养分含量对土壤冻融特征曲线的影响

土壤冻融特征曲线是反映土壤冻融过程中的水、热、盐迁移规律以及冻土强度、冻土的热性质的重要参数. 为了研究土壤冻融过程中土壤养分的迁移规律, 采用核磁共振法对加入不同浓度的硫酸铵溶液、磷酸二氢钾溶液和氯化钾溶液的土样的冻融特征曲线进行了测定和分析. 结果表明磷酸二氢钾溶液对土壤的冻融特征曲线影响不明显, 氯化钾溶液的影响最明显, 硫酸铵溶液的影响次之. 加入氯化钾溶液的部分试样, 以及加入硫酸铵溶液的部分试样的冻融特征曲线出现了二次突变点. 滞后现象普遍存在于各个试样的冻融特征曲线中, 滞后明显区间所处的温度范围随所加入的溶液浓度的增高而降低. 当加入试样的溶液浓度相同时, 加入氯化钾溶液的滞后明显区间所处的温度范围最低, 加入硫酸铵溶液的次之, 加入磷酸二氢钾溶液的最高.     

用NMR法验证在冻土中TDR标定曲线的可靠性

TDR技术是一种较新的测定冻土中未冻水含量的方法, 它有很多优点, 但是由于TDR技术应用于冻土中测定未冻水含量起步较晚, 其可靠性有待于进一步验证. NMR技术是一种较成熟的测定冻土中未冻水含量的方法. 通过应用NMR和TDR两种方法对不同初始含水率下的棕壤土冻融特征曲线的测定, 对TDR法的标定曲线的可靠性进行了验证. 结果表明: 采用TDR法与NMR法测得的冻融特征曲线明显不同, 在相同负温下前者的测定值高于后者, 且其差异随初始含水率增高而加大; NMR法的测定结果表明, 初始含水率对冻融特征曲线的影响很小; 而TDR法的测定结果表明, 由TDR法测得的冻融特征曲线, 受初始含水率影响很大, 随初始含水率的升高而明显加大. 这表明含冰率和温度对冻土的介电常数影响很大, 因此, 采用TDR法测定冻土的未冻水含量时不宜采用原有的标定曲线.     

一种新的土壤冻融特征曲线模型

土壤冻融特征曲线（SFTC）可以描述冻融过程中未冻水含量随负温的变化关系。准确刻画土壤冻融特征曲线对土壤的冻融过程及相关的水热耦合运移研究至关重要。以往研究中土壤冻融特征曲线适用范围较窄,无法满足实际需要。通过类比水分特征曲线,考虑初始含水量和溶质浓度对未冻水含量的影响,提出了一种新的冻融特征曲线模型,经广泛的文献数据验证表明,新模型能准确拟合观测数据,平均纳什效率系数高于0.95。与另外五种土壤冻融特征曲线模型相比,新模型在不同质地、初始含水量、溶质含量的土壤中表现良好。此外,敏感性分析显示,影响模型性能的主要因素为土壤自身物理特性、土壤溶质浓度以及残余水含量。新模型及研究结果有助于更好地理解土壤冻融过程中的水热传输过程,可为气候变化条件下冻融区生产建设和环境研究奠定坚实的理论基础,并为寒区工程相关数值模拟提供参考。     

土体冻融特征研究现状与展望

冻土中水分迁移是导致土体冻胀的关键因素,而研究水分迁移及其驱动力的核心问题是要充分理解未冻水含量与温度、基质吸力等变量之间的关系,这些关系可充分体现土体在冻融过程中土水变化特征。长期以来,对土体冻融特征的研究采取的是与非饱和土力学中的土水特征类比的方法进行,结果也证明了二者存在一定的相似性。但是冻土中因冰-水相界面作用产生基质吸力与融土中水-气相界面作用产生基质吸力的机理并不完全相同,而由于相变等其他作用产生的冻融滞后效应与融土中孔隙“墨水瓶效应”等引起的滞后效应机理也有区别。针对这些机理性的不同,还需要做大量的研究工作才能真正揭示土体的冻融特征。通过对目前土体冻融特征方面研究进展和存在问题的归纳总结,笔者认为今后在这方面还需深入开展如下研究：建立适合各类土壤冻融特征的一般预测模型,使得在缺少数据条件下能快速获取所需土样的冻融特征;研究土体在冻融和干湿变化过程中存在的类似性及区别,对冻融过程中存在的滞后效应机理给出合理的解释;提升冻融特征变量的测试技术水平,研发高精度的相关仪器设备。     

