关键词：
土壤地球化学特征（精选十篇）
土壤地球化学特征 篇1
针对麦冬产地土壤地球化学特征,胡嗣渊等研究结果表明,在常规施肥基础上对麦冬施用钾肥效果显著;陈兴福等研究表明,麦冬土壤是涪江灰棕色冲积物在川麦冬产区特定生态环境与种植川麦冬的耕作条件下发育而成的,适宜麦冬生长发育的土壤有潮沙土、潮沙泥土、潮泥土等3个土种。潮沙泥土的颗粒组成适中、土层深厚、结构好、质地轻壤,呈中性反应,碳酸钙含量较高,阳离子交换量大,全量养分中钾丰富,速效养分为中等肥力水平,其水热条件好,是种植川麦冬的最好土壤。潮沙土和潮泥土栽种麦冬产量不高,应控制麦冬种植面积。王书林、彭俊生研究证实,麦冬营养元素呈现出完全、局缺、全缺3个状态,对植株、生物产量和生物质量都有影响。从已有的研究资料来看,针对川麦冬道地药材土壤地球化学特征的研究几乎空白,因此本文以此为切入点,研究道地药材土壤地球化学特征对栽培麦冬和提高药材的道地性。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
川麦冬道地产区位于四川盆地中偏西北部的三台县,地跨104.42°E—105.42°、30.42°—31.23°N,主要分布在光明乡至灵兴乡一带涪江沿岸的冲积平原。该区属于四川盆地中亚热带湿润季风气候区,气候温和、降雨充沛、四季分明,大陆性季风气候特点显著,年平均气温16.7℃,稳定超过10℃的天数年均253d,积温5000.0℃,无霜期283d,地表温度年均18.6℃,最高7月,平均29.3℃,年均日照1276.1h,全年总辐射388.9kJ/cm2,年均降雨量882.2mm。种植川麦冬的冲积平原地区海拔460—550m的涪江沿岸为宽窄不一的条状冲积平原,一般宽200—1500m,沟渠纵横,自流灌溉,能保证川麦冬生长对水分的需求。该区径流平缓,土壤冲涮程度低,栽种川麦冬的土壤是由全新统灰棕色冲积物发育而成,该冲积物厚度从几米到10m以上。由于河水的分选沉积,有规则地形成由壤质到砂壤质不同质地的土壤类型。
1.2 研究方法
在道地药材产地布设的典型样地内或剖面上系统地采集土壤样品。表层土壤样品采样深度根据林木生物学特性确定,一般采集表层0—20cm的土柱。麦冬与同一药材的同一典型样地采集1套土壤样品,按不同品质区采集1—2套垂向剖面土壤样品,采样深度1.5m,按土壤结构分层分别采取,采集表层土壤样品时应去除杂草、草根、砾石等杂物。
土壤元素测定了Hg、Cd、Pb、As、N、P、K、S、Si、Ca、Mg、B、Mo、Fe、Mn、Zn、Cu等元素含量指标。
2 结果与分析
2.1 土壤背景特征
笔者通过实地采样,对种植区的土壤进行了元素检测,并与全国平均水平进行了对比(表1)。
注:Fe、Al、Si、K、Ca、Mg为%,其余元素为μg/g。
依据表1资料,计算该地区的比较指数,公式为:undefined。式中,Z为比较指数;A为对作物生长发育和增产起显著作用的元素比值,高者为2,低者为-2,相等者为0;B为对作物生长发育和增产有一定作用的元素比值,高者为1,低者为-1,相等者为0;c为对作物生长发育和增产起有害作用的元素比值,高者为-2,低者为2,相等者为0;n为元素个数。通过上式计算,研究区的元素含量与全国平均含量的指数为-4,说明研究区的土壤质量偏低于全国水平。为了不影响植物的正常生长, 应及时补充部分有益元素。从表1可见,研究区的土壤元素含量大多接近全国水平 。但在有益元素中Mg、Ca、Si低于全国水平,存在部分地区有益元素和营养元素缺乏的现象。而有害元素Hg、Cd的含量分别是全国平均水平的3.6倍、2倍,即局部地段Hg、Cd的含量较高。
2.2 川麦冬立地土壤中元素组合关系
川麦冬立地土壤中重金属元素组合关系分析:从表2可见,As—Hg、Hg—Pb两个组合水平分别达到显著和极显著正相关,表明这两种组合的元素间存在相互消涨关系。即As元素含量增加则Hg元素含量增加,Hg元素含量增加又导致Pb元素含量增加,因此对川麦冬土壤环境中Hg元素的治理可能会同时达到防治As元素和Pb元素的目的。
注:*表示在0.01水平上显著,**表示在0.05水平上显著。
川麦冬立地土壤中有益元素组合关系:从表3可见,三台地区麦冬产区土壤有益元素间的相关性不强,主要是K元素与Fe、B、Se、Zn呈显著正相关关系;Mg元素与Si、Zn呈显著正相关关系,与Fe呈极显著正相关关系;Fe、Se与Zn分别呈显著和极显著的正相关关系;B与P、Se、Zn呈显著、极显著和显著关系。此外,N与S极显著,P与Se显著。结合笔者的前期研究,认为绵阳麦冬产区应加强关键元素Ca肥和K肥的补充,这样才能提高其肥力,增强其他元素的有效性。
2.3 麦冬产区土壤污染评价
单因子污染指数评价法:Pi=Ci/Si。式中,Pi为土壤单项污染指数,Ci为土壤污染物i实测值,Si为土壤污染物i的质量标准(国家土壤环境质量标准)。Pi≤1,表明土壤重金属含量在含量标准内;Pi>1,表明土壤重金属含量已超过土壤环境质量标准,指数越大表明受到人为污染的影响强度越大。
尼梅罗综合污染指数评价法为:P=[(Pijave2+Pijmax2)/2]1/2。式中,P为第j个样点综合指数,Pijmax为第j个样点所评价污染物的单项污染指数最大值;Pijave为第j样点中所评价污染物单项污染指数的平均值;1.0
注:*表示在0.01水平上显著,**表示在0.05水平上显著。
注:Ⅰ表示第一次采集分析样品;Ⅱ表示第二次采集分析样品。
从图1可见,麦冬产区土壤环境质量约87.5%的样点属于清洁,为Ⅰ、Ⅱ等级土壤,但真正在安全线范围之内的仅有37.5%(Ⅰ等级土壤),而50%的样点综合污染指数接近警戒线(Ⅱ等级土壤),这对该区长期发展该类药材带来了潜在威胁,如果不加强治理,大面积土壤将存在川麦冬的种植风险和生态危害。
3 讨论与小结
通过本文的研究分析,我们在川麦冬产区的地球化学特征方面得出以下几个结论:①有益元素的丰度规律。土壤富含B、Zn、P元素;在其他有益元素中,Mg、Ca、Si等含量大多接近或略低于全国的平均水平值。②土壤有毒有害元素Hg、Cd、Pb高出国家土壤背景值,但基本符合国家二级土壤环境质量标准的要求。③通过土壤有益有害元素的组合关系进行相关性分析认为,川麦冬产区土壤应加强Ca肥和K肥的管理和补充,同时应对As元素和Pb元素进行防治。④川麦冬产区土壤的综合污染指数较高,多数地段的污染水平已接近警戒线。因此,必须对重金属元素实行防治,否则通过土壤对重金属的累积在一段时间后会造成大面积土壤超出国家GAP生产基地的要求,给道地药材种植带来风险。
摘要：通过对川麦冬道地产区土壤地球化学特征的深入研究表明,该区有益元素富含B、Zn、P,其他有益元素中Mg、Ca、Si等含量接近或略低于全国平均水平值,土壤有毒有害元素Hg、Cd、Pb高出国家的土壤背景值,但基本符合国家二级土壤环境质量标准的要求。通过土壤有益有害元素的组合关系进行相关性分析认为,川麦冬产区土壤应加强Ca肥和K肥的管理和补充,同时应对As元素和Pb元素进行防治。川麦冬产区土壤的综合污染指数较高,大多地段的污染水平已接近警戒线,应加强管理和防备。
关键词：川麦冬,地球化学特征,道地产区,相关性
参考文献
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土壤地球化学特征 篇2
摘要：通过对川麦冬道地产区土壤地球化学特征的深入研究表明,该区有益元素富含B、Zn、P,其他有益元素中Mg、Ca、Si等含量接近或略低于全国平均水平值,土壤有毒有害元素Hg、Cd、Pb高出国家的土壤背景值,但基本符合国家二级土壤环境质量标准的要求.通过土壤有益有害元素的组合关系进行相关性分析认为,川麦冬产区土壤应加强Ca肥和K肥的`管理和补充,同时应对As元素和Pb元素进行防治.川麦冬产区土壤的综合污染指数较高,大多地段的污染水平已接近警戒线,应加强管理和防备.作 者：陈文德 彭培好 彭俊生 王绪本 CHEN Wen-de PENG Pei-hao PENG Jun-sheng WANG Xu-ben 作者单位：陈文德,彭培好,彭俊生,CHEN Wen-de,PENG Pei-hao,PENG Jun-sheng(成都理工大学,地球科学学院,四川,成都,610059)
王绪本,WANG Xu-ben(成都理工大学,地球探测与信息技术教育部重点实验室,四川,成都,610059)
土壤地球化学特征 篇3
关键词：什晏岭；金矿异常；找矿前景
Abstract： The work area is located in the middle of the South China fold system Hainan Wuzhishan fold belt in the middle， in Changjiang， Qionghai deep faults and spikes， hanging deep fracture between the Luo， the biggest feature is the regional magmatic intrusive rock was a large area.
