可变电荷土壤和恒电荷土壤与氢离子的反应动力学

在研究可变电荷土壤和恒电荷土壤与H+的反应动力学中,重点考察了H⁺、表面正电荷和可溶性铝随时间变化的特征及影响因素.结果表明,1类土壤中H⁺消耗都可分快速反应和慢速反应2个阶段,但其具体表现和影响因素不同;因氧化铁含量不同,H⁺加入后2类土壤表面正电荷变化存在明显差异;可溶性铝随时间的变化主要受土壤粘土矿物组成、溶解度及溶解动力学控制;2类土壤的可溶性铝的变化可同时用修正的Elovich方程和双常数速率方程描述.     

可变电荷与恒电荷土壤胶体对DNA吸附与解吸特征

采用平衡法研究了红壤胶体、砖红壤胶体、潮土胶体和褐土胶体在不同pH值条件下DNA吸附与解吸特征.结果表明,在NaCl和KCl电解质体系中,4种土壤胶体在吸附过DNA后,溶液pH值均有不同程度的增加,pH增加的幅度为红壤胶体>砖红壤胶体>潮土胶体>褐土胶体;NaCl电解质体系>KCl电解质体系.土壤胶体对DNA的吸附量均随着pH值的升高而降低,在pH为2~4,不同胶体对DNA的吸附量保持最大值,约为13.1~14.8μg.mg-1.当平衡溶液pH值从4.2开始上升至8.6,在NaCl体系中,砖红壤胶体和红壤胶体上DNA的吸附量下降幅度约5.5μg.mg-1,而在KCl体系中,DNA的吸附量下降幅度约2.1μg.mg-1.2种电解质体系,潮土胶体与褐土胶体上DNA的吸附量下降幅度约为8.3~12.2μg.mg-1.DNA吸附量下降幅度为恒电荷土壤(潮土和褐土)胶体>可变电荷土壤(红壤和砖红壤)胶体.用NaOAc和NaH2PO4对土壤胶体吸附DNA的解吸时,可变电荷土壤胶体与恒电荷土壤胶体解吸规律有明显差异.在3种溶液pH值为3、5和7时,可变电荷土壤(红壤和砖红壤)胶体上NaOAc解吸率约10%~24.5%,Na...     

亚热带可变电荷土壤磷素淋失临界点及其与土壤特性的关系

选取我国亚热带地区16种典型可变电荷土壤,通过室内模拟试验测定其磷素(P)淋失临界点的Olsen-P含量,以及可能对其构成有影响的8个化学性质指标(pH、CEC、粘粒、有机质、交换性钙、镁和铁铝氧化物含量),以探讨可变电荷土壤P淋失临界点的特点及其与土壤相关性质的关系,并评价当前的P淋失潜在风险.结果表明:可变电荷土壤P淋失临界点的Olsen-P含量(56 ～ 123 mg·kg-1)差异很大,旱地土壤临界点Olsen-P含量主要集中在低值区间(＜60 mg·kg-1),而水稻土临界点Olsen-P含量集中在高值区间(＞80 mg·kg-1);旱地土壤P淋失风险高于水稻土.主成分分析显示,可变电荷土壤的pH、粘粒、CEC、有机质、交换性钙镁、氧化铁铝等化学性质同时对其临界点Olsen-P含量构成正的或负的影响.因此,临界点Olsen-P含量与单一因素的回归分析不仅不能够确切地反映临界点Olsen-P含量与这些化学性质的关系(与pH、CEC、粘粒、交换性钙镁含量无显著相关),甚至与理论上的关联相违(与氧化铁铝含量呈负相关).与以往研究结果比较,可变电荷土壤在旱作和稻作下的P淋失临界点的Olsen-P含量都普遍高于永久电荷土壤,研究的16种可变电荷土壤的实际Olsen-P含量也远低于临界点Olsen-P含量,由此推断南方地区耕作土壤的P淋失风险仍较小.     

可变电荷表面对磷的吸附与解吸动力学

研究了可变电荷表面为主的土壤对磷的吸附与解吸动力学。结果麦明,磷吸附和解吸动力学均可用修正的Elovich方程、双常数速率方程和分段拟合的抛物线扩散公式来表征。吸附和解吸过程均可分为快、慢两个反应阶段。磷吸附过程是一个扩散控制的不可逆过程.     

