模拟酸雨及施磷对水稻土中铅的淋溶特性影响

采用pH=3.0、pH=4.5与对照pH=5.6的3种模拟酸雨淋溶土柱的方法,研究酸雨及含磷酸雨淋溶下合肥市郊水稻土中铅的释放特征与规律。结果表明:经过相当于1 980 mm降水量的淋溶后,铅释放量总体上表现为随着酸雨强度增加累积淋溶量也增加的现象。酸雨作用下,施磷量越多土壤中铅的淋失总量越大。在酸雨及施磷条件下,大兴地区黄褐土中Pb较义城地区水稻土中易于淋失。     

模拟酸雨及施磷对水稻土中汞的淋溶特性影响研究

采用pH3.0、pH4.5与对照pH 5.6的3种模拟酸雨淋溶土柱的方法,研究了酸雨及含磷酸雨淋溶下合肥市郊水稻土中汞的释放特征与规律.结果表明:经过相当于1980降水量的淋溶后,汞释放量总体上是随着酸雨强度增加累积淋溶量的增加.酸雨作用下,施磷量越多土壤中汞的淋失总量越大.在酸雨及施磷条件下,大兴地区黄褐土Hg较义城地区水稻土易于淋失.     

酸雨淋溶下MICP固化铅污染土的淋滤特性研究

酸雨可与MICP矿化作用过程中生成的碳酸盐反应,破坏材料的结构强度,使被固定的重金属离子再次释放,但该技术在酸雨环境下的研究较少,耐酸腐蚀性尚不明确,因此对酸雨入渗作用下MICP固化重金属污染土的淋滤特性的研究具有现实意义。本文设计了pH值为3.5、4.5、5.6的3种典型的酸雨条件,用pH值为7.5的去离子水作对照,通过土柱淋滤的方法对MICP固化粉土进行了实验研究,分析不同酸雨pH值对MICP固化铅污染土样的强度、pH值、Pb²⁺、Ca²⁺淋出量及Pb²⁺赋存形态的影响。结果表明：随酸液pH值降低,MICP固化试样的强度降低,淋出液pH值降低,Pb²⁺、Ca²⁺淋出量增加,固化试样中可交换态的Pb²⁺增加,当pH值为5.6时,试样受酸雨影响较小,pH值降为3.5时,试样变化显著。     

石灰土对硫酸型酸雨缓冲过程模拟及碳汇效应研究

硫酸型酸雨沉降至地表经石灰土缓冲后,参与碳酸盐岩溶蚀及对岩溶碳汇的影响尚不明确,严重制约了我国岩溶碳汇效应的准确评估。本研究通过设置不同土层厚度条件下pH 4.5的硫酸型酸雨淋滤实验,以明确石灰土对硫酸型酸雨的缓冲过程及关键控制因素。结果表明：石灰土对酸雨的缓冲作用主要发生在表层(10 cm),淋出液中Ca2+、Mg2+、${\rm{HCO}}_3^{-}$含量在淋溶初期均表现快速降低,当淋溶量(土壤水达饱和后)为1 020 mL时Ca2+、Mg2+、${\rm{HCO}}_{{3}}^{-}$淋失量趋于稳定,稳定淋失量分别为20 mg·L−1、6 mg·L−1、40 mg·L−1。淋出液中被酸雨H+交换出的Ca2+、Mg2+仅占很小一部分,土壤水溶性Ca2+、Mg2+是淋出液中Ca2+、Mg2+的主要部分,开放系统中,大气和土壤CO2溶于降雨形成H2CO3不仅增加碳汇,且H2CO3解离产生的H+交换土壤中交换态Ca2+、Mg2+,造成Ca2+、Mg2+的淋失量不容忽视。不同厚度石灰土中交换性钙镁可缓冲酸雨容量均大于土壤碳酸钙矿物可缓冲容量,前者是后者的1.17~1.59倍。相同酸度、同一降雨量(土壤水达饱和后)下土壤盐基离子参与酸雨缓冲产生的碳汇量约为碳酸盐矿物风化缓冲产生碳汇量的2.1倍,不同厚度(≥10 cm)石灰土产生的碳汇量大致相等。根据本次实验及桂林市降雨数据计算,桂林市质纯石灰岩风化残积土壤区(土层厚度≥10 cm),土壤盐基离子参与酸雨缓冲每年可产生0.59 ~0.93 mol·m−2的碳汇通量。     

