The Energy Relationship between Ions and Soil Particles based on Wien Effect and Its Application in Soil Science

The interaction between ions and soil particles plays an important role in the mobilization and bioavailability of ions in soils, which is one of the main research areas of soil chemistry. The new method based on suspension Wien effect has been developed recently to determine the binding energy and adsorption energy between ions and soil particles. Compared with other methods on the basis of adsorption isotherm or ions activity, Wien effect method has more advantages including convenience and direct measurement. The term suspension Wien effect refers to the increase of electrical conductivity of suspension with increasing applied electrical field. In this review paper, we introduced the fundamentals of suspension Wien effect, the apparatus about the Wien effect measurement, and along with demonstrating their application to quantifying the particles-ions interactions for several systems of soils. Our studies indicated that divalent cations have larger binding energies and adsorption energies on soil particles than monovalent because of the electrostatic interaction. However, few studies about the interaction between Cr³⁺ and La³⁺ on soil particles showed that the binding energy and adsorption energy of trivalent cations are lower than those of divalent cations because of hydrolysis. Soil properties such as soil organic matter, soil pH, and iron oxides significantly affected the binding energy and adsorption energy of ions. Our results deepened our understanding about the non specific adsorption of ions in soil chemistry, and enlarged the research area of soil chemistry in fundamental and methodology.     

地下水砷污染研究进展

砷是一种毒性很强的致癌物质,地下水的砷污染严重破坏生态环境,危害人类健康,已成为近年来国内外学者研究的热点问题。本文针对地下水的砷污染问题进行综述,介绍了地下水砷污染研究现状,并简单介绍了地下水中砷的来源。另外,还针对地下水中砷的存在形态及其影响因素等方面作了详细介绍,对砷污染的预防控制和修复治理起到指导作用。     

深厚强透水含水层超大基坑降水群井效应研究

基坑减压降水的幅度与群井效应密切相关。某超大面积基坑,含水层组厚40m,中下部透水性强,采用非完整井降水。对水文地质条件概化,建立了地下水三维非稳定流数值模型,对均匀布置群井、不均匀布置群井、分块开挖降水、不同的井结构、布设回灌井等工况,进行了渗流场模拟。研究表明,强透水性含水层超大面积基坑降水的群井效应极为明显;井位角密中疏布置,可实现降深调平,避免降深不足和超降;基坑分块降水,可减少坑外降深;短滤管井结构可减少基坑总涌水量和坑外降深;强透水性含水层可灌性强,回灌对减少坑外水位下降有较明显的效果。模拟结果与现场监测较为一致。研究成果可为类似工程地下水控制设计提供参考。     

CSAMT在碎屑岩地区地热勘查中的应用

碎屑岩因质软,导水、储水条件不良,通常作为地热有利保温盖层,而碎屑岩电阻率普遍低,厚度大的情况下形成低阻屏蔽层,勘探下伏有利储层难度极大,寻找碎屑岩中构造裂隙水是最佳的选择。但碎屑岩中的储水构造与围岩电阻率差异小,构造迹象微弱,因此在碎屑岩地区找地热技术含量较高。茅山镇位于句容盆地东缘茅山西侧,沉积了厚度超过1800m的白垩系碎屑岩,水文地质条件较差,本文应用CSAMT大范围普查、小范围精细查证布置方式,采用磁场插值校正的技术手段、收发距选取优先保证信噪比的思路,控制白垩系碎屑岩中储水断裂构造,克服低阻的碎屑岩地区构造异常微弱的难点。钻探验证结果表明,CSAMT可以经济有效地应用于碎屑岩地区地热勘查。     

建设生态文明保障新型城镇群环境安全与可持续发展

党的十八大报告上提出生态文明建设应融入经济建设、政治建设、文化建设与社会建设之中,成为"五位一体"。这项发展战略将对我国今后的科学发展,有着重要的指导意义。论文以生态文明建设为基本出发点,根据自然条件及其发展效应概括了八种不同的城镇群发展类型,指出了现阶段因地制宜发展城镇群的必要性;并针对发展过程中的一些地质环境问题进行讨论,重点针对普遍存在的水、土资源安全与可持续发展问题、极端自然灾害问题、大型工程建设与发展的综合环境不良效应问题,环境污染的危害问题进行了探讨。基于以上分析讨论,作者对城镇建设划分为五个级别,并分别探讨了不同层次城镇的功能,强调了城乡一体化以及协调发展的重要性。     

