沸石矿物在东北地区黑土地盐碱化土壤改良中的应用

东北黑土地特别是松嫩平原的土地盐碱化趋势正在加剧,对黑土地粮食安全提出了很大的挑战,因此,改良盐碱地土壤成为重要的工作.半干旱气候、地质条件、低洼地形及地下水位等都是引起东北黑土地盐碱化的因素,松嫩平原苏打盐碱地尤为突出,其土壤盐分中主要阳离子为Na⁺,阴离子为CO₃^2-和HCO₃^-,具有高碱化特点.沸石作为离子交换剂和吸附剂,能吸附盐碱土中的钠离子和硫酸根离子等,降低土壤pH值和碱化度,同时可增加土壤对铵根离子、磷酸根离子和钾离子的保持能力,提高养分有效性,对于土壤改良效果显著.但由于沸石改性、用量及时效等各方面的不确定性,因此在今后研究中更应注重因地制宜地利用沸石矿物开展盐碱地土壤改良、加强沸石矿物改性与再生的研究,使其在盐碱地脱盐降碱等方面发挥更大的作用.     

大同盆地地下水高砷、氟、碘分布规律与成因分析及质量区划

为了对大同盆地地下水中砷、氟、碘等的分布和成因进行分析,开展地下水质量区划,依据地下水污染调查取得的最新系列测试数据,结合以往水文地质和水文地球化学研究成果,编制大同盆地浅层和中深层地下水砷含量、氟含量、碘含量等水化学特征分布图,以直观反映大同盆地地下水高砷、高氟、高碘区的空间分布规律; 通过分析pH值、硫酸根含量、硝酸根含量、铁含量、锰含量与砷的关系,探讨高砷水的形成原因; 根据pH值、钙离子、重碳酸氢根离子与氟的关系,分析氟超标原因; 指出高碘区与高氟区分布的相似性和成因的相似性。研究结果表明,盆地周边高砷、高氟岩层是地下水砷、氟的原生来源,特定的河湖相沉积环境则为砷、碘的富集提供了原生地质条件; 北部地区氟增高与地下水位下降致使黏性土中的氟离子进入含水层有关,中部地区高氟与土壤盐渍化有关; 中部富含淤泥质黏土的湖相地层是碘富集的原生地质因素,冲积洼地地下水径流条件滞缓是碘富集的水动力因素; 干旱气候条件下强烈的蒸发浓缩作用亦是高氟、高碘地下水形成的重要因素。依据砷、氟、碘、硝酸盐、亚硝酸盐、总含盐量(total dissolved salt,TDS)、总硬度、氨氮等单组分含量分布,利用GIS空间分析功能,进行了大同盆地浅层和中深层地下水质量区划,可为当地地下水开发利用提供地学依据。     

含NaCl和Na2SO4双组分盐渍土的水盐相变温度研究

盐渍土相变温度是判断土体中水分冻结与融化、盐分结晶与溶解的重要参数。不同盐分含量相变温度的差异,给盐渍土在降温过程中的水盐迁移过程及变形规律的模拟带来极大的不确定性。通过降温试验,研究了降温过程中氯盐和硫酸盐综合作用盐渍土中水盐相变温度的变化情况。结果表明：全盐量相同时,盐结晶温度随NaCl和Na₂SO₄比例的不同而不同。随NaCl的加入,在Na⁺同离子效应的影响下,Na₂SO₄更容易结晶,但土体的冰和芒硝共晶点温度下降,使得冰含量显著减少,从而降低了孔隙溶液中固相的产生比例,起到抑制Na₂SO₄盐渍土盐冻胀变形的作用。当土中只含Na₂SO₄盐时,随Na₂SO₄浓度的增加,冰和芒硝共晶点的温度先上升而后缓慢下降,二次相变前冰盐的累积量是导致冰和芒硝共晶点产生这种变化的主要原因。盐渍土三相共晶点温度随NaCl含量的增加呈现上升趋势,这是因为随着NaCl的加入,在发生三相共晶前,孔隙溶液发生相变的固相含量减少,从而使孔隙结构对三相共晶点的影响减小。此外,含有NaCl与Na₂SO₄双组分的盐渍土,水分和盐分可能以单固相、双固相以及三固相状态析出。研究结果可为深入认识盐渍土的相变规律及物理性质提供理论支撑。     