Keywords： What abnormal Yan Ling GOLD exploration prospect
1 区域地质背景
工作区位于海南岛中部的华南褶皱系五指山褶皱带的中部，处于昌江——琼海深大断裂与尖峰——吊罗深大断裂之间，其最大特征是区域上岩浆岩呈大面积的侵入，且具多期次的特点。
区域上地层发育不全，仅出露长城系抱板群戈枕村组（Chg）、峨文岭组（Che）、志留纪早世陀烈组（S1t）。
工作区位于昌江——琼海深大断裂和尖峰——吊罗深大断裂之间，受两条深大断裂影响，区域上主要发育有北东向和北西向两组断裂构造。
该地区侵入岩分布广泛，主要有晚白垩世花岗斑岩（K2γπ）；晚侏罗世黑云母正长花岗岩（J3ξγ）、晚侏罗世闪长岩（J3δ）、晚侏罗世黑云母辉长岩（J3υ）、中侏罗世石英闪长岩（J2δο）；晚三叠世角闪石黑云母正长花岗岩（T3ξγ）、晚三叠世（角闪石）黑云母二长花岗岩（T3ηγ）、晚三叠世角闪石黑云母花岗闪长岩（T3γπ）、中三叠世（角闪石）黑云母二长花岗岩（T2ηγ）、三叠纪二长花岗岩（Tηγ）；晚二叠世（角闪石）黑云母二长花岗岩（P2ηγ）；中元古代片麻状（二长）花岗岩（Pt2γ）。
该地区变质岩类型主要有区域变质岩、接触变质岩、动力变质岩及热液蚀变岩。
2 矿区地质特征
2.1 地层
区内地层发育不全，仅在北部及南部出露长城系抱板群戈枕村组（Chg），其岩性以黑云斜长片麻岩或混合质黑云斜长片麻岩为主，下部为混合花岗闪长岩及黑云斜长混合片麻岩。
2.2 构造
区内无明显构造痕迹。
2.3 岩浆岩
工作区内侵入岩出露广泛，主要有：晚二叠世通什超单元黄山水库岩体（P2γh）、早二叠世五指山超单元行干岩体（P1ηδοx）、及早二叠世育才超单元志仲岩体（P1ηγz）。
2.4 找矿标志
地貌标志：含矿蚀变破碎带抵抗风化作用的能力强，往往表现为断续起伏延伸的带状山脊。因此，带状山脊可作为寻找含铅锌石英脉带的标志。
构造标志：东西向张性断裂控制矿体形态和规模。
围岩蚀变标志：当围岩发生绢云母化、硅化、黄铁矿化时，往往是铅锌多金属矿体存在部位。
3地球化学特征
矿区地球化学异常场形态结构主要呈面状和带状分布，其次为带状地球化学异常场特征。由南西向、北东向四个方向展布形成三个较大的异常群。异常呈面状分布。元素组合以Au、Ag、Pb为主，伴生 元素Cu、Zn，其中Au元素异常强度和规模最大，浓集中心和内、中、外带较明显；异常强度和规模由北东南西向展现。元素分布多数呈正态分布，其中Cu、Pb、Zn、Sb元素分布形式呈正态单峰模式分布， Au、As、Zn元素分布形式呈正态双峰或多峰模式分布。综上所述，本区主成矿元素Au、As离散程度较高，具双峰或多峰模式分布，说明有利于成矿。
该异常位于番沟一带。评序值0.7230，评序1，异常类别乙2。异常位于长城系戈枕村组：黑云斜长片麻岩、混合质黑云斜长片麻岩、混合花岗闪长岩夹云母石英片岩等。元素组合以Au为主，伴生As、Pb、Ag、Zn等。Au最高106.54×10-9，平均35.04×10-9，衬度7.01，面积0.0894 km2，规模0.6269；强度高、有一定的规模，浓集中心和浓度分带明显，有一个较明显浓集中心。其它元素异常规模小、零星分布于Au元素异常区。根据元素组合及所处环境认为，该土壤地球化学测量异常由金矿（床）引起的。
4 找矿前景
全区圈出9处土壤地球化学测量综合异常。依找矿远景分乙2类异常1处、乙3类异常5处、丙类异常2处、丁类异常1处。了解成矿元素、伴生元素的土壤地球化学特征及其所处的成矿地质背景，详细圈定了单元素异常、综合异常，指出工作区成矿元素，并对主要异常的地质起因进行解释与推断，为地质找矿、下步矿产勘查的工作部署提供地球化学信息。
高、中、低温成矿元素异常在空间分布上有一定的规律性，工作区的北中部、北侧地带主要发育着中、低温Pb-Au-Ag等元素组合异常，南部主要发育着高、中、低温Cu-Mo-Zn元素组合异常，说明了工区西部有利寻找Cu-Mo-Zn元素组合高、中、低温热液矿床，中部有利寻找Pb-Au-Ag等元素组合中、低温热液铅、金多金属矿床。
矿区地球化学异常场形态结构主要呈线状或孤岛状地球化学场。
本区开展土壤地球化学测量工作技术方法正确，运用化探异常较好， Au异常发育，该区找矿前景好主要以中部以找Au矿为主。
参考文献
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土壤地球化学特征 篇4
1 区域地质、地球化学特征
1.1 区域地质特征
矿区地处西秦岭中带东段, 武都弧形构造顶部, 合作-崖湾金、汞、锑成矿带上, 已知该成矿带上有大水金矿床 (李向东等, 2006) 、杜沟金矿床 (杨根生等, 2007) 、金山金矿床 (唐源清, 2004) 、李坝大型金矿床 (冯建忠等, 2003) 、马泉金矿床 (孙明, 2000) 、崖湾锑金矿床 (姜启明, 2004) 等。区内断裂构造发育, 主要有北东、北西及东西向三组断裂, 其中北东、北西向断裂为主要的导矿和容矿构造。区内出露地层由老到新主要为中泥盆统西汉水群、下石炭统、中上石炭统、下二叠统、三叠系官亭群、中下侏罗统、新近系和第四系等。区内没有大面积的岩浆岩出露, 但脉岩活动频繁, 主要有花岗正长斑岩脉、石英二长斑岩脉、石英二长岩脉、正长斑岩脉、正长岩脉、花岗斑岩脉、花岗细晶岩脉、细晶岩脉、长英岩脉、酸性岩脉、云煌岩脉、煌斑岩脉等。
1.2 区域地球化学特征
本区位于1:50万化探成果中的尖草山综合异常范围内, 在1∶20万化探异常中本区处于弱的金组合异常中。主要的组合元素为Au、As、Sb, 异常面积105km2, 其中As异常峰值为45.20×10-6, 平均值为31.30×10-6, 具中、外浓度分带;Sb异常峰值为9.40×10-6, 平均值为4.70×10-6, 具内、中、外浓度分带。
徐家乐等 (1999) 指出区域化探异常查证是普查找金的主要手段。由于该区处于洮河复向斜东段, 三叠系中的成矿异常基本上均为低缓异常, 加之本区周围在20世纪80年代进行过小面积的土壤测量及检查工作, 且均发现有良好的金矿化显示, 并伴有Ag、Cu、Bi的矿化, 所以优选在该区开展1∶5万水系沉积物测量工作。通过工作, 在区内圈定出组合异常三处, 组合元素分别为:Au-As-Ag-Sb-Hg-Cu;As-Zn;Pb-Zn-Ag-Hg-Sb-As。上坝金矿床位于以金为主的组合异常中, Au异常面积为6.2km2, 峰值为14.00×10-9, 平均值为5.17×10-9, 具内、中、外浓度分带;As异常峰值为153.4×10-6, 平均值为55. 7×10-6, 具内、中、外浓度分带;Ag异常峰值为320×10-9, 平均值为190×10-9, 具内、中、外浓度分带;Sb异常峰值为8.7×10-6, 平均值为3.5×10-6, 具内、中、外浓度分带;Hg异常峰值为220×10-9, 平均值为120×10-9。从中可以看出1:5万水系沉积物测量浓缩了1∶20万区化异常, 而其它两个组合异常也对金矿化具有一定的指示作用。
2 矿区土壤地球化学特征
2.1 地球化学景观
景观地球化学研究在土壤地球化学测量中有较为重要的作用 (王志华, 1999) 。上坝金矿床地处秦岭山系西段, 海拔2400～2900m, 山高坡陡, 地势险峻;年降雨量较大, 蒸发量较小;属大陆性季风气候, 年平均气温较低。相对充沛的降雨量使得矿区内水系和植被极为发育, 风蚀作用、冰川作用和冲洪积作用等诸多因素造就了矿区及周边独特的地球化学景观。
2.2 次生分散晕地球化学特征
在1∶5万水系沉积物测量的基础上, 2004年开展了5.2km2的1∶1万土壤测量, 经对各元素测试数据的分析, Au、Hg、As、Sb、Ag五种元素在上坝矿区的含量远高于西秦岭地区背景值, 含量差异值大, 为有利成矿元素, 经异常圈定, 共圈出Au异常9个 (图2) , 异常具内、中、外浓度分带, 强度较高, 规模较大, 各异常梯度变化也较大, Au元素地球化学特征参数见表1。
2.3 岩石地球化学特征
矿区植被和水系发育, 尚未作系统的岩石地球化学测量工作, 仅就地表工程中岩石样品的分析结果对矿区岩石地球化学特征作简要分析: (1) Cu、Pb、Zn、Mo、Bi等元素在不同岩石中含量变化不大, 基本都在西秦岭背景值上下波动, 与金矿化关系不大。 (2) Ag、As、Sb、Hg的含量在矿化带中高于西秦岭背景值, 与金矿化关系密切。
注:Au元素含量单位为10-9。
3 讨论
值得注意的是, 三条金矿 (化) 体均产在Au-5号土壤异常 (图2) 中, 说明Au-5号为矿致异常, 很好地显示了土壤次生晕测量结果与地质矿化异常的吻合性, 为下一步结合土壤化探找矿提供了思路和方法。同时, 该区金成矿元素组合为显著的Au-As-Hg-Sb等低温元素组合, 上述元素的化探异常和浓度集中沿区域性大断裂带呈条状、带状分布, 且与金矿体具有良好的吻合关系, 因此可作为间接的找矿标志。
摘要：上坝金矿床处于西秦岭中带东段的合作-崖湾金、汞、锑成矿带上。通过对土壤地球化学的研究, 显示了土壤次生晕测量结果与地质矿化异常的吻合性, 为下一步结合土壤化探找矿提供了思路和方法。
关键词：西秦岭,土壤地球化学,上坝金矿床,甘肃省
参考文献
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土壤地球化学特征 篇5
对海南岛西部发育典型的12个非农业土壤剖面REE的组成特征及其纵向变化规律进行研究发现,区内非农业土壤剖面不同层位之间的稀土元素具有一定的继承性,风化成土的基岩奠定了土壤中稀土元素的初始含量及土壤中呈现的LREE富集与Eu亏损的特点,而成土过程中稀土元素分异作用则进一步加剧土壤中LREE的`富集和Eu亏损,土壤剖面浅部的氧化和水解作用致使Ce在浅层土壤中的富集,并导致由剖面深部至浅部,Ce呈现出正异常增大之趋势.区内稀土元素的赋存状态与稀土元素性质及其所处的土壤地球化学环境有密切联系,同一层中不同形态稀土元素含量总体上表现为残渣态＞Fe-Mn结合态＞有机态＞可交换态(含水溶态)＞碳酸盐态,而往土壤深部,残渣态所占比例逐步增大,Fe-Mn结合态、有机态与可交换态(含水溶态)所占比例逐步降低.
