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土壤重金属污染修复技术应用现状与展望
朱晓丽;寇兵;柯玉鑫;司绍诚;由于采矿、金属冶炼及化工生产等人类活动向土壤中输入了大量重金属，导致了土壤质量下降和功能退化，土壤重金属污染治理已成为当前的重要研究热点之一。然而，受污染程度、污染范围及修复成本等多种因素影响，各类修复技术在实际应用方面仍然存在一些短板。基于此，本文概述了现有土壤重金属修复技术在修复机制、优缺点及应用现状等方面的研究动态，阐述了不同技术的发展前景。其中，物理修复在周期和效率上的优势难以弥补其在成本和对土壤破坏方面的应用劣势，化学稳定对重金属的持久钝化作用还需长期监测，而生物修复的应用场景和强化措施仍有待完善，而结合不同修复技术特性的联合修复方法可显著提高重金属污染土壤的修复效率，并降低能耗，具备更好的发展潜力与应用前景。此外，对重金属修复技术的研究方向提出了展望，以期为土壤污染阻控及防治工作提供一些理论依据。
改性凹凸棒土对Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的吸附性能
申保收;孙明奇;赵纪星;张世玉;黄玖玲;张嘉容;郭忠明;凹凸棒土因其优异的离子交换能力和络合特性，广泛应用于重金属吸附材料的研究与开发。本研究通过碱热改性技术，成功制备了一种重金属高效吸附材料(500-ATP-OH),该材料在吸附Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)方面性能优异。改性后的凹凸棒土通过离子交换作用，实现了晶体结构的优化，增加了材料的比表面积和孔容。研究结果表明，碱热改性处理后的凹凸棒土材料(500-ATP-OH)对Cd(Ⅱ)的吸附去除率高达99%,吸附容量为123 mg/g;对Pb(Ⅱ)的吸附去除率更是达到了100%,吸附容量高达331 mg/g。可见，500-ATP-OH作为一种低成本、环境友好型材料，在处理重金属污染水体方面有较大应用潜力。
油橄榄果渣土壤改良剂的制备及其在重金属污染土壤修复中的应用
朱坤垚;李明钰;李富松;汪生旭;李罗宇;曹瑜卓;王军强;油橄榄果渣是橄榄油榨取过程中产生的固体副产物。由于油橄榄果渣富含丰富的纤维素、半纤维素及木质素等难降解物质，从而限制了其资源化利用。微生物堆肥是我国农业废弃物处理的主要方式。然而，目前针对油橄榄果渣木质素和纤维素降解的微生物研究较少，使得油橄榄果渣的高效利用成为一大难题。基于此，本研究通过降解实验获取了2株油橄榄果渣纤维素和木质素的高效降解功能菌X4-1(肠杆菌属Enterobacter sp)和M7-2(热带假丝酵母菌Candida tropicalis)。将上述2种菌株用于油橄榄果渣发酵过程，制备得到了满足农业土壤肥料施用标准的有机肥。同时考察了接种重金属固定化菌剂后的有机改良剂对土壤重金属修复、作物生长及重金属富集效果的影响。研究结果表明，油橄榄果渣有机改良剂促进了青菜生长，提高了生物量。向Pb、 Cu和Cd污染土壤中施加有机改良剂后，青菜株高、鲜重和干重分别增加了4.80%～15.78%、10.02%～129.85%和7.70%～120.41%。此外，有机改良剂的施用有效降低了土壤重金属的生态风险，抑制了青菜对重金属的富集作用。相比于未施肥处理，施用有机改良剂后生长于重金属污染土壤的青菜地下部Cu和Cd含量分别降低了85.47%和34.10%,地上部含量分别降低了42.56%和54.68%。研究结果可为油橄榄果渣的资源化利用及重金属污染农田土壤绿色修复提供参考。
