中国第二次北极科学考察沿线气溶胶成分分析

对2003年7月15~9月28日间中国第二次北极科学考察沿线所采集的气溶胶样品进行分析,获得了Na⁺、NH₄⁺ 、Ca²⁺、Cl^-、MSA、SO₄^2- 等11种离子的浓度数据(文中使用当量浓度).根据相关分析, 可将11种离子分为3类: 海盐源离子, 包括Na⁺、Mg²⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl^-、SO₄^2-; 人为源, 包括NH₄⁺ 、NO₃^-; 其它源, 包括 CH₃COO^-、MSA、C₂O₄^2-. 气溶胶以海盐气溶胶为主, Cl^-、Na⁺ 离子分别是阴阳离子中含量最大的离子, (Na⁺ +Cl^-)对气溶胶载量(所测定的阴阳离子的总和)的贡献平均为60.2%, 占气溶胶总量的一半以上. NH₄⁺ /SO₄^2- 的比值的平均为0.45, 根据当地的大气环境和气溶胶的离子平衡, 认为气溶胶样品中NH₄⁺ 和 SO₄^2- 主要是以 NH4HSO4的形式结合. 根据考察沿线 NO₃^- 浓度的变化, 把考察沿线大致分为3个区: 日本海区, 中值为15.2 neq·m^-3; 鄂霍次克海及白令海区, 中值为1.8 neq·m^-3; 北冰洋区, 其浓度较低, 中值为0.4 neq·m^-3. 考察沿线白令海是MSA的高产区.     

秦岭太白山南麓降水中常量无机离子特征及其来源研究

以2011年11月至2014年9月连续采集的74个有效降水样品为研究载体,运用趋势分析法和相关分析法分析太白山南麓黄柏塬地区降水中常量无机离子（NH₄⁺、Ca²⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、NO₃^-、Cl^-、F^-）的化学特征,并结合富集因子法、端源贡献法及后向气流轨迹模型探究其来源。结果表明：研究区降水中各离子浓度大小顺序为Ca²⁺ > SO₄^2- > NH₄⁺ > NO₃^- > K⁺ > Na⁺ > Mg²⁺ > Cl^- > F^-,主要阳离子是Ca²⁺和NH₄⁺,共占阳离子总量的76.21%,主要阴离子是SO₄^2-和NO₃^-,共占阴离子总量的90.83%。降水总离子年平均浓度为404.64 μeq·L^-1,相对于国内外已研究的其他高山站点偏高,表现出典型的大陆型及人为源干扰的特征。受排放源、气象因子、植被、降水量等因素影响,降水总离子浓度表现出显著的季节差异,依次为冬季 > 春季 > 秋季 > 夏季。源解析结果显示降水中SO₄^2-和NO₃^-95%以上由人为源贡献,Ca²⁺和Mg²⁺主要来源于地壳风化,Na⁺海盐源和非海盐源贡献约各占一半,K⁺主要来自于非海盐贡献,而F^-和NH₄⁺则几乎全部由人为源贡献。不同路径气团影响下的降水离子组分具有明显不同,北方气团途径太原、石家庄、北京、兰州等工业发达城市,工业燃煤交通废气排放量大,降水中SO₄^2-、NO₃^-浓度均偏高,离子总浓度也明显高于南方气团。     

