第32卷 第7期西北农林科技大学学报(自然科学版)V o l.32N o.7 2004年7月Jour.of N o rthw est Sci2T ech U niv.of A gri.and Fo r.(N at.Sci.Ed.)July2004非饱和土壤中指流的研究进展Ξ
史文娟,汪志荣,沈 冰,张建丰
(西安理工大学水资源研究所,陕西西安710048)
[摘 要] 指流是土壤中普遍存在的一种水分和溶质运移形式,土壤中发生的指流现象将导致水分和溶质快速向下迁移,从而引起深层土壤和地下水的污染以及水分和养分的流失。因此,掌握其研究动态并对其进行深入研究很有现实意义。针对指流的实际情况,从非饱和土壤中指流的试验方法、机理研究和模型预测等方面,综合评述了国内外的研究动态,并探讨了目前存在的问题和发展前景。
[关键词] 非饱和土壤;指流;湿润锋稳定性
[中图分类号] S157.1 [文献标识码] A[文章编号] 167129387(2004)0720128205
指流(F inger flow)是优先流(P referen tial flow)的一种,是指水分和污染物在非饱和土壤中迁移时,并非整齐均匀的向下流动,而是绕过大部分土壤基质呈“指状”或“舌状”流动的现象。指流是土壤中普遍存在的一种水分和溶质运移形式,指流发生时,尽管其路径只占土壤基质的很小一部分,但却会携带较大的水流通量,使污染物等可溶性物质快速的抵达深层土壤甚至地下水,从而加速了土壤和地下水污染,同时也减少了植物对水分和养分的吸收利用,影响了农药、杀虫剂等药效的充分发挥[1]。在农业用水管理中,由于指流的普遍存在,雨水和灌溉水对地下水的补给可能会在含水量到达田间持水量之前就已发生,同时降雨和灌溉以及以水压盐的效果也不会如想象的那么理想[2]。在石油工业领域,指进(指流)的发育程度直接影响到流体的驱扫面积、饱和度分布和采收率[3]。此外,在地质结构形成的历史上,岩浆渗流过程中发生的指流现象对北极陆面永冻层的溶化也起到了非常重要的作用[4]。基于上述原因,目前指流的研究越来越受到人们的广泛关注。现针对近年来指流的研究现状和进展进行综述,以期为其在农业灌溉中的应用提供资料。
1 指流的理论研究
指流的研究始于20世纪30年代,且最初是在石油工业领域开始的,因为在注水采油过程中,当两相流(如油和水)发生置换时,由于两种流体的密度和粘滞度不同,导致置换界面的湿润锋不稳定而出现指流,使油井很快见水,石油的采收率降低[3]。土壤学领域对指流的研究相对迟缓,直到1972年, H illel和Parlange[5]利用层状土(细质土覆盖于粗质土之上)进行积水入渗时发现了指流现象,指流研究才受到越来越多的关注,指流特性和机理的理论研究也受到了广泛的重视。
1.1 试验研究
1.1.1 试验设计 在试验设计方面,为了使指流的路径和形态可视化,室内二维指流试验通常在两块间距10c m左右玻璃板组成的二维容器中进行,且多以粗质砂性土作为主要研究对象。较为简单的三维室内指流试验一般在直径大约30c m的柱状容器内进行,试验结束后将试验模型和土样速冻,干土散落后指流的形状和特性即会呈现出来[6]。大田指流试验是将土面开挖后,通过染色示踪法来观察入渗过程中的指流情况[7,8]。
1.1.2 研究方法 近年来,为了观察土壤中指流的运动过程,尤其是为了确定与指流发生有关的土壤学特性,现已开发出了许多新技术。如为了观测水流和溶质的运移模式,采用染色示踪技术,对彩色或黑白照片进行处理以显示染色区域在水平和垂直方向上的百分比,进而显示指流的范围和力学特性[9]。因染色模式经常表现出无规律的回旋状几何特征,从而促使许多学者从分形(F ractal)增长的角度对指流的发育予以描述和解释[8,10],即利用两个分维来描述指流的空间结构,其中一分维数与染色结构的周长有关,另一分维数与空间填充特性有关。一般认