作 者：赵志忠 A. W. Rate 唐少霞 毕华 ZHAO Zhi-zhong A. W. Rate TANG Shao-xia BI Hua 作者单位：赵志忠,ZHAO Zhi-zhong(海南师范大学资源环境与旅游系,海南,海口,571158;School of Earth and Geographical Sciences of the University of Western Australia, Perth, WA ,6009, Australia)
A. W. Rate,A. W. Rate(School of Earth and Geographical Sciences of the University of Western Australia, Perth, WA ,6009, Australia)
唐少霞,毕华,TANG Shao-xia,BI Hua(海南师范大学资源环境与旅游系,海南,海口,571158)
刊 名：地球与环境 ISTIC PKU英文刊名：EARTH AND ENVIRONMENT 年，卷(期)： 35(4) 分类号：P595 关键词：稀土元素 非农业土壤 海南岛
土壤地球化学特征 篇6
摘 要：对乌鲁木齐市区及其周边地区45个地点的土壤样本进行磁化率测定。结果表明，乌鲁木齐城市土壤磁化率大都处于中低值区域，具有空间差异性的特征，进而结合采集点的土壤环境状况分析了乌鲁木齐城市土壤的环境特征，探讨乌鲁木齐城市土壤磁化率表征下土壤污染的影响机制。
关键词：城市土壤；磁化率；环境意义；影响机制
中图分类号：X833 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.03.007
磁化率是环境磁学研究中的一个重要的磁参数[1]，土壤磁化率是土壤在外磁场中受感应产生的磁化强度和外加磁场强度的比值，土壤的磁化率反应土壤中磁性矿物的数量[2]。频率磁化率是用于区分土壤中存在超顺磁性颗粒（d<0.03 μm）与单畴颗粒（0.03～0.10 μm），反应磁性矿物的大小分配和超顺颗粒的相对含量。
随着城市化进程的日益加快，人们亦不断提高对城市土壤和城市环境质量对人类身体健康影响的关注度。通过分析城市土壤的磁性特征，可以揭示城市环境问题的内涵以及人类活动对环境的影响[3]。Thompson等[4]发现城镇和工业区附近的土壤与未受到污染的土壤相比有较高的磁化率。同时，有研究表明[5-8]，冶金等工业排放的飞灰中含有磁性矿物，可引起表层土壤磁化率升高，且磁化率值随着离源区距离的增加而减小。
本研究通过对乌鲁木齐市土壤磁化率的分布特征分析，探讨乌鲁木齐城市土壤污染的影响机制。
1 材料和方法
1.1 研究区概况
位于自治区中北部，天山中段北麓、准噶尔盆地南缘。由于位处高纬度地带，所以冬季严寒漫长，需燃煤取暖，由此乌鲁木齐城市周边分布着多个煤矿企业，另外作为全疆的经济中心，乌鲁木齐工矿企业也是相当的多，如水泥厂、铝厂、化纤厂、污水处理厂、生物制药厂等污染型企业多分布在城市周边。这些污染型企业的存在和发展对城市环境造成了一定的破坏并日益影响到乌鲁木齐城市居民的身体健康。近年来，乌鲁木齐逐步进行煤改气工程，以改善冬季乌鲁木齐的环境状况，虽然取得了初步的成效，但是在彻底改善城市环境，实现“绿色计划”，创建全国园林城市方面还存在很大的挑战。
1.2 样品采集
1.3 样品的处理
所测定的土壤低频磁化率就是土壤磁化率，它表示土壤中磁性颗粒物的含量以及土壤能够被磁化的性质，高频磁化率是用于进行频率磁化率测定计算过程的一个辅助性数据。
2 结果与分析
2.1 土壤磁化率值
土壤磁化率仪器测定出的45个土壤样品的低频以及高频数据，以及经过频率磁化率计算公式计算出的45个样本的频率磁化率，如表1所示。可以看出，乌鲁木齐城市土壤磁化率测定中，大部分土样测定的磁化率数据都处在中间值和低值的区间内，但也有个别土样出现高值和极高值。
2.2 土壤磁化率的统计分析
（2）乌鲁木齐城市土壤的低频磁化率与频率磁化率之间具有负相关关系。即低频磁化率高的样本，其频率磁化率低，低频磁化率低的样本，其频率磁化率高。而且低频磁化率和频率磁化率的极值之间的差距悬殊。这反映了乌鲁木齐不同的土地利用类型下土壤污染的差异较大。
（3）乌鲁木齐城市表层土壤的磁化性质的不同是由两方面原因造成的：一是由于形成土壤的母质基岩的主要成分不同，导致了土壤的磁化率不同，二是由于现在城市的工业化发展过程中产生的污染物质在土壤表层的积聚，致使土壤的磁化性质发生改变。但在两种因素中，人类活动是造成乌鲁木齐城市表层土壤的磁化率显著差异的主要原因。
参考文献：
[1]余涛，杨忠芳.磁化率对城市重金属污染的指示性研究——以沈阳新城子区为例[J].现代地质，2008，22（6）：1 034-1 040.
[2] 卢绬，龚子同.城市土壤磁化率特征及其环境意义[J].广州：华南农业大学学报，2001，22（4）：26-29.
[3] 曲赞.用于环境研究的磁性参数介绍[J].地质科技情报，1994，13（2）：98-104.
[4] Thompson R， Oldfield F. Environment magnetism[M].London：Allen & Unwin，1986.
[5] 王雪松，秦勇.城市环境中磁学响应的研究进展[J].中国环境监测，2009，19（6）：62-64.
[6] 张普纲，樊行昭.磁性参数的环境指示意义[J].大连理工大学学报，2003，34（4）：201-205.
[7] 刘振东，杨凌.城市道路尘埃的磁性特征与环境意义[J].地球科技情报，2005，24（3）：93-98.
[8] 闫海涛，胡守云.磁学方法在环境污染研究中的应用[J].地球科学进展，2004，19（2）：222-236.
[9] 邓成龙，袁宝印.环境磁学某些研究进展评述[J].海洋地质与第四季地质，2004，20（2）：93-101.
[10] 张卫国，俞立中.环境磁学研究简介[J].地球物理学进展，2005，10（3）：95-105.
[11] 张春霞，黄保春.环境磁学在城市环境污染监测中的应用和进展[J].地球物理学进展，2005，20（3）：705-711.