核桃青皮生物炭负载腐植酸对水中四环素吸附效应
喻洁;朱晓丽;张星;张子夜;柯玉鑫;张婵娟;针对废水中四环素类(tetracycline, TC)有机污染物，开发高性能吸附剂材料仍是环境研究的热点问题之一。核桃青皮作为一种农业废弃物，常被随意堆放在野外，既对周边生态环境产生影响，也忽视了其潜在的应用价值。基于此，以不同热解温度制备的核桃青皮生物炭(HF)为原料，通过负载腐植酸得到了3种生物炭-腐植酸复合材料HA-HF300、HA-HF500和HA-HF700,探究其对TC的吸附效应。试验结果显示，HA-HF700对TC表现出最佳的吸附性能，表征分析结果证实HA-HF700综合了2种材料的特性，具备更丰富的表面官能团和更强的芳香性，从而提高了复合材料的吸附性能。此外，HA-HF700在pH=3、材料投加量为1 g·L-1时，对TC表现出最强的吸附性能，实测吸附量达到76.20 mg·g-1。然而，当溶液中存在Mg2+、Ca2+、Na+和K+时，则会对HA-HF700吸附TC产生抑制作用。准二级动力学和Langmuir等温吸附模型更准确地描述了HA-HF700对TC的吸附过程。结合材料表征结果，认为HA-HF700对TC的吸附作用主要包括静电作用、氢键作用、π-πEDA相互作用和疏水作用。研究结论为废水中四环素类污染物的无害化处理提供了理论支撑。
主持人语
屈治国;张剑飞;<正>能源资源的绿色低碳转化与高效利用，是我国实现“双碳”战略目标、保障能源安全、推动高质量发展的关键路径，其理论与技术突破具有重大战略意义。为充分发挥多学科交叉融合优势，系统探索能源低碳转型的科学基础与关键技术，《西北大学学报（自然科学版）》特组织出版“能源资源的绿色低碳转化与高效利用”专题，聚焦能源高效利用、转化、集成与调控等核心环节，围绕油气开采过程能效提升、低碳制氢关键材料、低碳能源多能互补系统集成、城市综合能源系统优化4个方向展开深入探讨，系统呈现从装备革新、材料创新、系统集成到规划调控的全链条研究成果，旨在深入解析能源系统绿色低碳发展的内在机制，探求效率提升与碳排降低的协同路径，为构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系提供科学支撑。
新疆伊吾尖甲坡墓群SD15出土服饰残块及其附着残留物材质与结构
田璇;王译震;习通源;葛若晨;杨璐;对墓葬出土服饰残块及其附着残留物进行分析研究,可为揭示古代纺织工艺、服饰形制、丧葬习俗及文化交流提供重要的实物资料。为探究新疆伊吾县尖甲坡墓群SD15出土的服饰残块及其附着残留物的材质与结构,本研究使用超景深显微镜(SDM)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)对其进行分析。结果显示,服饰残块由3种不同形貌的纺织品和3类残留物(纺织品表层、夹层、里层)组成。3种纺织品材质均是桑蚕丝,其结构显示2种为绢,1种为重经锦,这与隋唐时期新疆地区日常服饰所用丝绸布料一致,3类残留物均为羊毛毡,由此推测墓主人身着内絮薄毡的丝绸服饰后被毛毡整体包裹下葬。研究结论为隋唐时期新疆地区服饰研究提供了新的线索,并为我国游牧民族葬俗研究提供了资料。
基于热红外响应的岩体传热分析与裂隙尺寸识别
