水稻种植对中亚热带红壤丘陵区小流域氮磷养分输出的影响

以湖南省长沙县的脱甲流域(高水稻种植面积比例)和涧山流域(低水稻种植面积比例)为研究对象,对比研究红壤丘陵地区典型农业流域水稻种植对河流水体氮磷浓度和输出强度的影响.连续16个月的监测结果表明,脱甲和涧山流域河流水体均存在比较严重的养分污染,尤其是氮污染;对比两个流域,脱甲流域河流水体的氮磷浓度水平和水质恶化程度均高于涧山流域.从养分组成来看,脱甲流域河流水体中氮以铵态氮为主(占总氮的58.5%),而涧山流域主要是硝态氮(占总氮的76.1%).脱甲流域中可溶性磷占总磷比例为47.1%,高于涧山流域的37.5%.从养分浓度变化的时间动态而言,两个流域河流中各形态氮素水平在1~2月和7月较高,而可溶性磷和总磷在5~6月和10~12月出现两个峰值.由于两个流域河道径流主要集中在水稻种植期间的4~10月,脱甲流域河流中较高的氮磷养分浓度意味着潜在的氮磷流失风险.脱甲流域月平均总氮输出通量为1.67 kg·(hm2·月)-1,总磷为0.06 kg·(hm2·月)-1,均高于涧山流域的0.44 kg·(hm2·月)-1和0.02kg·(hm2·月)-1.考虑到两个流域的气候、地形地貌、土壤类型、农田耕作方式相似而只是水稻种植面积比例不同,因此,在该地区传统的水稻栽培管理模式下,较高面积比例的水稻种植对流域河流水体环境存在潜在威胁.     

黄壤表面电场作用下Cu~(2+)与Zn~(2+)的吸附/解吸动力学研究

利用静态恒流法研究了黄壤表面电场作用下Cu2+与Zn2+的吸附/解吸动力学.结果发现:考虑黄壤表面电场作用下,Cu2+和Zn2+的吸附实验呈现初期强吸附作用下的零级动力学过程和一定时间之后弱吸附作用下的一级动力学过程,与理论预期一致;在Cu2+和Zn2+的解吸实验中,只有前期出现了弱吸附作用下的一级动力学过程,实验结果与理论预期存在差别,原因在于专性吸附的Cu2+、Zn2+很难被解吸下来;在交换/吸附实验中,Cu2+的吸附速率值和平衡吸附量均大于Zn2+,且Cu2+-K+体系的表面电化学参数φ0、σ0、E0均大于Zn2+-K+体系中的对应值,证明了黄壤颗粒表面对Cu2+的吸附作用强于Zn2+;在交换/解吸实验中,Zn2+的解吸速率值和平衡解吸量均大于Cu2+,Zn2+-K+体系的表面电化学参数φ0、σ0、E0均大于Cu2+-K+体系中的对应值,证明Zn2+-K+体系中Zn2+的解吸作用比Cu2+-K+体系中的Cu2+解吸作用强.     

随机介质理论下隧道围岩渐进破坏过程数值实验研究

将强度折减法引入到隧道围岩安全评价中,结合"浅埋暗挖快速施工双线小间距隧道、盾构下穿立交结构隧道和结构面含有节理、不规则裂隙的山体公路隧道"等工程实例,借助材料真实破坏分析软件RFPA-2D,建立每个强度折减系数下的有限元模型。模型采用了黏弹性人工边界来消除边界条件对计算精度的影响,并借助随机介质理论实现了围岩细观结构单元的非均值性和随机分布的缺陷,揭示了不同工况下隧道围岩的动态渐进破坏过程、基元相变损伤演变机理和岩体结构面破坏特征,认为隧道围岩的宏观破坏是由岩体非线性材料细观单元的非均值性造成的,计算结果借助不同折减步中裂纹发展趋势和单元破坏的数量判断隧道围岩是否失稳破坏,并计算出具有安全储备意义上的安全系数。同时,结合ABAQUS和RFPA-2D两种不同有限元模型,对比分析了随机介质理论和连续介质理论结合强度折减法在隧道围岩稳定性评价中的差异。     

锑矿区酸性岩排水产生潜力预测研究

酸性岩排水(ARD)潜力预测研究对于预防、控制和治理金属矿山环境污染问题具有重要意义。本文应用酸碱估算法(ABA)和净产酸测试法(NAG),对贵州独山半坡锑矿区的19个代表性样品进行了产酸潜力评价,并应用各种分类标准对样品进行产酸能力分类。研究结果表明,所有的(废)矿石样品都具有产酸潜力(PAF),需要对(废)矿石进行有效的防控,以阻止酸性岩排水的产生。围岩样品的产酸潜力取决于采样点,尾矿样品没有产酸潜力(NAF)。ABA和NAG测试结果表明NAPP和NAGpH分类评价法适用于本研究区内样品ARD的预测评估。     