基于生物可利用性与宽浓度范围的Hakanson潜在生态风险指数法的创建——以小秦岭金矿区农田土壤为例

Hakanson潜在生态风险指数法是土壤重金属潜在生态风险评价的一种常用方法,研究与实践证明其有效性的同时,也发现了其不足之处:忽略了土壤重金属不同形态之间潜在生态风险的差异,且只重视重金属含量高于参考值时的生态风险,而对低于参考值时的情况没有给予考虑,以致特定情况下的评价结果不能很好地反映实际生态风险,因而有必要创建适用性更广的Hakanson潜在生态风险指数法。为此,基于全过程控制优化的思想,引入了生物可利用性毒性系数,并将修正浓度与参考值差值引入计算公式,创建了基于生物可利用性与宽浓度范围的Hakanson潜在生态风险指数法,实现了对重金属不同形态风险贡献的差异及重金属浓度低于参考值情况下潜在生态风险的准确把握。以小秦岭金矿区为典型区域,辅以对采集土样重金属总量及5种形态含量的分析,开展案例研究。结果表明,基于生物可利用性与宽浓度范围的Hakanson潜在生态风险指数法能客观地揭示土壤重金属的潜在生态风险,具有更大的适应性,是一种有效的潜在生态风险评价方法。     

遥感尺度内涵及遥感像元尺度效应分析的改进分形方法

本文首先分析了遥感影像尺度的三层次内涵。重点针对遥感像元尺度,分析了遥感像元尺度效应及其分形机理,由于现有分形方法没有考虑影像本身尺度(空间分辨率),造成尺度间分形维数的比较时像元尺度效应变化难以有效反映,本文针对此问题提出了基于表面积的加窗分形布朗运动和加窗双层地毯两种改进分形方法。为验证改进分形方法的可靠性,采用了不同像元尺度下系列监督分类进行验证。试验结果表明,每种地物的分维数都随着空间分辨率的降低或像元尺度的缩小,呈总体下降趋势,在某些特征尺度上会出现预示着某些地物结构的拐点,这些拐点对观测该区域地物具有一定指示意义。系列监督分类精度也一定程度上证明了以上两种改进分形方法在分析尺度效应中的可行性。因此本文的方法对于分析遥感像元尺度效应和探索地物尺度聚合规律具有一定的理论意义。     

一种基于地理探测器的城镇扩展影响机理分析法

城市化是全球范围内普遍存在的重要现象,尤其发展中国家和地区正经历着快速城市化的过程。快速城市化导致了城市地区的大规模扩张,从而加重了土地资源的压力,带来了一系列的环境和社会问题。定量分析城镇扩展的空间驱动力能更好地辅助城市规划与管理。本文提出了一种量化城镇扩展的指数——城镇扩展密度,并通过地理探测器方法分析了1990—2000年北京市城镇扩展的时空特征及形成机理。研究表明:北京市城镇扩展沿交通干线呈线性扩张,其城镇扩展受到社会经济和地理的共同影响和制约作用,城镇固定资产投资对城镇扩展影响力最大,区域条件次之。这些发现可以为城镇扩展模拟和预测提供更好的改进空间。     

尺度效应的叶面积指数产品真实性检验方法

真实性检验是评价遥感反演产品质量和验证遥感应用产品是否准确、真实地反映实际情况的重要途径。叶面积指数(LAI)是表征陆地植被结构和长势的关键参数,全面准确评价和验证LAI产品是产品用于陆面过程模型的前提。本文以MODIS LAI与GLASS LAI产品为研究对象,在尺度效应和尺度转换的基础上,建立了针对非均匀像元的低分辨率LAI产品真实性检验方法。在考虑空间异质性和植被长势差异的情况下,借助中分辨率的遥感影像,分别利用1 km像元平均叶面积指数和反演表观叶面积指数实现了对LAI算法和产品的真实性检验。为了比较作物长势差异和地表非均匀度对产品的影响,本文选择有代表性的河南鹤壁和甘肃张掖两个地区进行两种LAI产品真实性检验研究。研究结果表明,GLASS LAI和MODIS LAI产品均存在明显的低估现象。这并不是产品算法的问题,而是由于地表异质性和非均匀度的影响。在异质性更显著的张掖盈科灌区,低估现象更明显。GLASS LAI产品是多种LAI产品的融合,它的平均LAI比MODIS更接近真实情况,但是LAI的动态范围比MODIS窄。     

景观格局在地理国情综合统计中的应用研究

在地理国情综合统计分析的研究中,利用景观格局能够进行生态协调性和地表覆盖景观格局分析。在景观格局分析中,常用的方法是景观格局指数。本文对景观格局指数在黑龙江省地理国情普查的两个实验区的应用进行了研究与分析。