模拟不同气候条件下碳酸盐岩风化作用的淋溶实验研究

通过模拟干热、湿热与干冷3种气候条件,以饱和CO2水作为淋溶液,对黔中岩溶区3条碳酸盐岩风化壳岩-土界面的岩粉层试样进行了淋溶实验(其中干热、湿热条件下淋溶到残余酸不溶物阶段),对淋出液的pH值以及主要造岩元素的浓度进行了动态分析。结果表明,碳酸盐岩风化壳岩-土界面由岩到土的转变过程中,伴随碳酸盐的溶蚀,酸不溶物已表现出明显的风化倾向。碳酸盐的溶蚀强度表现为干冷>干热>湿热的变化趋势。温度低,碳酸盐的溶解速率大;排水条件好,碳酸盐溶解释放的Ca、Mg易随风化流体排出体系。对于酸不溶物组分,淋溶实验中有:(1)K、Na、Mg、Si、P的载体矿物风化强度在干热条件下最大(至于Ca,由于方解石与白云石均是其主要的载体矿物,酸不溶物相中的Ca难以在淋出液中有效识别)。在干冷与湿热之间,K、Na、Mg等盐基离子的溶出能力大多表现为湿热>干冷,指示了温度对盐基离子释放强度的重要制约作用;而Si和P未表现出一致的变化趋势,可能源于淋溶体系微环境的差异。(2)Fe与Mn表现出弱迁移性。其中,Fe在干冷环境下淋出强度最弱,说明温度是制约含Fe矿物分解速率的重要因素。而Fe在干热与湿热之间,以及Mn在3种淋溶条件下,未呈现出一致的变化趋势。(3)Al和Ti在碳酸盐岩风化过程中表现出强烈的惰性。      

桂林岩溶区石灰土壤对酸雨缓冲作用的观测及其对岩溶碳汇的指示意义

近期越来越多的研究显示硫酸、硝酸等外源酸会参与碳酸盐岩溶蚀, 但酸雨在碳酸盐岩溶蚀中的作用与碳循环的关系并不明确, 严重制约了我国岩溶碳汇效应的准确评估。本研究选择在酸雨强度大、频率高、岩溶发育典型的桂林丫吉岩溶泉野外科研实验场开展研究, 对不同地貌部位土壤和丰水期(4月)、平水期(9月)降雨后土壤水进行分层取样测试。结果显示: 土壤的pH范围为5.55~7.81, 平均值为6.76±0.61, 变异系数为9.11%, 土壤水的pH范围为6.69~7.89, 平均值为7.21±0.31, 变异系数为4.43%, 两者均接近中性和中性以上, 并呈现出随深度增加而不断增大的趋势性变化规律, 土壤pH主要受土壤有机质分解产酸的控制, 土壤水pH主要受石灰土富钙偏碱的地球化学背景影响, 酸雨对两者的影响较小。土壤阳离子交换量范围为302~ 423 mmol(+)/kg, 位于酸沉降不敏感区的土壤范围内, 土壤对酸雨来源的H+具有较好的缓冲能力。土壤水中碱性离子(Ca2++Mg2+)所占比例范围为23.66%~25.0%, 平均值为24.25%±0.33%, 变异系数为1.36%, 含量稳定; 酸性离子(SO2– 4+NO– 3)所占比例范围为2.47%~18.94%, 平均值为7.69%±5.09%, 变异系数为66.28%, 随着深度增加, 土壤水中酸性离子浓度逐渐降低; 土壤pH值呈碱性, 可以认为, 酸雨成分并没有穿透土壤层进入岩溶含水层, 没有产生减碳汇效应。前期的研究由于没有考虑石灰土壤层对酸雨的缓冲作用, 高估了酸雨的减汇效应。     

石灰-偏高岭土改良遗址土强度劣化特性的冻融循环效应

中原地区处于季冻区,周期性冻结与融化对遗址土体结构有显著影响。为探究石灰偏高岭土(L-MK)在抗冻融循环方面替代天然水硬性石灰(NHL)用于土遗址修复工作的可行性,以石灰、偏高岭土和遗址土为主要原料,对经历不同冻融循环次数的L-MK改良土试样分别进行质量损失测试、无侧限抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验,系统研究其强度特性的冻融循环效应;并取部分试样进行X射线衍射(XRD)、热重(TG)、电镜扫描(SEM)等微观试验,揭示L-MK改良土强度劣化规律的内在机制。结果表明：试验配合比下,L-MK改良土的抗冻性能优于NHL改良土,偏高岭土掺量的增加有助于提高L-MK改良土强度;随着冻融循环次数的增加,L-MK改良土应力-应变曲线的应变软化特征呈减弱趋势,无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度单调衰减,但经历30次冻融循环后L-MK改良土无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度分别高于NHL改良土3.79倍和1.16倍以上。这与L-MK及NHL改良土生成的水化产物(CSH和C₄AH₁₃等)受冻融循环的影响规律基本一致。     