摘 要：对乌鲁木齐市区及其周边地区45个地点的土壤样本进行磁化率测定。结果表明，乌鲁木齐城市土壤磁化率大都处于中低值区域，具有空间差异性的特征，进而结合采集点的土壤环境状况分析了乌鲁木齐城市土壤的环境特征，探讨乌鲁木齐城市土壤磁化率表征下土壤污染的影响机制。
关键词：城市土壤；磁化率；环境意义；影响机制
中图分类号：X833 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.03.007
磁化率是环境磁学研究中的一个重要的磁参数[1]，土壤磁化率是土壤在外磁场中受感应产生的磁化强度和外加磁场强度的比值，土壤的磁化率反应土壤中磁性矿物的数量[2]。频率磁化率是用于区分土壤中存在超顺磁性颗粒（d<0.03 μm）与单畴颗粒（0.03～0.10 μm），反应磁性矿物的大小分配和超顺颗粒的相对含量。
随着城市化进程的日益加快，人们亦不断提高对城市土壤和城市环境质量对人类身体健康影响的关注度。通过分析城市土壤的磁性特征，可以揭示城市环境问题的内涵以及人类活动对环境的影响[3]。Thompson等[4]发现城镇和工业区附近的土壤与未受到污染的土壤相比有较高的磁化率。同时，有研究表明[5-8]，冶金等工业排放的飞灰中含有磁性矿物，可引起表层土壤磁化率升高，且磁化率值随着离源区距离的增加而减小。
本研究通过对乌鲁木齐市土壤磁化率的分布特征分析，探讨乌鲁木齐城市土壤污染的影响机制。
1 材料和方法
1.1 研究区概况
位于自治区中北部，天山中段北麓、准噶尔盆地南缘。由于位处高纬度地带，所以冬季严寒漫长，需燃煤取暖，由此乌鲁木齐城市周边分布着多个煤矿企业，另外作为全疆的经济中心，乌鲁木齐工矿企业也是相当的多，如水泥厂、铝厂、化纤厂、污水处理厂、生物制药厂等污染型企业多分布在城市周边。这些污染型企业的存在和发展对城市环境造成了一定的破坏并日益影响到乌鲁木齐城市居民的身体健康。近年来，乌鲁木齐逐步进行煤改气工程，以改善冬季乌鲁木齐的环境状况，虽然取得了初步的成效，但是在彻底改善城市环境，实现“绿色计划”，创建全国园林城市方面还存在很大的挑战。
1.2 样品采集
1.3 样品的处理
所测定的土壤低频磁化率就是土壤磁化率，它表示土壤中磁性颗粒物的含量以及土壤能够被磁化的性质，高频磁化率是用于进行频率磁化率测定计算过程的一个辅助性数据。
2 结果与分析
2.1 土壤磁化率值
土壤磁化率仪器测定出的45个土壤样品的低频以及高频数据，以及经过频率磁化率计算公式计算出的45个样本的频率磁化率，如表1所示。可以看出，乌鲁木齐城市土壤磁化率测定中，大部分土样测定的磁化率数据都处在中间值和低值的区间内，但也有个别土样出现高值和极高值。
2.2 土壤磁化率的统计分析
（2）乌鲁木齐城市土壤的低频磁化率与频率磁化率之间具有负相关关系。即低频磁化率高的样本，其频率磁化率低，低频磁化率低的样本，其频率磁化率高。而且低频磁化率和频率磁化率的极值之间的差距悬殊。这反映了乌鲁木齐不同的土地利用类型下土壤污染的差异较大。
（3）乌鲁木齐城市表层土壤的磁化性质的不同是由两方面原因造成的：一是由于形成土壤的母质基岩的主要成分不同，导致了土壤的磁化率不同，二是由于现在城市的工业化发展过程中产生的污染物质在土壤表层的积聚，致使土壤的磁化性质发生改变。但在两种因素中，人类活动是造成乌鲁木齐城市表层土壤的磁化率显著差异的主要原因。
参考文献：
[1]余涛，杨忠芳.磁化率对城市重金属污染的指示性研究——以沈阳新城子区为例[J].现代地质，2008，22（6）：1 034-1 040.
[2] 卢绬，龚子同.城市土壤磁化率特征及其环境意义[J].广州：华南农业大学学报，2001，22（4）：26-29.
[3] 曲赞.用于环境研究的磁性参数介绍[J].地质科技情报，1994，13（2）：98-104.
[4] Thompson R， Oldfield F. Environment magnetism[M].London：Allen & Unwin，1986.
[5] 王雪松，秦勇.城市环境中磁学响应的研究进展[J].中国环境监测，2009，19（6）：62-64.
[6] 张普纲，樊行昭.磁性参数的环境指示意义[J].大连理工大学学报，2003，34（4）：201-205.
[7] 刘振东，杨凌.城市道路尘埃的磁性特征与环境意义[J].地球科技情报，2005，24（3）：93-98.
[8] 闫海涛，胡守云.磁学方法在环境污染研究中的应用[J].地球科学进展，2004，19（2）：222-236.
[9] 邓成龙，袁宝印.环境磁学某些研究进展评述[J].海洋地质与第四季地质，2004，20（2）：93-101.
[10] 张卫国，俞立中.环境磁学研究简介[J].地球物理学进展，2005，10（3）：95-105.
[11] 张春霞，黄保春.环境磁学在城市环境污染监测中的应用和进展[J].地球物理学进展，2005，20（3）：705-711.
摘 要：对乌鲁木齐市区及其周边地区45个地点的土壤样本进行磁化率测定。结果表明，乌鲁木齐城市土壤磁化率大都处于中低值区域，具有空间差异性的特征，进而结合采集点的土壤环境状况分析了乌鲁木齐城市土壤的环境特征，探讨乌鲁木齐城市土壤磁化率表征下土壤污染的影响机制。
关键词：城市土壤；磁化率；环境意义；影响机制
中图分类号：X833 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.03.007
磁化率是环境磁学研究中的一个重要的磁参数[1]，土壤磁化率是土壤在外磁场中受感应产生的磁化强度和外加磁场强度的比值，土壤的磁化率反应土壤中磁性矿物的数量[2]。频率磁化率是用于区分土壤中存在超顺磁性颗粒（d<0.03 μm）与单畴颗粒（0.03～0.10 μm），反应磁性矿物的大小分配和超顺颗粒的相对含量。
随着城市化进程的日益加快，人们亦不断提高对城市土壤和城市环境质量对人类身体健康影响的关注度。通过分析城市土壤的磁性特征，可以揭示城市环境问题的内涵以及人类活动对环境的影响[3]。Thompson等[4]发现城镇和工业区附近的土壤与未受到污染的土壤相比有较高的磁化率。同时，有研究表明[5-8]，冶金等工业排放的飞灰中含有磁性矿物，可引起表层土壤磁化率升高，且磁化率值随着离源区距离的增加而减小。
本研究通过对乌鲁木齐市土壤磁化率的分布特征分析，探讨乌鲁木齐城市土壤污染的影响机制。
1 材料和方法
1.1 研究区概况
位于自治区中北部，天山中段北麓、准噶尔盆地南缘。由于位处高纬度地带，所以冬季严寒漫长，需燃煤取暖，由此乌鲁木齐城市周边分布着多个煤矿企业，另外作为全疆的经济中心，乌鲁木齐工矿企业也是相当的多，如水泥厂、铝厂、化纤厂、污水处理厂、生物制药厂等污染型企业多分布在城市周边。这些污染型企业的存在和发展对城市环境造成了一定的破坏并日益影响到乌鲁木齐城市居民的身体健康。近年来，乌鲁木齐逐步进行煤改气工程，以改善冬季乌鲁木齐的环境状况，虽然取得了初步的成效，但是在彻底改善城市环境，实现“绿色计划”，创建全国园林城市方面还存在很大的挑战。
1.2 样品采集
1.3 样品的处理
所测定的土壤低频磁化率就是土壤磁化率，它表示土壤中磁性颗粒物的含量以及土壤能够被磁化的性质，高频磁化率是用于进行频率磁化率测定计算过程的一个辅助性数据。
2 结果与分析
2.1 土壤磁化率值
土壤磁化率仪器测定出的45个土壤样品的低频以及高频数据，以及经过频率磁化率计算公式计算出的45个样本的频率磁化率，如表1所示。可以看出，乌鲁木齐城市土壤磁化率测定中，大部分土样测定的磁化率数据都处在中间值和低值的区间内，但也有个别土样出现高值和极高值。
2.2 土壤磁化率的统计分析
（2）乌鲁木齐城市土壤的低频磁化率与频率磁化率之间具有负相关关系。即低频磁化率高的样本，其频率磁化率低，低频磁化率低的样本，其频率磁化率高。而且低频磁化率和频率磁化率的极值之间的差距悬殊。这反映了乌鲁木齐不同的土地利用类型下土壤污染的差异较大。
（3）乌鲁木齐城市表层土壤的磁化性质的不同是由两方面原因造成的：一是由于形成土壤的母质基岩的主要成分不同，导致了土壤的磁化率不同，二是由于现在城市的工业化发展过程中产生的污染物质在土壤表层的积聚，致使土壤的磁化性质发生改变。但在两种因素中，人类活动是造成乌鲁木齐城市表层土壤的磁化率显著差异的主要原因。
参考文献：
[1]余涛，杨忠芳.磁化率对城市重金属污染的指示性研究——以沈阳新城子区为例[J].现代地质，2008，22（6）：1 034-1 040.
[2] 卢绬，龚子同.城市土壤磁化率特征及其环境意义[J].广州：华南农业大学学报，2001，22（4）：26-29.
[3] 曲赞.用于环境研究的磁性参数介绍[J].地质科技情报，1994，13（2）：98-104.
[4] Thompson R， Oldfield F. Environment magnetism[M].London：Allen & Unwin，1986.
[5] 王雪松，秦勇.城市环境中磁学响应的研究进展[J].中国环境监测，2009，19（6）：62-64.
[6] 张普纲，樊行昭.磁性参数的环境指示意义[J].大连理工大学学报，2003，34（4）：201-205.
[7] 刘振东，杨凌.城市道路尘埃的磁性特征与环境意义[J].地球科技情报，2005，24（3）：93-98.
[8] 闫海涛，胡守云.磁学方法在环境污染研究中的应用[J].地球科学进展，2004，19（2）：222-236.
[9] 邓成龙，袁宝印.环境磁学某些研究进展评述[J].海洋地质与第四季地质，2004，20（2）：93-101.
[10] 张卫国，俞立中.环境磁学研究简介[J].地球物理学进展，2005，10（3）：95-105.
