战略管理协调，不能为企业战略管理提供决策有用的成本信息。
战略成本管理的首要任务是要关注企业在不同战略下如何组织成本管理，即将成本信息贯穿于战略管理整个循环之中，通过对公司成本结构、成本行为的全面了解、控制与改善，寻求长久的竞争优势，正如波特所讲的取得“成本优势”，成本优势是战略成本管理的核心，主要是指企业以较低的成本提供相同的使用价值，或者使成本小幅升高，而使产品使用价值大幅提高，进而产生相对于竞争对手的优势。其不仅拓宽了成本管理空间范围，将成本管理对象从单纯地关注企业内部活动延伸到企业外部活动，而且拓宽了成本管理时间范围，将成本管理的时间跨度从日常管理的层次提升到战略管理层次，同时也创新成本管理的方法和手段，更好地满足了战略管理对成本信息的需求。
战略成本管理是对传统成本管理的发展，而不是否定，战略成本的提出基于战略管理需要，是将成本信息的分析与利用贯穿于战略管理循环，以有利于企业优势的形成和核心竞争力的创造。
三、战略成本管理的内容
战略成本管理包括两个层面内容：一是从成本角度分析、选择和优化企业战略；二是对成本实施控制的战略。前者主要从企业战略上长远地考虑成本动因，而后者是在前者基础上通过成本管理制度、手段和措施等进行的谋划。
战略成本管理首先要进行战略定位分析。企业获取竞争优势的基本战略有成本领先战略、差异化战略、目标聚集战略。无论采用何种战略，首先要分析企业外部环境，主要包括国家宏观政策，产业导向，国际、国内同行发展水平，行业技术发展状况；其次要分析企业内部环境，主要包括原材料供应情况，资源储藏情况，市场容量情况，人力资源情况，交通运输及能源情况。通过以上分析，选译符合企业发展的战略。成本领先战略实质上是以成本优势来获得竞争优势，成本领先战略在实施过程中主要通过以下两种方式来降低成本：
一是改变成本发生的基础条件为目的方法措施，主要包括重构价值链，控制成本动因，长期成本计划与目标成本管理相结合。具体地讲，就是为实施发展战略而投资的项目，在建设时要做到如下几点：（1）根据国内、外同行业发展水平，优化工艺设计，力求科技创新，降低单位产品原材料消耗；（2）项目投资与项目产出要求最佳，力求降低产品固定成本；（3）设备实现最优配置，避免大马拉小车，从设备投资增量现金流与设备运行节约现金流现值寻求最佳实施方案。
二是以日常成本管理为主要目的方法措施，主要是指在既定经济规模、技术条件、质量标准下，通过降低消耗，提高劳动生产率等措施来降低成本。
四、我国企业实施战略成本管理的意义
首先，战略成本管理的形成和发展，有利于我国企业参与市场竞争。由于全球性竞争日益激烈，传统的成本管理已不再适应经济的发展，而战略管理的产生和发展很好的适应了经济发展的需求。成本是战略决策的关键，是决定企业产品或劳务在竞争中能否取得份额以及占有多少份额的关键因素，而影响竞争的成本核心是企业的战略成本，而非传统的经营成本。
其次，战略成本管理是建立和完善我国企业现代成本管理体系，加强企业成本管理的必然要求。现代成本管理是企业全员管理、全过程管理、全环节管理和全方位管理，是商品使用价值和商品价值结合的管理，是经济和技术结合的管理。在现代成本管理中，战略成本管理占有十分重要的地位，它突破了我国传统成本管理把成本局限在微观层面上的研究领域，把重心转向企业整体战略这一更为广阔的研究领域。
再次，战略成本管理的有效应用和实施，有利于更新我国企业成本管理的观念。在我国传统成本管理中，成本管理的目的被归结为降低成本，节约成了降低成本的基本手段。不可否认，在成本管理中，节约作为一种手段是不容置疑的，但它不是唯一的手段，现代成本管理的目的“应该是以尽可能少的成本支出，获得尽可能多的使用价值，从而为赚取利润提供尽可能好的基础”，从而提高成本效益。从战略成本管理的视角出发来分析成本管理的这一目标，不难发现，成本降低是有条件和有限度的。另外，如果企业以较低的成本升幅，而取得更高的使用价值，从而大大提高企业的经济效益，企业何乐而不为！企业采用何种成本战略，取决于企业的经营战略和竞争战略，成本管理必须为企业经营管理服。
第四，战略成本管理的有效应用和实施，有利于加强我国企业的经营管理，改善企业的经营业绩。战略成本管理是战略管理顺利实施的基石，应用战略成本管理有助于我国企业从战略的角度把握企业的成本管理。通过战略定位、价值链分析、成本动因分、作业成本法等各种方法，将我国企业成本管理从仅限于企业内部扩展到企业外部，利用不同的成本管理重点来支持企业不同的竞争战略
五、战略成本管理在湘衡盐矿的应用
湘衡盐矿在2003年制定企业发展战略时，根据盐品种的单一性和同行业生产经营情况，明确提出成本领先战略：第一步用两年时间实现盐矿再造，即在职工人数不变的情况下，产量翻一番；第二步使湘衡盐矿产能在全国井矿盐企业中占据第一，质量、消耗达到全国领先水平。
在实施第一步发展战略时，相关工程技术人员首先走访了江西、湖北各盐矿，了解国内制盐行业发展水平，在项目设计时，明确提出正常生产时吨盐耗汽不超过1.15吨，比原制盐装置降低0.19吨；卤水净化引进国外石灰-Co2净化技术，使吨盐卤水净化成本控制在9元左右，比当时国内实行的石灰-纯碱法降低11元；同时优化工艺设计，将伴随制盐分离出来的芒硝由原来直接排放改为回收出售，这样既降低了盐的成本，又减少了环境污染；对制盐的冷凝水由直接排放改为回收作锅炉用水，由于该水温度达到90℃以上，大大节约了吨汽耗煤量；在项目投资上，通过精心设计，科学规划，整合原有资源，包括栈桥共投资1.1亿元，实现了产量翻一番。
在实施第二步发展战略时，先后派出相关工程技术人员，赴奥利地、德国、瑞士进行考察，回国后，针对湘衡盐矿卤水首次提出Ⅵ效生产工艺，力争吨盐耗汽降为0.9吨；在热电厂150t/H锅炉设计中提出1吨煤（发热量5200大卡）产6吨汽的要求；同时对成本发生的价值链进行重新构架，取消了大包盐人工堆码，改为托盘、叉车堆码；将输栈桥盐由原来的直接输大包盐改为先输散盐，再进行包装，以减少破包率及输送皮带维修；对制盐排放的废水进行回收，再重新送矿山采卤，这样既避免了环境污染又节约了抽水系统改造资金；同时依托总公司，较好地实现了项目融资，由于总公司权益资金的投入，优化了湘衡盐矿资本结构，降低了财务费用，避免利润费用化。
氯酸钠、双氧水项目既是湘衡盐矿实现“盐化并举”的战略，也是湘衡盐矿战略成本管理的体现。在成本上预计有以下几个方面将领先于竞争对手：一是正在建设的85万吨盐硝联产项目投产后湘衡盐矿每年将生产6万~7万吨粉盐，而粉盐价格十分低廉，如用在氯酸钠项目，则可以降低氯酸钠用盐成本；二是湘衡盐矿正在建设中的150t/H锅炉投产运行后，预计每小时产生1000Kw左右电力富余，因电力的垄断性，富余的电力送上网后是没有收入的，因此如将这多余的电力用作氯酸钠项目将减少氯酸钠用电成本；三是生产氯酸钠时放出氢气，而氢气刚好是双氧水原料，这样降低双氧水成本。
在平时日常管理活动中，根据实物流转和价值流转制定了一系列成本管理制度，鼓励管理创新和技术创新，大力提倡节能降耗。如为了迎接新项目投产，新成立了维修厂，将全矿维修人员统一集中，以保证在增加产量、增加设备情况下，不增加维修工。煤炭是我矿第一成本，为了降低煤炭采购成本，实行按质论价，为了避免在质量上弄虚作假，新上了一套煤炭取样装置和全自动化验装置，杜绝了煤炭取样、化验人为因素。对于平时成本发生情况按月通报，按季分析，年底考核，增强了职工成本意志。
对于未来的发展，企业应通过内部挖潜，降低成本，增强效益。具体来讲，我们还要做好以下工作：
1.由于吨袋盐成本比大包盐少20元，散盐成本比大包盐少30元，因此应加强吨袋盐、散盐引导消费，力争到2009年底大化工盐全部以吨袋盐或散盐形式销售，这样既可以增强我矿赢利能力，又可以降低客户采购成本，提升客户价值。
2.到2008年末，湘衡盐矿借款达到2.5亿元，年财务费用突破1700万元，因此应加强与总公司的合作，加强资金管理，将资金成本降到最低。
3.正在论证中的氯酸钠项目，由于能耗较高，因此应加强对电解槽的了解、论证，努力降低电量消耗。同时由于电压等级不同，电力价格也不一样，因此应加强不同等级电压电网投资的比较，力求企业价值最大化。
参考文献：
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分段盐析法的基本原理篇3
胡杨大片段基因在拟南芥中的表达及耐盐性分析
张瑷，何丽君*，黄鹏，王文娟，杨海峰
（内蒙古农业大学，呼和浩特010019）
摘要：以根癌农杆菌为介导，利用拟南芥作为受体植物进行胡杨基因大片段的转化。共将1570个胡杨BiBaC克隆进行了拟南芥转化实验，其中利用抗生素平板筛选，有590个克隆得到了转基因拟南芥，利用pCR进行检测后得到结果跟卡那平板筛选后的结果吻合。对得到的转基因拟南芥进行不同浓度naCl筛选（150和175mmol/L），共得到10个有耐盐表现的克隆；进一步验证试验证实，有两个株系具有稳定的耐盐表现，分离出t2纯合系。对于所获得的转化子进行播种观察得到了两个表型变化的突变体。本研究对于解析胡杨耐盐机理及挖掘胡杨耐盐基因资源具有重要意义。
关键词：拟南芥；转基因；盐胁迫；阳性转化子
收稿日期：2015-01-14
修回日期：2015-03-12
基金项目：国家自然科学基金项目（31360187）；内蒙古自治区高等学校科学研究项目（nJZY13076）；中国林业科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务专项资金项目（CaFYBB2011001）。
作者简介：张瑷（1987-），女，硕士生，主要从事林木遗传育种等方面的研究。通信作者：何丽君，女，副教授。e?mail：zhangaian123@163.com
theexpressionofpopuluseuphraticalargefragmentgeneinarabidopsisandsalttoleranceanalysis
∥
ZHanGai，HeLijun，HUanGpeng，wanGwenjuan，YanGHaifeng
abstract：mediatedwithagrobacteriumtumefaciens，wetookarabidopsisthalianaasthereceptorplantandtransferredlargegenefragmentsofpopuluseuphraticaintoit.totally，1570BiBaCclonesofp.euphraticaweretransferredinthisresearchand590fromtheseclonesgotthearabidopsisthalianatransformantsbyscreeningonantibioticcontainingplate.thenpCRidentificationscreeningprovedtheresultsfromantibioticscreening.thesetransformantsofa.thalianawerescreenedonthedifferentsaltstressesofnaCl（150and175mmol/Land10clonescouldexpresssalttolerance.intheseclones，twoamongthemshowedthestablesalttoleranceandhomozygoteweregotteninthefurtherexperiments.thephenotypechangeof2mutantstrainswerefoundinseedingexperiments.theresearchwouldbemeaningfulforsalt?tolerantmechanismandgene?ticresourcesofp.euphratica.