Ξ[收稿日期] 2003206226
[基金项目] 国家自然科学基金项目(59879022;49871038);陕西省教育厅基金项目(04JK22921);西安理工大学青年基金项目[作者简介] 史文娟(1972-),女,陕西武功人,讲师,在读博士,主要从事农业水资源利用研究。
为,后者包含更多的信息,更能准确地描述优先途径的几何特征[11],但受人为因素的影响较大,如摄像时胶片的灵敏性、所取角度的范围以及将图像由灰色尺度转为二进制时起始点的选择等都会因人而异。
1.1.3 参数测定 由于指流发生位置、时间的随机性和不可预测性,其参数的测定尤其是含水量的分布就难以用传统的方法来测定。目前,一种名为“水分视觉技术”的方法已在二维指流的定量研究中得到应用,即在二维土样容器的背面安装均匀光源,前面架设摄像机,将穿过土样的光线录在录像带上,借助计算机图像处理分析录像带上的图像,即可得含水量;也可用X光测定二维指流,亦有运用地面渗透雷达测绘层状土及土壤夹层状况,用计算机软件进行分析和处理[12]。
测量土壤基质势的传统方法为张力计法,但指流发育过程中基质势的变化较快,而张力计本身又存在滞后效应较为明显这一缺陷,因此测量难以做到实时监测。一种新型的张力计可使其对水分的反应时间小于1s,从而使测量精度大大提高[13]。
1.2 指流的发育机理
指流机理的研究是建立良好的定量化数值模型的基础。研究[5,14]表明,指流多是在细颗粒土位于粗颗粒土之上时的两层土壤中产生,最初的观点认为这是由于置换界面的不稳定所致。水流作为多相流的一个特例,在非饱和土壤中入渗时,气相和液相之间的界面会因种种因素的影响而变得不稳定,从而产生指流。此种解释为多数学者所认可[15,16],但并没有很好地解释起初均匀分布的水流会突然变成明显分离水流(即指流)的原因,因此难以为人们所理解和接受。此后的研究在此方面作了进一步的探索, 1975年Ph ili p的试验[17]表明,当湿润锋后的压力梯度小于0时,指流即会出现。Glass则指出[18],湿润锋的不稳定主要由重力驱使,由表面张力维持;同时,通过量纲分析推导,认为当指流直径小于二维试验容器水平宽度或三维土柱直径时湿润锋不稳定,反之湿润锋稳定。此两种解释都从理论上对湿润锋的稳定性作了定量说明,但式中参数的物理意义却不明确。
1988年,H illel等[19,20]提出,土壤的粗细分层会导致湿润峰的不稳定,并从能量守恒的观点予以解释,即在积水入渗的早期,湿润锋位于导水率较小的上层细质土壤中,此时湿润锋处土壤的吸力很大,以致于水分到达界面后不能直接进入导水率较大的粗
质砂层,湿润锋暂停于界面,而上层水在水势梯度下继续下渗,水吸力逐渐减小直到水可以进入下层连通的最小孔隙并进而减小到可以进入周围的大孔隙。此时,若下层土的饱和导水率大于上层土的供水速率,界面处孔隙流速增加,而砂层的空间变异性则会导致局部的加速现象发生,其结果使起初均匀分布的流线趋于融合,整个湿润锋面趋于狭窄,并最终在空间上形成分离的流线即指流。此种解释基本上可以阐释直接观测到的指流现象,因此更易为人们所接受。