吴艺凡;包含;吕洪涛;兰恒星;李黎;陈卫昌;晏长根;岩体出露裂隙的尺寸是评价岩体稳定性的重要指标。以含出露裂隙岩体为研究对象,通过室内试验分析裂隙尺寸对岩体温度场的影响,给出了划分裂隙边界的依据,基于一维传热理论推导了以岩体温度场、时间与裂隙深度为变量的公式,通过误差计算确定裂隙深度计算公式的适用范围。结果表明:通过辐射热激励的方式加热出露裂隙的岩体表面后,裂隙的隙宽和深度与红外图像中裂隙区域的最低温度相关性显著,且深度为主要影响因素,隙宽的影响系数不足深度影响系数的0.1倍;裂隙出露面积的识别误差可以控制在10%左右,随着隙宽的加宽,识别误差逐渐减小,最小值仅为0.2%;理论公式计算裂隙深度的误差随着加热时间的增加而减少,30 min的加热时长可保证深度40 mm以内的裂隙深度计算误差小于20%,增加加热时长至60 min可使50 mm深度裂隙的计算误差从24.8%降低至6.8%。综上,利用红外热成像技术探测出露裂隙的出露面积与深度具有较高的可行性,对于难以开展接触测量的岩体工程具有重要的应用价值。
土遗址开裂机理及形态研究
李艳红;刘轩成;闫海涛;周双林;调查了国内不同环境下土遗址的开裂状况,试图探究遗址开裂与土体性质之间的关系。对各遗址土样的物理性质、水理性质、化学组成及微观结构等进行检测,并在实验室对其进行自然环境下的开裂模拟试验,使用Matlab软件定量表征遗址土的开裂特征。结果表明,干旱环境下的土遗址以龟裂缝为主,影响遗址的展示;潮湿环境下的土遗址裂缝宽度大且深,严重影响遗址的安全性。结合土的物性参数分析发现,土的颗粒组成和矿物组成是遗址土体开裂发生的决定性因素,遗址的含水量变化是土体开裂的引发条件;黏粒组含量尤其是蒙脱石的含量越高,越易形成开裂;土的水理性质和微观组成是土颗粒组成和矿物组成的体现。室内的开裂模拟试验和现场开裂形态一致,Matlab定量结果显示苏家垄遗址和河伯所遗址裂隙率最高。因此,在遗址发掘初期,建议先分析土体性质,预估含水量降低过程中可能出现的状态,以预防遗址发掘中出现的因土体开裂导致的坍塌现象。
不同养护条件下合成水硬性石灰性能对比
张少昀;孙满利;李志鹏;水硬性石灰因其可持续性与材料相容性优势,近年来在建筑与文物保护领域受到关注,然而,因早期强度增长缓慢,限制了其在快速加固场景中的应用。以钾长石与石灰石共同煅烧制备的合成水硬性石灰K3为对象,在标准养护与加速碳化养护条件下,对比分析砂浆试件的收缩率、孔隙率、力学性能、弹性波速以及物相与微观结构演变规律。结果表明,加速碳化可显著改变K3的反应进程,28 d时试件孔隙率较标准养护降低约9.7%,抗折和抗压强度分别提高至3.20 MPa和12.54 MPa,弹性波速整体升高,反映出内部结构连续性与强度的增加。TG-DSC与SEM显示,碳化环境促进了Ca(OH)2的快速消耗和大量CaCO3的沉积,形成由CaCO3与C-S-H协同构建的致密复合骨架结构。研究表明,通过合理调控养护环境即可推动合成水硬性石灰实现早期强度与结构稳定性的显著提升,为石质文物和历史建筑遗存的快速加固与修复提供了可行路径。
敦煌石窟砾岩多尺度颗粒结构与孔隙特征
张慧慧;王彦武;郭青林;唐春安;石窟围岩的颗粒与孔隙结构特征直接影响石窟结构的长期稳定性。以敦煌石窟砾岩为研究对象,选取榆林窟东崖酒泉组砾岩,开展颗粒分析、矿物学检测与CT扫描试验。研究发现:(1)砾岩由大粒径砾石主导骨架(> 10mm占73.6%),细颗粒呈分级填充特征,颗粒形态以球形最常见,不规则颗粒导致局部孔隙形态复杂;(2)CT结果表明砾岩孔隙率平均约5%,但沿Z方向在0～41%之间剧烈波动,孔隙与喉道呈多尺度分布,中等尺度孔隙(约200μm)和较短喉道(约40μm)最为常见,孔喉比集中在2左右,体现出较好的连通性;(3)矿物构造表现为“硬砾石-弱胶结”状态,砾石以石英、长石为主,胶结物富含方解石和绿泥石,决定了其水敏性和易劣化特征。多尺度结构、孔隙网络与矿物相共同控制砾岩的渗透性与风化敏感性,为理解敦煌石窟围岩的耐久性及制定保护策略提供了科学依据。