Keywords：arabidopsis；transgenic；saltstress；positivetransformation
authors’address：innermongoliaagriculturalUniversity，Hohhot010019，China
由于拟南芥包含了所有开花植物的基因密码，基因组在已知高等植物中最小，基因重复序列最低，生命周期短［1-2］等特点，长期以来被视为传统遗传学和分子生物学研究的模式植物材料［3］。
胡杨（populuseuphraticaoliv.）作为干旱荒漠盐碱地唯一能够成林的高大乔木树种，是典型的耐盐多年生木本植物，也被作为木本植物研究的一个理想的模型系统［4-5］。近年来许多国内外学者在研究植物对逆境的适应、探索植物耐盐碱机制［6-7］方面做了大量工作。樊军锋等［8］在对‘84K’杨进行了双价耐盐基因mtlD/gutD的转化研究中，获得了3株不同程度naCl抗性的转基因植株。在马焕成等［9-10］的研究中发现胡杨对盐分并不是简单的拒吸机制。马挺军等［11］报道胡杨细胞经50mmol/LnaCl处理10d后，液泡膜H+-atpase，ppiase水解活性都增加了，说明胡杨具有盐生植物的特性，然而以上研究仅局限在生理层面，对于胡杨耐盐、耐旱等的分子机制及其调控网络模式尚在研究中。现代基因组学技术的应用为培育优质、高抗，适应不良环境条件的优良品种提供新的途径。如Chen等［12］曾从胡杨中分离出一种钙离子依赖的蛋白激酶peCpK10，该蛋白激酶在盐胁迫等条件下启动，该基因的超量表达使得拟南芥转基因植株表现出更强的抗寒以及抗旱性。wang等［13］从胡杨中分离出的压力响应基因penaC1编码的蛋白在C端有转录激活活性，并得出在干旱和盐胁迫下该基因强烈表达，在penaC1过度表达的转基因拟南芥中显示耐盐性增强。Yan等［14］研究表明HSp70和HSp90可改变基因的转录水平；并且胡杨根据接收到的干旱胁迫程度，来激活特定的基因。Zhou等［15］从胡杨中分离出DReB基因，在基因peDReB2a超表达的转基因拟南芥中，耐盐和耐干旱能力增强。Li等［16］研究得出5个微小Rna是由于脱水引起的。ma等［17］对胡杨进行耐盐稳定的细胞悬浮培养，发现胡杨的液泡膜对相同的抑制剂如（nem、DCCD、nitrate、Bafilomycina1）表现出敏感性。以上研究结果表明，胡杨在一定的盐浓度范围内，有其耐受性，并且其耐盐性并不源于单个基因，而是由多个基因形成的调控网络共同作用完成的［18］。因此，想要解析胡杨的耐盐机理，需要从基因组整体出发，获得与耐盐有关的基因片段并快速测序及鉴定功能。
本研究利用已构建的胡杨基因组BiBaC（双元细菌人工染色体）文库，结合拟南芥的大片段Dna转化技术［19］，获得了数个具有抗盐性的突变体，初步研究其耐盐能力并观察和分析其表型变化。另外胡杨基因组序列图谱的破译［20］揭示了胡杨可能的耐盐机制，为解析林木的盐胁迫耐受机理和加速适应盐碱、荒漠地带的林木基因工程育种［21］提供了重要的理论依据。
1材料与方法
1.1实验材料
实验中使用的植物材料拟南芥（arabidopsisthalia?na）Columbia野生型植株及转基因t1代和t2代拟南芥植株均在22℃，每天16h光照培养室中培养；所用侵染菌液为根癌农杆菌（保存在-70℃冰箱中）。
1.2试验设计
1.2.1转基因植株的获得与检测
以野生型拟南芥生长健壮的苗（始花状态）为转化材料将根癌农杆菌在含50mg/L卡那霉素和15mg/L利福平的Yep固体培养基上、28℃培养过夜，待单菌落长出后在Yep液体培养基上摇菌培养然后富集菌体使其活化，再将菌液重新悬浮于渗透液中（silwet-77为400uL/L）。利用花序浸泡的方法转化，拟南芥的花序在渗透液中放置30s即可，封好保鲜膜以保湿，置于黑暗条件下24h，然后继续正常培养，待种子成熟后收回种子。
对得到的t1代种子进行卡那霉素平板筛选得到阳性苗，采用酒精消毒法将t1代种子消毒，播种在含有50mg/L卡纳霉素的1/2mS固体培养基上，4℃春化3d，培养10d左右。将抗性幼苗移到培养盆中继续培养，培养过程中进行表型比较观察，成熟后收获t2代种子。
pCR凝胶电泳检测：取拟南芥叶2～3片，采用CtaB法提取Dna，微量紫外分光光度计检测Dna质量。
pCR混合样品制备：10倍Buffer缓冲液2.5μL，Dna模板1μL，引物1μL，dntp2.0μL，Dna聚合酶taq0.5μL，ddH2o18.0μL，总体积为25μL，将样品充分混合并甩至离心管底部。
引物为ptⅡ-R：tCaGaaGaaCtCGtCaaGaaG，nptⅡ-F：atCtCCtGtCatCtCaCCttGCtCCt。目标片段长度为500bp。pCR仪反应程序设定为95℃预变性5min；95℃变性30s，58℃退火30s，72℃延伸60s，设定30个循环；72℃继续延伸5min；反应结束后暂时4℃低温保存；1%琼脂糖凝胶电泳检测。
1.2.2阳性转化子的纯合及耐盐性试验
t2纯合系的确定：采用最为原始的方法，播种后观察比较。即对得到的t2代种子消毒后播种于卡那霉素平板上，光照培养箱培养10d左右观察记录并拍照。
t2代转基因株系的耐盐筛选分析（150mmol/LnaCl）：将拟南芥转基因株系t2代种子和野生型种子消毒后播种在盐培养基及对照培养基上。4℃春化2d后，移入22℃光照培养箱中培养。培养10d左右，观察转基因植株和野生型植株的耐盐表型，并拍照记录。耐盐株系从培养皿中移出至营养土中培养并观察表型变化。28d后，观察耐盐植株与野生型植株的耐盐表型，并拍照记录。
t3代转基因株系的耐盐强度研究（175mmol/LnaCl）：分别将t3代种子和作为对照的野生型种子（约100粒）消毒后播于培养基上，方法同1.2.2。春化后移入22℃光照培养箱中培养，7d左右时，进行初步观察，待移苗耐盐筛选。10d左右时将t3代幼苗及野生型苗同时移至方形培养皿中，竖立培养于22℃光照培养架上，观察转基因幼苗和野生型幼苗的长势及根的生长情况，做纵向根培养观察。同时利用上述方法移苗后平放于培养箱中做幼苗植株整体表型观察。35d左右，观察耐盐植株与野生型植株的耐盐表型，并拍照记录。
1.3指标检测及方法
pCR琼脂糖凝胶电泳检测t2代，然后用紫外成像系统拍照得到电泳结果；对所有收集的各世代转基因种子分别编号并且注明代数，分类后统计得到不同克隆的株系数；对所有转基因t2代进行卡那霉素平板播种，待其长出两片真叶后开始记录，无黄化叶出现的克隆系号则可确定为纯和系，反之则会出现3∶1的分离；对得到的所有纯和系进行耐盐性的初步筛选，设置筛选基质中naCl浓度为150mmol/L，每个系号播于带有刻度的方形培养皿中，右边有野生型作为对照，每个系号做2个重复，其中1个用于纵向观察，另1个作为耐盐性初筛的研究。在培养过程中每7d观察记录1次，得到有一定耐盐能力的克隆。对初步筛选得到的有耐盐能力的t3代在更高naCl浓度（175mmol/L）的培养基质上培养，鉴定其耐盐能力。对所有得到的阳性植株播种于营养土中观察表型变化，分别从叶片大小、数量、形状、叶柄长度、抽薹时间、株高、分支数目、有无结实及收获种子数目来确认是否出现表型突变。
1.4数据及照片处理
表格采用excel2007处理，图片均采用abodephotoshopCS处理。
2结果与分析
2.1转化拟南芥的pCR检测
本研究中对521个t2代拟南芥进行pCR检测，采用nptⅡ基因为引物，目标条带约540bp，共得到403株阳性植株，电泳部分结果见图1。
由图1可知，p1、p2阳性对照均出现目标条带，n为阴性对照，pCR结果无目标条带，说明该pCR检测体系可靠，检测结果准确可信。图1共检测了21个株系的拟南芥t2代转化子，其中1，2，4~9，11~19泳道出现目标条带，共17株为阳性。证明目标基因已经整合到了拟南芥基因组中。其余4株为阴性，为非转基因植株，基因组内无目标基因。
2.2拟南芥转化后的统计分析
本实验以胡杨基因随机大片段为转化目标基因，以根癌农杆菌为介导，利用拟南芥作为受体植物进行花序侵染转化。共将1570个胡杨BiBaC克隆进行了拟南芥转化实验，通过对转化后的拟南芥t1种子在含有抗生素的mS平板培养基上进行筛选和pCR实验验证，其中590个克隆得到了转基因拟南芥，通过抗盐筛选和表型观察，共得到19个克隆的转基因植株表型异常，见表1。
由表1可以看出，出现表型变化的共有11.02%，数值较高，其中不能稳定遗传的转化子占7.79%，多数可能由于环境因素或插入片段太大等造成。具有初步抗盐能力的转化子占2.89%，主要是进行了低盐浓度初步筛选，重复试验中抗盐表现尚不稳定，有待进一步确认检验。耐高盐浓度且可重复异常表型的克隆为0.34%，该植株的表型变化经过重复种植，均表现出相同的表型变化。
从生长情况（图2）可以明显地看出转化植物出现表型变化的转基因拟南芥效率非常低，只有0.34%，发生突变原因有待进一步验证。未发生突变的转化子占转基因克隆的绝大部分，这可能是因为所插入的外源基因片段太大，并没有使得外源基因在拟南芥中表达所造成的；但是实验中也得到了可以稳定表达的表型特异阳性转基因拟南芥，说明本研究利用构建胡杨BiBaC［20］文库的方法建立胡杨转化基因组学的研究方法可行。
2.3转基因拟南芥的耐盐筛选
实验对所得到的转基因t2代共590个克隆经卡那霉素筛选后移至含150mmol/LnaCl的mS培养基上培养，得到147个可以抗盐的克隆，为进一步鉴定确认，将筛出的有耐盐能力的植株对照编号找出它们的t2代种子，继续在150mmol/LnaCl的mS培养基上培养，其中有10个株系与上一次的筛选结果一致，确认了抗盐分析结果，排除了环境对生长的影响。
确认得到的10个克隆为转入的基因改变了拟南芥对盐的抵抗能力。图2中a、B、C、D为两个耐盐能力较强的耐盐株系，e、F为更高浓度（175mmol/LnaCl）处理下t3代的耐盐性研究，其耐盐表现见图2。
图2中a、B、C、D4张图分别是同一个转基因克隆的t2代2个不同株系，在培养至45d时观察，由图2a可知，左侧3株的转基因株系长势要明显好于右侧3株的野生型株系，呈现耐盐表型；图2B中左侧2株为转基因株系，可以克服高盐环境正常生长；右侧3株为野生型，在生长初期长势较弱，14d以后逐渐白化死亡，图2B、D分别是图2a、C生长后期的图片，说明此转基因株系转入了与盐胁迫响应相关的基因。
图2e、F为另一个转基因克隆的t3代株系，该株系与野生型在含175mmol/L的naCl培养基上培养28d时观察比较。由图可知，左侧的转基因拟南芥在高盐浓度培养基上，仍然可以正常生长，主根长达1.5cm左右，侧根数量较多，根以上部分长势较好，真叶数量均为8片；而右侧的野生型拟南芥则已经白化死亡，图2F是e图生长后期，由此可见该株系拟南芥具有较好的耐盐表现。
2.4拟南芥t3代的表型变化
对得到的纯合转基因拟南芥进行营养土播种实验时发现了两个形态表型明显变化的突变系（图3）。图3所示，与野生型图3a相比较，图3B中的突变体在生长早期表现为叶片嫩绿色，叶片呈圆形，表面凸凹不平，有褶皱，叶缘向下翻卷但叶片中部向上翻起，莲座叶和茎生叶都变得肥大，而且叶片无锯齿；而野生型叶片呈倒卵或者匙形，有锯齿，表面无褶皱。图3D为该突变体生长后期，与野生型（图3C）相比，该突变体花茎抽薹要晚于野生型，花序紧凑。图3e、F为筛选中发现的另一个突变系，该突变系叶片呈深绿色、较野生型细长，没有表皮毛；叶柄短，株型紧凑，生长速度较野生型慢，营养生育期较长，抽薹后植株较矮，节间距明显缩短，株型变小，整株植株的高度约为10cm左右，子代虽能正常开花，但花期比正常的花期推后15d左右，并出现败育，不能正常结种。