土壤酸化过程的土壤化学分析 篇7
土壤的酸化过程虽然是必然出现的自然现象, 但是近年来由于受到各种人为因素的影响, 导致环境恶化, 从而加剧了土壤的酸化。对加剧土壤酸化的因素进行简要分类, 可以分为三个类别:其一, 是降水方面, 这也是加剧土壤酸化的根本因素, 近年来由于环境恶化, 导致大量酸雨出现, 再加上有的地区降雨量大并且较为集中, 溶淋作用十分强烈, 造成了土壤中的碱性基盐如钙、镁、钾等大量流失, 使得土壤酸化情况加剧;其二, 表现在传统农业措施的缺失方面, 在作物种植过程中, 传统的农业管理措施是要采取施用石灰、烧火粪、有机肥等措施, 由此来确保耕地土壤营养成分的平衡吸收, 但是由于生活环境的改变, 一些传统的农业措施也发生了改变, 当前只有极少数的种植户还在坚持采用传统的农业措施, 造成土壤中营养成分失衡, 加剧了土壤酸化;其三, 是化肥使用过度, 为了提高作物产量, 多数种植地区都坚持长期大量施用化肥, 造成土壤离子分配严重不均衡, 从而加剧了土壤的酸化。
2 土壤酸化过程的化学分析
土壤的酸化在自然环境中是无法避免的, 但是通过对土壤酸化过程的化学分析, 我们能够从中了解到突然酸化的原理, 并且根据这些原理得出相应的方法, 由此减缓土壤的酸化, 合理应用土壤酸化, 由此提高作物产量。
2.1 土壤酸化与阳离子交换复合体性能
在土壤的酸化过程当中, 第一步就是酸性沉淀物进入土壤, 克服土壤的缓冲, 从土壤交换复合体中进行阳离子交换。在这个过程当中, 影响土壤酸化程度最重要的因素就是阳离子将碱性离子交换出去的交换性能。在酸性土壤中, 进行阳离子交换的交换复合体一般为铝离子, 而在中性或者碱性土壤中, 进行阳离子交换的一般为盐基离子。所以, 在土壤的酸化过程中, 发生阳离子交换的交换复合体性能是由盐基离子和铝离子支配的, 其主要的表现形式一般为Al3+、Al (OH) 2+、Al (OH) 2+。而土壤的酸化是否发生, 也是由盐基离子与铝离子之间的数量比例关系来决定的:盐基离子的数量减少, 使得土壤的盐基饱和度降低, 这样更加有利于土壤的酸化。所以发生森林火灾、将有机体就地焚烧等现象就加剧了土壤的酸化过程。
2.2 土壤酸化的强度因子和容量因子
土壤酸化的强度因子, 是土壤酸化的强度指标, 一般表示为某一时刻土壤溶液中氢离子的浓度和与铝组分浓度的比值, 表现形式为p H、p Al和p H+p Al。而土壤溶液受酸性沉降物影响的强度参数则是用土壤溶液的p H值或者土壤平衡溶液的p H来表示。不用土壤的p H值来表示, 主要是因为土壤p H值的变化不明显, 要在长期的酸化作用影响之下才会有显著变化。
土壤酸化的容量因子, 是指土壤中质子或者铝组分的总储备量。确定土壤酸化容量因子的具体方法如下:取一定量的土壤, 以水:土为5:1的质量比加入水, 震荡溶解之后加入标准稀释的Na OH, 当酚酞指示剂变红时, 其加入的碱量就是土壤酸化的容量指标, 用meq· (100g土) -1表示。还有另外一种表示方法, 就是用盐基饱和度BS×阳离子交换量CEC, 也就是总的盐基储量来表示, 另外, 还可以用可风化矿物中的盐基离子总储量来表示土壤酸化的程度。总的来说, 土壤酸化的容量指标就是土壤交换酸的总量。在土壤容量方面, 受到酸性沉降物的影响, 最容易发生的情况就是交换盐基的减少以及交换酸的增加。交换盐基的减少是因为酸性沉降物中的酸根阴离子与其相结合, 之后被一起淋洗出了土壤系统。而交换酸的增加则表现为两方面:一方面是由输入的H+直接贡献的, 由此增加土壤酸度, 另一方面是H+土壤中的其他物质反应生成酸性盐而使得交换酸增加。但是通过研究发现, 在土壤的交换酸中, 每年的输入量只占几百分之一, 含量很低, 所以酸性沉降物对于土壤交换酸含量的影响并不显著, 这是由土壤自身的调节机制决定的。
2.3 土壤酸化与盐基离子吸收
在自然生态系统当中, 植物的盐基离子积累也起着酸化土壤的作用, 这是自然酸化的一种表现形式。这种自然酸化的程度与植物的生物学特性有关:富有钙离子、镁离子的植物更容易导致酸化, 一般常绿树种比落叶树种更加容易导致植物酸化。植物的盐基吸收对于土壤的酸化也会产生一定的影响, 这一规律通过实际测验也得到验证:在同种母质、同种树龄的条件下, 山杨和云杉下的矿质土壤层成分与加拿大短叶松、美国赤松下的相比, 其盐基饱和度以及土壤p H值都要低一些, 而其有机土壤层中物质成分的情况却是相反的。而从土壤的容量角度出发, 土壤的酸化是在盐基离子消耗的基础之上发生的。盐基离子的消耗主要有两种途径:离子吸收途径和盐基随水溶淋途径, 其中最主要的就是离子吸收途径。离子吸收途径是植物通过释放H+以及HCO3-来交换所需要的NO3-等阴离子以及阳离子来进行的。另外, 由于土壤酸化受到氮循环的影响, 所以, 盐基离子消耗的离子吸收途径主要是通过阳离子的吸收。在酸性沉降物的影响下, 植物组织中生成了较多的酸, 增加了H+的释放, 从而交换盐基离子, 减少土壤中盐基离子的含量, 同时, 植物组织为了保证化学平衡, 主动吸收土壤中的阳离子。这两方面的反应同时进行, 进一步强化了土壤的酸化作用。
2.4 土壤溶液化学与盐基溶淋
土壤的酸化过程与土壤溶液的化学反应也有一定的关系。而由于近年来自然环境恶化程度越来越严重, 很多地区的酸雨现象也十分严重。在酸水现象严重的地区, 其盐基离子随水溶淋的现象也十分显著。同时, 盐基离子的溶淋现象必须要在酸根阴离子的伴随下才能发生, 其中酸根阴离子主要有HCO3-、NO3-、SO42-、H2PO42-等。一般在中性土壤中, HCO3-占主要的优势地位, 受到p H和土壤空气中CO2含量的影响。在自然体系中, 处于平衡状态的土壤溶液p H值约为5.6, 而通过研究发现, 要想通过盐基溶淋突进来影响土壤的酸化, 其p H值最小大约为4.5。
酸性沉降物影响导致的土壤酸化反应与自然环境影响之下发生的土壤酸化反应有所不同, 主要是因为在自然环境的影响之下, 有强酸的输入。酸雨的酸性较强, 一般情况下, p H指为4.0的酸雨中, SO42-的含量大约为100μeq·L-1, 其中的盐基离子含量远远多于酸性沉降去中的盐基离子含量。另外, 在酸尘、酸雾之中, SOX、NOX等在土壤之中也会在很短的时间之内发生氧化反应生成强酸, 从而增加土壤中盐基离子总量, 强化土壤中的酸化作用。
2.5 与酸沉降诱发的酸化有关的土壤化学特点
土壤在受到土壤沉降物冲击的情形之下, 最先表现出来的就是土壤溶液的p H值下降。这是因为酸性物质的沉降直接向土壤中输入了酸, 活化了土壤中的铝组分。通过研究, 可以发现:酸沉降诱发酸化反应驱使的铝活化能够使已经淀积的有机铝重新活化发生移动, 从而释放到渗透水之中, 进而移动到自由水体之中。而有机铝的释放能够中和土壤中酸的输入, 其反应先是发生在覆盖层, 之后推向表土层, 最终推向底土层。在这个反应过程之中, 土壤溶液的离子强度得到了明显增加, 这是因为土壤溶液中阴离子浓度的提高同时也会使得阳离子浓度得到相同程度的增加, 使得溶液中的NO3-、SO42-等离子的比例升高, 与之对应的, 高价阳离子在土壤溶液中所占的比例也有了明显的提升。
但是在土壤之中, 铝活化的程度也会受到一定的制约, 这主要是受到土壤中铝固相溶液度常数 (KAl) 和交换复合体中AlCa选择性常数 (KS) 大小的影响。土壤的化学特点产生差异, 土壤的KAl和KS就有所不同, 其铝活化的程度有所差别, 酸沉降诱发的酸化反应程度也会不同。
2.6 土壤对酸化冲击的敏感度
用于表示土壤对酸化冲击的敏感度指标有四种:阳离子交换量、盐基饱和度、管理措施和土壤剖面中游离碳酸盐的存在情况, 其中盐基饱和度无法直接计算, 一般施用土壤p H值来进行估算, 管理措施主要有施肥、施用石灰、洪淤或者加入其他物质等几种方式。而进行进一步的划分, 又将土壤对酸化冲击的敏感度分为了两种:一是在土壤中, 对于盐基离子损耗所表现的酸化的敏感度;而是对土壤p H值发生变化所表现出来的酸化的敏感度。
首先, 从盐基阳离子的损耗角度来讲, 酸性沉降物输入对于土壤盐基损耗的强度主要取决于土壤中阳离子的交换量和盐基的饱和度, 所以对土壤盐基离子损耗而酸化最敏感的土壤的盐基饱和度高而阳离子交换量小。另外, 从土壤p H值发生变化的角度来讲, 酸性沉降物的酸输入较高, 其中含有较多的盐基, 使得土壤酸化减弱, 进而引起土壤p H值的变化, 一般表现的较为敏感的是盐基饱和度低且阳离子交换量低的土壤。
3 改善土壤酸化情况的措施
结合对于土壤酸化过程的化学分析, 可以知道土壤的酸化主要表现在盐基损耗、p H下降以及铝活化三个方面, 而要想延缓土壤的酸化, 要做到的就是增加盐基离子比例, 升高p H值以及阻碍铝活化程度。而具体的操作措施, 也可以分为三方面:其一, 增施有机肥, 这样能够增加土壤中有机物质的含量, 进而增加盐基离子比例, 提高土壤肥力, 同时也起到了改善土壤结构及通透性的作用, 从而促进根系微生物的活动, 增强土壤溶液的溶解度, 使土壤中难溶性的矿物质元素能够更好的溶解, 从而达到延缓土壤酸化的目的;其二, 增施碱性肥料, 提升土壤的p H值, 一般的碱性肥料有石灰粉、草木灰、碳酸氢铵、钙镁磷肥等, 能够有效中和酸性, 改善酸性土壤;其三, 施用化学药剂, 减缓铝活化, 施用的化学药剂一般为地管家克酸, 其施用方法有淋施 (稀释500-1000倍地管家克酸) 和冲施 (将原液稀释50倍以上随水冲施, 每亩使用3-5升) 两种, 能够有效调理土壤酸性, 改善土壤环境, 从而提高作物产量及品质。