不同温度下烧制的秸秆炭对可变电荷土壤吸附 Pb(Ⅱ)的影响

研究了添加花生秸秆炭和稻草炭对2种可变电荷土壤的pH和吸附Pb(Ⅱ)的影响,结果表明,添加生物质炭使土壤pH提高了1.04～3.00个单位,且土壤pH增加幅度随生物质炭制备温度的升高而增加.等温吸附实验的结果表明,添加生物质炭增加了Pb(Ⅱ)在可变电荷土壤表面的吸附量,当Pb(Ⅱ)初始浓度为2 mmol.L-1时,Pb(Ⅱ)的吸附量提高了12.6%～57.6%.土壤对Pb(Ⅱ)的吸附量随体系pH升高而增加.Freundlich方程和Langmuir方程可以很好地拟合添加生物质炭后2种土壤对Pb(Ⅱ)的吸附等温线,且Freundlich方程拟合效果更好,r值均在0.94以上.从Freundlich和Langmuir方程中表征吸附容量的k和Qm结果可以看出,花生秸秆炭促进Pb(Ⅱ)吸附的效果优于稻草炭,400℃下制备的生物质炭促进2种土壤吸附Pb(Ⅱ)的效果优于300℃和500℃下制备的生物质炭.解吸实验结果表明,添加秸秆炭处理土壤表面吸附Pb(Ⅱ)的解吸量高于对照处理,但解吸量远低于吸附量,说明生物质促进土壤吸附Pb(Ⅱ)的机制涉及静电吸附和非静电吸附.     

低分子量有机酸影响可变电荷土壤吸附铜的机制

采用平衡实验法研究了水杨酸和邻苯二甲酸对砖红壤吸附铜的影响,并通过吸附铜的解吸实验探讨了有机酸对铜吸附的影响机制.结果表明,有机酸可以增加土壤对铜的吸附量,与对照相比,有机酸体系中吸附的铜的解吸量高.有机酸对铜吸附的影响随体系pH值的增加而增大,约在pH4.3(水杨酸体系)或pH4.5(邻苯二甲酸体系)达最大,然后逐渐减小.土壤对有机酸的吸附量越高,有机酸对铜吸附的影响程度越大.有机酸可以通过形成表面三元络合物和改变土壤的表面电荷2种机制影响土壤对铜的吸附.水杨酸体系中铜的解吸增量与吸附增量的百分比在76%～89%之间,说明水杨酸主要是通过增加土壤表面的净负电荷量来增加铜的静电吸附量.     

外生菌根真菌对Al3+胁迫和低钾土壤的响应

酸铝危害和土壤贫瘠是热带和亚热带森林衰亡的主要原因之一,外生菌根真菌抗铝毒和活化土壤养分有益于防止森林退化和提高森林生产力.试验在Al3+胁迫条件下,以彩色豆马勃(Pisolithus tinctorius,Pt 715)、褐环乳牛肝菌(Suillus luteus(L.:Fr.)Gray,Sl 13)和亚褐环乳牛肝菌(Suillus subluteus(Peck)Snell ex Slipp&Snell,Ss 00)等3株外生菌根真菌为材料,土壤为钾源,采用培养试验研究了它们的生长、有机酸和H+分泌,以及对土壤钾的利用.结果表明,在Al3+胁迫和缺钾下,3株外生菌根真菌的生长,氮、磷、钾吸收,以及有机酸和H+分泌均受Al3+浓度的调节.在Al3+浓度较低时,它们随浓度的增加而提高,到达峰值后又随Al3+浓度升高而降低.抗Al3+性较强的菌株出现峰值时的Al3+浓度高,反之亦然.Pt 715的生物量和氮吸收量达到峰值时的Al3+浓度分别是Ss 00和Sl 13菌株的4倍和2倍,磷钾吸收和有机酸及H+分泌量也显著高于Ss 00和Sl 13.此外,3株菌株均能利用土壤矿物结构钾,Pt 715、Ss 00和Sl 13对矿物结构钾的分解率分别高达2.10%、1.43%和1.17%,其利用能力与有机酸分泌的种类、数量和H+分泌量有关.     