这两个突变系的出现，可能是由于外源基因的作用导致，即插入的胡杨外源基因导致表型出现变化；也可能是由于外源基因的插入导致内部基因突变所致，究竟是哪种原因，还有待于进一步分析研究。
3结论与讨论
本研究得到有形态表型变化的转基因株系和耐盐能力明显强于野生型的转基因拟南芥，此结果表明，利用胡杨基因组大片段转化拟南芥，可获得耐盐株系及表型变化株系，后续排除外界影响经反复试验证明其确实发生表型突变。此结果很有可能是胡杨的相关基因簇在拟南芥中表达所致，这和本实验的设计方案和预期目标吻合，表明该研究体系切实可行，为挖掘胡杨耐盐基因以及进行胡杨功能基因验证奠定了基础。
对转基因拟南芥进行耐盐分析中发现了17个株系可以在naCl胁迫下生长，而作为对照的野生型从萌发期到苗期的生长均滞后于转化植株，且随着时间的延长差别愈来愈大，最终野生型由于不耐盐而停止生长，表明这些株系具备初步耐盐能力。分析原因，可能是插入的外源胡杨大片段基因携带耐盐基因所致，也有可能是外源基因片段插入位点的拟南芥自身基因被破坏或激活而造成，还可能是由于环境因素及拟南芥自身差异的影响，上述因素均有可能造成拟南芥植株生长异常。Zhou等［15］的研究结果表明peDReB2a基因编码转录激活剂，peDReB2a基因超表达的拟南芥可以在盐胁迫下正常生长，且此转基因拟南芥还表现出抗干旱能力，所以从胡杨中分离出可提高植物耐盐能力的基因就有了科学支撑。本研究借鉴前人的方法及经验，利用胡杨基因组大片段进行转化［20］，内部有可能携带着胡杨基因组内抗逆相关的基因簇，该耐盐表型更有可能是由于转入胡杨基因片段太大，无法将此结果确定为获得的耐盐性是由于单基因转入拟南芥后表达的结果，因此研究中进一步进行耐盐筛选，并多次重复，发现2个转化株系具有较好的耐盐能力且能够稳定遗传，除了能够在盐胁迫下生存以外，还出现了比在基础培养基上生长更好的结果，说明该转化子成功转入了与耐盐有关的基因（簇），它可以在拟南芥中稳定遗传，并且表现出了对盐胁迫的适应性，而其他转基因株系的耐盐表现并不稳定。这个结果的出现可能是由于在转基因后代中有些外源基因插入能稳定遗传，而有些插入的外源基因在后代中丢失或发生基因沉默，而导致耐盐性状不稳定。
本研究还获得了2个株型发生明显变化的突变系。植物株型的形成受多种因素的影响，其中主要的影响因素有基因表达、激素水平、环境条件等［22］，环境因素是影响植物株型的形成因素之一，植物光周期及生长温度的发生变化，会导致植物农艺性状发生改变。本研究采取一定的措施尽量排除环境对株型的影响，在寻找突变体时，主要从叶片表型如大小、数目、形状、颜色深浅，有无表皮毛、叶柄长短、花序紧凑程度等肉眼较容易观察到的指标进行判断，然后对其可能有突变的植株跟踪观察，对后续的植株抽薹时间、花盘大小、分支数、株高及开花时间、有无结实和种子数量进行综合分析，在后续实验中，需要从以上各因素统计并分析，有报道称在peDReB2a过度表达的拟南芥中根长和株高都有显著增长趋势［15］。植物表型变化还有基因水平的影响，拟南芥ReV蛋白属于HD-ZipⅢ［23］家族，HD-ZipⅢ中有多种蛋白与植株株型的形成有关，其中ReV有潜在的调控叶片极性发育和调控茎分生组织形成的特性［24］。
本研究通过筛选分析胡杨大片段转化到拟南芥中所产生的耐盐能力及形态表型变化，从而挖掘潜在的胡杨耐盐功能基因。因此，下一步研究工作将结合表型变化和耐盐做进一步的分析研究并对插入的胡杨大片段进行测序分析，利用生物信息学手段分析胡杨大片段中可能存在的耐盐基因，同时，利用Hi-tailpCR方法分析外源基因插入的拟南芥基因位点，来分析该耐盐表型能力是外源基因造成还是内源基因被插入突变而导致。利用以上方法，排除相关影响及干扰，可以初步筛选并鉴定出胡杨耐盐基因资源。
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分段盐析法的基本原理篇4
关键词岩盐；开采；稳定性；环境问题
中图分类号tD167文献标识码a文章编号1674-6708（2013）97-0125-04
0引言
平顶山盐田位于河南省中部的叶县和舞阳县境内，西起叶县任店乡，东至舞阳县姜店乡，东西长40km，宽约10km，含盐面积400km2。尽管全国盐业生产已近饱和，但河南省工业盐近90%需从外省调入，制盐业发展余地大。盐业开采多采用盐溶水采。井下连通方法过去主要以自然连通法、压裂连通为主，矿石回收率18%～20%，随着钻探技术的发展，双井定向连通及多井组定向连通已日渐成熟，成为主要的开采方式。压裂法产生的压裂缝不可控制，可能产生垂向裂缝，破坏顶底板及矿层，当压裂不成功时，对固井井管有破坏作用，风险大。定向连通可以在盐层底部连通，建槽时间短，产量大。随着开采技术的发展，矿山开采产生矿山地质环境问题也随着发生了改变，岩盐地下开采，除了常规地下开采矿山采空区（溶腔）稳定性问题，并且岩盐开采与煤矿开采多有不同，如采空区（溶腔）形状不同，溶腔的充填状态，还有因地下开采失稳造成污染问题。需要客观的评价盐矿开采采区的稳定性及产生的矿山地质环境问题，为企业提供矿山地质环境保护、监测与恢复治理提供重要科学依据，同时为矿山生产提供服务。
1矿区地质
1.1区域地质构造条件
平顶山盐田位于河南省叶县境内的舞阳凹陷内，河南省叶县平顶山盐田娄庄矿段，属于平顶山盐田的一部分，位于盐田东部，矿段西部与田庄矿段相邻，面积为6.62km2，舞阳凹陷位于周口坳陷的西部，属坳陷中的二级负向构造单元。该凹陷东邻平舆凸起，北以叶鲁大断裂为界与平顶山凸相连，西南部为豫西隆起区。
舞阳凹陷是在海西期侵蚀面基础上，在嵩箕、伏牛山两个古复背斜之间的古复向斜上发育起来的新生代凹陷。该凹陷东西长120km，南北宽15km～20km，面积1900km2。
1.2矿区地质构造条件
娄庄矿段位于舞阳凹陷西南部斜坡带，为向北倾斜的单斜构造。倾向7°左右，倾角9°～17°，断层不发育，构造复杂程度简单。
1.3矿区地层条件
舞阳凹陷是以新生界为主体的沉积凹陷。地层自下而上分别为古近系玉皇顶组、大仓房组、核桃园组、廖庄组、新近系上寺组、第四系。矿区地表为第四系平原组Qp覆盖，岩性主要是杂色砂砾层，浅棕黄色粘土层。表层为浅褐色种植土、砂土。穿见厚度135.50m～169.20m；古近系玉皇顶组（e2y）岩性为砂泥岩、白云岩与泥岩互层，本段地层厚1943m；古近系大仓房组（e2d）岩性为杂色砂砾岩、砾岩、局部夹棕红色、紫色砂质泥岩、粉—细砂岩，本段厚度大于1200m；古近系核桃园组（e2h）分来三段，核三段（e2h3）岩性为杂色砂泥层互层。本段地层厚783.9m～986.0m。核二段（e2h2）岩性为灰色泥岩、石盐岩、含膏泥岩，厚度489m～1070m。核一段（e3h1）岩性为灰色泥岩、石盐岩、含膏泥岩，厚度200m～1138m；古近系廖庄组（e3l）岩性为杂色粗粒状砂泥岩互层，厚315m～869m；新近系上寺组（nsh）岩性为浅黄色、灰黄色、杂色细砾岩、砾状砂岩与灰黄色、棕红色泥岩呈不等厚互层。厚度为300m～800m。
2矿体特征
岩盐矿区面积6.62km2，东西长约4.6km，南北宽约1.85km。矿段矿层仅赋存于古近系核桃园组一段，埋深935.00m～1381.05m，矿体分布稳定，盐矿层自然单层厚度最小0.35m，最大17.65m。单矿层厚度一般在2.00m以上。共划分了44个工业矿层21个盐群。
矿体产状比较平缓，倾向7°左右，倾角一般9～17°，矿体顶底板为泥岩、膏质泥岩。泥岩类抗压强度平均17.59mpa；抗拉强度平均1.39mpa；抗剪强度为2.00mpa～11.00mpa，平均为5.10mpa；凝聚力为2.00mpa～11.0mpa，平均为5.10mpa；内摩擦角为32°31′～37°02′，平均34°39′；膏质泥岩类抗压强度平均31.89mpa；抗拉强度为0.70～2.43mpa，平均1.44mpa；抗剪强度为3.10mpa～8.70mpa，平均为5.48mpa；凝聚力为1.00mpa～2.40mpa，平均为1.59mpa；内摩擦角为32°44′～37°42′，平均34°31′。
3矿区水文地质条件
3.1含水层
主要含水层为古近系核桃园核二段、核一段、廖庄组、新近系上寺组、第四系含水层，其特征如下：
1）核二段砂岩含水岩层：主要由中粒砂岩、细粒砂岩组成，间夹于泥岩中，顶板埋深1518m，厚度大于280m；
2）核一段砂岩含水层：为盐矿底板含水层，由细粒砂岩、中粒砂岩组成，埋深平均1169m，底板埋深平均1180m。厚度平均10.75m，富水性弱；
3）廖庄组砂岩含水层：为盐矿顶板含水层，主要以粉砂岩为主，间夹于砂质泥岩、泥岩之间，富水性微弱；
4）新近系上寺组砂岩含水层：主要细粒砂岩组成，单层厚度平均11.08m，累计厚度平均40.0m，单井涌水量为1000t
/d～3000t/d，渗透系数1m/d～5m/d，富水性中～强；
5）第四系砂砾石含水层：由砾石、砂砾石层、细粒砂岩组成，单层厚度平均7.9m，累计厚度平均58.2m。单位涌水量0.9652l/s·m，渗透系数3.07m/d。
3.2隔水岩组
1）核二段顶部隔水层：隔水层岩性含膏泥岩、泥岩、砂质泥岩、页岩和含灰泥岩。隔水能力强；
2）核一段隔水层：隔水层岩性顶部以泥岩、砂质泥岩为主，局部夹粉砂岩，中下部为上述泥岩类岩石与盐岩互层。隔水能力较强；
3）廖庄组顶部隔水层：隔水层岩性为泥岩，砂质泥岩隔水性能较好；
4）上寺组顶部隔水层：隔水层岩性为泥岩。由于上寺组和下更新统角度不整合接触，使部分地带上下含水岩组直接接触，产生一定的水力联系；
5）第四系隔水层：隔水层岩性为粉质粘土、砂质粘土。隔水层厚度占第四系厚度的50%以上，隔水性能稳定，可有效地阻断第四系含水层水的下渗。
3.3盐矿层水文地质特征
1）本矿段含盐层系为泥岩类岩石与石盐岩互层；石盐岩结构致密，泥岩中发育有层面裂隙和垂向张裂隙，张裂隙不穿过不同岩性的相邻岩层，而且张裂隙多被石盐和石膏充填，除局部含裂隙水外，一般不含自由重力水，对开采没有影响；
2）含盐层系直接顶板为核一段（e3h1）顶部的泥岩，砂质泥岩，为很好的隔水层。在保持顶板稳定的情况下，上覆廖庄组（e3l）地下水对开采无影响；
3）含盐层系直接底板为砂质泥岩、泥岩，据相邻田庄矿段资料，厚度平均13.65m；含盐层系直接底板以下50m深度内为砂质泥岩夹粉砂岩，粉细砂岩厚度平均10.25m，结构致密，颗粒细，微含地下水，对盐矿床开采影响甚微。
3.4充水因素分析
矿体埋藏深度为935m～1381m，矿体封闭条件好，矿体内部无含水层，未见矿体受地下水溶蚀破坏现象。矿区北有叶鲁大断裂，东有姜店断层，西南有坟台断层所封隔，这些断裂均为高角度正断层，断层两盘为泥质岩或塑性岩相接，导水性弱，使矿床处于封闭环境中。
地表水对矿床无充水现象。据地震剖面资料，矿区范围内未见断层通过，在含盐地层内局部见垂直层面的裂隙，此裂隙延伸不远，且受控于顶、底板的泥质岩隔水层，矿床充水条件差。
矿山开采方法为钻井水溶法，采用双井定向连通的生产工艺，随着时间及开采的深入，会形成裂隙带及冒落带，可能会沟通矿体上部的含水层，生产过程中对地下水产生疏排作用。
4矿山地质环境的影响分析
矿山采矿活动，形成了开采溶腔，破坏了原有岩体稳定条件及应力分布情况，溶腔内充满高压卤水，一但溶腔内的力学平衡遭到破坏，造成上覆岩体失稳，形成陷落，冒落带及裂隙带的扩展，一方面卤水进入上覆岩层，会对上覆岩层的含水层造成污染，另一方面抽取卤水过程中在含水层与溶腔被导水裂隙沟通后，采矿过程中会对上部含水层有疏排作用，过度对地下水的抽取，会造成区域性地面沉降地质灾害；同时，卤水对抽卤井及注水井的腐蚀，破坏了井壁，卤水由井壁破裂处进入岩层的含水层，对地下水造成污染。另外溶腔上覆岩体失稳造成上覆岩体移动、变形，在溶腔范围及周边形成地面沉陷，直接影响到地面建筑及工程设施的安全。对于矿山地质环境的影响我们可以从多方面综合分析，首先是矿山开采稳定性，主要是失稳后对矿山地质环境的破坏，涉及到失稳造成的地质灾害（地面塌陷）问题，可以从矿床开采技术条件、开采工程布置及参数的合理性（主要是溶腔的稳定性），上覆岩层稳定性及变形等方面来考虑；其次是失稳或破坏后造成的环境问题，这个主要是环境污染问题，主要是矿山开采造成的变形，破坏了卤井及运输管道的完整性后，随之而来的是对环境的污染问题。