鄂尔多斯盆地晚三叠世延长期沉积体系及岩相古地理演化
李文厚;庞军刚;曹红霞;肖丽;王若谷;目的查明鄂尔多斯晚三叠世延长期沉积体系、岩相古地理特征及演化规律。方法根据大量钻井、露头及岩芯资料,采用野外观察与室内研究相结合的方法。结果研究区在延长期发育的沉积体系有河流、辫状河三角洲、曲流河三角洲、湖泊及深湖浊积岩。在古地理演化过程中,长10期内陆湖盆开始形成,东西两岸两大三角洲裙初步形成;长9期湖盆快速下沉,湖区迅速扩大,三角洲多为破坏性的;长8期三角洲进一步发育;长7期湖岸线大幅度向外推移,西部浊积岩发育,东部三角洲面积明显减小;长6期湖盆面貌发生了显著的变化,深湖-半深湖面积大大减少,三角洲沉积体系极为发育;长4+5期继承了长6的沉积格局,三角洲建设进程减慢,三角洲大面积沼泽化;从长3期湖盆开始逐步淤浅、萎缩、消亡,河道逐渐发育;长2期分流河道发育;长1期由于差异沉降,在东部子长一带形成沉降中心,沉积了湖相浊积岩。结论在继续重视三角洲砂体的同时,也要加强深湖区浊积岩的勘探。
最小二乘法的创立及其思想方法
贾小勇;徐传胜;白欣;目的探讨最小二乘法的历史发展过程及其创立者的思想与方法。方法历史考察与数理分析。结果勒让德在先驱者解线性方程组的基础上,以整体的思想方法创立了最小二乘法;高斯由寻找随机误差函数为突破,以独特的概率思想导出了正态分布,详尽地阐述了最小二乘法的理论依据。结论两位数学大师异曲同工地谱写了数理统计学的新篇。相比之下,高斯把最小二乘法推进得更远、更深刻,这极大地促进了数理统计学的发展。
改进的模糊层次分析法
李永,胡向红,乔箭目的 改进传统的层次分析法。方法 将互反型判断矩阵改为模糊一致性判断矩阵,并把和行归一法或方根法与特征向量法结合使用,提出了改进的模糊层次分析法。结果 指出传统的层次分析法往往会导致判断矩阵不满足一致性条件,需要检验和修正,而且计算精度不高。改进后的模糊层次分析法既解决了判断矩阵的一致性问题,又解决了解的收敛速度及精度问题,以此求得与实际相符的排序向量。结论 改进传统的层次分析法较传统的层次分析法更加完善和行之有效,并符合人们的思维逻辑,形式简单,准确,且易建立。另外,由优先判断矩阵改造而成的模糊一致性矩阵满足一致性条件,无需再进行一致性检验,同时也可大大减少叠代次数,提高收敛速度,满足计算精度的要求,从而为多目标决策提供了较为可靠的决策方法。
乡村聚落空间结构的演变机制
范少言通过分析乡村聚落功能的历史演化，认为农业生产新技术、新方法的应用和乡村居民对生活质量的追求是导致乡村聚落空间结构变化的根本原因。并阐述了乡村聚落空间结构形态演化的３个基本阶段和演变的基本模式。
鄂尔多斯盆地上三叠统延长组物源分析
魏斌,魏红红,陈全红,赵虹根据重矿物组合、古流向和碎屑颗粒粒度等资料,对鄂尔多斯盆地上三叠统延长组物源区的母岩性质、物源方向及演变特征等进行了分析。结果表明:延长组沉积物主要来自两种类型的母岩,即深变质的结晶片岩和片麻岩、浅海相碎屑岩及碳酸盐岩;在延长组沉积早中期,主要物源来自北部和西南两个方向,而延长组沉积晚期,西南方向物源占优势,北部物源的影响明显减弱,而且物源南北分布特征明显。
最小二乘法的创立及其思想方法