4 结语
土壤的酸化对于土壤生态环境甚至整个自然环境都有不利的影响, 同时, 近年来由于生产需要, 各种人为因素也对自环境造成了一定的危害。通过对土壤酸化过程的化学分析, 可以知道土壤酸化主要表现在盐基损耗、酸碱度下降以及铝活化三方面, 其土壤成分的化学组成也发生了本质变化。我们应当结合土壤酸化过程中的化学变化, 制定出能够改善土壤现状的计划, 从而采取具体的措施, 改善土壤, 提高作物产量以及质量, 促进土壤生态系统的平衡发展。
摘要：土壤的酸化, 是指由于土壤吸收性复合体接受了交换性的氢离子或铝离子, 从而造成土壤的p H值降低, 形成了酸性土壤。由于土壤性质的改变, 其生物活性也发生了重大变化, 使得土壤中的营养成分降低, 其中的一些碱性离子, 如锰、镁等离子溶淋消失, 最终对作物产生毒害作用。本文从土壤酸化过程的角度出发, 简要分析了加剧土壤酸化的因素, 并且对于土壤的酸化过程进行了具体的化学分析, 从中了解到在土壤酸化过程中其化学成分的改变, 总结出改良酸性土壤的措施, 为改善土壤环境, 提高作物产量奠定一定的理论基础。
张掖城市湿地土壤含水量特征 篇8
一、研究区概况及样品测试方法
㈠区域概况张掖市属北温带大陆性干旱气候, 具有降雨稀少、蒸发强烈、昼夜温差大、日照时间长、四季分明等气候特点。张掖市北郊湿地位于河西走廊中部的黑河冲洪积扇前缘地带, 东径100°22′30″~100°33′45″, 北纬38°52′30″~39°04′00″, 在全部湿地中, 天然湿地 (包括河流水域、草本沼泽、内陆盐沼、泛洪平原湿地等) 占91%, 人工湿地占9%, 湿地内植物有以木贼科、蓼科、藜科、毛茛科、豆科、禾本科等为主的水生植物44科214种, 主要为芦苇、苔草、灯心草、香蒲等。
㈡样点布设本研究采用GPS定位技术, 以张掖市等13幅1∶10000地形图为基础底图, 对研究区土壤进行定点取样, 水平面取样时以均匀分布为原则, 同时兼顾植被类型、地下水埋藏深度等因素, 原则上每1千米取一个点, 在此基础上按500米间距加密取样。为了探明土壤含水量的垂直变化规律, 选择两条相互垂直的典型样线, 共布设13个样点采集测试土壤含水量, 每个样点挖至地下水出露。土壤取样层次为0厘米~10厘米、10厘米~20厘米、20厘米~30厘米、40厘米~50厘米、60厘米~70厘米、90厘米~100厘米、120厘米~130厘米、150厘米~160厘米、180厘米~190厘米、210厘米~220厘米、260厘米~270, 厘米共取样点114个。采样时间为2009年4月~5月, 耕地还未灌溉, 湿地土壤含水量基本处于天然状态。
㈢样品测试方法采用烘干法, 将自然湿土中的水分经保温105℃的烘箱中烘至恒定质量, 计算样品中损失的质量与烘干土质量的比例, 即得土壤质量含水量。计算方法为:
式中ω为土壤含水量﹙%﹚;mw为含水分的质量;ms为干燥土壤质量土壤样品。烘干法是测量土壤水分的最普遍的方法, 也是标准方法, 用它来测定土壤质量含水量精度较高。
二、结果与分析
㈠土壤水分补给条件研究土壤水分补给条件主要是研究包气带水分补给条件, 包气带水分补给有三种方式:一是地下水通过毛细水形式补给;二是大气降雨及凝结水入渗补给;三是灌溉系统入渗补给[3]。根据对张掖城市湿地的研究, 张掖市北郊湿地范围内年降水量远小于蒸发量, 据张掖气象站1951年~2007年多年观测资料统计, 张掖市多年平均气温7.2℃, 降水量128.2毫米, 蒸发量2020.2毫米[2]。在人工湿地中, 灌溉水入渗补给对土壤含水量的影响较大, 而在天然湿地中它的影响则较小, 所以湿地内毛细水补给包气带水分是主要的补给条件。
㈡地下水位埋深对土壤含水量的影响张掖湿地位于冲洪积细土平原区, 地层岩性以亚砂土、亚粘土和下部的中细砂为主, 组成地层的岩土颗粒松散, 为毛细水上升提供了良好的运移环境。由于近年来张掖地下水位的不断上升, 使湿地地下水位埋深 (包气带厚度) 不断减小。通过对不同地下水位埋深区土壤含水量测定, 发现土壤含水量在水平分布上表现为地下水位埋深越浅, 土壤含水量越大;当地下水位埋深为0.55米时, 地表0米~0.1米土壤层含水量为39.7%;当地下水位埋深为2.15米时, 地表0米~0.1米土壤层含水量为19.9% (见表1) 。在垂直分布上表现为越靠近地下水位埋深, 土壤含水量越大 (见表2) :当地下水位埋深为1.97米时, 1.9米~2.0米时的土壤含水量最大, 为30.4%。通过对实验分析得出, 湿地内的水位埋深 (包气带厚度) 是影响土壤含水量的主要因素之一。
㈢土壤质地对土壤含水量的影响经对研究区内布设的13个土壤含水量剖面的测定, 发现土壤岩性不同, 土壤含水量也有较大差异 (见表3) 。
粘土的含水量比粉砂的含水量大, 亚粘土的含水量比亚砂土的含水量大, 并且粘土含水量比亚粘土的含水量要大, 粉砂的含水量比亚砂土、中细砂的含水量大, 说明土壤含水量不但与岩性关系密切, 而且与土壤岩性结构也有很大关系, 其特征是组成土壤及其下垫层的地层颗粒越粗持水性能越差, 含水量越低, 相反, 细颗粒地层持水量较大含水量较高, 其原因主要是因为粗颗粒地层对水作用的毛细负压小于细颗粒地层对水作用的毛细负压。在细颗粒土壤中水在重力作用下向下渗流, 途中遇到粗颗粒物质时, 由于粗颗粒物质的空隙大, 对水作用的毛细负压远小于周围细颗粒地层的毛细负压, 界面上存在较大压差, 在其作用下水流不会进入其中, 而是绕过粗颗粒物质, 继续向下渗流, 这一现象充分的证明了土壤岩性及结构与含水量的密切关系———土壤颗粒越粗含水量越低, 也说明土壤的质地是影响土壤含水量的主要因素之一。
㈣植被对土壤含水量的影响张掖市北郊湿地植被品种繁多, 有以木贼科、蓼科、藜科、毛茛科、豆科、禾本科等为主的水生植物44科214种。实验测定发现, 在芦苇覆盖率高的地段, 土壤含水量比芦苇覆盖率低的地段要高。这是因为芦苇在生长发育过程中不断吸取地下水补充水分, 或通过冠层拦截降水, 影响土壤水分补给。同时, 地表植被以草本植物为主且覆盖率较高的地段, 土壤含水量相对也较高。而木本植物生长的地段, 诸如沙枣、红柳林地覆盖率较低, 含水量也相应较低, 因为木本植物的蒸腾量大于草本植物的蒸腾量, 木本植物根系吸取和消耗了土壤中更多的水分, 从而使土壤含水量降低[2]。经过研究发现, 湿地内地表植被的类型、发育程度的不同对土壤含水量也会产生影响。
㈤大气降水和人为因素对土壤含水量的影响大气降水入渗补给包气带水分, 使地表土壤含水量在空间分布上表现出随着包气带厚度的增大而减小的趋势。这是由于在降雨期, 大气降水直接由地表入渗, 地表土壤含水量增大, 随着降水的入渗, 地表土壤含水量逐渐减小, 下部地层土壤的含水量逐渐增大;随着降水入渗的减少和蒸发作用的影响, 土壤含水量在空间分布上又表现为逐渐减小[4]。
在张掖北郊全部湿地中天然湿地占91%, 人工湿地占9%。人工湿地与天然湿地土壤水分的补给方式有着很大的不同。农作物根系较浅, 依靠毛细水和匮乏的大气降雨无法满足农作物生长对水分需求, 因此灌溉就成了人工湿地土壤水分主要的补给来源, 大气降雨和毛细水则显得无足轻重, 且土壤含水量是在快速增长和缓慢消退交替中进行的, 其补给过程是短暂而快速的;而天然湿地土壤水分的主要补给则是毛细水上升和大气降雨[4]。在4月底~5月上旬进行采样经过统计分析, 此期内人工湿地含水量平均值略大于天然湿地含水量平均值 (见表4) 。从表4中可知, 在相同深度下人工湿地地表0米~0.5米比天然湿地土壤含水量大, 人为因素对土壤含水量的影响也比较明显。
三、结论
张掖北郊湿地土壤含水量影响特征分析表明, 湿地区内地下水位埋深 (包气带厚度) 、土壤的质地、植被类型和发育程度以及人为因素 (灌溉水入渗) 是影响土壤含水量的主要因素。土壤含水量在水平分布上, 随着水位埋深的减小, 土壤含水量逐渐增大;在垂直分布上, 越靠近地下水位埋深土壤含水量越大。土壤含水量不但与岩性关系密切, 与土壤岩性结构也有很大关系, 土壤颗粒越粗, 土壤含水量越低。植被覆盖率较高的地段土壤含水也较大, 同时由于草本植物蒸发量小于木本植物, 所以草本植物覆盖的地段土壤含水量比木本植物覆盖地段要高。人为因素 (灌溉水入渗) 对人工湿地土壤含水量也有明显的影响。
摘要：土壤含水量取决于地下水位埋藏深度、土壤质地、地表植被类型以及土壤水分的补给条件, 张掖湿地土壤含水量的研究中, 考虑到包气带水分补给条件:一是地下水通过毛细作用的补给;二是大气降雨及凝结水入渗补给, 三是灌溉系统入渗补给的影响因素, 利用土壤含水量的实验测定数据, 综合分析了地下水位埋深、土壤质地、植被类型及土壤水分的变化对张掖湿地土壤含水量的影响特征。
关键词：张掖城市湿地,土壤含水量,补给条件,地下水位埋深,土壤质地
参考文献
[1]郭忠升, 邵明安.土壤水分植被承载力初步研究[J].中国学术期刊文摘, ⑿.