中国首次北极科学考察沿线气溶胶可溶性成分的分析

中国首次北极科学考察沿线采集的大气气溶胶样品可溶性成分分析表明,大气气溶胶的平均载量为195neq·m^-3,Na⁺和Cl^-的贡献为0%,NH₄⁺和SO₄^2-的贡献为27%,nssSO₄^2-对SO₄^2-的贡献为8%.气溶胶中阴、阳离子总量基本相当,大气环境呈中性.气溶胶中可溶性成分具有较强的纬度变化特征.根据离子的变化态势可将离子分为3大类,即1)Na⁺,Cl^-,SO₄^2-,K⁺,Mg²⁺,Ca²⁺;2)NH₄⁺,NO₃^-;3)MSA.Na⁺和Cl^-具有较好的线性关系,Cl^-/Na⁺的当量浓度比为1.01,小于其在海水中的比值1.1.NH₄⁺和NO₃^-的浓度随纬度的增加呈现减少的趋势,说明在低纬度近海岸地区人类活动的污染相当强烈.MSA的浓度在白令海区出现高值,与Shemya(52°N,174°E)站夏季浓度1.79±0.83neq·m^-3(170±79ng·m^-3)相当.通过与不同海区夏季释放DMS的通量对比,进一步证明了低温有利于DMS向MSA的转化.     

秦岭主峰太白山北麓降水化学特征分析

利用太白山北麓2011年12月-2013年7月共39次降水样品数据资料, 定量分析了该区域降水化学的特征和时间变化规律. 结果表明: 太白山北麓地区降水中, 除常量离子Na⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、F^-、Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-外, CO₃^2-、HCO₃^-、PO₄^3-及低分子有机酸也占有相当比例. 研究区降水常量离子浓度的顺序依次为: NH₄⁺ > SO₄^2- > Ca²⁺ > NO₃^- > Na⁺ > Cl^- > Mg²⁺ > K⁺ > F^-, 离子总浓度表现出明显的季节变化: 夏季(轻度污染) < 秋季(中等污染) < 春季(严重污染) < 冬季(极重污染). 利用因子分析法得出太白山北麓地区降水组分主要有三种来源; Na⁺、Cl^-、Mg²⁺、Ca²⁺主要来自地壳源, SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺主要来自人为源, K⁺和F^-主要由海盐源和人为源共同贡献. 根据Hysplit 后向气流轨迹分析, 得出不同路径气团降水离子组分不同: 受地形等因素影响, 北方路径的气团比南方路径气团离子总浓度较高; 受土壤类型影响, 西北方向气团降水Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺浓度较高; 受人为活动影响, 东北方向SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺浓度较高.     

南昌市大气NHx干沉降及其氮同位素昼夜变化特征

NH_x（NH₃和NH₄⁺）是大气中主要的碱性物质,NH_x干沉降是大气中NH_x移除的重要途径之一。本研究于2019年8月11日至31日在江西省南昌市东华理工大学分昼夜采集了大气NH_x干沉降样本(包括颗粒铵(NH⁺_4（p）)和气态氨(NH_3（g）)),测定了干沉降样本的NH₄⁺离子浓度、δ¹⁵N-NH₄⁺和pH,基于干沉降样品中NH_x浓度估算了大气中NH_x干沉降通量。结果显示,白天NH_x干沉降通量(0.2～25.9μg/（m²·h）,均值14.2±10.0μg/（m²·h）)低于夜晚(0.9～50.2μg/（m²·h）,均值23.1±1...     

牧压梯度下海北高寒草甸土壤速效氮变化特征及其影响因素分析

在青海海北高寒矮嵩草草甸设置封育禁牧(CK)、轻牧(LG)、中牧(MG)和重牧(HG)放牧梯度试验样地, 进行了土壤速效氮变化特征及影响因素的分析. 结果表明: 植物生长期的5-9月, 土壤NH₄⁺-N、NO₃^--N和速效氮(NH₄⁺-N和NO₃^--N之和)含量季节变化明显, 基本表现为植物生长初期高, 末期低. CK、LG、MG和HG条件下, 5-9月0~40 cm土壤NH₄⁺-N平均含量分别为17.62 mg·kg^-1、17.84 mg·kg^-1、18.63 mg·kg^-1和16.67 mg·kg^-1, NO₃^--N平均含量为8.91 mg·kg^-1、8.23 mg·kg^-1、7.99 mg·kg^-1和7.94 mg·kg^-1, 速效氮平均含量为26.53 mg·kg^-1、26.07 mg·kg^-1、26.62 mg·kg^-1和24.61 mg·kg^-1, 基本表现出随放牧强度增大而降低. 土壤速效氮月际变化与地上绿体生物量具有一定的负相关关系, 表明地上生物量越大, 消耗土壤速效氮越趋明显; 与枯落物有一定的正相关关系, 与地下生物量关系不甚明显, 与湿沉降呈现负的相关性. 土壤NH₄⁺-N含量与土壤有机碳有负相关关系, 而NO₃^--N含量与有机碳相关性差, 表明土壤有机碳越高, 土壤NH₄⁺-N消耗越明显.     