冻融作用对兴安型多年冻土区森林腐殖层土壤温室气体通量的影响

多年冻土区森林土壤是重要碳库，对于全球CO₂、N₂O和CH₄平衡具有重要意义，冻融循环是多年冻土区的重要特征，但冻融作用对不同林型腐殖土有机质分解和温室气体排放的影响需进一步研究。本研究对兴安落叶松林(针叶林)、白桦林(阔叶林)、兴安落叶松和白桦混交林(针阔混交林)三种林型的腐殖层土壤进行了42天的短期室内培养实验，探索冻融作用对土壤理化性质和温室气体排放的影响。结果表明，冻融导致森林腐殖层土壤溶解性有机碳(DOC)增加，针叶林、阔叶林和针阔混交林分别增加了314.8%、91.4%和43.2%，但冻融后短期内土壤有机碳分解的温度敏感性(Q₁₀)均明显下降，CO₂排放量在25℃时分别下降24.7%、36.4%和29.5%。同时冻融作用也降低了森林土壤吸收CH₄的能力，但没有发现对土壤N₂O排放产生明显影响。冻融作用短期内降低了森林土壤温室气体全球增温潜势(GWP)，其中对CO₂的抑制作用最为明显，阔叶林腐殖层土壤受...     

硫酸钠盐渍土未冻水含量的实验研究

土体中的未冻水含量影响冻土的物理力学性质,也是评价冻土中水分迁移的重要指标.利用核磁共振技术对含有不同浓度硫酸钠溶液的兰州黄土的未冻水含量进行测试,并分析了温度、含盐量对未冻水含量的影响.同时,测试了不同含盐量下黄土的液塑限及液塑限含水率下土体的冻结温度,计算了不同含盐量下的未冻水含量并与实测值进行比较,给出了不同含盐量下幂函数方程w_u=at^-b中的参数值.在此基础上,分析了-5、-10、-15和-20℃条件下未冻水含量随含盐量的变化规律,建立了4个温度下不同含盐量区间的未冻水-含盐量拟合公式.     

铁盐淋洗剂对稀土污染土壤的淋洗修复研究

稀土矿的大量开采,加剧了土壤污染,危害居民健康。本研究采用不同三价铁盐(Fe₂(SO₄)₃、Fe(NO₃)₃和FeCl₃)对稀土污染的农田土壤进行淋洗修复,同时对比其他无机盐(亚铁盐、镁盐、铵盐和钠盐)的淋洗效果;并研究三价铁盐淋洗剂浓度、液固比和淋洗时间对稀土元素(REE)去除效果的影响。结果表明,三价铁盐对REE的淋洗率高达41.7%～54.3%,显著高于其他无机盐(0.2%～26.8%);三价铁盐的最佳淋洗时间为1440 min,当淋洗剂浓度从5 mmol/L增加到50 mmol/L的过程中,土壤中REE淋洗率显著增加,淋洗率随淋洗液固比(1∶1～5∶1)的升高而增加,其中,淋洗剂浓度对REE去除率的促进作用显著大于液固比。在优化淋洗条件下,Fe₂(SO₄)₃对REE的淋洗率为54.3%,显著高于Fe(NO₃)₃(46.1%)和FeCl     

紫色土水分特征曲线室内测定方法的对比

为探寻全吸力范围内土壤水分特征曲线的可靠测定方法,采用沙箱排水法、Hyprop仪蒸发法、压力膜仪排水法和露点水势仪蒸发法分吸力段测定盐亭紫色土耕地表层2~7 cm和亚表层7~12 cm土壤的水分特征曲线,对比测定结果的方法间差异,并分析其原因。结果表明:对于表层和亚表层土壤,低吸力段(h >-100 cm)水分特征曲线的沙箱法和Hyprop仪法的均方根误差E_RMS (θ)均较小,在0.026~0.082 cm3/cm3范围内,确定系数R2均大于0.962,说明这两种方法测定结果之间差异不大。高吸力段(h <-330 cm)的压力膜仪法与露点仪法测定结果之间的差异较大,E_RMS (θ)为0.062~0.097 cm3/cm3,R2较低,为0.775~0.952。因此,全吸力范围内水分特征曲线测定方法的选择与组合应考虑土壤孔径分布特征和研究目的。     