4.1矿山开采稳定性分析
4.1.1开采技术条件
当前国内常用的水采方法可分为单井对流法和双井（多井）连通法，强制连通又可分为定向钻井连通法和压裂连通法。
平顶山盐矿的特点主要表现为矿层厚度大，埋深大，品位较好，夹层少，属于开采条件较好矿床。以往多采用单井对流为主﹑双井连通为辅的水采工艺，存在很多问题，主要是卤井使用寿命短，堵管埋管事故时有发生。主要原因是盐层迅速上溶，侧向溶解不够，致使溶盐后的泥质沉碴迅速堆积，可能埋管堵管，上溶还造成技术套管暴露悬空，注水时的振动造成井管之间碰撞疲劳而折断。即使最后自然连通，但连通往往在盐层上部，形成下部盐层的埋矿损失，井组采出量大为减少。
本矿山采用直井和水平井组合的定向钻进连通水采法。这样矿山开采对溶腔的大小，矿山生产井自身的安全处于可控状态，有效避免了因矿山开采技术条件引发的矿山地质环境问题。
4.1.2溶腔稳定性评价分析
水溶开采盐矿，形成拱状形态的溶腔，破坏了原有围岩体的受力状态，顶板受力超过顶板强度时，顶板会失去稳定性，产生了破裂和坍塌、冒落等现象，从而影响到水溶开采。溶腔的稳定性除与其埋藏深度、围岩强度有关外，还受到溶腔跨度的制约。需确定合理的溶腔跨度及保安矿柱宽度。
4.1.3溶腔最大跨度
1）溶腔顶板完整，产状平缓，根据弹性理论，按固端梁公式估算溶腔最大跨度（b）：
b=9.52√σ拉·H/r（1）
式中，b-溶腔最大跨度（单位m）；
σ拉-顶板岩石抗拉强度（单位mpa）；
r-顶板岩石密度（单位t/m3）；
H-溶腔顶板埋深（单位m）。
2）溶腔顶板中间有裂缝时，稳定性最差，其最大跨度根据弹性理论按悬臂梁公式估算：
b=3.89√σ拉·H/r（2）
4.1.3.3采用小窑采空区顶板稳定性评价方法，估算溶腔最大跨度：
b=H·tgΦtg2（45—Φ/2）/1.5（3）
式中，Φ-顶板岩石内摩擦角，
H-溶腔顶板埋深。L032井为935.00m，L072井为1009.05m
按上述3个公式估算结果，溶腔最大跨度为86.4～219.6m，矿山开采溶蚀直径为100m，满足开采最大溶腔的要求。
4.1.4上覆岩层稳定性影响分析
1）地层条件
含盐层系为核一段地层。矿层呈固态产出，钻探未发现卤水层。单层厚度4.50m～17.65m。含盐层本身没有含水层。含盐段直接顶底板均为含膏泥岩，厚48.5m～63.98m，具有良好的隔水性，使含盐层形成一个自身的封闭体系，泥岩类岩石结构致密，水平层理发育，层间连结能力差，垂向张裂隙发育，且多被石盐或石膏充填。
2）区域地壳稳定性
根据国家质量技术监督局的中华人民共和国国家标准GB18306-2001《中国地震动参数区划图》（河南省部分），本区地震动峰值加速度为0.05g，相应的基本烈度为Ⅵ度，区域地壳属稳定区。
3）开采临界深度（安全深度）分析
矿体开采后，顶板受力发生改变，顶板在重力作用下产生变形，形成下沉。当其埋藏深度达到了某一深度时，顶板上方岩层恰好能保持自然平衡而不沉陷，此时顶板上承受压力等于0，这时的深度称为临界深度H0，此厚度为矿体开采上部岩层安全厚度。
据《工程地质手册》中考虑内水压影响时顶板处于自然平衡状态不塌陷的临界深度公式：
H0=（4）
式中H0-临界深度（m）
B-最大溶腔宽度，120m
ρe-卤水密度，1.2g/cm3
ρ-上覆岩层完整岩块密度，2.4g/cm3
-盐层顶板内摩擦角，40°
计算当溶腔宽度为120m时，H0=328m，H>H0，顶板厚度大于临界厚度。
《工程地质手册》提供了利用H0与H（顶板埋深）评价顶板稳定性经验公式
a、H
B、H0
C、H>1.5H0稳定
矿区顶板埋深935m～1395m，1.5H0=492m，H>1.5H0因此顶板稳定。
综上所述从矿体开采临界深度来看，矿体的开采不会对矿体顶板稳定性造成影响。
4）上覆岩层影响带高度预测
根据矿山矿体顶板的岩性来看，顶板泥岩中充填有石盐及石膏，顶板吸水后稳定性差，开采过程中易松动，形成冒落，地下开采对冒落带、导水裂隙带的计算多采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》公式，但岩盐开采与煤矿开采有着很大区别，冒落带高度计算《规程》中只考虑了矿体开采的厚度因素，没有考虑到矿山开采中顶板岩层的强度。普氏松散介质破裂拱理论认为当顶板岩体被密集裂隙切割呈块状或碎块状时，顶板将成拱状塌落，这与盐岩开采形成溶腔形态比较接近，而其上部荷载及岩体则由拱自身承担，借用普氏松散介质破裂拱理论[5]，此时破裂拱高H计算如下：
（5）
式中：b-洞体跨度（260m）；
H1-洞体高度（100m）；
Φ-洞壁岩体的内摩擦角（35°）；
f-洞体围岩的坚实系数，对松散介质，f=tanΦ。
经计算洞体高度H1=388m，综上所述，本矿岩盐矿体开采时，上覆岩层顶板最小厚度等于安全开采厚度和破裂拱高之和即H0+H1=H，H计算结果为716m，这个厚度小于矿区岩盐顶板埋深935～1395m，据此评价矿区开采不会影响到地表，对地表影响小。
5）地表移动变形预测
如果地下开采影响达到地表后，会在矿区上方地表形成一个塌陷区，按《工程地质分析原理》中处于非充分采动情况下的最大沉降预测公式如下：
（6）
式中：ηmax――最大下沉值（mm）；
q0-下沉系数取0.8mm/m；
m-盐群纯盐开采厚度，取200m；
α-矿层倾角，取10°。
n1·n2-分别为矿层倾向与走向的采动程度系数
（7）
式中：D1-倾向控制长度360m；
D2-走向控制长度100m；
H-开采深度（1381m）。
计算条件为，计算两井一组开采矿层倾向及走向分别合计采空740×1100m2，盐群纯盐开采厚度取200m时，开采后引起的地表最大沉降为35.14mm，且沉降是在开采后期及完成后较长时期内发生的，可见该矿引起的地面沉降较轻微。
按《工程地质分析原理》中处于非充分采动情况下的最大曲率值、最大倾斜值、最大水平移动值、最大水平变形值预测公式如下：
（7）
（8）
Umax=bηmax=10.54（mm）（9）
（10）
式中：b-水平移动系数0.25～0.35取0.3；
ηmax-最大下沉值（mm）；
r-主要影响半径，
由式中估算可见，由于地面下沉值只有35.14mm，其它变形都非常小。
5）矿山开采稳定性评价
矿区所处区域地壳属稳定区，开采后岩层变形非常小，因地面下沉及变形造成采卤井的破裂及运输管路的变形及破坏的可能性小。并且开采形成的破裂拱高度388m，盐层顶板厚度935m～1381m，大于破裂拱的高度，对盐层上部地下含水层造成破坏和污染的可能性小。
此类岩盐水溶开采矿山，特点是开采深度大，盐矿体产状平稳，倾角小，开采工程合理布局的情况下，即溶腔稳定的情况下，引发地面变形量都非常小。但是近年来，部分矿山开采引发了地面塌陷地质灾害，如湖北省盐矿水采基地的地面塌陷，该区水采区开采深度大于400m，经过高分辨率地震探测结果表明，该区盐矿水采基地引发地面沉陷地层位于埋深100m左右以上地层，在埋深300m～450m处地层连续性好，即溶腔顶板及上部岩层完整，溶腔无垮塌显示，因此盐矿开采形成的地下溶腔不是直接导致地面沉陷的原因[3]。
此类矿山产生塌陷的原因主要在于溶腔对上部岩层产生了破坏，主要表现在开采形成溶腔使原岩应力平衡重新进行了分布。应力的重新分布使岩土层在水平和纵向上产生变形，这样的变形无疑会对采卤井壁产生挤压，由于岩层的不均一性，各个岩层产生的变形量不一致，导致采卤井水平受到剪切，采卤井一般用油井水泥固井，允许的水平变形小，采卤井管在不同的地层分界处、井管薄弱部位产生断裂和错位。通过借助超声波测井仪进行定位测井来检测，这一点在湖北省盐矿水采基地14号采卤井及应城市卤水公司211号井超声波检测中得应证，深部断裂点基本上处于岩层界面处。
可见盐岩开采不是直接对地层及上覆岩层造成了很大破坏，而是在盐矿开采过程中逐渐形成的，这个过程是从一个开采环节到另外一个开采环节，其中一个开采环节发生变化时，导致另一个环节产生影响，各个环节共同作用时，才会产生较大的危害，会随着时间的推移，发生变化可能性较大。湖北省盐矿水采基地1975年建矿生产，1992年发生地面塌陷，时隔17年，主要原因为卤井井管破裂，高压注水与卤水进入浅部岩土层，在采卤过程中由于长时间的注水与采卤水的循环作用，上部岩土体受到冲蚀、潜蚀和溶蚀，其固体物质被携带至地下溶腔，使浅部岩土层松散或产生空洞。因此矿山开采稳定性也是相对的，要一分为二的看待，不能说盐矿开采是稳定的（相对某一时间段是稳定的），鉴于地下岩层的各向异性，只能说盐矿开采在开采的某一时段内是稳定的，开采达到一定程度时，开采开始变得不稳定。按照理论计算，本矿山开采是稳定的、安全的，但条件随着开采时间会发生变化，如果说非要界定一个时间的话，笔者认为开采可分为前期、中期、后期，在矿山开采前期由于是新建矿山，开采不存在较大问题，可能在中后期，由于矿山工程在使用一段时间后，因为设备老化、卤水的侵蚀、开采条件（溶腔的大小，塌落拱的高度、导水裂隙的高度）发生变化，溶腔的受力情况发生着变化，这就意味着我们需要对矿山稳定性重新评价，这时中后期的矿山监测（测井）工作就显得尤其重要了，这是我们了解矿山开采稳定性变化的唯一途径。
4.2矿山引发矿山地质环境问题分析
中国平煤神马集团联合盐化有限公司娄庄矿段盐层埋深大，含盐层厚度大，据前述矿山开采虽然引起地面变形量小，引发地面塌陷及地裂缝的可能性小，但在中后期矿山开采存在不稳定因素。因此，虽然前期矿山开采不会直接导致一些环境问题，但是随着矿山开采范围扩大，时间的延续，会间接导致此类矿山特有的一些问题。首先是对地下水的影响，其次是产生地质灾害影响。
4.2.1矿山开采对地下水的影响分析
矿山开采形成拱状塌落高度388m，古近系廖庄组砂岩裂隙孔隙含水岩组位于矿体上120m～300m，新近系上寺组砂岩裂隙孔隙含水岩组距离矿体420m～740m左右，拱状塌落将直破坏古近系廖庄组砂岩裂隙孔隙含水层，在导水裂隙的影响下，对新近系上寺组砂岩裂隙孔隙含水层也会间接造成影响，高压卤盐水进入到含水层中，对地下水造成污染。
4.2.2地质灾害问题分析
矿山开采形成的拱状塌落带及导水裂隙带的存在，高压卤水进入上部岩层，矿层的顶板为古近系廖庄组杂色粗粒状砂泥岩互层，间接顶板为新近系上寺组细砾岩、砾状砂岩与泥岩。这些岩层在卤水冲蚀、潜蚀和溶蚀作用下，岩层中孔隙充填物被携带至采卤溶腔中，致使上部岩层变得松散或者形成孔洞，破坏了上部岩层结构，随着裂隙及孔洞不断发育，一旦高压卤水卸压，岩层失去支撑，应力平衡受到破坏，支撑力小于上部荷载，随即会引发地面沉陷。这种塌陷不是因为开采溶腔的扩大直接导致形成的，而是在开采过程中逐步形成的，初期变形不明显，突发性很强，这是为什么大多数发生地面塌陷的盐矿采区出现冒卤后随即发生了地面塌陷。
4.3结论
据上述经验及公式计算，合理布设开采工程，盐矿开采在前期基本是稳定和安全的，中后期随着溶腔的增大，破裂拱上扩，上覆岩层产生变形，变形对卤井及运输管道造成破坏，一方面卤水对地下水造成污染，一方面在高压卤水的影响下，上部地层被冲蚀、潜蚀和溶蚀，在浅部岩层形成空洞，采卤井卸压，应力平衡被破坏，形成地面沉陷。所以此类岩盐矿山开采中后期应加强对卤井完整性及溶腔监测工作，同时加强浅部地下水质监测，一旦发生异常应引起高度重视，做到防患于未然。
参考文献
[1]浙江省地球物理技术应用研究所.湖北省应城市盐矿水采区高分辨率地震勘查测试报告[R]，1993.