基于改进熵权模糊评价模型的锦江河流健康评价

以锦江特点及现状为基础,选取物理结构、水质及水资源、生物和社会服务功能4个准则,结合改进熵权法计算指标权重构建改进熵权多级模糊评价模型。结果表明锦江为非常健康状况,建立的评价模型客观地反映了锦江生态健康状况。采用的改进熵权法有效地减少信息相近时产生的误差,表明本指标体系及评价标准可为今后河流健康评价提供参考基础。     

天然沸石中离子交换平衡的离子特异性研究

沸石在改良土壤和保护环境等方面有着广泛的应用,研究沸石离子交换中的特异性效应对更好地利用沸石有着重要意义.碱金属离子在天然斜发沸石中的交换平衡时的最大吸附量存在着明显的特异性效应;对于同价的碱金属离子,其交换吸附能力差异随着离子浓度的降低而增大.这种实验现象不能用库仑力、离子体积、水合作用、色散力、经典诱导力以及表面络合等相关理论进行完整解释.分析发现,根本原因来自离子因量子涨落而产生的极化与沸石颗粒表面电荷产生的强电场之间的相互作用,这种相互作用导致了离子间偶极矩差异随着表面电位的升高而增大,进而使离子-表面吸附能差异增大,并出现不同的交换吸附能力.由于沸石表面电荷密度较高,离子体积效应对其在双电层中的分布也起着比较重要的作用,导致碱金属离子在沸石表面的交换平衡结果在高表面电位(绝对值大于0.2 V)下才表现出较大选择性,与低电荷密度表面上的交换平衡结果存在一定差异.     

湿生环境中丛枝菌根(AM)对香蒲耐Cd胁迫的影响

湿生植物在城市景观绿化和美化中应用越来越多,但也经常遭遇环境污染胁迫的问题.大量研究证实丛枝菌根(AM)可提高陆生植物耐受环境污染胁迫的能力,但对湿生植物的影响却鲜有认识.通过水培实验,探索接种AM真菌(Glomus etunicatum)对香蒲(Typha latifolia)耐受Cd2+(0、2.5、5.0 mg·L-1)胁迫的影响,旨在为评估菌根技术能否用于提高湿生植物抗耐环境污染胁迫的能力提供参考.结果表明,在湿生环境中AM真菌可与香蒲建立良好的共生关系,侵染率高于30%,但菌根化香蒲移入水溶液1个月后侵染率均呈下降趋势,最大下降25.5%(P0.05).AM增加了香蒲子叶的色素含量和POD酶活性,提高了根系的泌氧速率,但仅显著促进了5 mg·L-1Cd2+下香蒲的生长.虽然高浓度Cd2+抑制了香蒲的生长且侵染率下降,但AM仍能促进两个Cd2+浓度下香蒲对Cd的吸收,地上、地下部Cd含量最大增加40.24%和56.52%.本研究表明,AM具有增强湿生植物抗耐和修复环境重金属污染的潜力.     

SDBS/Na+对红壤胶体悬液稳定性的影响

土壤中普遍存在的有机污染物和无机离子与土壤胶体颗粒的相互作用深刻地影响着土壤中一系列物理、化学和生物学过程.选取红壤胶体作为对象,利用动态光散射技术研究了不同浓度十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和Na+作用下红壤胶体颗粒的凝聚过程,并结合体系的pH和Zeta电位分析了SDBS/Na+与土壤胶体颗粒相互作用的机制.结果表明:①相同浓度Na+作用下,随着SDBS浓度的升高,土壤胶体悬液稳定性增强.例如120 mmol·L-1Na+作用下,随着SDBS浓度从0 mmol·L-1升高到10 mmol·L-1,凝聚体有效粒径从702 nm下降至193 nm,总体平均凝聚速率从28.6 nm·min-1减小到3.36 nm·min-1;②相同浓度SDBS作用下,随着Na+浓度的升高,体系Zeta电位绝对值显著降低,凝聚体有效粒径逐渐增大,凝聚速率逐渐加快;③仅SDBS作用下,随着SDBS浓度的升高,体系Zeta电位绝对值从47.6 mV增加到62.2 mV,体系pH从6.17升高到6.76,但均小于土壤胶体悬液本身的pH(6.89).因此,SDBS通过疏水作用和静电作用吸附于土壤胶体颗粒表面,增加了颗粒表面的负电荷数量,降低了作用于胶体颗粒表面的有效Na+浓度(SDBS疏水长链的空间阻碍和高浓度SDBS所形成的胶束结构对Na+的吸附),使得胶体悬液稳定性增强,需要添加更多的Na+才能发生凝聚.