膨润土研究现状及其作为PRB反应介质的探讨

在阐述膨润土的矿物学特性、类型及其改性方法（包括酸活化、焙烧、无机盐,有机铵盐）的基础上,探讨了其在废水处理、垃圾填埋场和土壤改良中的应用现状,并以膨润土作为反应介质,COD（化学需氧量）、Cr⁶⁺和NH₄⁺为靶污染物,进行垃圾渗滤液对地下水污染的渗透反应格栅（PRB）实验研究,结果表明：pH值和DO（垃圾渗滤液中的溶解氧）对靶污染物的去除效果有一定的影响,且反应介质对COD、Cr⁶⁺和NH₄⁺的去除率分别为53%、51%和53%,此结果说明了以膨润土作为PRB的反应介质是可行的.     

基于“三源模式”的岩溶地下河区污染场地修复治理——以遵义坪桥地下河系统为例

在分析岩溶地下河系统范围内水源、污染源特性的基础上,建立了双源调查、源汇追踪和源头阻控为主要内容的岩溶地下河污染修复治理模式——三源模式。以遵义市坪桥地下河系统为例,利用三源模式对该地下河污染进行修复治理实践。结果表明：研究区分布有各类水点25处,以钻孔、岩溶泉点、地下河出口为主,特征污染物为以NH₄⁺、NO₃^-、SO₄^2-、Mn2+、Se2+为主;分布有各类污染源点15处,以工业废渣堆放场为主,主要分布在地下河系统下游坪桥工业园区一带,特征污染物同样为以NH₄⁺、NO₃^-、SO₄^2-、Mn2+、Se2+为主;地下河系统范围内有3条地下水污染通道,均分布在地下河出口与坪桥工业园区Z1(1#、2#)废渣处置场之间;通过对2#废渣处置场排洪竖井-地下河出口这一污染通道上游段进行帷幕工程修复后,地下河出口可减排污水排放量47 244...     

祁连山老虎沟地区夏季大气颗粒物中水溶性离子的变化特征

为了研究青藏高原东北缘老虎沟地区大气颗粒物中水溶性无机离子组分的变化特征,于2016年7月16日至8月11日共采集13个PM_2.5样品和4套粒径分级样品。研究结果显示：非沙尘期间,水溶性离子总质量浓度为2.35 μg·m^-3,主要离子SO₄^2-、Ca²⁺、NH₄⁺和NO₃^-的浓度分别为1.28、0.33、0.32和0.28 μg·m^-3,约占水溶性离子浓度总和的94%;沙尘期间,水溶性无机离子总质量浓度为12.63 μg·m^-3,是非沙尘期间浓度的5倍,主要离子SO₄^2-、Ca²⁺、Cl^-、Na⁺和NO₃^-的浓度依次为5.36、4.77、0.80、0.62和0.61 μg·m^-3,约占水溶性离子浓度总和的96%。分级样品分析结果表明,NO₃^-主要分布在粗颗粒模态,可能是前体物在粉尘表面发生非均相反应产生。在沙尘时期,SO₄^2-主要为粉尘贡献,集中分布在粗颗粒模态。在非沙尘时期,SO₄^2-在粗颗粒模态和积聚模态都有较多的分布。积聚模态的SO₄^2-主要是通过前体物与NH₃发生均相反应产生。据估算,非沙尘时期的二次反应对PM_2.5中SO₄^2-的贡献约为80%。     