干旱内陆灌区土壤水盐模型

研究干旱内陆区土壤水分运移规律以及土壤盐分运移规律,有助于合理利用水资源,减少潜水无效蒸发,防止土壤盐碱化。根据水量平衡和盐量平衡原理,建立了土壤水盐模型,计算土壤水盐迁移量,并对干旱内陆区土壤水盐运移规律做了初步研究。     

吉林省大安地区盐渍土室内冻胀试验研究

吉林省大安地区分布着大量盐渍土,冬季温度降低后土体发生冻胀会引,会引发一系列工程危害。本文对吉林省大安地区盐渍土体进行野外取样,并进行室内基本物理、化学及物质组成试验,通过室内冻胀试验模拟土体冻胀过程,查明土体冻胀特性。试验结果表明,研究区土体为碳酸盐渍土,钠离子含量较高,交换性阳离子含量较高;土体在冻胀过程中其击实度、含水率及土体中含盐量均不同程度影响着冻胀结果,对于各含盐量下土样均存在最佳击实度;盐分过少时对冻胀产生抑制作用,达到一定含盐量后产生盐胀,对冻胀产生促进作用;研究区起始冻胀含水率为21%。该结论为防治吉林省西部盐渍土地区由冻胀作用带来的工程灾害防治提供理论依据。     

Soil geochemistry and groundwater contamination in an arsenic-affected area of the Datong Basin,China

This study describes the geochemistry of the topsoils from an arsenic (As)-affected area of the Datong Basin and identifies the possible sources and the enrichment mechanisms of As in groundwater. A total of 122 soil samples were collected from the study area. Analytical results indicate that soil As is higher than the average value of the Shanxi province topsoils. Fertilizer application and weathering of the bedrock both contributed to the presence of elements, including As, in the soil of the area. Furthermore, these elements may be strongly bound to Fe and Mn oxides/hydroxides. In addition, the depletion of K indicates that this element is readily leached into the groundwater rather than being retained in the soils. A groundwater area with high As levels corresponding spatially to soil samples with no As accumulation clearly shows the effects of irrigation or salt flushing on the soil compositions. Arsenic can be mobilized under reducing condition due to organic matter input or changes in redox conditions induced by irrigation or salt flushing and can be transported with vertically recharged water into shallow, unconfined aquifers, thus elevating the As concentration in groundwater.     

渤海湾西岸滨海盐渍土的盐渍化特征分析

渤海湾西岸滨海盐渍土的盐渍化特征与滨海平原的地面高程、气候条件、盐渍土的理化性状、地下水的矿化度及人类活动等密切相关。就土盐渍化的程度而言,地面高程较高处的土高于地面高程较低处的土,上层土高于下层土。受蒸发和降水影响,地下水位以上土的盐渍化敏感深度为1 m左右。随着气候的变化,滨海盐渍土显现出春季蒸发,上层土积盐;夏季淋洗,土中盐分向下移动的盐渍化特征。随着深度的增加,土的含盐量逐渐减少,至地下水位附近出现轻微增长。从剖面上地表至地下水位间可划分为3个不同聚盐形态和含盐量的土盐渍化程度分区带,即土蒸发浓缩聚盐带、土盐化变动带和土饱水溶盐带;平面上向海岸线方向延伸,土逐渐由非盐渍土变为弱盐渍土、中盐渍土和强盐渍土,含盐量和盐渍化程度也越来越高。地下水位浅和地下水矿化度高,则上层土的盐渍化程度就愈高。     

山东黄河北矿区土壤盐渍化特征分析

为了研究黄河北矿区土壤盐渍化现状及特征,采用野外调查、钻探、现场采样和室内分析测试等手段获取了土壤盐分含量和地下水特征数据,分析了区内土壤盐分含量、空间分布、垂向变化及与浅层地下水的相互关系。结果显示,研究区土壤主要以潜在盐渍土和轻度盐渍土为主,土壤盐分中阴离子以重碳酸根和硫酸根离子为主,阳离子以钠和钙离子为主。土壤垂向上显示表聚性（0～20 cm）,表层盐渍化严重,深部盐渍化程度有所降低。研究区土壤盐渍土与浅层地下水存在内在的自然的直接关系,土壤全盐量与地下水中溶解性总固体(TDS)含量呈明显正相关关系,而与浅层地下水位埋深呈负相关关系。研究区煤炭的开发利用,将加剧和恶化土壤盐渍化程度,煤炭的开采需要合理确定地表塌陷的程度,以此来倒逼煤炭的开采开发模式,从而减缓土壤盐渍化程度。     