低分子量有机酸对几种可变电荷土壤吸附氟的影响

用一次平衡法研究了四种低分子量有机酸对几种可变电荷土壤吸附氟的影响，结果表明，低分子量有机酸可以通过竞争吸附作用抑制土壤对氟的吸附，化学结构相对简单的草酸和丙二酸对氟吸附的抑制作用大于柠檬酸和苹果酸。有机酸对氟吸附的抑制作用随土壤氧化铁含量的增加而增加，并随体系pH的增加而增强。在低pH和氟加入量较高的情况下，有机酸通过与氟竞争可溶性铝而增加土壤对氟的吸附量，这在对铝溶解度较高的酸性土壤中尤为明显。     

模拟酸雨条件下Cd2+在土壤及其矿物表面的解吸动力学特征

利用流动搅动法研究在模拟酸雨条件下土壤和矿物表面Cd2+的解吸动力学特征,结果表明,Cd²⁺的解吸动力学能用一级动力学描述,红壤和针铁矿上Cd²⁺解吸率为70%～100%,砖红壤和高岭土上解吸率为25%～50%;砖红壤上Cd²⁺解吸动力学可用扩散方程描述,但该方程并不适合描述红壤、针铁矿和高岭土上Cd²⁺的解吸;Elovich方程在描述Cd²⁺解吸时比双常数方程和抛物线扩散方程要好,这也说明Cd²⁺的解吸为一非均相扩散过程.Cd²⁺的解吸过程分为快反应和慢反应,快反应过程在60min内完成(除砖红壤外),随后达到平衡状态.Cd²⁺在土壤表面的快反应与交换态Cd²⁺有关,边面羟基化的键合点位与Cd²⁺亲和力的不同是导致Cd²⁺解吸速率和解吸量差异的原因.流出液pH值的上升反映出土壤表面存在质子的消耗,这可能与硫酸根的专性吸附释放羟基和矿物表面的质子化有关,这在砖红壤上表现得特别明显.     

室内模拟不同因子对岩溶作用与碳循环的影响

为分析岩溶作用及岩溶碳循环的影响因素,设计了6个不同的处理以进行模拟实验.结果表明H2SO4含量、水动力条件以及土壤厚度对岩溶作用及岩溶碳循环具有重要影响.具有相同土壤厚度的3个处理,其Ca2++Mg2+浓度与SO2-4浓度均表现为:B20-2B20-1B20-3,B50-2B50-1B50-3,说明H2SO4的输入导致了岩溶作用增强,并且下渗水水量增加对水化学性质产生了明显的稀释作用.在煤铁残渣输入量及水动力条件相同而土壤厚度不同的条件下,Ca2++Mg2+浓度与SO2-4浓度表现为:B50-1B20-1、B50-2B20-2、B50-3B20-3.这说明较厚的土壤更有利于岩溶作用的进行.另外,由于实验中H2CO3对碳酸盐岩的溶解量贡献较小,岩溶作用对CO2的净消耗量主要取决于H2SO4含量.但B50-2的SO2-4浓度最大,CO2的净消耗量却最高.这可能是由于煤铁残渣向土壤中输入了有机质或其它养分促进了土壤深部CO2的形成,并且B50-2上部较厚的土壤也导致了H2CO3对碳酸盐岩溶解量的贡献增加,因此B50-2的CO2净消耗量也比较高.     

红壤中质子化及铝的溶解与质子缓冲之间的关系

 用平衡实验及动力学实验研究了我国南方4种红壤的表面质子化及铝的溶解与质子缓冲之间的关系.结果表明,由于游离氧化铁的含量、活性及对铝溶解反应位的掩盖程度等与质子化密切相关因素的不同影响,4种红壤的总H⁺消耗量和铝溶解量不同,宁海红壤和嵊县红壤的质子化程度及H⁺的总消耗量大于永春红壤和屯溪红壤;屯溪红壤铝的溶解量最大,宁海红壤铝的溶解量最小.尽管屯溪红壤铝的溶解量最大,但H⁺的总消耗量却最小.当红壤中氧化铁含量较高时,铝的溶解在H⁺消耗中只起次要作用,质子化过程是H⁺消耗的主要途径.     