碳酸盐岩早期风化成土作用的证据

对坝陵河悬索大桥西锚碇勘探斜硐100m 深度范围内石灰岩体的风化情况进行了野外调查、斜硐编录,取粘土样进行物理性质及X— 射线衍射分析并与作者以往的研究成果对比研究,在此基础上进行了碳酸盐岩体的风化分带,建立了分带标志。研究认为岩体中所含的粘土夹层,系地下水对石灰岩溶蚀— 交代作用的产物,它代表着碳酸盐岩早期阶段风化成土情况。这一研究成果,进一步充实和完善了作者所提出的碳酸盐岩溶蚀— 交代成土理论和学说。      

饱合土的强夯模拟试验

用ＭＴＳ ８１０Ｔｅｓｔｓｔａｒ程控伺服土动三轴试验机,对饱合土强夯加固地基的全过程进行高精度模拟,获得饱合土在强夯作用下的动应力,动位移,孔隙水压力的变化规律及强夯的应力－应变关系特征,在一定程度上揭示了强夯机理。     

模拟酸雨干湿循环条件下红砂岩的崩解特性

为研究酸雨作用下红砂岩干湿循环崩解特性,在室内配制pH值分别为4.7、5.3、6.0、7.0的溶液以模拟雨水,对恩施红砂岩开展干湿循环条件下的崩解试验,获得了崩解颗粒含量、崩解率与干湿循环次数、溶液pH值关系。结果表明:溶液pH值越低,试样崩解速率越快,完全崩解所需干湿循环次数越少;试样崩解曲线具有明显的阶段性,可分为前期缓慢崩解阶段、中期快速崩解阶段、后期缓慢崩解阶段;对红砂岩进行X射线衍射试验,获得其矿物成分及含量。在此基础上,探讨了酸溶液对红砂岩崩解特性影响机理,主要原因是红砂岩中碳酸钙与盐酸的化学反应导致孔隙、裂隙形成、扩展并贯通;崩解曲线具有阶段性,是由于干湿循环的不同阶段岩块表面积变化所导致。     

石灰土盐基离子迁移对模拟酸雨的响应

为揭示酸雨条件下石灰土盐基离子迁移特征及其缓冲性能,对石灰土进行了室内模拟酸雨淋溶试验,探讨酸雨酸度、土层厚度、土表覆被对石灰土酸化/石灰土抗酸性以及盐基离子迁移的影响。结果表明:（1）在pH=3.5、4.5、5.5的酸雨淋溶下,石灰土盐基离子迁移量差异不显著,对酸雨具有极强的缓冲能力。期间,Ca2+与Mg2+释放呈显著线性相关。（2）土壤厚度对石灰土抗酸性有极显著影响,土壤越厚,对酸雨的抗性越大,反之越小。（3）土厚比1∶2.5∶5的石灰土盐基离子淋失状况为K+淋失量1∶1.43∶2.06,Ca2+淋失量为1∶1.63∶3.13,Mg2+淋失量为1∶1.64∶3.15,表明土厚的增加能大大降低酸雨对盐基的淋溶。（4）石灰土土表覆盖不同,其盐基离子迁移淋溶量差异明显,但并不对土壤酸化效应产生显著影响。      