[2]华东石油局地质研究所.湖北省应城市卤水公司大田采段勘查、整改技术改造设计规划[R]，1994.
[3]肖尚德.云-应盆地薄层复层岩盐矿水采区地面沉陷机理研究[J]地质科技情报，2003（2）：91-94.
分段盐析法的基本原理篇5
关键词：盐渍土路基特性处理措施
中图分类号：F540.3文献标识码：a
1．工程概况
宁夏境盐池至红井公路路线全长20.2公里,其中K16+250～K16+650段和16+975～K17+450段为盐渍土路段，盐渍土总长度为875m。K16+280～K16+675段1m以上地层Cl-/So42-介于0.9～1.7，按含盐化学成分分析，属于亚氯盐渍土，含盐量介于1.1～1.9%之间，属于中盐渍土；K17+150～K17+400段1m以上地层Cl-/So42-介于0.3～1.3，按含盐化学成分分析，属于亚硫酸盐渍土～亚氯盐渍土，含盐量介于0.4～1%之间，属于中盐渍土。
2．盐渍土的特性及对路基的影响
盐渍土根据地下水位、时间、气候的变化其具有溶陷性、翻浆、淋溶湿陷、盐胀性和腐蚀性等病害。[1]使公路路面出现网裂、变形、波浪和鼓包等破坏，严重影响交通运输和公路养护的正常运行。
2.1硫酸盐、碳酸盐渍土的松胀性和膨胀性影响路基稳定
这一现象多发生在地表上层,往往引起路肩及边坡土体变松,影响路基稳定。碳酸盐对土体膨胀性的影响往往造成路基塌陷。含盐量多时,会产生湿陷、塌陷等路基病害。
2.2毛细水携盐上升对路基、路面的影响。盐渍土携带盐上升的速度缓慢,是看不见摸不着的,最终盐要聚集到路基上层,渗入并破坏路面。
2.3盐渍土的溶陷性：盐渍土有可溶性盐溶性，会产生潜蚀溶陷，会造成盐渍土路段路基的地基沉陷。
2.4盐渍土的盐胀性
盐渍土具有较强的亲水性，遇水后能很快与胶体颗粒相互作用，在胶体颗粒与土颗粒周围形成稳固的结合水薄膜，减少了颗粒直接的粘聚力，能使粘土颗粒发生很大的分散，引起土的膨胀。由于盐胀作用使土的空隙增大，土粒松散，形成与盐结壳脱离的蓬松层。这种盐胀作用常使路基土体松软，边坡坍塌，路基泥泞不堪。
3.盐渍土路基处理措施
取现场具有代表性的K16+400和K17+200土样，实验得出其物理力学指标如下：液限32.3%，塑限18.5%，塑性指数13.8，最佳含水量13.7%，最大干密度1.82g／cm3。
3.1路基基底的处理
先清除表层植被、盐壳、腐殖土等；表层有湿土，先挖除表层湿土后进行换填，换填厚度100cm，换填砂砾石，分层碾压密实，分层填筑砂砾石，每层厚度为15cm～20cm，压实度不小于93%，换填顶面采用冲击式压路机压实。
3.2盐渍土地区路基处理措施
在盐渍土地区路基施工中，除采用渗水性填料，还要在路堤下部设置封闭的隔水层，隔断层宜设置在路床顶以下80～150cm处，同时应满足冻深要求，高出边沟流水位，并尽可能考虑设置在产生盐胀深度以下。隔断层材料的选择可选用砾石、碎石或砂做隔断层，当高度偏低时宜选用不透水材料隔断。
本段盐渍土路段原地面线以上路基全部采用砾类土填筑，并在距地面线50cm处铺设隔水土工布，隔水土工布至路面顶面距离大于等于1.5m；原地面以下1.5m范围换填1m片石（施工要求每50cm人工摆铺一层片石，用压路机静压至没有明显差异沉降为止）+0.5m砾类土至地面线，保证基底压实度（重型）不小于90%，并在路基两侧坡脚外2m处开挖底宽0.6m、深1.5m的排水沟降低地下水位，汇水集中排除路基外，排水沟用干砌片石加固，隔水土工布采用单位面积质量为500g/m2的二布一膜隔水土工布，纵向每50m搭接50cm。对于换填1m厚片石处理的质量控制按填石路基规范要求执行，采用压实沉降差控制压实度。换填片石的试验检测质量要求为抗压强度不小于15mpa。盐渍土路基砾类土松铺厚度不宜大于300mm，碾压时应严格控制含水量，碾压含水量不宜大于最佳含水量1个百分点。
施工中严格控制隔水土工布上下8cm以内的填料粒径，最大不得大于6cm，在平整好的路堤底宽全断面铺设，摊铺时拉直平顺，紧贴下承层，并在每边各留足够的锚固长度，施工中隔水土工布如有破损应立即修不完好，铺好的土工布要及时填筑，间隔时间不宜超过48小时。
换填优点：a、路基换填砂砾石、砾类土，碾压密实，避免毛细水携盐上升对路基、路面的影响；b、利于检测，压实度直接检测；c、消除盐胀、冻胀等病害；d、施工方法简单，施工工期短；
4.结束语
通过盐渍土基填筑换填处理措施在省道盐池至红井公路的施工实践，[2]成功地解决了盐渍土路基质量通病问题，施工的盐渍土路基段经检测验收全部满足要求，有效控制盐渍土与水作用的办法是适宜的，措施上是可行的，经济上是节约的，为我区今后在公路建设中的盐渍土路基施工积累了经验。
参考文献
分段盐析法的基本原理篇6
摘要
植被对土壤光谱的干扰是目前土壤盐渍化遥感监测的重要限制因素之一，探索消除稀疏植被覆盖区植被对光谱影响的方法，对提高土壤含盐量遥感反演精度具有重要意义。本文通过对189组不同植被覆盖度且不同盐渍化程度种植微区野外实测地表可见-近红外反射光谱进行分析，比较并评价了基于原始光谱和盲源分离（Blindsourceseparation,BSS）后光谱预测土壤含盐量的结果。结果表明：地表植被覆盖严重影响基于可见-近红外反射光谱的土壤含盐量反演精度。盲源分离方法，尤其是基于方程z=tanh(y)的独立分量分析（independentcomponentsanalysis,iCa）算法，可有效分解植被和土壤的混合光谱，并提高植被覆盖下基于可见-近红外反射光谱的土壤含盐量反演精度。该方法为植被覆盖区大尺度土壤盐渍化遥感监测提供了方法指导。
关键词
稀疏植被覆盖；可见-近红外反射光谱；土壤含盐量；盲源分离
土壤盐渍化是世界性生态环境问题之一，也是导致土壤荒漠化和土壤退化的主要诱因之一。盐渍化土壤中的可溶性盐，严重影响作物生长，并威胁作物产量，是农业可持续发展的重要限制因素。近年来，全球盐渍化以及次生盐渍化土壤的面积不断增加，因此，对盐渍化土壤的盐渍化程度、面积以及空间分布的实时、动态监测尤为重要，这也是制订综合治理措施，合理利用土地的关键。传统监测土壤盐渍化的方法，主要依靠野外采样，不仅耗费大量人力、物力以及财力，且结果易受采样范围、采样时间及样点空间分布影响。遥感方法以其覆盖面积大、更新速度快、经济等优势迅速成为大尺度土壤盐渍化监测的主要手段[1]。高光谱分辨率遥感因其丰富的光谱信息和较高的光谱分辨率，可探测到微弱的光谱变化，受到越来越多学者的青睐。国内外诸多学者采用高光谱遥感影像或近地光谱对含盐土壤的敏感波段进行了研究，研究表明富含naCl的土壤在1970～2450nm、1442nm、1851nm、1958nm和2226nm附近有诊断性吸收特征[2-3]。
另有学者基于遥感影像或光谱数据对土壤含盐量进行了反演研究，研究表明偏最小二乘回归模型（partialleastsquaresregression,pLSR）、人工神经网络（artificialneuralnetwork,ann）、多元线性回归分析和各种盐分光谱指数均可用于土壤含盐量的定量反演[4-9]。但是当前大多数研究以裸土光谱为研究对象，缺乏植被对光谱反射率影响的考虑，遥感监测中直接获取的往往是植被和土壤的混合光谱，因此，采用混合光谱直接反演土壤含盐量的精度有限。盐渍化程度较高的土壤一般很少有植被生长，但是对于中低盐渍化程度的土壤而言，一些盐生植被或作物仍可生长。对有植被覆盖的地表而言，遥感或者近地光谱探测到的大都是土壤与植被的混合光谱。因此，植被对土壤光谱的干扰是目前土壤盐渍化遥感监测的重要限制因素之一[1,10]。针对有植被覆盖的地表土壤属性遥感反演，传统方法是掩膜掉高植被覆盖区[11]，但这造成了高植被覆盖区土壤数据的缺失。土壤盐分影响植物生长，因而一些学者试图利用植物的生长状况间接反映土壤盐渍化状况，并构建各种植被指数与土壤含盐量建立关系。研究发现，归一化植被指数（normalizeddifferencevegetationindex，nDVi）[12]、光化学植被指数（photochemicalreflectanceindex,pRi）、红边位置（Rededgeposition,Rep）、叶绿素归一化指数（Chlorophyllnormalizeddifferenceindex,ChlnDi）[13]、改进的归一化植被指数（modifiednDVi）[9]和土壤调节植被指数（Soiladjustedvegetationindex,SaVi）[14]均与土壤含盐量有较高的相关性。由于上述指数不是直接针对土壤含盐量建立的，故并不适用于所有研究。例如，Zhang等[14]研究指出除SaVi以外，上述指数均与土壤含盐量呈弱相关。Zhang[15]和Douaoui[16]等在其研究中也指出nDVi不是一个很好的土壤含盐量预测指数。丁建丽等[17]用实测综合光谱指数建立的高光谱模型可准确提取土壤盐渍化信息，结果明显优于传统遥感方法中单纯利用植被指数或者土壤盐分指数的模型。上述研究表明，用植被指数反演植被覆盖区土壤含盐量易受研究区及作物品种等外界因素影响，缺乏普适性和可移植性。如何去除或减弱植被对土壤光谱的干扰，近年来成为土壤含盐量遥感反演急需克服的瓶颈[10]。
针对如何去除植被信息对土壤光谱影响的研究，国内外的研究尚且有限。Bartholomeus等[18]首次提出残余光谱分解算法（Residualspectraunmixing,RSU），将土壤光谱和植被光谱从混合光谱中分解开，并建立土壤有机质与所提取土壤光谱的pLSR模型，验证集均方根误差为1.65gkg-1，与植被去除前相比，预测精度大有提高。但是RSU的应用有一个前提条件，即事先要获取土壤和植被在混合像元中所占的比例，以及土壤和植被端元的光谱信息。然而，在实际应用中上述信息并不一定完全可获取，这就限制了RSU方法的使用范围及工作效率。ouerghemmi等[19]采用盲源分离（Blindsourceseparation,BSS）方法，在没有源信号和混合信号任何先验知识的前提下将植被和土壤光谱分解，并利用分离出的土壤光谱建立土壤黏粒含量的反演模型。虽然BSS方法广泛应用于通讯[20-21]、生物医学[22-23]、地球物理学[24-25]以及图像处理[26-27]等领域，但是其在土壤学中的应用还很少。该方法是否适用于土壤含盐量反演，尚需进一步探讨。本文以不同植被覆盖度地表的野外实测可见-近红外反射光谱数据为研究对象，采用BSS方法去除植被对土壤光谱的影响，并建立土壤含盐量的pLSR反演模型，探索植被覆盖区土壤含盐量的遥感反演方法，为盐渍化土壤大尺度遥感监测提供方法指导。
1材料与方法
1.1研究区概况研究区位于江苏省东台市弶港镇东南部黄海原种场内（120°54′6.48″e,32°38′40.16″n），东临黄海。该区位于北亚热带北缘，海洋性季风气候显著，四季分明，日照充分，多年平均气温14.7℃，降水量1042mm，主要集中在6—9月，蒸发量1417mm。土壤为滨海盐土，母质为江淮冲积-海相沉积物，土壤剖面均匀，以粉砂占优势，是苏北盐渍化土壤的典型代表。
