硫酸型酸雨参与碳酸盐岩溶蚀的研究进展

碳酸盐岩的H2CO3溶蚀产生岩溶碳汇,占整个岩石风化碳汇的 94%。西南岩溶区硫酸型酸雨严重,硫酸型酸雨广泛参与碳酸盐岩的溶蚀。H2SO4参与的碳酸盐岩风化是一个大气CO2净释放过程,具有减汇作用巨大。另一方面,岩溶区石灰土壤和地下水具有较高的pH值及盐基饱和度,对H+有巨大的缓冲作用,大气酸沉降在碳酸盐岩地区可能并不会造成地下水的HCO3-和pH降低;相反,较高浓度的SO42-所产生的盐效应和SO2-4与各种阳离子形成的离子对会增大方解石、白云石溶解度,可增强H2CO3对碳酸盐的溶蚀,这可能会使岩溶作用产生更大的碳汇效应。因此,硫酸型酸雨参与碳酸盐岩风化的减汇效应不仅可能被高估,硫酸型酸雨还可能增强碳酸盐岩的H2CO3溶蚀,具有增加岩溶碳汇效应的作用。应结合石灰土壤对大气酸沉降的缓冲容量和阈值及大气酸沉降的H+与土壤中盐基离子的交换量,并综合考虑盐效应、离子对作用、同离子效应,客观评价硫酸型酸雨流经石灰土壤层后对碳酸盐岩溶蚀吸收大气/土壤CO2的影响      

酸雨溶蚀碳酸盐岩的源汇效应分析——以广西典型岩溶区为例

选取广西的桂林、柳州、河池、百色、玉林、南宁、钦州7个酸雨监测点进行了为期一年（2014年5月至2015年5月）的监测,结合各站点溶蚀试片和降雨降雨量、降雨时间、pH值和电导率等,分析了试片溶蚀量的主要影响因素及酸雨的源汇效应。结果表明,试片溶蚀量与累计降雨时间,即溶蚀作用发生的时间关系密切。单场酸雨对碳酸盐岩的溶蚀过程可分为两个阶段,即:前期强酸溶蚀碳酸盐岩,释放CO2,为碳源;后期碳酸溶蚀碳酸盐岩,吸收大气CO2,为碳汇。而就整年而言,碳汇过程占绝对优势,酸雨减汇量仅占总溶蚀量的0.27%～3.52%,平均为1.96%,但酸雨减汇比例随酸雨pH值的降低而呈指数增加。酸雨对岩溶碳汇有着显著影响,在岩溶碳汇的研究中不应忽视。      

岩溶系统中土壤氮肥施用对岩溶碳汇的影响

有资料显示陆地碳酸盐岩风化消耗大气CO2的碳通量与世界森林碳汇通量量级相当。但农业地区过量施用氮肥形成的硝酸对碳酸盐岩的溶解会减弱岩溶碳汇效应,其量可达到7%~38%,而适量施用氮肥在增加农作物产量的同时,能降低土壤C/N比,增加土壤微生物活性,促进有机物料分解,从而提高土壤CO2浓度,提高土下碳酸盐岩的溶解速率。因此,要从两方面分析岩溶系统中土壤氮肥施用对岩溶碳汇效应的影响。同时,岩溶区碳酸盐岩风化形成的土壤具有较高的pH值及盐基饱和度,对H+有较强的缓冲作用,可能是导致自然条件下,河流中溶解无机碳(DIC)与水体中钙、镁等离子并不守恒的原因之一,因此,运用端元法可能过高估算了硝酸对碳酸盐岩的溶解量。岩溶区土壤环境中硝化作用产生的硝酸到底多少能对碳酸盐岩产生溶蚀,并影响到岩溶碳汇效应还有待研究。应结合土壤本身的特性及河流生物地球化学过程,综合研究不同施氮水平、土壤硝化产酸及其影响下的土下碳酸盐岩溶解及碳汇效应过程,客观评价岩溶区土壤氮肥施用对岩溶碳汇的影响,并寻求适宜氮肥施用量及促进岩溶碳循环,提高岩溶碳汇效应的技术方法。      