1844 AD以来珠穆朗玛峰地区大气环境变化高分辨率冰芯记录

根据珠穆朗玛峰东侧东绒布冰川海拔6450 m处长度为80.36 m的冰芯1886个样品的δ¹⁸O与主要离子浓度资料,研究了1844 AD以来珠穆朗玛峰地区大气环境在季节及年际尺度上的变化特征.结果表明:δ¹⁸O与Na⁺、K⁺和Cl^-相关不明显,与Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、NO₃^-和NH₄⁺具有较强的相关性.据相关分析及因子分析的结果,可以把8种主要离子分成5组来研究,它们主要表现为:海盐离子Na⁺可反映印度夏季风强弱变化;K⁺和Cl^-在一定程度上可以反映印度等南亚地区生物质燃烧量的变化;陆源Ca²⁺和Mg²⁺离子表现为春季的峰值和夏季的低值,冬春季高浓度的Ca²⁺和Mg²⁺可能主要来自南亚的塔尔沙漠,以及西亚的干燥少雨的高原地区,或更遥远的北非撒哈拉沙漠,同时,青藏高原本身也可能是一个重要的沙尘源区;NO₃^-和SO₄^2-离子浓度表现出高频的季节变化特征,存在春季的峰值和夏季的低值,20世纪70年代初期至90年代初期,NO₃^-和SO₄^2-离子浓度一直维持在较高的水平;NH₄⁺浓度在20世纪40年代以来的大幅度上升可能是世界大战后,社会趋于稳定,南亚地区农业迅速发展而大量使用化学肥料的结果.     

由温度时序资料反演地下水流速的两种解析解及其比较

应用河床温度时序资料对地表水与地下水交换过程进行评价。首先假设半无限空间上部温度边界按正弦波动,由1D地下水渗流传热模型,得到采用温度衰减规律计算地下水流速的解析模型;典型的解析模型求解有Hatch解析解和Keery解析解, Hatch解考虑了热弥散效应所引入的误差,因此其计算精度优于Keery解。然后基于典型渗透性介质,通过算例讨论了解析模型的适用性和局限性。研究结果表明：只有研究区能简化为均质多孔介质、地下水的1D垂向运动占主导地位时,才能采用解析法确定地下水流速;采用常规的测点距离（1.0 m左右）,振幅比法能有效评价流速在(-1.0～8.0)×10^-5 m/s的地下水活动,而相位滞后法能有效评价流速在(0.0～1.6)×10^-4 m/s的地下水活动;采用温度时序资料解析模型计算地下水流速时,2个测点间必须存在振幅衰减或相位滞后,因此需要预估研究区地下水流速以便设置合理的测点间距。实例研究表明,该解析方法能够有效地评价地表水与地下水交换的时域特征。     

振荡交换-抽滤淋洗结合凯氏定氮法快速测定土壤中的阳离子交换量

测定土壤阳离子交换量(CEC)的行业标准方法(LY/T1243—1999)是采取离心分离结合手工蒸馏进行滴定,耗时长、操作繁琐。为了缩短反应时间,提高检测效率,本文利用乙酸铵对酸性和中性土壤进行处理,用氯化铵-乙酸铵对石灰性土壤进行处理,应用振荡和抽滤装置快速交换和清洗阳离子,通过全自动凯氏定氮仪对吸附的铵根离子进行测定,由此计算CEC值。结果表明:在最佳的振荡和蒸馏时间、滴定酸浓度、指示剂配比等实验条件下,一个批次样品(100件)的分析流程仅需要12h,比传统方法检测时间缩短近80%。经国家标准物质验证,测定结果与推荐值相符,5次测定的相对标准偏差均小于1. 5%。本方法免去了多次离心分离操作,解决了待测成分损失、CEC测定值偏低的问题,提高了检测效率和准确度,较林业标准方法的成本低,可操作性强,适用于土壤环境质量评价、地区土壤抽样调查等大批量土壤样品分析。     

Mg---NH4 exchange on humic acid: A radiotracer technique for conditional exchange constants in a seawater medium