1.2试验设计与数据采集试验田块用pVC板等分为50个1.5m×1m的微区，以减少微区之间水分和盐分的侧向移动。为获取不同盐渍化程度的土壤，结合氯化物盐土的分级标准及大麦对盐分的耐受能力，将微区盐分含量控制在空白对照、0.3%、0.5%、0.7%和0.8%五个等级。此外，本研究对该区土壤样品离子的测定结果[28]和已有研究结果均表明该区主要土壤盐分组成为naCl[29]，因此，本研究通过添加naCl的方式来控制各微区土壤含盐量，将其均匀地洒在翻耕过的土壤表面，进行旋耕，旋耕深度为20cm，之后进行土地平整，放置3d使naCl与耕层土壤充分混合后进行播种。每个盐分梯度均包括10个微区，该10个微区播种不同数目的大麦种子，以获取不同植被覆盖度。试验期施肥、灌溉、除草和除虫等田间管理与本地常规相同。在整个大麦生长期，定时采集土壤样品、地表光谱以及植被覆盖度。本文以植被尚未完全覆盖地表前的2013年12月5日（出苗期）、2013年12月29日（越冬期）、2014年1月21日（越冬期）以及2014年3月22日（拔节期）等4个时间采集的数据为数据源，共计50×4=200组。由于人为原因，其中11组数据由于测量误差较大，未用于数据分析，本研究共采用189组数据进行数据分析。光谱数据采用美国aSD公司生产的Fieldspec3Hi-Res型地物光谱仪进行采集，其波长范围为350～2500nm，光谱分辨率在350～1000nm为3nm，在1000～2500nm为10nm。为了减少光照、太阳高度角等因素对地表反射率的影响，选择晴朗无云的天气进行光谱测量，测量时间为北京时间上午12点至下午2点。采用25°视场角探头，探头始终位于微区中心上方垂直于地表1.3m的位置，视场直径约为57cm。每次光谱采集前均进行白板校正，每个微区采集10条光谱曲线，算术平均后得到该微区的实际光谱反射率数据。由于边缘波段350～379nm和2401～2500nm信噪比低，1351～1450nm和1801～1950nm受空气中的水汽影响较大，在后续分析过程中去除上述波段数据。植被覆盖度从拍摄的数码照片中采用分类的方法提取。拍摄照片前将一个100cm×75cm的矩形框放在微区中间位置，然后将相机架于微区上方1m的位置，调节焦距，当整个矩形框全部进入视野时，拍摄照片。在此基础上，将照片的红绿波段值相减，然后设定一定的阈值将计算后的图像二值化，用滤波工具去除噪声点，最后统计植被占整个照片的比例，就得到了该微区的植被覆盖度。土壤样品采集采用梅花采样法，每个微区采集0～5cm深度的样品5个，混合后的样品为该微区的土壤样品。采集的土壤样品风干、研磨、过筛（2mm）后，用于测定土壤电导率。称取10g土样置于离心管中，加入50ml无Co2去离子水振荡，以4500rmin-1转速离心10min后用电导率仪测定其上清液电导率。对部分土壤样品进行离子组成的测定，采用常规分析法（土水比1:5）确定土壤各离子组成含量，计算相应的土壤全盐含量，得出该研究区土壤全盐含量与浸提液电导率的换算关系[28]，并用该关系将土壤电导率转换为土壤全盐含量。
1.3盲源分离盲源分离是在源信号及传输信道参数均未知的情况下，根据源信号的统计特性，仅用观测到的信号来恢复或分离源信号的过程。在该过程中，“盲”具有两重含义：一是源信号不能被直接观测到；二是源信号在传输过程中是如何被混合的未知。所以，盲源分离仅仅是利用包含在观测信号中的信息来解决问题的一种方法。独立分量分析方法（independentcomponentanalysis,iCa）是近年逐步发展起来的一种新的多维信号处理算法，也是当前最成熟的BSS方法之一，其目的是从多通道观测得到的由若干具有统计独立特性的源信号组成的混合信号中将隐藏的独立分量（源信号）分离或提取出来，基于BSS的iCa目的是：根据混合信号x(t)和源信号s(t)的统计独立性通过迭代寻找解混矩阵w，使输出y(t)尽可能在相互独立的前提下逼近源信号s(t)，从而达到盲源分离的目的。本文采用的为iCa算法，由于对源信号和混合矩阵无先验知识可以利用，因此必须对源信号和混合矩阵做出某些附加假设：(1)假设源信号之间是相互独立的；(2)若想使得wa=i，必须假设a是列满秩矩阵；(3)观测信号数多于或等于源信号数，即m≥n；④假设观测信号的噪声是可以忽略的。
1.4建模方法及精度评价模型建立采用偏最小二乘回归（pLSR）方法，pLSR方法是目前土壤属性光谱预测普遍采用的一种多元回归分析方法，该方法将多元线性回归、变量的主成分分析以及变量间的典型相关分析有机结合，可同时实现回归建模、数据简化以及相关分析，为多元数据分析提供了极大的便利，尤其对样本量小，自变量多，且变量间存在严重相关性的数据具有独特的优势。本研究将所有数据按照含盐量从低到高排序，每隔两个取出一个作为验证集，其余为建模集（126个建模集+63个验证集），首先采用完全交叉验证（Fullcrossvalidation）方法对所建模型进行验证，然后用独立验证集对模型进行验证。为了减少异常样本对建模和预测结果的影响，本研究剔除残差大于3倍样本集标准差，以及杠杆值大于3倍建模集杠杆值均值的异常样本[28]。pLSR模型的建立采用theUnscramblerX10.1软件实现。精度评价主要采用以下参数：建模集交叉验证决定系数（Coefficientofdeterminationincrossvalidation，R2cv）、建模集交叉验证均方根误差（Rootmeansquareerrorofcrossvalidation，RmSecv）、建模集交叉验证测定值标准偏差与标准预测误差的比值（Ratioofstandarddeviationtostandarderrorofcrossvalidation，RpDcv）、验证集决定系数（Coefficientofdeterminationinprediction，R2p）、验证集均方根误差（Rootmeansquareerrorofprediction，RmSep）和测定值标准偏差以及标准预测误差的比值（Ratioofstandarddeviationtostandarderrorofprediction，RpDp）。R2cv、R2p以及RpDcv、RpDp越大，RmSecv和RmSep越小，表明建模精度越高。
2结果
2.1基于原始光谱的土壤含盐量预测将所测不同植被覆盖度下的地表原始光谱与土壤含盐量建立pLSR模型，并用独立的验证集对所建模型的精度进行验证，结果如图2所示。地表原始光谱并不能很好地反演土壤含盐量，建模集R2cv仅为0.53，RmSecv=3.54gkg-1，RpDcv=1.47，线性拟合直线远远偏离1:1线（图2a）。验证集的结果同样较差，R2p=0.50，RmSep=3.33gkg-1，RpDp=1.41，线性拟合方程的系数仅为0.55（图2b）。由此可见，直接用所测原始光谱与土壤含盐量建立模型，所得预测结果的精度远不能满足实际需要，因此，若想进一步改善植被覆盖下土壤含盐量的预测精度，应对植被和土壤的混合光谱进行分解，以去除植被对土壤光谱以及土壤含盐量预测的干扰。
2.2基于盲源分离后土壤光谱的土壤含盐量预测为验证盲源分离法所提取土壤光谱的有效性，本文将iCa算法所提取的土壤光谱与土壤含盐量建立pLSR模型，并用独立的验证集来检验模型的精度。基于盲源分离后的土壤光谱所建立的pLSR模型，建模集较原始光谱所建模型的预测精度有大幅度改善，建模集R2cv提高至0.66，RmSecv降低至3.10gkg-1，RpDcv提高至1.70，所有数据点都基本均匀分布在1:1线附近。模型验证集的精度也有较大改善，R2p=0.62，RmSep=2.89gkg-1，RpDp=1.57，回归方程系数达0.78（图3）。该结果表明，盲源分离后的土壤光谱可有效反演土壤含盐量，盲源分离法可提高植被覆盖下土壤含盐量预测精度。
3讨论
基于土壤和植被的混合光谱进行土壤含盐量估测，结果表明其估测精度有限（R2cv=0.53，RmSecv=3.54gkg-1，RpDcv=1.47，R2p=0.50，RmSep=3.33gkg-1，RpDp=1.41），难以满足实际需求，仍有进一步改善的空间。植被影响土壤的光谱形态特征，植被覆盖度越高，700nm附近植被的红边特征越明显。当植被覆盖度达20.0%以上时，地表光谱接近植被光谱，土壤的光谱特征已不明显[30]。因此，植被对土壤含盐量的光谱估测有一定的干扰。
盲源分离方法根据源信号的统计特征，利用其自身的统计特性将其识别并从混合信号中分解出来，且无需源信号和混合信号的任何先验知识。本文根据盲源分离方法的这一特性，将土壤光谱从混合光谱中分解出来，并利用提取出的土壤净光谱进行土壤含盐量的预测。结果表明：和原始光谱相比，基于去除植被后光谱的土壤含盐量预测精度更高，与Bartholomeus[18]和ouerghemmi[19]等的结论一致。由于构成混合光谱的源光谱的个数以及所占比例未知，盲源分离过程中如何确定合适的源的个数至关重要。本研究对如何选择最佳的源个数进行了探讨，尝试用2、3和4个源分别对数据进行分解。现以植被覆盖度为8.23%的数据为例进行图示说明。当植被覆盖度为8.23%时，地表反射光谱呈现出明显的植物的光谱特征，尤其是在700nm附近出现明显的红边特征，如图4a所示。当设定源的个数为2时，混合光谱被分解为两条独立的光谱，和地物光谱库中的植物以及裸土光谱比较相似，其形态特征以及特殊吸收波段均比较类似（图4b）；增加源的个数至3时，分离后的光谱曲线上出现很多类似噪音的点，光谱曲线不再平滑，且分离出的光谱曲线之间差异不显著，与植物的光谱特征较吻合，但是与土壤的光谱特征相差较大（图4c）；当源的个数增加至4时，分离出的光谱曲线更不连贯，虽然从形态上大致可以看出其中一条类似植物光谱，但由于其取值不连贯，整条曲线不平滑，噪声点较多，实际应用价值不大（图4d）。
上述结果表明，源的最佳取值为2，表明组成混合光谱的主要地物为植物和土壤，其他地物如残留秸秆、石块等异物尽管在野外光谱测量中不可避免，但是其作用与植物和土壤相比较弱，对土壤光谱的干扰作用并不显著，在盲源分离过程中可不予考虑，故本文所有分析过程源的个数均设为2。盲源分离方法可将植被和土壤光谱有效分解的前提是：探测器探测到足够的土壤信息。因此，当植被覆盖度过高时，混合光谱中没有包含足够多的土壤信息，盲源分离方法将无法有效地分离植被和土壤光谱。所有189个植被覆盖下分离后光谱与裸土平均光谱的光谱角的计算结果表明（图5）：当植被覆盖度低于30%时，土壤光谱角基本未超过40°（黑色虚线），而当植被覆盖高于30%时，土壤光谱角迅速增加并超过40°。该结果说明随着植被覆盖度的增加，BSS方法分离出的土壤光谱与裸土光谱差异逐渐增大。由此可知，当植被覆盖度低于30%时，BSS方法更有效，且随着植被覆盖度的增加，BSS方法的有效性迅速降低。尽管当植被覆盖度过高时，BSS的有效性有所降低，但和基于混合光谱的土壤含盐量预测结果相比，BSS提取出的土壤光谱仍可改善土壤含盐量的估测精度（图2和图3）。尽管经盲源分离后提取出的土壤光谱改善了基于原始光谱的土壤含盐量预测精度，但是其预测精度还有待进一步提高，因为在现有研究中尚未考虑土壤水分、土壤粗糙度等其他外部因素对土壤含盐量预测精度的影响，而上述因素在已有研究中已被证明是影响土壤属性光谱预测精度的重要因素[31-33]。本文旨在探讨植扰的去除，因为植被是盐渍化土壤遥感监测中对土壤含盐量预测精度影响最大的因素，有关分离后土壤光谱中土壤水分、粗糙度干扰的去除或削弱研究已经在进行，将在今后的文章中详细探讨。
4结论
分段盐析法的基本原理篇7
关键词：高速铁路；路基；盐渍土；换填；复合地基
引言