施用农肥对岩溶溶蚀作用的影响及其生态环境意义

土壤下伏碳酸盐岩溶蚀作用研究对岩溶区成土作用及大气中CO_2影响意义重大.施肥改变了土壤的生物地球化学场,进而会影响岩溶区的岩溶动力学过程及碳循环.本文在贵州贵阳碳酸盐岩土壤剖面不同深度,埋设白云石、石灰石试片,进行了野外溶蚀试验,观测了试片溶蚀量、土壤CO_2、土壤pH及其他如土壤含水量、土壤矿物与化学成分、土壤水化学成分等影响凶素.结果表明:(1)施用农家肥降低了碳酸盐岩的溶蚀速率:石灰石的溶蚀速率降低了10.48%～53.90%.平均25.51%;白云石的溶蚀速率降低了25.0%～65.69%,平均39.45%.同样条件下土壤中石灰石溶蚀量比白云石大.(2)施用农家肥降低了当地的碳酸盐岩成土速度,降低了35.77%～37.27%.(3)施肥土壤更利于CO_2的产生:施肥剖面土壤中CO_2浓度比空白剖面CO_2浓度高22.52%～198.87%,平均高93.94%;施肥剖面地面CO_2通量比空白剖面地面CO_通量高67.64%.(4)施用农家肥减少了土壤对大气CO_2的沉降量,在贵州贵阳地区,减少的大气CO_2沉降量为25.50%～39.45%;间接地对岩溶水CO_2汇的作用产生了抵消作用,在贵州贵阳地区,抵消作用为59.41%～62.73%.     

混合岩溶流域碳酸盐岩溶蚀速率与岩溶碳汇——以漓江流域上游为例

碳酸盐岩矿物的化学风化速率要显著高于硅酸盐岩矿物,碳酸盐岩和硅酸盐岩混合流域中碳酸盐岩矿物风化对河流水化学的贡献占主导。为研究混合岩溶流域碳酸盐岩风化及岩溶碳汇特征,在漓江流域上游大溶江、小溶江、灵渠3个混合岩溶流域选取了24个点放置标准溶蚀试片并测试对应的土壤理化性质。基于雨季和全年试片溶蚀量和土壤理化特征,分析试片溶蚀量的主控因素及季节差异,定量评估大溶江、小溶江和灵渠流域岩溶碳汇强度。结果表明:空中试片溶蚀量主要受控于降雨,植被会部分遮挡降雨,使试片溶蚀量显著下降,而地表和土下碳酸盐岩溶蚀受降雨和水文过程共同控制;雨季碳酸盐岩溶蚀更快,空中试片溶蚀量主要受控于降雨,而地表和土下试片主要受控于土壤水分的变化;基于溶蚀试片法,大溶江、小溶江和灵渠流域岩溶碳汇强度分别为0.75、0.30和2.92 tC?km-2 ?yr-1。      

漓江流域丰水期外源酸对岩溶化学风化碳汇的影响

于2020年4月对漓江流域主要干/支流进行采样及监测, 结合Gibbs图、离子比值、Galy模型和同位素特征值方法, 分析流域内水化学特征及外源酸对流域岩溶碳汇的影响。结果显示: (1)受碳酸盐岩风化影响所控制, 漓江水体主要水化学类型为HCO3-Ca; [Ca2++Mg2+]/[HCO– 3]的当量比均值为0.87, [Ca2++Mg2+]/ [HCO– 3+SO2– 4+NO– 3]的当量比均值为1.07, 指示碳酸盐岩风化过程受到外源输入的硫酸和硝酸影响; (2)漓江流域最终出口(阳朔断面)的碳汇通量为974.86×103 mol·(km2·a)–1。各支流碳汇量占总出口比例的波动较大, 比例最小为小溶江, 只占总通量1.44%, 而贡献比例最大则为良丰河35.74%, 甘棠江和良丰河贡献比例合计达57.04%。(3)流域内各支流CO2消耗量的占比均值为10.02%, 存在显著的空间变化, 受不同流域的地质分布和流量的影响明显。(4)外源酸风化碳酸盐岩的DIC贡献率介于13%~55%之间, 空间变化上, 大榕江和桃花江的贡献比例较大, 均高于50%, 而外源酸对阳朔断面DIC贡献率低至13%。     