此后的研究[21]进一步表明,湿润锋前气压的变化也会引起湿润锋的不稳定性。在入渗过程中,湿润锋前的气压会随入渗的进行逐渐增加,当压力值大于积水深度和湿润锋前的毛管驱动力时,气体逸出,入渗率和湿润锋暂时稳定,随后又处于周期性的波动状态,这种不稳定的波动状态随时会诱发指流的产生。近年来,一些大田试验的研究结果[22,23]显示,土壤的斥水性(W ater rep ellency)也是湿润锋不稳定的主要原因之一。砂性土壤因砂粒的比表面质地粗糙,易形成斥水层,当土壤湿度增加或温度升高时,斥水性降低甚至消失[24];当湿度减小时,其斥水性较强且导水率较小,因而极易产生指流[22],这也可能是层状土指流试验时底层选用砂性土的主要原因。此外,也有人认为[25],当降雨强度或入渗通量小于土壤的饱和导水率,即发生非蓄水性降雨入渗时,会出现湿润锋的不稳定现象。
可以说,湿润锋的稳定性和非稳定性是整个指流机理探索过程中的主要研究内容之一。孔祥言等[3]进一步对置换界面的稳定性与非稳定性给予了界定,认为土壤作为一种多孔介质,不可能是完全均质的,当介质中某一点邻域的渗透性比周围区域好,即该点渗透率大于周围区域,则界面运动到该点邻域时,液体流动较快,导致动界面在该点处产生一个“突点”,即动界面在该点受到一个微小的扰动,若此界面受到此微小扰动后能随时间增大而衰减,则该界面是稳定的;反之,该界面不稳定。同时还指出,若置换流体的流动性好于被置换流体,则会导致动界面上任何微小的扰动迅速增长,从而使得突点以“手指状”迅速向前延伸,即产生指流现象。
指流除了在层状土壤中产生外,亦可以在均质土壤中发生[25,26]。利用粒径大小一致的玻璃球进行易混合两相流置换试验的结果[26]表明,由于注入流体水溶液中无机盐浓度和梯度的差异,使得置换液与被置换液的密度和粘滞度不会完全相同,这样在
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第7期史文娟等:非饱和土壤中指流的研究进展
某种条件下,置换锋(湿润锋)就会变得不规则,尤其当一种密度更大、更粘滞的液体置换密度更小、更易流动的液体时,由于密度差异而引起的不平衡力会驱使前者加速,而后者的粘滞力如不能平衡此力时,前者会以指状形式进入后者,即产生指流,这与孔祥言[3]的分析有所矛盾。朱九成等[27]认为,即使对于孔隙大小均匀的理想介质,由于注入流体速率的微小波动、注入通道的微小不规则性及实际渗流通道的迂曲性等就足以引发指流,虽然该文献并未对置换液和被置换液的密度和粘滞度进行分析,但最终都将置换界面的稳定性归结为三个因素,即流体密度、粘滞性及多孔介质的渗透性。笔者通过试验发现①,对于结构相同的土体,当温度较低时不易产生指流,原因可能是由于温度降低导致水的粘滞性增加所致。
指流的形成除了与上述因素有关外,还与下层粗质砂土的初始含水量及分布有关。B aker等[20]的研究结果表明,当初始含水量较大时,指流发生的可能性会减小;而初始含水量较小且均匀分布时,则很容易引起湿润锋的不稳定而产生指流,这与较低含水量条件下砂土因斥水性较强而易产生指流的结论[28]一致。L iu等[28]、Yuefa等[29]和Docarlo等[30]发现,在早期入渗过后,当含水量剖面分布呈较大的空间变异性时,由于滞后作用的影响,早期的指流路径将会在随后入渗周期的较长一段时间内得以保持,从而导致长期指流过程的重复再现。当然也有持不同意见者,Glass[11]曾报道,当指流接近试验装置的下界面时,指流路径中的水分会逐渐横向扩散到两边的干土中,直到整个剖面完全变湿,当侧向流停止时,指流路径仍是大部分水流的主要通道,这与笔者观测结果一致①。
1.3 模型研究
了解指流的发生发展,量化其变化进程,并预测其发展趋势,除了应对指流的机理加以研究外,许多学者也提出了描述水分和溶质指流运移规律的模型。