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      

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。      

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。      

四川省泸州市页岩和碳酸盐岩区水稻根系土Se含量和生物有效性的控制因素

以四川省泸州市碳酸盐岩和页岩分布区为研究区,开展了Se在成土母岩-根系土-水稻籽实体系中含量特征及迁移规律研究,丰富Se元素迁移转化理论,支撑服务富硒土地开发利用。研究结果表明,研究区页岩、根系土和水稻籽实Se含量分别为0.03~1.97 mg/kg、0.27~2.38 mg/kg和0.02~0.16 mg/kg,土壤硒以有机结合态（73%）和残渣态（25%）为主,有效态硒仅占0.69%。碳酸盐岩、根系土和水稻籽实Se含量分别为0.02~0.12 mg/kg、0.21~1.33 mg/kg和0.02~0.12 mg/kg,明显低于页岩区,土壤中有机结合态和残渣态硒所占比例高达97%,有效硒比例（1.58%）高于页岩区土壤。成土母岩的矿物组成和化学成分、Se含量及赋存形式对土壤性质和Se含量具有一定的控制作用。有机质、粘土矿物和pH值是土壤Se含量和生物有效性的主要控制因素。有机质和粘土矿物对硒的强烈吸附作用是研究区土壤富硒但生物有效性低的主要原因;pH值降低导致土壤胶体对硒的吸附能力升高,使土壤Se含量升高,但硒生物有效性随pH值降低明显降低。综上所述,研究区土壤Se含量高但生物有效性低,因此水稻籽实Se含量并不高,富硒土地的开发利用不能仅以土壤全Se含量作为判别标准,应结合土壤性质及硒生物有效性综合考虑。     

含盐量对石灰固化滨海盐渍土稠度和击实性能的影响

随着含盐量的增加,滨海盐渍土中的盐分结晶形成了更多的盐颗粒,使石灰固化土的稠度指标发生变化,总体上分阶段逐渐下降。含盐量的增加使得石灰固化土的不均匀系数增大,且随着养护龄期的增加而增大。增加土的含盐量,则石灰固化土悬液的电导率随之增加,但电导率几乎不随养护龄期而变化,这表明氯盐没有参与石灰的固化反应,只是吸附在土颗粒的表面或存在土孔隙中,石灰固化后的盐渍土仍然具有一定的吸湿软化性。重型击实试验结果证实,增加含盐量使石灰土混合料的最大干密度略有降低,最优含水率则几乎不变,因此,施工中可不考虑含盐量对石灰固化滨海盐渍土现场碾压效果的影响。     

酸雨条件下成都平原黄壤镉的等温吸附模型研究

采用人工模拟酸雨方法,配制含主要阴、阳离子及一定范围pH值的母液,选取成都市近郊典型农业土壤黄壤,研究黄壤在自然条件下镉的静态吸附;探究黄壤对镉的吸附特征,确定酸雨中影响黄壤镉吸附行为的关键因素及影响程度,建立黄壤对镉的等温吸附曲线,讨论酸雨条件下影响黄壤镉分配系数的关键因素;采用Henry模型拟合等温吸附曲线。结果表明,在实验设定的浓度范围内,该模型相关系数均达显著,能较好地描述镉在黄壤中的吸附过程。     

模拟酸雨对阳离子在土体内迁移的影响

利用室内模拟酸雨的土柱实验,研究了在红壤表土施用钾肥后酸雨对不同土层交换性阳离子迁移的影响.结果表明,在不同土体深度,表土直接受酸沉降的淋溶,也是最容易发生酸化的土层, pH 2.5酸雨淋溶后,表土 pH值下降到 3.5～ 4.2,这是铝的缓冲范围,且土壤交换性 H 和 Al3 含量的增加显示出土壤对酸沉降的缓冲效率和缓冲能力的急剧减弱; pH 4.5酸雨淋溶后, A和 B层土壤 pH值上升了 0.3～ 0.5,其机理与的专性吸附释放 OH-有关;表土施用钾肥后, K 交换土壤表面的 H 和 Al3 ,引起土壤交换性 H 和 Al3 向下迁移;不同 pH值的酸性降雨引起土壤中交换性阳离子向下迁移和淋失的程度也有明显的差异, pH 2.5酸雨淋溶后土壤溶液中钾的含量高于 pH 4.5酸雨淋溶的,但交换性钾含量低于后者; pH 2.5和 pH 4.5酸雨淋溶后交换性钙的淋失量分别占原土的 50%～ 70%和 20%～ 40%,这表明酸雨淋洗会导致养分库的损耗,造成土壤养分贫瘠.     

成都经济区农业土壤Cd元素的解吸动力学

对不同酸雨条件下水稻土Cd释放的研究发现,吸附态Cd释放的过程可以分为快反应和慢反应2个阶段。采用常见的动力学方程和本文创建的反三角函数方程,对淋滤实验数据进行了拟合。结果表明,反三角函数方程对多种酸雨条件下水稻土吸附态Cd释放过程的拟合度最佳。此外,多项式方程也能较好地描述这一过程。