酸雨对桂林枯水期岩溶地下水δ13CDIC及碳汇效应的影响

定量评价硫酸对岩溶碳汇效应的影响有助于提高岩石风化碳汇通量估算精度, 对当前全球气候变化研究意义重大.选取受酸雨影响的桂林岩溶区为研究对象, 在枯水期对研究区14个岩溶大泉和15条地下河水化学成分和碳同位素进行了测试分析, 结果表明: 岩溶大泉和地下河中阳离子以Mg2+和Ca2+为主, 阴离子以HCO₃-为主, 分别占阳离子和阴离子组成的90%以上, SO₄2-含量较低, 其含量范围为0.004~0.213mmol/L; 所占阴离子组成比例为0.12%~6.11%;δ13C_DIC、[Ca2++Mg2+]/[HCO₃-]更偏向于碳酸溶解端元, 离硫酸溶解端元距离远, 证实硫酸参与碳酸盐岩的溶解对地下水无机碳(dissolved inorganic carbon, 简称DIC)及δ13C_DIC的影响有限; 与Sr2+/Ca2+值一样, δ13C_DIC主要受径流条件控制, 其大小可以反映地下水径流条件的强弱.利用化学计量关系计算出由硫酸溶蚀碳酸盐岩的平均比例为22.64%, 产生的DIC(HCO₃-_H2SO4)占总DIC的平均比例为13.04%, 碳酸产生的DIC(HCO₃-_H2CO3)占地下水总DIC的比例为86.96%, 其中来源于土壤大气中的HCO₃-比例为43.48%.因此, 扣除硫酸对地下水中DIC的贡献后, 岩溶碳汇效应将减少13.04%.      

模拟酸雨条件下石灰土—碳酸盐岩体系的碳汇效应

为揭示不同酸度降雨对石灰土—碳酸盐岩体系内岩溶碳汇效应的影响,以贵阳市花溪区历史降水量为参照,选取贵阳市青岩镇纯灰岩发育土壤与贵阳市花溪水库三叠纪大冶组纯灰岩为样本进行淋溶试验。测定了6个月时长内不同酸度降水﹑不同土壤深度下模拟石灰土—碳酸盐岩体系降水淋出液的HCO3-﹑DOC含量和土壤呼吸速率,研究了模拟酸雨对石灰土-石灰岩体系碳汇的影响。结果表明:（1）在土壤深度10～50 cm匀质状态的样本中,随着土壤厚度的增加,淋出液中HCO3-含量逐渐增大﹑DOC含量逐渐减小﹑土壤呼吸速率逐渐增大,显示出土壤厚度对石灰土—碳酸盐岩体系的碳汇效应有着明显的影响;(2)在pH=3.5~6.8的范围内,降水酸度的增强可以抑制岩溶作用与有机碳的溶解,并降低岩溶碳汇效应;（3）在日降水量90～230 mm范围内,随着降水量的增大碳汇效应也会随之增强。      

硫酸和硝酸对桂林毛村碳酸盐岩溶蚀的室内模拟

硫酸和硝酸对碳酸盐岩的溶蚀会减少岩溶碳汇量,但其定量关系有待进一步研究。文章根据野外水体中SO42-、NO3-浓度,在室内封闭条件下分别设计了碳酸（0.033 mol?L-1）、硫酸和硝酸（0.1~1.7 mmol?L-1）（CSN酸）及硫酸、硝酸（0.1~1.7 mmol?L-1）（SN酸）对碳酸盐岩的溶蚀实验,实验历时144 h。结果表明:CSN酸中泥晶灰岩和白云岩的溶蚀速率均大于SN酸的。CSN酸中,泥晶灰岩溶蚀速率总体均高于白云岩,平均值分别为1.34 mg?（cm2?d）-1和1.21 mg?（cm2?d）-1。而在SN酸中,二者溶蚀速率差别不大,平均值分别为0.92 mg·（cm2?d）-1和0.93 mg·（cm2?d）-1;HCO3-浓度与溶蚀速率结果对应,泥晶灰岩和白云岩在CSN酸溶蚀液中HCO3-平均值分别为1.43 mmol?L-1和1.33 mmol?L-1,而在SN酸中泥晶灰岩的HCO3-低于白云岩,平均值分别为0.33 mmol?L-1和0.39 mmol?L-1。CSN酸中HCO3-浓度随酸浓度的增大而减小,而SN酸中其浓度随酸浓度的增大而增大。当SO42-、NO3-浓度为0.1~0.3 mmol?L-1时,碳酸对白云岩的溶蚀作用占75.89%~58.64%,对泥晶灰岩的溶蚀作用占80.21%~59.06%,当SO42-、NO3-浓度大于0.44 mmol?L-1时,其溶蚀作用小于50%。当SO42-、NO3-浓度为0.0~0.2 mmol?L-1时,野外实测数据与模拟数据基本吻合;当浓度>0.2 mmol?L-1时,野外实测碳酸对碳酸盐岩的溶蚀比例高于模拟实验。研究结果进一步说明了硝酸和硫酸对碳酸盐岩溶蚀作用的显著影响,可为其他酸对岩溶碳汇影响提供参考。      