贾小勇;徐传胜;白欣;目的探讨最小二乘法的历史发展过程及其创立者的思想与方法。方法历史考察与数理分析。结果勒让德在先驱者解线性方程组的基础上,以整体的思想方法创立了最小二乘法;高斯由寻找随机误差函数为突破,以独特的概率思想导出了正态分布,详尽地阐述了最小二乘法的理论依据。结论两位数学大师异曲同工地谱写了数理统计学的新篇。相比之下,高斯把最小二乘法推进得更远、更深刻,这极大地促进了数理统计学的发展。
改进的模糊层次分析法
李永,胡向红,乔箭目的 改进传统的层次分析法。方法 将互反型判断矩阵改为模糊一致性判断矩阵,并把和行归一法或方根法与特征向量法结合使用,提出了改进的模糊层次分析法。结果 指出传统的层次分析法往往会导致判断矩阵不满足一致性条件,需要检验和修正,而且计算精度不高。改进后的模糊层次分析法既解决了判断矩阵的一致性问题,又解决了解的收敛速度及精度问题,以此求得与实际相符的排序向量。结论 改进传统的层次分析法较传统的层次分析法更加完善和行之有效,并符合人们的思维逻辑,形式简单,准确,且易建立。另外,由优先判断矩阵改造而成的模糊一致性矩阵满足一致性条件,无需再进行一致性检验,同时也可大大减少叠代次数,提高收敛速度,满足计算精度的要求,从而为多目标决策提供了较为可靠的决策方法。
基于县域尺度土地利用碳排放的时空分异及影响因素研究
张杰;陈海;刘迪;史琴琴;耿甜伟;基于县域尺度研究土地利用变化导致的碳排放变化、空间异质性及影响因素，对推动土地利用方式向低碳化转变及制定合理有效的政策意义重大。该文以陕西省为例，估算县域1990—2015年土地利用导致的碳排放，探索时空变化的同时分析了不同县域的碳排放风险及其影响因素。结果表明，陕西省土地利用碳排放呈不断增加趋势，年均增长率为13.20%,其中建设用地是主要碳源，耕地的碳源作用不断减弱，林地是主要的碳汇，草地发挥着弱碳汇作用；1990—2015年各县域碳排放总量均出现不同程度的增加，且不同县域碳排放增量和碳排放风险差异显著，其中，市辖区的变化最为明显；GDP、城市化水平、高程、政策是影响陕西省县域土地利用碳排放的主要因素，且城市化水平对碳排放量的解释作用最大。
文化交流、传播与扩散的通道——以中国丝绸之路为例
薛东前;石宁;段志勇;郭晶;李玲;通过对中国境内丝绸之路的探讨,为丝绸之路沿线区域的文化建设,文化资源的开发与整合提供有力的依据。采用时空结合的方法,按照历史时间序列并从构成文化的不同层面梳理丝绸之路上文化的交流与融合,然后从文化传播的方式、时空演变特征以及扩散类型3方面分析文化的空间扩散过程。文化传播的主要方式有商品贸易、人员往来、宗教传播、战争;传播路径随时间不断更替,表现出显著的时空演变特征。物质文化交流与传播主要通过贸易进行,受不同历史背景和商品特质的影响,沿用不同的路线,以接触扩散和迁移扩散类型为主;艺术文化以宗教传播为手段,多为浸染扩散类型;宗教文化在时空演变过程中表现为多宗教并存,外来宗教多沿西北丝绸之路进入西域地区与本地文化融合后再向东传入中原地区,扩散过程受社会环境、民族迁徙的影响很大,采用了等级扩散、浸染扩散、迁移扩散等多种扩散类型相融合的复杂扩散方式。
寒武纪生命大爆发与地球生态系统起源演化