古尔班通古特沙漠与绿洲交错带土地利用变化对土壤特性的影响

对比研究了古尔班通古特沙漠与绿洲交错带8种土地利用类型的土壤特性变化. 结果表明: 不同土地利用类型的土壤粉砂含量差异性显著(P<0.05). 人类活动干扰的时间越长、 强度越大, 粉砂和极细砂含量越高, 而细砂反之. 在人类活动干扰前期(≤5 a), 土壤养分与干扰时间成反比, 而后(＞5 a)与时间成正比. 不同土地利用类型的土壤养分分为4个等级: 1级为盐碱地, 为最高等级; 2级为生态防护林地、 荒草地和天然灌木林地; 3级为10 a农田地、 5 a菜园地和3 a农田地; 4级为5 a农田地, 为最低等级. 人类活动使得土壤盐分由原来的(盐碱土)上层高、 下层低转为上层低、 下层高. 而且盐分与干扰时间成反比. 土地利用变化的过程中, 土壤盐分与Cl^-、 SO₄^2-、 Ca²⁺、 Mg²⁺、 K⁺和Na⁺离子均成正比, 而与HCO₃^-离子成反比. 5 a农田地土壤退化指数(-30.58%)最高, 是其他土地利用类型的1.5~3.9倍.     

硫酸钠盐渍土土-水特征曲线的试验与理论研究

土-水特征曲线（SWCC）在非饱和土力学中扮有重要的角色,是非饱和土力学研究的核心问题。以西北地区黄土中含有的典型硫酸钠盐为变化因素,采用滤纸法测得了兰州黄土及不同含盐量黄土状硫酸钠盐渍土的基质吸力并绘制土-水特征曲线,通过试验测试和理论分析来解释硫酸钠盐分对黄土状硫酸钠盐渍土基质吸力的影响规律,以期为工程实践提供一定的理论依据。结果表明：相同含水率下硫酸钠盐渍土的含盐量越高,基质吸力越大。以非饱和土力学理论和表面物理化学理论为基础,考虑了土中的盐分对基质吸力的毛细部分及吸附部分的影响,得到了土中含盐量与基质吸力关系的半经验公式。利用该公式计算得到不同含盐量硫酸钠盐渍土的土-水特征曲线,计算曲线与试验曲线吻合程度较高,表明该公式可以很好地描述盐渍土中不同含盐量与基质吸力的关系。     

硫酸盐渍土击实性能及影响因素试验研究

为了全面地揭示硫酸盐渍土击实性能的变化原因和规律,对不同条件下配制的硫酸盐渍土进行了一系列的轻型击实试验。试验研究表明,含盐量对硫酸盐渍土最大干密度和最优含水率的影响规律并不是单一不变的,它取决于土中硫酸钠的3种状态（硫酸钠溶液、无水硫酸钠和十水硫酸钠）及3种状态间的相对含量。硫酸盐渍土的最大干密度和最优含水率与土中不同状态硫酸钠相对含量间的关系曲线具有反相关性。闷料时间和初始含水率对硫酸盐渍土击实性能的影响与含盐量有关,当含盐量较低（如1.5%）时,其影响甚小;当含盐量较高（如5.0%）时,其影响显著。硫酸盐渍土在由湿到干的过程中会出现“假干现象”。该试验结果对工程中硫酸盐渍土的击实性能和压实度的合理评价都具有重要的参考价值。     

Distribution characteristics of tritium in the soil in Beishan area of Gansu Province

Beishan region in Gansu was the preselected area for China’s high-level radioactive waste (HLW) repository. In selecting and evaluating a new dump site, the tritium study is of great significance. The Xinchang-Xiangyangshan preselected area in the Beishan area was taken as an example. This paper selects typical unit and tries to use the distribution characteristics of tritium in the soil to study the atmospheric precipitation infiltration recharge in this area. The results show: In this region, the spatial variability of the tritium content in surface soil is large; it is feasible to use bound tritium tracer method to study the theory of atmospheric precipitation infiltration recharge; the atmospheric precipitation infiltration has close relationship with the soil particle composition, salt content, mineral composition, water content and organic matter content. These results can provide important basis for developing the atmospheric precipitation infiltration recharge, groundwater numerical simulation, nuclide migration study and so on.     