A radiotracer technique, employing ²⁷Mg, is used to determine the Mg released by ammonium exchange on undis-solved humic acid in a seawater medium. This new method allows for the measurement of exchangeable Mg on the solid phase surface, which eliminates the problem caused by the high-Mg background in the seawater matrix. The precision calculated from the counting statistics is better than ±2%; the reproducibility among repeated counts ranged from ±1% to ±3%. The higher sensitivity of the method allows for monitoring the Mg---NH₄ exchange at concentrations as low as 30 mM NH₄. This is a major improvement relative to the data obtained with the analytical methods used so far, which allow detection of exchangeable Mg only at NH₄ concentrations higher than 1 M. The lower experimental concentrations are more in accordance with the natural ammonium levels found in anoxic marine sediments. For the undissolved humic acid used in this experiment, the amount of exchangeable Mg in apparent equilibrium with an ammonium-free seawater matrix was found to be 96.6 ± 0.4 meq/100g. The Mg---NH₄ exchange on humic acid in seawater comes to a steady-state value in < 18 min. The conditional equilibrium constant obtained for this reaction, K_cond = 0.039 ± 0.001 M⁻¹. The technique can be expanded to other geochemical solid phases in seawater and it can be modified to study the behavior of the major cations by using ²⁴Na, ⁴²K and ⁴⁹Ca.     

Cation exchange capacity of loess and overlying soil in the non-carbonate loess sections, North-Western Croatia

The adsorption properties in terms of cation exchange capacity and their relation to the soil and sediment constituents (clay minerals, Fe-, Mn-, and Al-oxyhydroxides, organic matter) were investigated in loess, soil-loess transition zone, and soil at four loess-soil sections in North-Western Croatia. Cation exchange capacity of the bulk samples, the samples after oxalate extraction of Fe, Mn and Al, and after removal of organic matter, as well as of the separated clay fraction, was determined using copper ethylenediamine. Cation exchange capacity (pH～7) of the bulk samples ranges from 5 to 12 cmol _c /kg in soil, from 7 to 15 cmol _c /kg in the soil-loess transition zone, and from 12 to 20 cmol _c /kg in loess. Generally, CEC values increase with depth. Oxalate extraction of Fe, Mn, and Al, and removal of organic matter cause a CEC decrease of 3–38% and 8–55%, respectively, proving a considerable influence of these constituents to the bulk CEC values. In the separated clay fraction (<2 μm) CEC values are up to several times higher relative to those in the bulk samples. The measured CEC values of the bulk samples generally correspond to the clay mineral content identified. Also, a slight increase in muscovite/illite content with depth and the vermiculite occurrence in the loess horizon are concomitant with the CEC increase in deeper horizons, irrespective of the sample pretreatment.     

金云母-蛭石间层矿物阳离子交换容量的影响因素研究

采用氯化铵交换-原子吸收光谱法和CaCl2-甲醛缩合法测定3个金云母-蛭石间层矿物样品的各阳离子交换分量和阳离子交换总量,通过分析样品粒度和溶液pH值对阳离子交换容量的影响及晶层端面水解使表面荷电的特点,确定样品的等电点.结果表明,随着粒度的增大,样品的阳离子交换容量逐渐减小;随着pH值的增大,样品的阳离子交换容量先急剧减小(pH=2～5),后趋于平缓(pH=5～9),而后再急剧减小(pH=9～11.5),这些变化主要与晶层端面的水解作用和八面体片阳离子的溶出作用有关;样品的等电点为pH值≈9.研究结果对于排除端面水解作用对阳离子交换容量的影响和进一步确定蛭石晶层的层电荷具有重要的意义.     