盐渍土作为地区性特殊岩土，在世界各国均有分布。由于盐渍土在盐的胶结作用下具有其独特的工程特性，天然状态下，强度较高；但遇水后，易溶盐的溶解，土体结构容易破坏，造成承载力与沉降性能显著降低；另外盐渍土的腐蚀性、溶陷性及盐胀性对高速铁路路基设计提出了更高的要求。本文结合伊朗高铁项目阐述对盐湖内盐渍土地基处理方法，以供参考。
1工程概况
本项目线位穿越干涸的盐湖，属湖积平原，地形平坦、开阔，表层土为盐渍土，属现代盐渍土，现代积盐过程仍在进行，盐渍化明显，具盐壳、松胀等现象。根据地勘资料显示上覆第四系全新统冲积层含黏土级配不良砂、含黏土级配不良砾，一般厚度11～24m；湖积层低液限黏土等，覆盖层厚度大于70m。地下水位埋深0.65～11m之间，具有强腐蚀性。地震动峰值加速度为0.30g，场地类别为Ⅲ类。
2场地性质
盐湖段盐渍土以氯盐、亚氯盐为主，其次为亚硫酸盐～硫酸盐。土层中均含有盐的结晶，特别是表层0.3～0.5m为盐壳层，表面硬，下部比较松散。易溶盐平均含盐量在0.83%～3.57%，属于中～强盐渍土。地下水对混凝土具有强侵蚀性，地下水位较低的细砂层地段考虑液化影响。
3主要地层简介
根据地质钻探显示盐湖段一般是砾质冲积-冲积扇土上有石膏的积累；其下的湖积-湖积层有易溶盐性盐类的积累[1]。盐湖段主要地层指标如表1所示。
4设计要求
为满足高速铁路有砟300km/h的要求，路基稳定性及地基条件需满足表2设计要求[2]。
经计算分析，盐湖段路基稳定性能满足设计要求，含盐团地层与虽然承载力满足要求，但遇水后会产生崩解，不满足沉降要求；低液限黏土承载力与沉降均不满足设计要求，因此需对以上地层进行地基处理。
5盐湖地基处理方案
对于盐渍土地基处理，首先在线位方案选取过程中，优先考虑绕避方案，因即使采用相应工程对其进行防护，考虑盐渍土的腐蚀性，对工程的长期耐久性仍会有影响；另外盐渍土地段路基应尽量以路堤的形式通过，减少水对路基基床填土浸蚀的影响，并保证不发生次生盐渍化的要求。结合盐渍土的类型及特性与高速铁路对地基承载力与沉降的要求，本项目主要采用以下措施对盐渍土地基进行处理。
5.1换填法
对地表盐壳层，具有高溶陷性的含盐团地层，将其挖除换填含盐量相对较小的粗颗粒土或非盐渍土填筑，并在施工过程严格控制压实质量。换填深度一般控制在0.5～3.0m[3]，否则工程造价太高，不经济。
5.2隔断层与护道
水是危害路基路面强度和稳定性的最直接最重要的因素，盐分的迁移积聚，都是水直接影响的结果，因而排水设计尤为重要[4]。本项目沿线填料匮乏，完全采用非盐渍土填料填筑，几乎不可能，另外高速铁路对沉降变形控制要求严格，因此对基地土进行换填的同时，在原地面以上0.6m与基床表面底面设置了两道复合土工膜（两布一膜）隔断层，并在两侧路堤边坡设置3m宽，1m高护道；从横向及纵向上做好防水措施，并加强排水设计，形成完整的排水系统将，以尽可能减少水对基底影响范围填料的危害。当换填填料为非盐渍土时，可不用设置隔断层与护道。
5.3复合地基
对于深厚松软土、细砂液化层含盐量较高，属于中～强盐渍土，且地下水位高，强腐蚀性，采用常规的地基处理方法无法满足承载力、沉降及长期耐久性的要求，因此针对以上不良地质段落，分段采用了预制方桩与振动沉管碎石桩法进行地基处理。对于深厚软土采用C50混凝土预制方桩处理，桩间距横向2.5m，纵向2.8m，并设置桩帽，混凝土采用抗侵蚀水泥拌制，桩端进入压缩模量相对较大的硬塑状粘土或中粗砂持力层；在此需要说明的是，考虑盐湖地质条件与侵蚀环境的特性性，CFG桩的成桩与抗侵蚀性效果可能不理想而没采用。对于砂土液化地层，主要采用振动沉管碎石桩进行处理，通过强大的振动，可以给地基土以振动挤密、排水减压、置换加固和预振效应，从而提高砂土的抗液化能力和承载力，桩间距1.1～1.3m。
盐渍土地基还可采用预浸水法、化学治理法[5]、强夯法、强夯置换法、水泥搅拌桩及桩板结构等进行处理，具体工程措施的选取应结合工程性质、技术要求及工程造价综合考虑。
6结束语
本文依托此高铁项目，对盐湖段地层进行了阐述，提出了不同盐渍土类型地基处理的设计思路及工程措施，以供类似工程参考。
参考文献
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分段盐析法的基本原理篇8
关键词：分析化学课程实验教学法应用职业能力
分析化学课程以往的教学模式是：理论讲授+实验+笔试。实验是老师演示，学生模仿，并按预先设置的实验步骤操作，学生被动学习，实验形式单一，与工作岗位缺乏密切联系，旧的教学模式显然无法满足职业能力目标要求。因此，我们有必要引入行为导向教学法，做一些教学改革的探索。
一、行为导向教学法的概念
行为导向教学法源自德国，是以学生为中心，以培养学生行为能力为目标，通过多种活动形式，激发学生的学习热情和兴趣，使学生主动参与活动以团队形式进行学习的教学方法，经各国实践证明是行之有效地促进职业能力形成的教学模式。建构主义学习理论认为，知识是由认知主体主动建构的过程，即学习者的知识是在一定的情境下，借助他人（教师、学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式获得。行为导向教学法的教学理念与建构理论相符，模式有很多种，主要有项目教学法、引导文教学法、案例教学法、实验教学法等，各种方法无优劣之分，应用什么方法取决于教师、课程内容、设备、层次不同的学生等。
二、制定课程目标并进行内容改造
实施该教学法，要改变传统观念，树立新的教学理念，从“以知识为本位”转变为“以能力为本位”，要强调“为行动而学习”和“通过行动学习”，参照化工分析、药品食品检验中级工行业标准，制定课程目标，实施项目化教学，“理论知识够用为度”。为此，将分析化学内容分为三大块，整合见左表。
实验教学法主要是指实训式实验教学法，下面谈谈该法的应用。
三、实训式实验教学法的应用
实训式实验教学法主要是针对职业能力的培养。其重点是提高心理行为能力，发展学生的个性，能够帮助学生自我认识，改掉个性不足之处，如粗心大意、原则性不强等，还能提高学生的创造能力，改善学生的知识结构。实验的行为导向模式如下：情景定位与设计、假设设立、实验规划、实验实施、对假设的验证以及相关理论归纳。
1.实训式实验行为导向模式的理论依据
（1）情景定位与设计。情景学习理论强调，行动是基于情景的，人们是通过与环境直接接触与互动来决定自身行动。行为导向教学法强调学习情境的设计要科学、合理，可涉及一个或多个职业领域。在进行情景设计时，教师向学生展示一个充满问题的现象作为入门，现象来自学生熟悉的职业领域，或由学生自己描述指出一个矛盾问题，将其设计为实验任务，对可能存在的职业情景进行开发和分析，任务的设置必须让参与者感到有一定的难度并能为学生所接受。此外本阶段的目标是让学生产生关于学习目标、手段、条件和流程的概念（定向）。心理学研究表明，品质和效果在很大程度上取决于定向基础。因此，学生对于学习目标、手段、条件及工作阶段有一个清晰的概念是非常重要的。
（2）假设设立。学生通过分析任务找到自身存在的知识差距并提出矛盾问题，在理解这些问题后对实验结果做出预测，将其表达为待验证假说。按行动理论，当思想预测与行动的前期准备吻合时便成为行动。
（3）实验规划。学生通过分析实验任务，表达验证假说完成了实验的基础部分，开始思考通过什么方案去验证假说。当实验方案达成一致后就要制订工作计划，提出设备要求。学生在这一系列自由行动中，构成了相应的认知要求，对学生的影响有积极的作用。此外，每个行动要求学生要有心理准备，有能力、有责任心。在整个计划过程中，教师要先介绍设备，对每一个实验程序进行检验，提醒学生注意安全及防护措施。
（4）实验实施。实施阶段按计划安排实施实验及记录结果和检测。教师此时为学生提供支持和安全防护事项。
（5）假设的验证。对测定的结果进行评估，获得定性或定量的实验报告，因此学生要进行计算，教师为学生提供数学帮助，对于实验结果学生还要进行口头表达，与假设比较证实真伪。
（6）相关理论归纳。通过实验得到的规律性只能体现整体理论的一部分，因此要将揭示的规律纳入相关理论结构中。
2.教学案例
（1）第一阶段：教学准备。
目标要求：本次实验的主题内容为分析化学课程的“氧化还原滴定法”。根据课程目标，本单元能力目标：一是能运用氧化还原滴定法原理测定物质含量；二是懂得标准溶液的配制方法并能标定其浓度。
情景设计：基于职业能力和课程目标，考虑到学生具有氧化还原知识、滴定分析操作技能，初步学习了分光光度法，设计“测定碘盐中碘的含量”，任务涉及职业领域、社会问题等，让学生感到任务具有一定挑战性。
（2）第二阶段：教学实施。
以“测定碘盐中碘的含量教学”为学习情景，根据近期市场出现私盐事件，请测定市场上出售的碘盐中碘的含量，鉴定是否是劣质碘盐，并提交实验报告。教师提供学生需要的药品、仪器和仪器使用方法。
第一，问题的设计：学生对上述任务进行讨论和研究，在自身的知识和实验条件下，能否解决问题完成任务，讨论提出以下问题。
①私盐是指什么？
②国家标准的碘盐中碘可能是哪些含碘的物质，如何检测含碘与否？对于碘盐碘含量国家制定了哪些标准？
③碘盐含量能否用碘量法，是否还能用其他如分光光度法？
第二，假设结论的设计。对上述问题②提出如下假设。
一是碘盐中碘以单质i2存在，碘遇淀粉液呈蓝色，可用淀粉液鉴别。
二是添加的是碘化物如：碘化钾（Ki）。碘化钾与高锰酸钾在酸性条件反应下生成碘，碘遇淀粉液呈蓝色以此鉴别。
三是添加的碘酸钾（Kio3），碘酸钾在酸性条件下与亚硫酸钠反应生成碘，碘遇淀粉液呈蓝色，以此鉴别。
对上述问题③提出如下假设。
四是用碘量法测碘盐中碘的含量。
五是可用分光光度法测碘含量。
3.实验的方案设计
学生以4～6人为一组，查书籍或上网确定实验原理、方法和相关的信息，准备好市面出售的碘盐样品、药品、仪器，在置办这些物品时老师可提供一些帮助。学生制定实验方案，含实验目的、方法原理和步骤，计算各种试液的浓度、用量、调试仪器，用于检验所提出的假设。教师对每一个实验程序进行检验。
4.实验的实施
（1）学生分工配制各种浓度的试液。
（2）分别检查碘盐中是否含i2、碘化钾或碘酸钾。
（3）分别用碘量法和分光光度法测定碘盐中碘的含量。
记录现象和数据，最后，根据公式计算碘的质量分数。教师给予支持。
5.对假设的检验
从实验结果看，碘盐中并没有含i2和碘化钾，只有碘酸钾，可以排除上述一至五的假设是正确的。
6.对相关理论进行归纳
碘碘量法：io3-+5i-+6H+=3H2o+3i2
i2+2S2o32-=S4o62-+2i-
碘—淀粉光度法：io3-+5i-+6H+=3H2o+3i2
单质碘遇淀粉溶液显色，显色稳定后测其吸光度，依据朗伯尔定律绘制标准曲线，通过计算即可求出食盐中的碘含量。
实验中，学生依靠团队解决问题，通过对任务的分析研究，进行碘盐中碘的检测和含量的测定，记录实验结果并对其进行鉴定，所有的行动有助于学生分析和解决问题的能力、社会能力的提高以及个性的完善。实验过程需要的相关知识迫使学生收集相关信息，培养他们的方法能力。
四、教学反思
行为导向教学法的实施，调动了学生主动学习的热情，在职业能力方面得到了有效锻炼，但教学中还存在一些问题。一是实验场地不足，班级人数太多，教学活动受到限制，学校在硬件方面要加大投入。二是学生开始不适应这种自主学习的方式，不知道该怎么做，教师要多方引导让学生逐渐适应。三是学生分组实施项目时，组员过多依赖能力强的个别同学，或者教师监管不力，造成学生“放羊”，坐享他人成果。针对这种情况，教师要求小组成员个个参与，组建团队时要查看每个人的具体分工，并对每个阶段进行检查，有针对性地检查学生。