土壤改良对土壤水水化学及碳酸盐岩溶蚀的CO2净消耗量的影响

为研究利用滤泥与不同有机肥搭配对岩溶土壤进行改良增加无机碳汇的最佳实施方案,在果化示范区开展了滤泥、滤泥+秸秆+沼液和滤泥+秸秆+牛粪等三种土壤改良方案试验,在各个改良地和对照地埋放标准溶蚀试片和土壤水收集器,测试一年试片溶蚀速率和不同月份土壤水主要阴阳离子浓度。结果表明:滤泥中含有大量钙盐和硫酸盐,导致土壤水类型为Ca-SO4。各个改良地和对照地土壤水中参与岩溶作用的[Ca2+ +Mg2+ ]/HCO3-（当量浓度）均大于1,表明外源酸参与了土壤中碳酸盐岩溶蚀。施肥高峰期,试验区本底土壤CO2净消耗量出现负值,原因是硝化作用产生的H+与土壤水中HCO3-发生脱气作用,导致CO2从水中逸出。单施滤泥改良后,滤泥有机酸显著提高了试片溶蚀速率,但土壤水pH值降低,H+的大量存在导致脱气作用加剧,年均碳酸贡献率为-0.32,年均减少CO2净消耗量0.66 mmol·L-1。滤泥配施秸秆和牛粪引起8月脱气作用加剧,其他月份同样削弱了脱气作用,最终导致CO2年均净消耗量几乎不变。滤泥配施秸秆和沼液大大削弱了单施滤泥引起的脱气作用,同时减小了土壤中碳酸盐岩溶蚀速率的增强程度,最终导致CO2年均净消耗量增加了0.065 mmol·L-1,该方案为最佳增加无机碳汇的实施方案。      

基础宽度对地基承载力影响的数值分析

利用数值方法对传统的地基极限承载力的计算公式进行了验证,结果表明传统的理论公式中基础宽度对极限承载力的贡献是正确的。通过数值计算结果,针对目前地基规范中地基承载力特征值限定基础宽度的贡献,研究了地基承载力的合理确定方法,认为地基的承载力应根据实际基础的沉降和地基承载力的安全系数来确定更科学合理。基础宽度对地基承载力的影响已在沉降和承载力安全系数上得到反映,从而计算时不必限定基础宽度,由此可以获得更合理的地基承载力值。     

Effect of widespread severely acidic soils on spatial features and abundance of trace elements in streams

In the coastal area of western Finland, a large number of streams are strongly acidic and contaminated with metals. The reason for this is not historical and present industrial, mining and urban activities, but a current high rate of weathering and leaching of widespread acid sulphate soils (pH 2.5–4.0) developed in artificially drained Holocene marine and lacustrine sulphide-bearing sediments. Evaluation of existing hydro- and geochemical field and experimental data revealed that: (1) cobalt, Ni and Zn are extensively leached from the acid sulphate soils and thus exist abundantly in streams affected by such soils, (2) copper and Tl are also leached abundantly from the acid sulphate soils, although not to the same extent as are Co, Ni and Zn, (3) vanadium is in general depleted and Cr only weakly enriched in streams draining ‘the average acid sulphate soil’, but they increase substantially in severely acidic streams in catchments underlain with particularly acidic soil, (4) arsenic and Pb are not leached more abundantly from the acid sulphate soils than from the common types of soils and sediments (till, glaciofluvial deposits, peat) resulting in aquatic abundance and distribution patterns unrelated to the acid sulphate soil occurrences.     

Effect of spatial correlation structure and transformation model on the design of shallow strip footing

Directional variability of spatial correlation is observed in natural soils due to their depositional characteristics and it influences the response of structures founded on these deposits. Nonetheless, the results presented in most of the available literature are based on the assumption of either isotropic spatial correlation or perfect spatial correlation of soil properties in horizontal and vertical directions. It is also observed from past studies that the effect of transformation model on the total uncertainty is quite significant. Hence, an effort has been made in this paper to study the effect of anisotropy of autocorrelation characteristics of cone tip resistance (q_c) and the transformation model on the bearing capacity of a shallow strip footing, founding on the surface of a spatially varying soil mass. The statistics in the vertical direction of the soil mass are taken from 8 Cone Penetration Test (CPT) records and statistics in the horizontal direction are assumed. For the case considered, it is observed that the transformation model significantly influences the degree of variability of design parameter. The results also show that isotropic correlation structure based on the vertical autocorrelation distance underestimates the variability of design parameter. On the other hand, perfect correlation in horizontal or vertical, or both directions, overestimates the variability of design parameters, and produces conservative estimates of allowable bearing capacity.     