再生水灌溉农田土壤镉累积规律模拟研究

我国农田土壤重金属污染情况严重,主要来源包括由污水灌溉、施肥和大气沉降等.由于这一过程具有小剂量长期性的特点,模型的应用相对常规检测手段能够更好地探索土壤重金属污染趋势和风险.基于STEM-profile模型,结合北京市通州凉水河农田区的实地检测,对该地区重金属Cd污染趋势进行了预测.结果表明,模型模拟结果与实测结果拟合较好,在持续现有输入的情况下,100 a之后该地区的土壤Cd污染将会超出国家土壤环境质量标准,耕作层中Cd含量达到0.866mg·kg-1.同时,通过对污染物的输入量与输入形态以及灌溉用水量对Cd的分布影响的分析发现,单独的有机肥施用和再生水灌溉均会导致Cd的累积,在地下水灌溉同时施用化肥的情况下不会造成Cd累积;当Cd的输入全部为有机结合态时,土壤耕作层中的Cd含量增加为0.943 mg·kg-1;在不改变由灌溉输入污染物的量的情况下,当灌溉量分别为0.8、1.5和2.0 ET时,土壤耕作层中金属镉的含量分别为0.952、0.784和0.638 mg·kg-1.     

影响煤炭微生物脱硫因素的研究

对能源条件、细菌接种量、氮素营养和酸预浸洗煤样等影响微生物煤脱硫的因素进行了研究。研究结果表明,采用亚铁盐作能源条件培养的菌株,其脱硫效果较好;对于定量的煤样,在一定限度内增加细菌接种量,可提高煤的脱硫率,但超过某限度后,煤脱硫率的提高并不明显;在煤浆中添加适量的无机氮营养,可有效提高煤的脱硫率;脱硫前用酸预处理煤样,不仅可提高脱硫效率,还能缩短煤脱硫反应的时间。      

基于投入产出生命周期模型的建筑业能耗及敏感性分析

建设活动消耗了大量能源,研究建筑业能耗测算方法并分析其影响因素有助于建筑业的节能减排. 采用投入产出生命周期评价模型测算建筑业能耗,分析建筑业能耗对部门间联系、部门能源强度和建筑业规模等因素变化的敏感性,提出部门对建筑业能耗的技术责任系数和结构责任系数,以判断部门在降低建筑业能耗中的责任. 结果表明,2010年我国建筑业能耗为1.07×109 t(以标准煤计);技术责任系数最大的部门是黑色金属冶炼及延压(0.489 8),其次是非金属矿物制品(0.479 8)和化工(0.211 8)等;除建筑业外,结构责任系数较大的部门包括非金属矿物制品(0.276 4)和黑色金属冶炼及延压(0.246 0)等;建筑业能耗对黑色金属冶炼及延压(0.243 8)和非金属矿物制品(0.203 4)等部门能源强度的变化最敏感. 降低建筑业能耗应注重促进高能耗建材生产节能、强化建设活动科学管理、推广高性能低能耗材料应用、提高基础设施建设水平和深化住房市场化改革等方面.      

酸沉降下红壤对K+吸附特征及反应动力学

研究酸沉降下K+在红壤表面的化学吸附行为,结果表明,K+的等温吸附可用Langmuir方程较好地描述;在K+的平衡吸附过程中,土壤表面有H+的释放;加入pH3.5酸溶液后,存在H+的消耗过程,其机理与SO42-的专性吸附释放OH-以中和溶液中H+有关.利用设计的动力学装置能很好地研究K+的吸附动力学,比较K+吸附的动力学模型,以一级动力学方程和Elovich方程为最佳模型;运用数据平滑工具求算吸附速率与吸附量的关系,进一步求得一级动力学方程的表观平衡吸附量和表观吸附速率常数.联合一级动力学方程的微分式和Elovich方程也可求得反应速率与时间的关系.     