细粒硫酸钠盐渍土盐冻胀特性试验研究

为探究温度与硫酸钠含量对细粒硫酸钠盐渍土盐冻胀率及盐胀占比的影响,取兰州黄土作为素土人工配盐,用平衡公式进行理论推导,并设计了室内试验对其进行验证。结果表明：当压实度为92%、含水率为最优含水率16.8%时,随着含盐量的升高,细粒硫酸钠盐渍土的冻结温度随硫酸钠含量的增大而降低,且随着温度的降低,盐胀率的变化趋势与盐冻胀率基本一致。在冻结温度以下至-5 ℃盐胀发展速度最快,在-5 ℃以下盐胀率增长很小;在压实度为92%、含水率为最优含水率16.8%条件下,在硫酸钠含量不变时,温度越低,盐胀占比越大;温度不变时,硫酸钠含量越高,盐胀占比越大,在冻结温度以上盐胀占比为100%,但当温度降至-3~-4 ℃时盐胀占比降到50%,在-10 ℃以下盐胀占比基本保持不变。     

吉林省西部湖泊地带苏打盐渍土溶陷性

吉林省西部苏打盐渍土的溶陷性是该地区河湖连通工程无衬砌渠道的主要工程问题之一,研究苏打盐渍土溶陷特性可为渠道溶陷防治提供依据。以乾安县内湖泊规划渠道经过的盐渍土区为研究对象,通过原状土的室内溶陷试验,得到了苏打盐渍土溶陷系数随压力变化的规律,分析了深度150 cm以上土壤溶陷系数随深度变化的关系。结果表明：苏打盐渍土在200 kPa的压力下,首次遇水时产生最大的溶陷变形量,溶陷系数最大,溶陷性最强,随着压力增大,溶陷系数降低;深度30 cm以上和120 cm以下的土壤不具溶陷性,30~120 cm的苏打盐渍土具有轻微溶陷性;30 cm以上的土壤作为积盐层,高浓度的交换性Na⁺使得土壤颗粒聚结,孔隙比较低,土壤水分入渗受阻,渗流作用微弱,盐分不易溶解、流失;30~120 cm的土壤间理化性质的差异是造成盐渍土溶陷的原因之一,是渠道溶陷治理的关键区域。     

西峰和西安黄土中盐碱化古土壤气候意义的初步探讨

对西峰和西安黄土剖面中古土壤的研究揭示出,作为重要气候地层标志的S₄和S₅古土壤竟有盐化和碱化现象。盐碱化特性直接关系到如何认识这些古土壤的气候意义。土壤化学、微形态及粘土矿物分析表明,上述古土壤以草原土特征为主,并在气候最宜期发育了森林植被。盐碱化特性并非产生于土壤被埋藏以后,而是古土壤发育末期的产物。该时期大气粉尘堆积似乎是可溶盐的来源。     

基于历史航卫片的城市“隐形”活动断层精确定位——以大同盆地水峪断裂为例

活动断层是城市地震灾害的重要风险源，准确厘定活动断层的空间几何展布是有效降低城市地震灾害和开展活动断层避让的基础。而城市化建设对原始地貌的严重改造使得原先出露地表的活动断层成为"隐形"断层，难以准确确定断层的几何展布。大同盆地中部的水峪断裂北段位于马铺山东缘，断错地貌明显，但南段进入大同市御东新区被城市建筑物覆盖，成为"隐形"断层。研究基于大同地区1965年历史航片影像资料，结合1∶10000地形图，运用航片像对和航空立体摄影的方法重建了该地区的数字高程模型（DEM）和正射影像（DOM），重点对水峪断裂"隐形"段进行识别和定位，厘定了水峪断裂断层陡坎的几何展布特征。研究结果表明，水峪断裂北段山前陡坎线性特征明显，由影像可以准确解译出断层几何展布位置；水峪断裂南段可基于2000年之前的Keyhole历史遥感影像、DOM与DEM资料，根据断层两侧的颜色差异及陡坎高度差异，精确厘定该段的断层几何展布位置；DEM提取的地形剖面表明"隐形"段陡坎高度在19 m左右。同时，基于野外调查的断层剖面与浅层人工地震剖面证明该陡坎就是水峪断裂的位置，这也表明利用历史航卫片对城市"隐形"活动断层进行精确定位的方法是可行的。该研究不仅为大同地区的地震危险性评估提供了重要依据，而且为城市"隐形"活动断层探测提供了一个新的思路和途径。      

