下蜀土边坡地震稳定性的大型振动台试验研究(Ⅱ)——试验结果及分析

选用天然下蜀土,设计并完成了一几何相似常数为20、坡高为0.5 m、坡角为45°的模型边坡1 g大型振动台试验,通过对模型边坡动力特性、动力反应及宏观变形等三方面的研究,揭示了下蜀土边坡的地震反应机理。试验结果表明,下蜀土边坡有着稳定的一、二阶自振频率和阻尼比,随着地震动加载幅值(PGA)逐渐增大,其一阶自振频率逐渐减小,一阶阻尼比逐渐增大;坡高范围内,PGA放大系数均大于1,且自下而上逐渐增大,并在坡肩处达到最大,其在坡脚处的值小于水平方向其他位置处的值,输入El Centro波(经时间相似常数4.47压缩)时的值分别大于输入El Centro原波和Kobe波(经时间相似常数4.47压缩)时的值;随着输入PGA的增大,土体非线性特征逐渐增强,边坡也逐渐趋于失稳破坏状态;震后模型边坡坡脚、坡顶等部位出现了不同程度的裂缝,说明边坡中出现了通过坡脚的(潜在)滑动面。     

中国黄土高原地区大雨频次演变特征

利用黄土高原40年降水资料,研究了该区域大雨以上降雨频数演变.结果表明:黄土高原地区大雨频次是自西北向东南逐渐增多;大雨频次存在减少趋势;小波分析表明大雨频数存在4～5年、8年左右和15年左右的周期振荡;大雨频数存在4个特征区域,各区变化幅度和时段明显不同.     

黄土高原草地土壤细菌群落结构对于降水变化的响应

微生物作为生态系统功能的主要参与者,对降水变化引起的土壤水分变化的响应是科学评估气候变化对半干旱生态系统影响的一个非常重要的方面.为研究降水变化对土壤微生物群落结构多样性的影响,在黄土高原进行了为期2 a的原位模拟降雨变化实验,设置了5种降水梯度,即减少自然降雨的80%和40%、自然降雨和增加自然降雨的40%和80%(编号为D80、 D40、 NP、 I40和I80).结果表明:①减雨或增雨80%处理中C/N较低,而增雨40%(I40)时最大, 0～20 cm土层的均值为10.76; MBC/MBN在减雨80%(D80)和增雨80%(I80)处理中随土层变化显著,D80时最大值为14.15.②黄土高原天然草地土壤中,主要的优势菌门为放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria),主要的优势菌纲为放线菌纲(Actinobacteria)、酸杆菌纲(Acidobacteria)、α-变形杆菌纲(α-Proteobacteria)和热微菌纲(Thermomicrobia).③RDA...     

Impact of nitrogen fertilizer source on nitrous oxide (N2O) emissions from three different agricultural soils during freezing conditions

ABSTRACT

Nitrogen (N) application is the main agricultural management that increases nitrous oxide (N₂O) concentration in the atmosphere. Freezing conditions are common phenomenon in the northern China that significantly affect soil N₂O emissions through alterations in nutrients availability and microbial population. To develop a comprehensive understanding of how N fertilizer managements affect soil N₂O emissions during the freezing process, a lab incubation was conducted in three typical cultivated soils (black soil, fluvo-aquic soil, or loess soil) by adding different N fertilizer sources, including ammonium chloride, sodium nitrate, or urea at different N levels (0, 80, 200, or 500 mg N/kg) at the start of freezing. The N₂O emissions in the fluvo-aquic soil were significantly higher than in other soils. The application of nitrate in the fluvo-aquic soil promoted N₂O emissions by five- and seven-fold higher compared to ammonium chloride and urea, whereas N₂O emissions in black soil were enhanced by application of ammonium chloride. Data indicate that denitrification is the major pathway for N₂O production in the fluvo-aquic soil during the freezing process, while ammonia oxidation responses accounts for elevated N₂O production in black soil. No significant influence of N fertilizer levels on N₂O emissions were found during soil freezing. These results suggest that agricultural practices that focus on mitigation of N₂O emissions need to avoid selection of nitrate as N fertilizer source in fluvo-aquic soil prior to the freezing season. Future studies need to focus on how the expression of enzymes and/or shifts in microbial communities respond to different N fertilizers during freezing conditions.     