稀土La掺杂ZSM-5/MCM-41介微孔复合分子筛的合成与表征

以CTMABr、TPABr为介、微孔模板剂, Na₂SiO₃为硅源, Al₂(SO₄)₃为铝源, La₂O₃的H₂SO₄溶液为La供体, 在水热条件下, 通过La离子导入、预置晶种、二步晶化等手段, 首次合成出La杂原子ZSM-5/MCM-41复合分子筛.XRD、N₂吸附脱附结果表明, 样品共存ZSM-5和MCM-41两种物相, 两种结构、孔径在介、微孔范围都有分布, 且La可取代分子筛骨架的少量Si.SEM照片显示, 样品晶粒局部聚集成不规则的团块, 构成团块的颗粒大小不一但结合紧密, 与ZSM-5、MCM-41形貌明显不同.IR曲线中不存在La₂O₃的特征吸收谱, 样品特征骨架振动峰向高波位移的现象, 以及样品微分热失重峰向高温方向偏移, 加之DTA曲线肩峰的出现进一步说明La杂原子ZSM-5/MCM-41复合分子筛的合成.      

高稀释比熔融-X射线荧光光谱法分析硅酸盐岩石样品中18种组分

选取土壤、水系沉积物、岩石、超基性岩、黏土等标准物质,应用混合溶剂与样品质量比为14：1的高稀释比方法熔融制备测试样品,拟合校准曲线,建立X射线荧光光谱（XRF）同时测定硅酸盐岩石样品中18种组分（SiO₂、Al₂O₃、TFe₂O₃、MgO、CaO、K₂O、Na₂O、TiO₂、BaO、MnO、P₂O₅、Cr₂O₃、V₂O₅、Rb、Sr、Zr、Cu、Ni）的快速分析方法.应用帕纳科Eagon2全自动高频电感熔样机,称取7.0000 g（45Li₂B₄O₇+10LiBO₂+5LiF）混合溶剂与0.5000 g样品混合均匀,分别加入氧化剂饱和硝酸铵溶液2滴,脱模剂饱和溴化锂溶液4滴,于700℃先预氧化4 min,再1 120℃熔融9 min制备样片,自然冷却至室温.此熔样方法能保证样品中待测组分熔化完全,并制得表面光滑平整的样片.用国家标准物质验证,测试结果的准确度和精密度均符合《地质矿产实验室测试质量管理规范》（DZ/T 0130-2006）要求.     

模拟人工冻结凿井状态下冻土强度特性研究

通过模拟人工冻结凿井中冻土冻结、受力的实际过程,对已冻结试样进行不同温度、不同初始围压状态下的减载试验研究.结果表明:温度和土层深度是影响深部冻土破坏强度和破坏应变的主要因素,当温度不变时,破坏强度和破坏应变随初始围压呈线性关系变化.破坏强度受温度的影响取决于初始围压,在低初始围压状态下,冻土的破坏强度受温度变化影响不明显,但随着初始围压增大即土层深度加深,破坏强度受温度的影响也逐渐明显.破坏应变随温度的降低而逐渐减小,且呈双曲线形变化,但当温度低于 - 7℃时,在不同初始围压下其破坏应变基本不随温度的变化而变化     

祁连山疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO2通量特征

研究青藏高原多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量有助于准确估算该区域的土壤CO₂排放, 对认识高原土壤碳循环及其对全球气候变化的响应具有重要意义. 利用静态箱-气相色谱法和LI-8100土壤CO₂通量自动测量系统对疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量进行了定期观测, 结合气象和土壤环境因子进行了分析. 结果表明: 整个观测期高寒草甸土壤表现为CO₂的源, 土壤CO₂通量的日变化范围为2.52～532.81 mg·m^-2·h^-1. 土壤CO₂年排放总量为1 429.88 g·m^-2, 年均通量为163.23 mg·m^-2·h^-1; 其中, CO₂通量与空气温度和相对湿度、活动层表层2 cm、10 cm、20 cm、30 cm 土壤温度、含水量和盐分均显著相关. 2 cm土壤温度、空气温度和总辐射、空气温度、2 cm土壤盐分分别是影响活动层表层2 cm土壤完全融化期、冻结过程期、完全冻结期、融化过程期土壤CO₂通量的最重要因子. 在完全融化期、冻结过程期和整个观测期, 拟合最佳的温度因子变化分别能够解释土壤CO₂通量变化的72.0%、82.0%和38.0%, 对应的Q₁₀值分别为1.93、6.62和2.09. 冻融期(含融化过程期和冻结过程期)和完全冻结期的土壤CO₂排放量分别占年排放总量的15.35%和11.04%, 在年排放总量估算中不容忽视.     