江苏沿海盐渍土盐渍化程度及其影响因素分析

盐渍土是江苏沿海地区开发建设需关注的地质环境问题之一。本文系统采集5 m以浅的土样,开展易溶盐试验,研究了江苏沿海盐渍土分布规律、盐渍化程度及影响因素。研究结果表明:全区盐渍土平行于海岸线分布;以中、弱盐渍土为主,强盐渍土零星分布。受沉积环境、气候、水文地质条件、人类活动等共同影响,盐渍化程度空间差异明显。平面上,盐渍化程度呈北强南弱、向海岸线方向延伸有逐渐增强的趋势,强盐渍土分布于连云港黏性土区,岩性、地下水矿化度为主导影响因素。垂向上,表层普遍积盐,连云港地区分带不明显,大丰和南通地区自地表而下可划分为三带,表层土蒸发积盐、中层盐动态变化、下层土饱水盐稳定,地下水位、土体结构为主导影响因素。随着沿海大开发的快速推进,为防止次生盐渍化问题,需关注地面沉降导致的地面高程损失诱发海水入侵加重表层土盐渍化,工程建设中可设置隔离层截断高矿化度地下水的毛细作用。     

硫酸（亚硫酸）盐渍土单次盐胀和冻胀发育规律研究

对盐胀和冻胀规律的研究有助于深入认识硫酸（亚硫酸）盐渍土的工程性质。通过对天山北麓水磨河流域细土平原区硫酸（亚硫酸）盐渍土盐胀和冻胀试验研究发现：（1）随着温度的降低,试样盐胀和冻胀率逐渐增大。试样冻结前土体产生的膨胀是盐胀,试样冻结后产生的膨胀是盐胀和冻胀,当土体达到-15℃以后,土体盐胀和冻胀趋于稳定。（2）硫酸钠含量不变的情况下,随着含水量的增大,其起胀温度降低。土体起胀温度取决于土体中硫酸钠析水结晶温度、硫酸钠结晶含量的多少、土体结构、内摩阻力、粘聚力、土颗粒间的引力、土体孔隙间和孔隙接触间吸收结晶硫酸钠的程度。（3）硫酸钠含量增加,其单次盐胀和冻胀率变化区间增大。     

柴达木盆地中东部表土盐类矿物分布特征及其与盐尘暴物源联系

柴达木盆地盐湖众多,表土盐渍化和盐漠化极为发育,含盐表土经风吹蚀后产生的大量盐尘将危害盆地生态环境和人类健康。笔者在柴达木盆地中东部系统采集129个不同类型的表土样品,对其中盐类矿物成分及分布特征进行了分析。分析结果表明,表土中的主要盐类矿物是石盐、石膏以及少量的无水芒硝;盆地中东部含盐量高值区集中分布在尕斯库勒湖以东的一里坪盐湖、西台吉乃尔盐湖和东台吉乃尔盐湖周边以及中部格尔木—诺木洪一带绿洲前缘的区域;盆地不同表土的含盐量从高到低依次为干盐滩(盐壳)、雅丹、盐化草原、戈壁滩和沙漠。研究结果显示,雅丹和干盐滩很可能是盐尘暴的主要物源区,其他类型表土贡献较小;表土含盐特征及其分布规律可能受区域构造、盐湖演化、气候与水文等多种因素的影响。本文成果可以为柴达木盆地盐尘暴的形成机制和灾害防治等提供重要科学依据。     

Hydrogeochemistry of River Water in the Upper Reaches of the Datong River Basin,China: Implications of Anthropogenic Inputs and Chemical Weathering

This research investigated anthropogenic inputs and chemical weathering in the upper reaches of the Datong River Basin,a tributary of the upper Yellow River,NW China.Multiple approaches were applied to data from 52 water and12 soil samples from the Muli,Jiangcang,and Mole basins to estimate the chemical component concentrations and to analyze hydrochemical characteristics,distribution patterns,and origins in this coal mining-affected river basin.Coal mining has enhanced the weathering of the lithosphere in the study region.The total dissolved solids in the river range from145.4 to 701.9 mg/L,which is higher than the global average for rivers.Ion concentration spatial distributions increase around mining areas.River geochemistry is mainly controlled by coal mining activity,carbonate weathering,and silicate weathering,with variances of 33.4%,26.2%,and 21.3%,respectively.Ca~(2+),Mg~(2+),and HCO_3~-are mainly due to the dissolution of carbonate minerals (calcitedolomite);Si and K~+are mainly from potassium (sodium) feldspar weathering;and Na~+and SO_4~(2-)mainly from coal mine production.A conceptual model of the river water ion origins from the study area is presented and management implications for improving the adverse effects of coal mining are proposed.These results provide an important standard reference for water resource and environmental management in the study region.