总之，受一些客观因素的限制，实施行为导向教学法注定不会一帆风顺。教师要积极转变观念，根据不同的教学内容熟练运用该教学法，熟悉职业岗位的工作内容、环境和要求，提高自身素质，创造条件为学生提供更多自主学习的机会以提高他们的职业能力。
参考文献：
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分段盐析法的基本原理篇9
1试验方法
1.1反应原料和试验设备
试验所用原料是由攀钢集团经“转底炉煤基直接还原—电炉深还原、熔分工艺”技术得到的含钛炉渣（以下简称50#渣），试验前经湿磨并筛分选取200目以下原料。50#渣中tio2含量为45.53%，杂质钙镁铝硅高达50%，详见表2.1.主要物相组成为镁黑钛石（mgti2o5）、镁铝尖晶石（mgal2o4）、ti3o5固溶体、普通辉石（Ca（mg、al、Fe）Si2o6等成分详见图2.1。试验所用的氢氧化钠购自西陇化工股份有限公司，硫酸和盐酸均购自北京化工厂，规格均为分析纯。亚熔盐反应所用的设备为自制的常压亚熔盐反应釜、电动搅拌器（D-8401-wZ，天津华兴科学仪器厂）及控温仪（CKw-2100，北京朝阳自动化仪器厂）。离子交换及水解设备为250ml玻璃三口瓶、温度计及搅拌桨。
1.2试验步骤和分析方法
1.2.1试验步骤按一定碱渣比称取氢氧化钠固体和50#渣，混合均匀，放入反应釜中，搅拌转速为200r/min，在一定温度下反应1h，反应后取出熔盐产物分析其成分含量及物相组成。将熔盐产物经过多级固态离子交换后，放入三口瓶中，称取适量的硫酸（500g/L）溶液，与交换料混合均匀，放入水浴中，在常温下反应2h。过滤收集滤液，采用滴定法测量钛液中tio2浓度及有效酸系数F值（有效酸与总钛量之比）。将所得钛液经除杂后，放入玻璃三口瓶中，在温度为105℃下反应2h，经过滤后取滤饼，水洗后烘干得到偏钛酸，取适量测其粒度分布，并将其放入马弗炉中煅烧1h得到二氧化钛产品。
1.22分析方法取上述试验所得到的固相均在干燥后分别采用X'pertpRompDX射线衍射仪(XRD，荷兰panalytical公司,CuKα辐射,40kV,40ma)分析物相结构,用顺序扫描型X射线荧光光谱仪(XRF，荷兰panalytical公司)及电感耦合等离子体原子发射光谱仪（iCp-oeS，美国perkinelmer公司，optima5300DV）分析固相主要氧化物的含量,用mastersizer2000型激光粒度分析仪(英国malverninstruments公司)分析粒度。
2结果与讨论
2.1原料预处理
本试验中直接亚熔盐反应中出现结块现象，通过低温预处理脱硅，并使得原料中的辉石结构消失，生成了mg2Sio4，打破了原有的矿相结构，从而改善熔盐反应的结块问题。我们也能从微观形貌直观的看到这一现象的变化。原料结构表面致密紧实，处理后的50#渣表面增加了很多针状物，其成分为mg2Sio4，可发挥一定的抗结作用。
2.2亚熔盐反应试验条件
本试验中影响亚熔盐反应的实验条件分别为碱渣比、时间、温度及粒度；针对上述因素分别作单因素实验。当温度大于450℃时钛转化率在96%以上；反应时间在60～90min之间时，钛转化率在97%以上；碱渣比大于1:1时，钛转化率维持在96%以上；粒径在45μm以下时，钛转化率在95%以上。实验结果如图3.1所示；得出熔盐反应最佳实验条件为：温度450℃，反应时间60min，碱渣比为1:1，钛渣粒径在45μm以下。
2.3钛液制备及净化
亚熔盐产物经过多级固相离子交换得到的水洗产物，在低浓度硫酸溶液中溶解得到钛液，iCp分析其含量结果如表3.2；由滴定法测得有效酸为336.2g•L-1，F值=1.9；从表中可以看出，钛液中杂质含量以镁、铝、硅为代表元素。其中镁离子不会参与水解，铝离子在酸性抑制下无法水解。钛液净化主要采用深层絮凝和深层过滤的手段，过滤得到净化后钛液。
2.4水解制备偏钛酸及煅烧
偏钛酸的粒度分布对产品性能有一定影响。王勇等试验表明：当偏钛酸粒径D（0.5）=1.3~1.5μm之间时，煅烧后二氧化钛产品粒度及消色力最佳[11]。因此控制水解前钛液浓度、杂质含量、水解温度及时间对偏钛酸粒度都会产生较大影响。本文在上述实验得到的钛液条件下，在105℃下，水解2h得到偏钛酸的粒度D（0.5）=1.34μm，有利于下一步煅烧产品性能。偏钛酸经过700℃煅烧1h，得到二氧化钛产品，经XRF测量结果如表3.3所示；经XRD分析为锐钛型二氧化钛；经过后期处理得到粒度在300nm左右的二氧化钛产品。
3结论
分段盐析法的基本原理篇10
1，本课题的教学背景
（1）本节教材在本节和本章中及整个教材中的地位和前后关系
本课题内容是在学习高中化学第二章《化学反应速率，化学平衡》的基础上进一步巩固加深学生对化学平衡的理论知识的巩固和应用，本课题内容重在指导学生利用化学平衡理论知识，了解什么是盐类水解及其利用盐类水解的知识解决生活，生产实际中的具体问题，学生通过对本节知识学习掌握，更加深刻理解知识之间的内容联系，掌握科学的学习方法。
（2）本课题在教材内容的主要知识点：盐类水解及其分类，盐类水解的规律，影响盐类水解的因素，盐类水解的离子方程式，双水解，及其盐类水解在生活，生产中应用。
（3）本课题教材内容的能力点，利用平衡理论的知识解决影响盐类水解的因素及利用于生产生活实际。
本课题教材内容知识面较宽，综合性较强是前面已学过的电解质的电离，水的离子积，以及平衡移动原理等知识的综合利用。
（4）在教学大纲中，本节教材是C类要求。
学好本节教材，不但加深巩固化学平衡的知识理论也可利用影响盐类水解的因素，通过条件改变，克服盐类水解的不利影响，解决生产中的不利影响，提高学生理论联系实际，运用知识解决生活，生产问题的能力，培养学生将知识转化为生产力的思想。
2、教学目标的确定
根据《大纲》的要求、教材编排意图及学生的实际情况，拟定以下教学目标：
认知目标——初步掌握.盐类水解的实质，掌握盐类水解的规律，学会盐类水解离子方程式书写。
技能目标——通过本节课的教学，培养学生实验能力，思维能力，逻辑推理和综合归纳能力。
素质教育目标——对学生进行辩证唯物主义教育，培养学生热爱科学、勇于探索的精神。
3、重点及难点的确定
教学重点：盐类水解的实质
教学难点：盐类水解离子方程式书写
二，说方法
（一）说教法：
1：本节教材内容分为两大部分，第一部分是盐类水解，包括的知识点主要有：强弱电解质，强酸，弱酸，强碱（此知识已经在第一节中电离平衡已有所了解）盐类水解部分是在上诉知识的基础上通过实验证明含有弱离子的盐类能水解，在此基础上进一步分析盐类水解的规律，利用平衡移动的知识，解决水解平衡移动的原理及其利用，因此在教材中通过复习提问，实验，讨论，分析，归纳，讲解逐层深入的引导学生得出盐类水解的概念，影响盐类水解的因素等知识。
2：在教学过程中，由于学生对化学平衡的知识掌握程度不同，在盐类水解知识中可能存在不同的知识断层，因此，在教学过程中，通过复习化学平衡移动的知识，强弱电解质的知识，酸碱中和反应的知识，提炼出对盐类水解有用的知识点，达到学生能尽快掌握盐类水解的知识。
（充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用，采用启发式，并遵循循序渐进的教学原则，引导学生不断设疑，析疑，解疑。
对涉及原理的解释，力求实验的教学手段加以解决，即遵守直观性教学的原则。
采用方法1，有利于学生掌握从现象到本质，从已知到未知逐步形成概念的学习方法，有利于发展学生抽象思维能力和逻辑推理能力。
采用方法2，有利于帮助学生形成系统知识，且能使他们的认识过程遵守由感性认识上升到理性认识这一人类认识事物的规律，并能提高他们对概念的理解能力）。
（二）：学法
结合教材特点，指导学生从温故知新的角度开展学习活动，层层导入最终让学生了解影响盐类水解的知识原理，解决盐类水解的利用，使学生动口，动手，动脑，动眼的多层次教学，让学生真正成为主体，感受到化学学习的乐趣，化难为易。
三，学情分析：
对于高二的学生已经具备独立思考，从原理到理论的知识，而且思维活跃，通过掌握平衡，电离及其pH计算的知识，在教学中变探究为验证，激发学生学习的主动性，并培养学生严谨求实的科学态度。
四，教学内容及教学过程
1，复习导入式引出正题
复习水的电离平衡和溶液的pH值，导入溶液的酸碱性与pH值，[H+]和[oH—]的关系。
这样有助于学生做到温故知新，从熟悉的溶液的酸碱性是由酸或碱电离出的H+或oH-引起进而提出溶液的酸碱性是由溶液中[H+]和[oH-]相对大小决定，酸溶液中存在的平衡：
强酸：
弱酸：
因为酸电离出的H+增大溶液中的[H+]根据平衡移动理论，H2o=H++oH-朝左移动，[oH-]的减小，而温度不变，因此Kw不变。Kw=[H+]。[oH-]，所以[H+]增大，即[H+]>[oH-]溶液显酸性。同理，碱性溶液中显碱性。结论：加入的物质破坏水的电离平衡，造成溶液中[H+]不等于[oH-]，即溶液呈现一定的酸碱性。
提问：盐溶液呈酸性，碱性还是中性？
2，实验探索（学生动手）实验用品：aL2（So4）3Kno3na2Co3蒸馏水酚酞石蕊pH试纸
要求学生自己动手设计实验，并完成操作，得出结论
（这样做有助于激发学生探究未知事物的激情并融于课堂，吸引学生的注意力）
此时学生提出将三种盐分别配成溶液并用pH试纸测溶液的酸碱性，得出结论，盐溶液有的呈酸性，有的呈碱性，有的呈中性。
（这样处理实验，启发了学生思维，锻炼了学生解决，分析问题的能力）
教师补充对比实验：
（1）：干燥的盐的酸碱性
（2）：水的pH值测定
然后讨论得出结论。
（这样做有助于培养学生科学的实验态度和方法）
3，抓住机会深刻讨论，分析实验，深化知识。
提问：为什么盐的溶液有的呈酸性，有的呈碱性，有的呈中性？
学生积极思考讨论，教师可提示：H2o=H++oH-电离平衡因外加的酸，碱而引起[H+]不等于[oH-]的思考
（学生会朝着盐类放入水中，打破了水的电离平衡从而引起[H+]不等于[oH-]分别从na2Co3，aL2（So4）3溶液着手引导学生分析弱酸电离，弱碱电离引导学生得出结论：盐电离出的某些离子与水电离出的H+或oH-结合，从而减少水电离的生成物：[H+]或[oH-]。进一步分析能与水电离的H+或oH-反应的是弱酸电离的阴离子或弱碱电离出的阳离子）。进一步推导出盐溶液呈酸碱性的实质——盐类水解。
（这样做有助于培养学生实验能力，思维能力，逻辑推理和综合归纳能力。）
4，引导学生分析盐类水解规律
从na2Co3aL2（So4）3水解实例指导学生分析得出：
有弱才水解无弱不水解谁弱谁水解越弱越水解越稀越水解谁强显谁性
的盐类水解的规律。
5，通过复习离子方程式书写原则，强调盐类水解的特殊性指导学生完成盐类水解离子方程式书写
6、联系实际，加深理解
在学习了盐类水解之后，要联系实际，给出反馈题，启发学生思考。并由他们自己做出正确答案，以加深对盐类水解的理解和认识。
（让学生做反馈练习的目的，用于检查本节课的教学效果，发现教学活动中存在的不足，以便制定弥补的措施，在辅导时进一步完善教学活动）。
7，课后作业
五：说板书