Overconsolidation effects of ground freezing

Temporary ground freezing is a valuable technique for stabilizing soft soils during construction. It imparts large increases in strength and bearing capacity to most soils. However, freezing can cause significant changes in soil structure and density which can lead to adverse settlement during thaw.

Settlement of clay soils after freezing and thawing is the result of the suction forces that draw pore water to the freezing front. These suction forces cause an increase in the effective stress on the clay beneath the freezing front, and thus cause an overconsolidation of the clay. As these suction forces often exceed 1 atm, their direct measurement is not easy.

A technique for indirectly determining the maximum suction occurring during freezing is presented which utilizes the apparent memory that clay soils have for maximum past (preconsolidation) pressures. Suctions as large as 532 kN m⁻² were observed after freezing and thawing a clay soil which was initially consolidated to 128 kN m⁻².

The volume changes resulting from the freezing and thawing of clays were related to the plastic limit and were observed in the laboratory to be as high as 25%. If provisions are not made to account for these volume changes in a ground freezing project, considerable damage to structures can occur from settlement and the resulting stresses.     

改性Mg(OH)2对多种重金属污染土壤的修复效果

为了研究一种高效的多种重金属污染土壤修复剂,本文采用了一种具有OH^-缓释功能的改性Mg（OH）₂,通过重金属污染土壤稳定化修复实验,探讨了改性Mg（OH）₂对污染土壤中多种重金属（Pb、Cd、Cu、Zn）的稳定效率及对多种重金属形态分布的影响。结果表明,投加改性Mg（OH）₂对土壤中多种重金属均有稳定作用,对Pb、Cd、Cu、Zn的稳定效率分别为72.42%、34.53%、87.64%和97.65%,且改性Mg（OH）₂的投加使重金属交换态质量明显减少、残渣态质量增加,进一步提高了重金属的稳定性,降低了重金属生物有效性;另外,改性Mg（OH）₂具有OH^-缓释性,可使土壤长期保持一定的碱性,是一种经济有效的土壤修复剂。     

黄土地层中的CaCO3与环境

本文根据大量观察分析,对黄土地层中的CaCO₃含量、存在形式、淀积深度进行了研究,并进行了分类。结果表明,不仅CaCO₃含量能够反映气候变化,而且其存在形式和淀积深度同样能反映气候变化;其淀积深度很少受时间影响,比含量更能可靠地用于气候研究。     

Frost heave of unsaturated loamy soil under field conditions

A study on the heaving properties of morainal loamy soil was carried out under field conditions on two grounds. The loamy soils with broken structures were situated in the form of embankments of different density on the first ground.

On the second ground the heave of the morainal loamy soil with unbroken structure was investigated. On this ground concrete foundations were laid 1 × 1 m in size and with pressures at the foot of 0.005 MPa, 0.025 MPa, 0.05 MPa and 0.1 MPa. Besides, some foundations were placed on the surface, and the foot of the others was 0.5 m below the surface of the ground.

The intensity of the heave of the morainal loamy soils is determined by the value of volumetrical moisture. Migration of moisture took place from thawed layers situated below to the boundary of freezing during the whole period of freezing.

The increase of the external pressure upon the foundation (up to 0.1 MPa) did not result in a decrease of displacements of the most loaded foundations. The deformations of the foundation during its freezing and thawing in the limits of the foot of one foundation were relatively un-uniform. The relative deformation foundation value at maximal freezing ranged from 0.0014 to 0.014. During the thawing of the freezing loamy soil the relative deformation of the foot of experimental foundations ranged from 0.002 to 0.048. During the thawing the largest un-uniformity of the sediment corresponded to the most loaded foundations.

The distribution of the loamy soil heave value in the limits of the experimental ground may be considered subjected to the normal law of distribution.     

东濮凹陷杜桥白地区天然气气源岩分析

应用多种方法确定了杜桥白地区深层天然气的来源,研究表明白庙地区天然气主要来源于前梨园洼陷第三系烃源岩和石炭-二叠系煤系地层,靠近兰聊断裂带构造高点,浅层Es2₂-Es2₃气层具有较高的40Ar/36Ar比值,为煤型气及混合气,而远离兰聊断裂带,且处于构造低部位的Es13-Es43气层具有较低的40Ar/36Ar比值,为油型气;桥口构造Es3₃、Es4₃。段气层主要为油型气;杜寨地区Es3₃段气层为油型气,来自于Es3₃段气源岩。天然气氦同位素分析表明杜寨、桥口地区深层天然气为壳源气,白庙地区气藏主要为煤型油型复合气藏,并有幔源气的混入。