张志飞;刘璠;梁悦;胡亚洲;陈飞扬;张志亮;陈延龙;任心宜;姚金龙;李国祥;郭俊锋;华洪;生命活动加速地球有机界和无机界之间的循环,从而成为驱动地球生物圈、岩石圈和大气圈层物质循环和能量流动的主要动力。生态系统是由生物群落及其环境组成的统一整体,生物圈是地球上最大的生态系统。根据生态系统的组成及其演化阶段,综合全球重大地质事件和寒武纪大爆发动物界成型,本文提出地球生态系统可分为原始进化生态系统、初级进化生态系统和现代进化生态系统三大演化阶段。原始进化生态系统以陆核形成、成熟,早期超大陆聚合、裂解和潘基亚大陆形成早期阶段之前等不稳定大陆演化为地质背景,生物类群主要以蓝藻(又称蓝细菌)和真核藻类为生产者,以细菌微生物为分解者的2极食物链结构,生活底质仅以海洋底质(岩石)和沉积物为界面,在原始海洋中仅以海水、海底为介质的2相(液相和固相)生态环境,时间包括太古宙和元古宙的大部分地史时间,代表着以菌藻类初级生产者诱导的生态系统形成和演化,反映了生物圈与岩石圈物质循环的原始阶段。初级进化生态系统以冈瓦纳大陆聚合为地质背景,现代板块构造建立、全球板块联动,大陆风化加强,时间上包括埃迪卡拉纪末到早古生代的加里东运动时期。通过寒武纪大爆发,地球首次诞生了动物,代表着宏体消费者出现,由生产者、消费者和分解者组成的完整3极食物链结构形成,地球进入了以动物消费需求牵引的生态系统循环。消费者以海洋无脊椎动物为主,出现底栖、游移、浮游和游泳等现代海洋群落生态类型,期间礁体动物出现,生物礁繁盛,包壳、刻蚀(污损)生物开始大量增殖,由于生物的相互作用导致海底岩石生物风化急速加快,生物圈和岩石圈物质循环在海洋中迅速加强,代表地球现代复杂海洋生态系统初步形成。现代进化生态系统以潘基亚大陆聚散和古新特提斯构造域形成演化为地质背景,初级生产者发生重大改变、陆地植物出现,动植物登陆,陆地生态系统逐步形成、发展和繁盛。海陆高级消费者不断出现、演替,由生产者、消费者和分解者组成3极食物链结构稳定循环,系统能自我修复和自我完善,不同时期部分动物已跨越陆地和海洋两个生态系统进行繁衍生息,陆地生产者与分解者通过河流交相辉映、周而复始、循环不断。高山、河流和海洋生物生态分层分带明显,不同动物在陆地、海洋和大气不同界面(液相、气相和固相)穿梭,不同介质(海水、陆地和空气)交流互动。脊椎动物鱼类登陆从而导致四足动物(两栖类、爬行类和哺乳动物包括人类)的后续发生,不同地史时期不同类型的脊椎动物呈现"登陆下海"生态奇观,生态群落和营养结构复杂多变,生态类型繁多,时间横跨晚古生代、中生代和新生代直至现在,代表海陆交互的复杂地球现代进化生态系统的形成、发展、演替和繁盛。生物圈、岩石圈、水圈和大气圈以生物为纽带,物质交流和能量流动速度加快,成为现代地球生态系统的最大特征。因此,前寒武纪诞生了原始生命并衍生了现代海洋生态系统的初级生产者(菌藻类),地球进入初级生产者维持的原始进化生态系统;寒武纪大爆发诞生了地球动物消费者,历时4千万年地球动物界成型、建立了现代动物系统框架,之后5亿年再无新的动物门类出现,现代海洋生态系统格局形成,地球开启了动物需求驱动的初级进化生态系统;晚志留世和早泥盆世后陆地生态系统诞生,历时3亿年植物界成型,地球原始生产力不断革新,动植物海陆交互,现代生态系统形成,不断修复并完善。对比研究动物消费驱动的地球初级进化生态系统和高级生产者植物引导的现代进化生态系统的演化过程对理解地球的宜居性演化有重要意义。
期刊信息
杂志社名称：西北大学学报 自然科学版
杂志社英文名称：JOURNAL OF NORTHWEST UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION
出版周期：双月刊
出版地：西安市
语种：汉
主管：陕西省教育厅
主办：西北大学
主编：亢小玉
ISSN：1000-274X
CN：61-1072/N
邮发代号：52-10