[2]许士国, 刘盈斐, 等.扎龙湿地包气带土壤水分垂直运移的稳定同位素研究[J].水文, 2006, ⑸.
[3]莫献坤, 李天宏, 李振山.近40年来玛纳斯河流域土壤水分补给量的变化分析[J].自然资源学报, 2006, ⑹.
泰莱盆地土壤地球化学异常评价分析 篇9
泰莱盆地的成土母质按沉积形式可分为残坡积、洪积、冲积和混合相沉积等。在残坡积物中, 根据母质的物源不同又分为酸性岩类、基性岩类、砂页岩类和石灰岩类等[1]。根据山东省第2次土壤普查土壤分类系统, 工作区土壤类型主要有棕壤、褐土、粗骨土、砂姜黑土和潮土5个土类。
2 土壤地球化学异常查证
2.1 异常的识别
地球化学异常是与背景相比显著不同的地球化学分布模式。相关研究表明, 各类土壤地球化学异常的成因复杂多样, 从理论上讲可能有自然高背景、次生地质作用叠加, 人为环境污染以及这些作用的复合类型。不同成因的地球化学异常的指示意义和生态环境效应差异很大[2]。
土壤中元素的全量是基础, 利用土壤中元素的全量分布估计某元素过量或过低异常区的下限或上限, 将有利于潜在有害区的圈定和描述。
根据数理统计学原理, 对某元素过量或不足有害可用下式计算: 0±2S。
0:背景平均值, 经X±2S逐步剔除后的算术平均值。
S:标准离差
2.2 各元素异常分布特征
本次调查主要是对环境影响明显的高异常元素进行, 分析了泰莱盆地的地质背景、土壤类型、土地利用方式等因素, 确定了As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni这6种元素按各盆地土壤元素含量的0+2S为阀值圈定高值异常区域, 各元素异常区域分布主要在泰莱盆地莱芜地区, 涉及的地区有范镇、杨庄镇、口镇、张家洼镇、牛泉镇、方下镇、莱芜市区和高庄镇等地区。
2.3 异常的成因推断解释
按其成因不同可分为地质背景异常、矿产开采异常、人为污染异常和多种因素的叠加综合异常。
2.3.1 地质背景异常
自然地质背景异常是指土壤形成过程中本身所产生的异常。其分布形态受河流流域、物质来源、地形地貌、沉积分异及土壤类型的控制, 产出面积较大, 含量均匀, 耕层与深层基本一致, 多为综合异常且元素组合与其地球化学性质相符。Pb、As、Sb、Cd等元素几乎全部分布于古生界地层中, 特别是As、Cd、等异常, 明显受古生界地层控制;Zn与各时代闪长岩关系密切;Hg与古生界和中生界、新生界关系较密切, 城市周围Hg异常是由污染引起的;Cr异常受白垩系的控制尤其明显。如大王庄-寨里Cd高异常区Cd含量473 mg/kg, 远高于泰莱盆地平均值162 mg/kg, 主要是受成土母质和地形地貌影响, 并且垂向剖面元素含量变化不大。
2.3.2 矿产开采异常
矿产开采使得原有环境的改变, 由于对矿区的土地和植被破坏、水土流失、三废的排放等, 使矿区周围的土壤受到外源物质入侵, 矿点矿化点周围土壤中与成矿有关的Pb、Cu、Zn、As、F等相对含量较高。如南冶-潘西煤矿Cu、Pb高异常区中Cu、Pb含量分别为47.3 mg/kg和34.7 mg/kg, 远高于泰莱盆地平均值26.2 mg/kg和28.2mg/kg, 主要是由潘西煤矿引起。
2.3.3 人为污染异常
主要指平原区的一些非点源污染和在居民点和厂矿周边的点源污染, 由于人类的生存活动, 每年有大量废气、烟尘等污染物质排放到大气中。这些污染物质通过降尘、降雨等途径, 由于盆地地形关系, 污染物质不易扩散而沉降, 降尘最终进入土壤表层, 一些元素在表层累积明显。在城镇周围土壤中, 一些元素含量明显增高。如泰安市区周围的Pb、Cu等、莱芜市区周围的Pb、Cu、Zn等。农药化肥的使用对土壤也有很大的污染。一般情况下, 农田长期过量施用农药化肥, 使得As、Cd、Cu等重金属元素在土壤中产生累积, 对土壤环境产生影响。
2.4 土壤地球化学异常环境评价
通过对异常区内土壤样品测试分析, 发现As、Cr、Cu、Pb等元素在该区域表现为高异常值。样品数据的统计分析结果见表1。
由表1可知:异常区的Ni、Pb平均值含量分别是泰莱盆地的1.2倍与1.38倍。通过对比表明表层土壤接受了大量的外源物质, 致使这些元素的含量骤升。
2.4.1 土壤环境质量综合评价
按国家《土壤环境质量标准》 (GB15618-1995) , 选择Cd、Hg、Cu、As、Pb、Cr、Zn、Ni对异常区进行土壤环境质量综合评价。评价方法采用“一票否决法”, 首先确定单因子环境质量分级, 然后综合单因子评价结果, 进行异常区土壤环境质量综合评价。评价结果见表2。
异常区土壤环境质量综合评价结果表明, 异常区内土壤环境质量等级以二级为主, 占异常区土地面积的64.3%, 三级土壤主要分布在在莱芜市区东南, 南冶-潘西煤矿一带。
2.4.2 生态环境影响评价
土壤环境、水环境的最终影响于农作物, 通过对本异常区内的小麦、玉米、生姜、葱、花椒等农作物进行分析测试 (表3) 可知, 异常区内的农作物重金属元素含量均没有超标, 葱、生姜达到国家无公害蔬菜标准。
通过对异常区进行异常查证, 对该区的地质构造、地貌、土壤母岩母质等进行了实地调查, 发现范镇太平官庄至大辛庄一带分布有大蒜加工厂、农药化工厂及造纸厂, 这些工厂通过大汶河及支流排污, 使得周围土壤受到不同程度的污染, 致使本区的As、Pb、Cr、Cu、Ni等元素的超标。调查还发现在南冶—潘西煤矿一带, 由于煤矿的开采, 使得周围的土壤也受到一定程度的污染, 本区的Pb、Cr、Cu、Ni等元素的超标应该是煤矿开采引起的。
mg/kg
3 治理建议
通过对异常区的土壤基准值分析, 导致该区土壤重金属富集的主要原因为工矿企业的废水排放。重金属是相对难在土壤中迁移的污染物, 当其输入土壤后总是停留在表层或亚表层很少迁入底层, 一般重金属在土壤中大多数呈固体沉淀或固体结合态, 所以它可以随土体中固相的冲刷或淋洗而发生迁移, 因此致使污染源周围大面积土壤中元素超过土壤基准值。
重金属污染治理一般采用农业治理方法。主要有以下几点。第一, 控制土壤水分, 通过控制土壤水分来调节其氧化还原电位 (Eh) , 达到降低重金属污染的目的。第二, 选择化肥, 在不影响土壤供肥的情况下, 选择不含重金属的化肥;增施有机肥, 有机肥能够固定土壤中多种重金属以降低土壤中重金属的活性。第三, 选择农作物品种, 选择抗污染的植物和不要在重金属污染的土壤上种植进入食物链的植物;因地制宜地种植玉米、水稻、大豆和小麦等, 因为重金属在作物体内分配规律是根>茎叶>籽实。第四, 合理利用农业生态系统工程措施, 可以保持土壤的肥力, 改良和防治土壤重金属污染, 提高土壤质量, 并能与自然生态循环和系统协调运作。
参考文献
[1]孙文广, 刘丰武, 冷旭勇, 等.山东省泰莱盆地农业生态环境地质调查报告[R].济南:山东省第一地质矿产勘查院, 2009.