竖向荷载作用下桩-土相互作用时土体对空心桩受力性能分析

采用有限单元法,用Ansys进行模拟仿真分析计算,考虑桩-土相互作用,在竖向荷载作用下对空心桩受力性能进行了分析,提出了在裂缝易产生处增设土工复合材料、增加土体弹性模量、粘聚力、桩侧灌浆等改善土性的措施,旨在给工程界提供理论参考。     

有关砂土地基承载力数值解析问题的讨论

以砂土地基的极限承载力为对象,讨论了古典理论解与室内模型实验值之间的差异,并结合试验中所观察到的现象对其原因进行了简要的分析,最后,利用有限元解析对各种极限承载力的计算方法进行了客观地评价.砂土材料强度具有明显的各向异性以及软化特性,并与周围压力大小以及密度相关.另外,砂土地基的破坏呈渐进性,砂土的粒径大小影响它的承载力以及变形破坏.结果表明,只有考虑砂土以上的各种特性的数值解析方法才能合理地得到砂土地基的极限承载力.     

桶间距对四桶吸力式基础各单向承载力的影响及最优间距的确定

四桶吸力式基础由4个按正方形排列的吸力式桶形基础组成,并通过上部结构连成整体共同承受外部荷载,相比于单桶基础,四桶基础能承受更恶劣的海洋环境荷载,可作为海上风机和海洋平台等结构物的基础,具有广阔的应用前景。为探究饱和软土地基上四桶基础和单桶基础在承载力以及破坏模式方面的关系,优化四桶基础的设计,建立了大量的四桶和单桶基础的三维有限元模型,系统研究了不同基础埋深和土体剪切强度时桶间距对四桶基础各单向承载能力和对应的破坏模式的影响。结果表明,竖向承载力系数受桶间距影响较小,而水平承载力系数受其影响较大,力矩承载力系数受其影响尤为显著;在同一桶间距比时,四桶吸力式基础的各单向承载力系数随基础埋深比的增加逐渐增大,随土体剪切强度不均匀度指标的增大逐渐减小。通过分析四桶基础的各单向承载力、对应的破坏模式和群效应系数,定义了四桶基础的最优桶间距,可为四桶基础桶间距的优化设计提供依据。     

青藏公路对其邻近土壤细菌丰度影响的研究

以垂直青藏公路不同距离样带土壤为研究样本,研究了距青藏公路10~500 m范围内土壤细菌丰度的变化及其影响因素. 结果表明：青藏公路沿线土壤细菌丰度为2.71×10⁷~7.20×10⁸copies·g^-1dw;距公路10~500 m土壤细菌丰度呈现出递增趋势,且以50 m为界限,50~500 m细菌丰度没有显著差异. 土壤细菌丰度与环境因子的相关性表明：青藏公路沿线土壤细菌丰度主要受土壤总氮、总有机碳以和植被盖度的影响,表现为细菌丰度与土壤总氮极显著正相关,与总有机碳显著正相关,与植被盖度极显著正相关. 上述结果说明,青藏公路对土壤细菌丰度的影响范围在50 m左右.     

中国红土的研究与地基承载力的评价

通过广泛的工作，着重研究了不同成因类型红土的物质组成和结构特征，决定红土工程地质性质的主要因素是游离氧化铁、由于不同种类、不同形态游离氧化物的大量存在使红土在高含水率和高孔隙比情况下具有较高的强度，因此红土的地基承载力标准值不能与一般粘性土等同时待，还介绍了如何提高地基承载和和确定标准值的方法。     

温度对土壤水分运动基本参数的影响

为探讨土壤温度变化对土壤中水分运动过程和运动参数影响机理,在室内实验的基础上结合理论探讨,对不同温度条件下实验土壤的水分特征曲线、导水率、扩散率和比水容量等土壤水分运动基本参数的温度效应进行了研究分析.结果表明:土壤温度对土壤水分性质及土壤结构性质影响显著,二者共同作用使得土壤水分运动过程发生改变,且其影响效应可通过土...     

地下水位升降对某场地地基土承载力的影响

通过工程实例，分析了对比地下水位升降对地基土的物理力学性质的影响，定量地总结了地下水位上升对地基土承载力的削弱情况。