Triton X-100在黄土上的吸附行为及影响因素

水土体系下,应用批实验法研究了Triton X-100在天然黄土上的吸附行为与平衡时间、Triton X-100浓度、溶液离子强度和pH值的关系.结果表明,Triton X-100在黄土中的吸附平衡时间约为30 min,其吸附动力学符合一级动力学模型,相应拟合参数Qe、k1、r2分别为3.041 mg·g-1、0.102 min-1、0.993 4.吸附等温线明显为非线性,在利用的4种等温吸附模型中,Sips模型对实验数据提供了最佳的拟合,其拟合参数Qmax和r2分别为3.202 mg·g-1和0.998 7.溶液离子强度和pH值对Triton X-100在黄土上的吸附有显著的影响,其吸附量随NaCl浓度的增加而明显增加,随pH增加而降低.     

天然腐殖酸对黄土吸附敌草隆的影响

为研究添加天然腐殖酸条件下黄土对有机农药的吸附过程及影响机制,以敌草隆为目标污染物,采用批量平衡试验法,分析黄土与黄土+HA（在黄土中添加腐殖酸）处理对敌草隆的吸附动力学、吸附热力学、解吸动力学过程及其主要影响因素（如pH、离子强度等）.结果表明:①与黄土相比,黄土+HA对敌草隆的吸附时间较短,且二者均符合颗粒内部扩散模型.②Freundlich等温吸附模型能够较好地拟合黄土及黄土+HA对敌草隆的吸附热力学过程.黄土和黄土+HA对敌草隆的吸附自由能（ΔGθ）、熵变（ΔSθ）均小于0,表明反应是一个自发进行且混乱度逐渐减小的过程;添加HA使黄土对敌草隆的焓变（ΔHθ）由负值变为正值,即由放热过程转化为吸热过程,表明温度升高使HA表面的微孔数量增多,为敌草隆提供了更多的吸附位点.③随着pH的升高,黄土和黄土+HA对敌草隆的吸附量均缓慢减小,当pH>7时吸附趋于平衡.④不同离子（Ca2+、Na+、Mg2+）及离子强度下,黄土和黄土+HA对敌草隆的吸附量随着c（Ca2+）的减小而增大,与同浓度的Mg2+和Ca2+相比,Mg2+存在下黄土对敌草隆的吸附量较大;与同浓度的Ca2+和Na+相比,Na+存在下黄土对敌草隆的吸附量较大.⑤由解吸动力学过程可以看出,添加天然HA可延长敌草隆在黄土中的滞留时间.研究显示,HA的存在提高了敌草隆在黄土中的迁移能力,并使其吸附机制发生了改变.      

天山北麓黄土沉积粒度及磁化率的差异性研究

本文分析了天山北麓不同海拔高度的两个黄土剖面粒度、磁化率特征及其古气候意义的差异性。结果表明,位于海拔2074m的鹿角湾剖面与海拔527m处的大佛寺剖面黄土粒度特征比较相近,但鹿角湾剖面黄土整体细于大佛寺黄土,并且其细颗粒分布范围也大于大佛寺剖面,而粗颗粒的则相反。鹿角湾剖面中全新世以来地层磁化率与成壤作用相关,显示成壤增强模式,其下末次冰期地层磁化率及大佛寺剖面磁化率与粗颗粒沉积相关,显示风速论模式。造成两个剖面粒度及磁化率差异的原因主要是地形导致的沉积颗粒分选及降水量不同引发的成壤作用差异。全新世中期以来大佛寺剖面记录的气候整体处于干旱状态,而鹿角湾剖面同时期地层受地形影响则记录了相对湿润的气候。     