土壤地球化学特征 篇10
关键词：土壤电阻率,饱和度,NAPLs污染物
1引言
我国环境保护部连同国土资源部在2005年4月~ 2013年12月首次关于全国土壤污染状况调查的结果显示[1], 全国土壤环境状况总体不容乐观, 工矿业废弃地土壤环境问题突出, 而大量石油化工企业的地下储油罐渗漏的有机污染物是地下水和土壤污染主要来源之一[2]。目前, 将泄漏于土壤或含水层且与水不溶的有机液体 (NAPLs) 统称为油类。由于石油化工企业的存在, 此类物质不可避免的会渗入土壤而造成污染[3~6]。 因此, 对油类污染土壤进行检测和修复是亟待解决的问题。电阻率法是通过监测电阻率差异来确定土壤介质导电性, 作为判断土壤污染的依据。土壤电阻率是土壤的一种基本物理特性[7], 指在单位长度土壤在一定电场作用下电阻的平均值。一般用ρ表示土壤电阻率, 单位为 Ω·m。
电阻率法调查土壤污染具有快速无损等特点, 近年在土壤污染调查中也扮演着重要角色[8~13]。目前, 在土壤污染调查中已存在电阻率法的应用实例, 如2005年, 台湾国立中央大学的王子宾[14]使用高密度电阻率法对一DNAPLs污染场地探测并取得了较理想的效果。说明电阻率法调查土壤污染问题是具有可行性的。
通过实验了解了土壤电阻率的主要影响因素, 结合室内NAPLs污染土模拟实验探究污染土的电阻率变化特征关系, 可为今后利用电阻率法判断污染场地的污染程度提供理论依据, 进而提高污染场地调查效率。
2实验材料与方法
2.1实验材料
实验所用土样选取上海某地区常见的不同深度的浅层土, 编号为1号土样和2号土样, 在进行实验前需对土样进行风干, 粉碎, 过2mm孔径筛子等预处理。土壤的基本性质指标见表1。并进行室内模拟NAPLs污染实验, 选取的NAPLs污染物为毒性较小的正己烷和四氯乙烯, 正己烷与轻质油类污染物类似, 属于常见的LNAPLs污染物, 四氯乙烯为DNAPLs污染物。
2.2实验方法
测定土壤电阻率使用的是改良过的米勒土壤盒 (Miller Soil Box) , 材质为有机玻璃 (见图1) 。其内部尺寸长、宽、高分别为16cm、5cm、4cm。两端电极是厚度为0.2mm的铜片;中间两电极为长6cm、直径2mm的铜导线, 两电极间之的距离为8cm。测量电源由12 V交流电适配器提供, 测量数值由多功能数字万用表显示。土壤电阻率测量的方法为四极法, 该法是土壤污染研究中较理想且常用的方法之一, 其测试电路见图2。 在A、B之间引入电流IAB, 测量M、N之间的电压UMN, 以UMN/IAB作为电阻值, 被测土壤样品的电阻率ρ根据式 (1) 进行计算。
式中:ρ为电阻率, w为米勒盒内宽, h为米勒盒内高, U为MN间的电压, I为通入的电流强度 (A) , l为MN之间的距离。
土壤电阻率在很大程度上取决于土的孔隙水电阻率, 饱和度的大小直接影响土壤电阻率。目前, 关于土壤饱和度Sr的计算使用的公式[15]为:
式中:
W—土的含水率,
ρs—土壤密度,
f—孔隙度,
ρw—水的密度。
用 (2) 式计算Sr时, 令ρw=1, 即简化为:
2.3实验内容
土壤的导电过程主要涉及两种途径:通过孔隙水导电和颗粒表面导电。笔者主要从土壤类型, 含水饱和度, 土壤颗粒组成, 污染物种类及含量等因素探究土壤电阻率的变化规律。实验包括以下内容:1为探究土壤含水饱和度变化 (主要从干土到饱和土壤) 与土壤电阻率之间的响应特征关系, 笔者进行了一系列室内模拟实验。将土壤的含水率配制为5.0%、7.5%、10.0%、12. 5%、15.0%, 依此类推直至土壤达到饱和, 通过 (3) 式将含水率换算成土壤含水饱和度, 分别计算在不同饱和度条件下的1号和2号土样的电阻率;2通过比重计法分析土壤颗粒组成, 实验方法参照NY/T1121.3-2006; 3室内模拟典型NAPLs污染物侵入土壤电阻率变化实验, 选取两种常见的NAPLs有机污染物正己烷和四氯乙烯。称取等量烘干未污染的1号和2号土样各两份, 在室内装入米勒盒内。依次加入0、2.5、5.0、7.5、 10.0、15.0、20.0、25.0mLNAPLs污染物, 计算各土样电阻率值。
3结果与讨论
3.1饱和度与土壤电阻率特征关系
图3为电阻率与饱和度的响应关系曲线, 可知, 两种土壤电阻率都是随着饱和度的增加而逐渐降低。理论上而言, 当饱和度达到某一值时, 饱和度继续增加导致的土壤电阻率变化已不明显, 电阻率降低趋势逐渐趋于平缓, 这一数值, 通常称为饱和度临界值Scr, 即保持土壤颗粒周围能够形成连续水膜的土体最小含水量, 当土壤含水量小于临界值时, 土壤的电阻率增加明显。
从图3可以看出, 1号土的饱和度临界值Scr约为70.0%, 对应的电阻率为15.8Ω·m, 2号土的饱和度临界值Scr约为60.0%, 对应的电阻率为52.5Ω·m, 在相同含水饱和度条件下1号土样的电阻率始终大于2号土样的电阻率, 对于不同土壤而言, 其饱和度临界值并不相同, 对应的电阻率也存在较大差异。
3.2土壤颗粒组成分析
根据前人已有研究成果知, 土壤电阻率主要有两部分组成:孔隙水的电阻率和土壤颗粒的电阻率[16~18]。 土壤颗粒电阻率与土壤的颗粒组成相关, 因此进一步对两种实验土壤作颗粒组成分析。
图4为实验土样的粒径分布曲线。经计算1号土样中粒径为0.02~2mm颗粒占总量的11.0%, 0.002 ~0.02mm颗粒占总量的53.0%, <0.002mm颗粒含量的36.0%;2号土样中粒径为0.02~2mm颗粒占总量的9.0%, 0.002~0.02mm颗粒占总量的51.0%, < 0.002mm颗粒含量占总量的40.0%。比较可知, 2号土样细颗粒多于1号土样, 其中两者粘粒 (<0.002mm颗粒) 含量相差4.0%, 且通过饱和度和电阻率的实验结果可知, 同一饱和度下, 1号土样电阻率始终大于2号土样电阻率, 如饱和度为60.0%, 1号土样电阻率为52.5Ω·m, 2号土样电阻率为15.8Ω·m。土中粘粒的存在可通过三个途径来影响土的电阻率:1粘粒含量的增加导致孔隙率的降低, 从而增加了土的电阻率;2粘粒的存在意味着含有导电性粘土矿物, 这将导致土的电阻率降低;3粘粒含量的增加导致整个土的比表面积增大, 有利于土壤电导率的增加, 电阻率降低[18]。正是基于上述3个影响因素, 同一饱和度下测定的2号土样电阻率结果低于1号土样的。
3.3 NAPLs污染物对土壤电阻率的影响
采用正己烷和四氯乙烯作为典型的LNAPLs和DLNAPLs污染物加入1号和2号土壤中, 观察土壤电阻率的变化特征。
图5为正己烷和四氯乙烯在加入1号和2号土壤后, 污染物含量与土壤电阻率之间的变化关系曲线, 随着污染物侵入量的增加, 1号土样和2号土样的电阻率都呈现指数形势增大。其中1号土电阻率与正己烷含量相关关系为y=29.663e0.0167x, R2=0.783, 与四氯乙烯含量相关关系为y=11.963e0.0024x, R2=0.921;2号土电阻率与正己烷含量相关关系为y=27.386e0.013x, R2= 0.9717, 与四氯乙烯含量相关关系为y=12.468e0.0084x, R2=0.9198, 相关性较高。这是由于污染成分的介入使得水中成分增加或孔隙水被NAPLs污染物代替, 导致污染土的电阻率和正常土电阻率存在差异。 因为NAPLs污染物的电阻率远远大于土壤介质, 当其侵入土壤后与土壤孔隙水接触, 发生迁移且NAPLs污染物不溶于水, 使得土壤孔隙水之间形成隔膜降低了孔隙水的连通性, 使原本连续性好的孔隙水形成间断, 导电性能下降, 从而使得整个土体电阻率呈现增大的趋势, 这与白兰等[19]关于汽油污染土壤电阻率的变化特征类似。
从图5可以看出, 1号土在加入25mL正己烷和四氯乙烯后土壤电阻率分别增加了64.6%和39.7%, 而2号土增加了24.1%和24.0%, 1号土样土电阻率随着污染物的量增加变化幅度明显大于2号土样, 这是因为1号土的黏粒含量小于2号土, 孔隙度相对较大, 所以污染物更易侵入到孔隙中, 从而导致整个土壤体系电阻率变大明显。
比较1号土加入正己烷 (LNAPLs) 和四氯乙烯 (DNAPLs) 的电阻率变化趋势, 发现加入正己烷的土壤电阻率变化程度要大于加入四氯乙烯土壤, 在加入25 mL正己烷时, 1号土和2号土电阻率分别为42.5Ω· m和14.4Ω·m, 分析这一变化的原因, 可能是实验所用正己烷的电导率要小于四氯乙烯, 一般而言纯正己烷的电导率约为1.0×10-18S/cm, 而四氯乙烯的电导率5.55×10-6S/cm, 四氯乙烯的电导率值远大于正己烷, 因此当土壤中侵入等量的正己烷和四氯乙烯时, 含有正己烷土壤的电阻率要大于四氯乙烯土壤。
同样地, 2号土加入正己烷后的土壤电阻率变化程度要大于加入四氯乙烯土壤, 但是整体变化幅度要小, 这是由土壤本身的电阻率特性所决定的, 2号土的电阻率远小于1号土, 因此侵入污染物后, 引起电阻率绝对值变化要小。
4结论
简要介绍了电阻率法测土壤电阻率的方法和原理, 通过室内模拟实验深入分析了影响土壤电阻率的主要因素, 揭示了土壤电阻率主要影响因素有土壤类型、含水饱和度、颗粒组成等。并进行了室内模拟NAPLs污染土随污染物增加电阻率的变化特征关系。获得的结论主要有以下几点。
(1) 土壤电阻率随着含水饱和度的增加逐渐降低, 在含水饱和度较小时, 较小的饱和度增加会使得土壤电阻率大幅度降低, 且当饱和度达到某一数值后, 土壤电阻率变化趋于平稳。
(2) 不同土壤电阻率存在差异, 这与土壤含水饱和度、孔隙度以及颗粒组成等因素有关。通过1号和2号土样的颗粒粒径分析结果可知, 土壤细颗粒含量越多, 尤其是粘粒含量越多, 其土体电阻率越小。
(3) 模拟NAPLs污染土壤实验表明, 土壤电阻率随NAPLs污染物含量增加呈指数形式上升, 且不同土壤其电阻率变化范围存在较大差异。对于不同种类污染物, 同种土壤其电阻率变化特征类似, 但土壤电阻率变化幅度存在一定差异。
