土壤污染地球化学标准及等级划分问题讨论

全国多目标区域地球化学调查发现有害元素广泛分布引起极大关注。土壤污染将长期危及生态系统和人类生存安全。制定土壤污染等级标准十分重要。国家土壤环境保护标准体系中,土壤污染等级标准是针对调查发现的污染进行量度划分,土壤环境质量标准是依据污染对环境影响程度确定临界值,土壤污染评价标准是针对存在问题进行科学研究的指标。土壤污染等级采用统一的分级标准,划分为国家级、流域级、省级和地市级。标准制定是一个由局部到全局的认识,又由全局到局部的决策过程。在多目标区域地球化学调查基础上首先制定土壤污染标准及划分污染等级是笔者的主导思想。     

表层岩溶带土壤温度和体积含水率对夏季暴雨事件的响应

为揭示表层岩溶带土壤温度和体积含水率对暴雨事件的响应机制,利用HOBO土壤温度和体积含水率监测仪,连续监测2014年7-8月20 cm和70 cm土壤温度与体积含水率。结果表明:研究区域20 cm土壤温度呈日变化,这种日变化格局主要受到大气温度日变化的影响,70 cm土壤温度总体上呈上升趋势,主要受到夏季大气环流使气温升高的影响。夏季暴雨事件降低了20 cm深度的土壤温度、增加其土壤体积含水率,并且导致70 cm处土壤温度先增高后降低、土壤体积含水率升高。土壤体积含水率较低情况下,暴雨事件使得浅层较高温度土壤水快速向下移动引起升温,而后土壤体积含水率到达一定阈值后,便能够快速响应降水事件。研究表明,岩溶地区不同深度土壤温度和体积含水率受到夏季降水事件的影响存在差异。浅层土壤能够快速的响应暴雨事件,深层土壤温度和体积含水率对暴雨事件的响应不仅受到降水量阈值的影响,而且也受到表层土壤温度和体积含水率的制约。      

桂林毛村岩溶区与碎屑岩区不同土地利用方式对土壤水稳性团聚体特征的影响

以桂林毛村岩溶生态试验场为研究区域,通过对该地区岩溶区和碎屑岩区不同土地利用方式的土壤进行采样和分析,系统研究和比较了旱地、水田、林地和灌丛四种不同土地利用方式下土壤水稳性团聚体分布特征。结果表明:无论是岩溶区石灰土还是碎屑岩区红壤,土地利用方式对土壤水稳性团聚体分布和组成有着显著的影响(p<0.05)。与旱地和水田等传统农田相比,灌丛和林地这两种自然土壤明显提高了>5mm和>0.25mm团聚体的比例,并且团聚体稳定性增加。岩溶区灌丛的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)较旱地分别提高了185%和179%,较水田提高了361%和481%,林地的MWD和GMD分别较旱地提高了65%和43%,较水田提高了167%和198%;而碎屑岩区灌丛的MWD和GMD分别较其旱地和水田提高了103%和134%、15%和32%,林地的MWD和GMD分别较其旱地和水田提高了117%和152%、23%和43%。这说明相比碎屑岩区红壤,岩溶区石灰土受到人类活动的频繁干扰之后退化更快,土壤团聚体稳定性下降更多,这也说明了岩溶区土壤环境的脆弱性。      

科尔沁沙地土壤水分动态分析及其概率密度函数模拟

基于Laio土壤水分动态随机模型(Laio模型),利用2006-2010年5~9月土壤水分连续监测数据及日降水资料,分析科尔沁沙地固定沙丘和沙质草地生长季根系层土壤水分动态及其与降水格局的关系,研究点尺度土壤水分概率密度函数,并对Laio模型涉及的13个参数进行了敏感性分析。结果表明:① 研究区年降水的季节分配极不均匀,主要集中在4~10月的生长季,占全年降水量的93%;0~5 mm降水事件占全年降水事件的73%,但其降水量只占全年降水量的25%;降水间隔期以0~10 d为主,占全年无降水期的38%,其频数最高,占全年间隔期频数的87%。② 固定沙丘和沙质草地根系层厚度分别为0~100 cm和0~70 cm,沙质草地根系层土壤水分显著高于固定沙丘;两类沙地7月份的土壤水分都显著高于生长季其他月份。③ 两类沙地生长季根系层土壤水分均服从正态分布;通过Laio模型得到了两类沙地生长季根系层土壤水分概率密度函数p(s),其峰值及峰值出现的位置和峰的阔度均与观测结果很接近,说明Laio模型能对科尔沁沙地土壤水分概率密度函数进行较好的模拟。④ Laio模型涉及的13个参数中,对p(s)最为敏感的参数是降水频率λ、平均降水量α、最大蒸散量E_max、水分胁迫点s*和凋萎系数s_w,主要影响p(s)曲线的峰值。     

低矮路堤下膨胀土地基渗流与变形耦合研究

二维渗流与变形耦合控制方程是基于流体质量守恒、Darcy定律及膨胀土弹性本构方程得出的。结合云桂高速铁路低矮路堤下膨胀土地基现场浸水试验,并采用考虑耦合和不考虑耦合两种数值模拟方法,分析了低矮路堤下膨胀土地基的膨胀变形特性。研究结果表明,耦合情况下地基表面膨胀变形呈双曲线变化,非耦合情况下地基表面膨胀变形随时间的增加而逐渐增大,对同一时间而言,未考虑耦合效应数值模拟得到的膨胀变形落后于考虑耦合影响的膨胀变形;耦合与非耦合情况下地基的相对膨胀率沿深度方向呈衰减变化。数值计算结果与现场试验结果比较表明,不考虑耦合影响的数值模拟方法难以描述人工浸水条件下膨胀土地基的膨胀变形规律,而考虑耦合影响的数值模拟方法与现场实测值吻合较好。     