洞庭湖平原土壤铅活动性影响因素研究

为了系统地探讨洞庭湖平原土壤铅(Pb)活动性特征及其影响因素,本次研究在常德市、益阳市、株洲市共采集了110件水稻根系土样品,讨论了土壤Pb活动态含量和活动系数与有机质、pH值、阳离子交换量(CEC)等土壤理化性质的相关性,并据此建立了Pb活动态含量和活动系数的预测模型。研究结果表明:土壤Pb含量、pH值、有机质含量、CEC和风化程度都是影响Pb活动态含量及活动系数的主要因素。pH值、CEC和有机质含量都会影响土壤缓冲能力,进而影响Pb的活动性。土壤Cd含量和Zn/Pb值也与Pb活动态含量有显著相关性;在不同的浓度梯度内,Cd与Pb的交互作用不同;土壤具有较高的Zn/Pb 值时,Pb活动态含量较低。采用逐步回归法建立了土壤Pb活动态含量以及活动系数的预测模型,土壤Pb活动态含量用土壤pH、Pb含量、CEC和Na₂O/K₂O值进行预测,活动态系数用pH、CEC、SiO₂/Al₂O₃值进行预测,预测效果均较好。     

铜型蛭石抗菌剂中Cu^2＋的赋存状态

利用天然矿物蛭石的阳离子交换特点，通过离子交换法将Cu^2 植入到蛭石中，制得铜含量高达5.5%（相当于蛭石阳离子交换容量的80%）、具良好抗菌性能的铜型蛭石。经XRD、TEM、AAS分析，结合晶胞参数及晶体化学式的计算，铜型蛭石的XRD特征值更接近于标准的Mg^-蛭石，这与Cu^2 与Mg^2 半径相近，电价相等的特点相符合，Cu^2 部分以水合物的形式存在于蛭石层间，部分进入八面体中以六次配位的形式存在。铜型蛭石的a0和b0值无明显变化而c0值略有减小，这对于Cu^2 的稳定是有利的，上述各特点有利于铜型蛭石抗菌剂的稳定性和持久性。     

HDTMA改性蛭石的结构特征研究

用十六烷基三甲基溴化铵 (HDTMA·Br)对蛭石矿物进行改性 ,制成有机蛭石。应用X射线衍射分析、差热分析等对有机蛭石结构进行研究。结果显示 ,HDTMA能较容易地进入蛭石矿物的层间域 ,以倾斜立式在层间排列 ,倾角约为 5 7°。蛭石与HDTMA之间的反应 ,在HDTMA加入量较少时以离子交换为主 ;在HDTMA加入量较多时 ,分子吸附也变得重要。当HDTMA加入量小于蛭石的阳离子交换容量时 ,HDTMA将尽量以紧密排列方式进入部分蛭石层间 ,进入蛭石层间的HDTMA具有较好的稳定性 ,不易解吸。     

蛭石精矿的有机改性试验

采用十六烷基三甲基溴化铵(HDTMAB)对蛭石精矿进行了有机改性,利用X射线衍射法(XRD)、红外光谱(IR)、差示扫描量热法(DSC)和热失重分析(TG)对蛭石精矿和有机改性蛭石进行了表征。实验结果表明,当反应液中蛭石与水的质量比为1∶10、反应温度在60~70℃时,HDTMAB的阳离子HDTMA进入绝大部分蛭石晶粒的晶层,将蛭石的晶层间距撑大,蛭石的(001)晶面间距d001从1.45986 nm增大到3.70134 nm。HDTMA进入了单晶颗粒之间,将蛭石颗粒分散成单晶颗粒。     

河西走廊疏勒河流域出山径流变化规律及趋势预测

依据甘肃省河西走廊疏勒河流域1956-2013年水文站实测及水文调查资料, 对流域出山径流的年内、年际变化进行统计分析, 并用坎德尔秩次相关法等检验流域径流变化趋势. 结果表明: 1956-2013年多年平均出山径流量为11.6679×10⁸ m³; 汛期集中在6-9月, 各河流来水量占年来水量的35.9%~78.7%; 地下水补给平均占径流量的40.46%; 出山径流年际变化相对稳定, 趋势表现为持续性上升的特点. 未来2014-2018年疏勒河干流出山径流为偏丰, 年平均径流量预计为13.01×10⁸ m³.