膨胀石墨流态化电极处理酸性含镉废水的研究

该法电流效率４０％－５０％,除镉速度４０．７ｍｇ／ｍｉｎ,能耗６－１０ｋＷ·ｈ／（ｋｇ·ｄ）。处理后废水中Ｃｄ＾２＋浓度可降至１０ｐｐｍ以下,虽未能达到国家排放标准（０．１ｐｐｍ）,但从镉的回收方面来看还是有效的。实验确定了处理酸性含镉废水的适宜条件,同时探讨了从废水中回收金属镉的方法。     

矿产资源需求拐点理论与峰值预测

矿产资源的有限性同需求快速增长之间的矛盾日趋突出。未来我国经济发展究竟需要多少矿产资源,何时到达矿产资源需求高峰,这些问题是国家制定矿产资源战略的基础。研究提出矿产资源消耗双拐点理论:一是矿产资源消耗强度达到峰值时对应的拐点,矿产资源由粗放利用向集约利用转变;二是矿产资源消费水平达到峰值时对应的拐点,矿产资源消费由增加向减少转变。经过逻辑推导,并以先期工业化的美国为例,追溯矿产资源消耗与经济社会发展变迁的历史轨迹来佐证了这一理论。通过比较研究,定性地判断我国未来矿产资源消耗趋势,未来5~15 a我国矿产资源需求空间仍然很大。选择BP神经网络和岭回归预测方法,综合考虑经济发展、 人口变化和科技进步等因素,基于Matlab软件实现了对我国矿产资源需求的拐点与峰值预测。预测结果显示:能源需求拐点将在"十四五"时期出现,峰值为45×10⁸~50×10⁸ t标准煤;钢铁需求拐点将在"十三五"时期出现,峰值为8×10⁸ t左右;铜需求拐点将在"十三五"时期出现,峰值为900×10⁴ t左右;铝需求拐点将在"十二五"时期出现,峰值为1 600×10⁴~1 700×10⁴ t左右。     

色氨酸对生物成因铁硫酸盐次生矿物形成的影响

采用氧化亚铁硫杆菌催化合成铁硫酸盐次生矿物,研究不同L-色氨酸添加浓度对矿物合成体系pH、氧化还原电位（ORP）、Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率,以及次生矿物产量、化学组成及矿物相的影响.结果表明,随着体系色氨酸浓度的增加,pH降低幅度越小,ORP上升越不明显.色氨酸对铁硫酸盐次生矿物合成的影响依赖于其浓度,当色氨酸浓度低于1.67 g·L^-1时,色氨酸对铁硫酸盐次生矿物的形成起促进作用,表现为总Fe沉淀率及矿物产量随着色氨酸浓度升高而增加.而当色氨酸浓度升高至6.67 g·L^-1时,Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率和矿物产量远低于对照组,表明高浓度色氨酸会抑制铁硫酸盐次生矿物的形成.次生矿物内Fe/S比介于施氏矿物和黄钾铁矾的理论值之间,表明不同合成体系所得次生矿物均为黄钾铁矾和施氏矿物的混合物.矿物学特征分析表明,随着色氨酸浓度的升高,矿物的合成表现为黄钾铁矾向施氏矿物转移.     

磷酸盐对铅镉复合污染土壤的钝化修复研究

通过模拟实验,研究磷酸二氢钾、磷酸二氢钙和磷酸二氢铵3种磷酸盐对铅镉复合污染土壤的钝化效果,采用重金属形态分析和X-射线衍射法(XRD)探讨了钝化剂的修复机制。结果表明:3种磷酸盐处理可使土壤TCLP提取态Pb、Cd含量显著降低,其中磷酸二氢钙钝化效果最好,且随着投加量的增加,在n(P)/n(Pb+Cd)=5∶1时,钝化效率最高,对Pb、Cd的钝化率分别达到69.81%、35.18%。施加磷酸盐可使污染土壤中Pb、Cd从可交换态和碳酸盐结合态向残渣态转化,显著降低Pb、Cd的生物可利用性。X-射线衍射仪(XRD)检测发现,钝化后的土壤中有羟基磷铅矿、磷酸铅、磷酸镉等矿物晶体生成,表明3种磷酸盐对土壤中铅镉的钝化机理主要是生成难溶性磷酸盐沉淀和羟基磷铅镉矿物。