黏土中自升式钻井船插桩对邻近桩基影响的分析方法

自升式钻井船是广泛用于浅、中水域油气资源开发的重要设施,经常紧邻固定式导管架平台进行作业。钻井船插桩就位过程中大量土体被排开,挤土效应会导致邻近导管架平台桩基承受很大的附加荷载,影响平台的正常设计性能,该效应在黏土中尤为显著。针对黏土中钻井船插桩对邻近桩基的影响这一实际问题,现有规范和分析方法存在明显不足。为此,建立了一套数值分析方法,把这一复杂问题分解成相对独立、简单的两个方面进行分析：一是采用任意拉格朗日-欧拉（ALE）数值方法,计算自由场地插桩周围土体产生的位移场;二是利用桩基水平力与位移关系曲线,即P-Y曲线,采用杆系-土弹簧的传统方法计算土体位移产生的桩体加载。通过与已有离心试验数据的比较,验证了该方法的可靠性和适用性。研究揭示了自由场地土体的变形模式和流动机制,阐明了由于插桩邻近桩基产生的附加荷载变化规律,特别是发现了黏土变形参数 对插桩引起的自由场地土体位移场有显著影响,但对插桩引起的桩基加载影响较小。最后,针对导管架对桩基的桩头约束条件和插桩及导管架自身对桩基的线性叠加加载适用性问题给出了详细说明。     

Effects of Enclosure on Plant and Soil Restoration in the Junggar Desert

Enclosure is commonly used in the restoration of degraded grasslands. However, the effects of enclosure on grassland plant and soil restoration remain controversial, particularly in deserts. To assess the effects of enclosure on desert plants and soil properties, using high throughput sequencing, the differences between plants and soil were systematically analyzed before and after enclosure construction. The soil organic carbon, total nitrogen and total phosphorus contents of the three desert flora increased and decreased, but the difference was not significant; enclosure increased plant height, coverage, aboveground biomass, and species richness by 58.99%, 59.35%, 33.29%, and 51.21%, respectively, in a Seriphidium transiliense formation; by 15.49%, 33.52%, 20.85%, and 5.13%, respectively, in a Haloxylon persicum formation; and by 83.80%, 31.51%, 76.66% and 33.33%, respectively, in an Anabasis salsa formation. For soil bacteria, enclosure significantly increased the average number of operational taxonomic units and Shannon-Wiener index by 12.74% and 2.92%, respectively, under S. transiliense formation and by 17.08% and 3.17%, respectively, under H. persicum formation. However, enclosure had no significant effect on the average number of operational taxonomic units or Shannon-Wiener index under A. salsa formation. Enclosure significantly increased desert plants, soil bacterial diversity, and desert plant community productivity; however, the increase in soil nutrient content was not significant. These results demonstrate that enclosure is effective for restoring desert ecosystems but may have little effect on the soil nutrient content.     

东北漫岗黑土区切沟侵蚀发育特征

随着人们对土壤侵蚀空间尺度认识的加深, 发育在更大空间尺度上的切沟愈来愈受到重视。切沟是土壤侵蚀的重要组成部分, 但现有的土壤侵蚀模型尚未包括切沟侵蚀部分。本研究利用高精度差分GPS, 在对东北典型漫岗黑土区切沟监测的基础上, 借助GIS 平台生成DEM, 通过DEM 的叠加分析, 探讨了沟内蚀积变化特征。并在此基础上, 提出了东北切沟侵蚀的概念模型, 认为冬春季冻融侵蚀产生沟内堆积-雨季径流产生侵蚀的过程可能是该区切沟发育的一种重要模式。     

Influence of environmental, root, and stand parameters on soil surface CO2 efflux in a Populus euphratica of desert forest in extreme arid region

Spatial variation in soil surface CO2 efflux was measured in a stand of Populus euphratica in the Ejina Oasis of desert riparian forest in the extreme arid region in northwestern China from April 2007 through October 2007.Measurements were taken with a gas-exchange analyzer linked to a soil-respiration chamber.The mean soil CO2 efflux in the stand was 2.71 μmol/(m2·s) during the growing season and 1.38 μmol/(m2·s) in the nongrowing season.The seasonal maximum (end of May through early June) andminimum (October) CO2 efflux were 3.38 and 0.69 μmol/(m2·s),respectively.The diurnal fluctuation of CO2 efflux was relatively small (< 20 percent),with theminimum appearing around 05:00 and the maximum around 15:00.Linear regression analysis showed soil-surface CO2 efflux to be most highly correlated with soil temperature (R2=0.435) and soil moisture (R2=0.213).When all variables were considered simultaneously,only soil temperature (R2=0.378),soil moisture (R2=0.147),and root volume density (R2=0.021) explained a significant amount of variance in soil surface CO2 efflux.Stand volumes were not correlated with soil CO2 efflux on our sites.