黄土高塬沟壑区不同坡位和植被下的土壤硝态氮特征研究

地形和植被会改变水分在土壤中的运移,进而影响土壤中硝态氮(NO_3~--N)的分布,并可能导致对水体污染的差异.在黄土高塬沟壑区黑河流域选取3个样点,采集刺槐林和草地在不同坡位(上、中和下坡位)的6 m深土样,分析了坡位和植被对NO_3~--N迁移的影响,并初步评估了其对地表水及地下水污染的潜在风险.不同坡位及植被条件下,土壤中硝态氮均没有出现累积,在表层土壤达到最大值后逐渐减小.2种植被下NO_3~--N达到稳定时的深度约为200 cm,稳定浓度均为下坡位上坡位中坡位,但在同一坡位的稳定浓度均有草地高于刺槐林的特点,说明坡位及植被覆盖类型均会影响NO_3~--N在土壤中的分布.整个流域地表水NO-3含量枯水期及汛期分别为(6.90±2.10)mg·L~(-1)和(5.84±2.86)mg·L~(-1),而坡地表层土壤(0~20 cm)中可移动态NO_3~-为(29.55±6.59)mg·L~(-1),明显大于地表水中的浓度,很有可能随径流流失造成地表水氮素污染.地下水枯水期和汛期的NO_3~-含量分别为(24.61±23.72)mg·L~(-1)和(15.70±10.78)mg·L~(-1),而坡地深层土壤(200 cm)中NO-3为(0.78±0.16)mg·L~(-1),由于浓度较低,对地下水造成污染的可能性较小.     

生物炭对西北黄土吸附壬基酚的影响

以壬基酚(nonylphenol,NP)为目标污染物,采用批量实验法研究其在添加不同温度制备的小麦秸秆生物炭的黄土中的吸附动力学、吸附热力学,以及粒径、pH等影响因素.结果表明,不添加生物炭黄土吸附NP的快反应时间为10 h,而加入生物炭后,黄土对NP吸附的快反应时间缩短,为6 h;且快反应阶段添加生物炭黄土明显比不添加生物炭黄土对NP的吸附量多,但碳化温度不同的生物炭在此阶段吸附量差别较小.黄土和添加生物炭黄土对NP的吸附平衡时间均为16 h且符合准二级动力学模型.无论是否添加生物炭,NP在黄土上的热力学吸附过程都较好地符合Freundlich等温吸附模型,符合L-型吸附等温模式;随着系统温度的升高,黄土和添加生物炭的黄土对NP的饱和吸附量都呈增大趋势;NP的吸附自由能ΔGθ0,焓变ΔHθ0,熵变ΔSθ0,表明此吸附是一个自发吸热且混乱程度增大的吸附过程.在同一温度下,随着生物炭碳化温度的升高,NP在添加生物炭黄土中的吸附量逐渐增大.添加生物炭黄土的粒径越小,对NP的吸附量越大.pH值为4~7时,添加生物炭黄土吸附量随pH值的增大而增加;pH为7~10时,吸附量又随pH值增大而减小;表明添加生物炭黄土在中性范围内对NP的吸附效果最好,酸性和碱性都不利于NP的吸附.     

黄土露天矿区排土场重构土壤典型物理性质空间差异分析

土壤典型物理性质决定了土壤的肥力状况,同时也影响植物群落的生长。目前矿区复垦方面的研究大多为研究土壤物理性质的空间差异或是植被盖度对表层土壤物理性质的影响,很少有针对不同植被覆盖类型对重构土壤物理性质的影响的研究。运用描述性统计分析法、单因素方差分析法等方法研究平朔矿区重构土壤典型物理性质在水平及垂向方向的差异,并依照研究区植被生长状况进行分组,研究不同植被覆盖类型下的土壤物理性质差异。该研究旨在得到土壤性质及植被间的影响机理,对未来复垦工作的土壤重构及植被重建的提供指导。结果表明,(1)土壤典型物理性质在垂向上均属于弱变异,随着深度增加,复垦效果减弱。土壤容重及孔隙度存在层间显著差异,土壤容重随着土壤深度增加增大,土壤孔隙度随着土壤深度增加减小。(2)研究区重构土壤典型物理性质在水平方向均属于中等变异,随着深度减小,各性质的差异减小。(3)不同植被覆盖类型下的土壤容重和孔隙度在0-10 cm及20-60 cm深度存在显著差异,但在各土壤粒级含量上无显著差异。研究区分布最多的土质类型是壤土。乔木植被生长有助于土壤粒级的减小,草本植被对浅层土壤物理性质改良效果优于深层土壤。未来在进行植被重建工程时应适当根据实地土壤质地情况选择适宜植被。