在建立模型时,大多数学者以指流直径和指尖流速作为两个主要参数。Ph ili p[16]应用Green2Am p t 入渗模型推导出指流直径的表达式,但其中的参数并没有考虑多孔介质的特性。Parlange[15]和H illel[19]在假定指流路径中水分饱和的前提下,根据湿润锋不稳定理论提出了有关指流直径的模型,在假设湿润锋速度是由一个尖峰速度和一个平均速度组成的前提下,认为指流直径和指尖流速取决于土壤特性和边界供水条件。Glass等[11]通过量纲分析,从理论上推导出了指流直径和指尖流速的预报模型,认为流速越大,指流直径越大,其最小直径与土壤平均粒径有关,粒径越小,指流直径越大。对于细质砂土而言,最小指流直径可能都会大于所用试验容器的尺寸;而粗质砂土的最小指流直径可能要小于所用试验容器的尺寸,因而在试验条件下,指流现象更易在粗质砂土中被观测到。
此外,也有一些模型对有关指流的物理参数进行了预测。Selker等[1]通过指流发育过程中流速为常数的假定,求得了R ichard方程的解析解,从而获得了经试验验证的指流含水量剖面分布的定量描述,同时提出了基质势实时监测情况下非饱和导水率的计算方法,并认为如果将导水率的计算与Glass等[11]的指流预报模型相结合,就可以直接计算给定通量下的指流空间分布,并预测指流在多孔介质中的有效传输时间,这对于进一步预测指流易发区地下水污染的潜在威胁是很有价值的。
2 应用研究
对指流的研究是土壤水运动机理研究由均质走向非均质的一种体现[31]。因此,对指流研究的进一步深入,首先促进了土壤水分、水势及水流模式等测试技术上的进步,这主要体现在染色技术、水分视觉技术及新型的张力计等方面;其次,水分和污染物在非饱和土壤中的迁移是目前土壤水和地下水研究的重要课题,多年来一直用一维数学模型进行估算,但并未能预测溶质对地下水污染所构成的潜在威胁,若考虑土壤中优先流的存在,则研究成果需重新估计[32,33]。此外,“指流”的研究在土壤改良方面也发挥着重要作用,根据V ervoo rt等[34]的结论,结构发育良好的土壤,水动力弥散系数较大,指流出现的几率小,此种成果将会直接地用以指导土壤的改良;斥水土壤很难被雨水湿润且分布面积较广,其中的水分分布主要呈无规律的“指状”,从而造成地表干燥,引起风蚀水蚀,导致土地退化。这一问题已引起澳大利亚、荷兰等许多国家的重视[35]。为了去除斥水性,消除“指流”,研究人员[3,5]在多年理论研究的基础上,提出了一些斥水土壤改良方法,如耕松或镇压土表及施用湿润剂等。
①2002年资料,尚未公开发表。
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在注水采油过程中,指流的出现会使石油井很快见水,从而导致采收率降低。针对二相流或多相渗流中指流的形成机理和发育规律,在石油的注水开发过程中,已采取了一些积极措施,如在水中加入聚合物、表面活性剂、氢氧化钠、微乳液(胶东)等溶剂,其目的在于增加注入液的粘度,降低油水流度比(渗透率与液体粘度之比),进而消弱指流现象和增加驱扫面积,提高采收率。此外,也有在注入水中掺入空气、烟道气或天然气,利用气阻效应,阻止水沿大孔隙或高渗区窜流,从而增加驱扫面积,提高采收率[3]。
多孔介质中优先流的研究是当前土壤物理、农业、水资源以及环境学科等研究的前沿问题[36],随着指流问题研究的逐步深入,其成果会在相关领域得以应用和拓展。
3 问题与展望
指流的形成、存在以及发展是个相当复杂的问题,目前尽管已有了一定的研究基础,但是有关指流的研究尚处于很不完善的阶段,仍存在着许多问题有待深入研究。
1)研究表明,粗质砂土易诱发指流的产生,但对粗质砂土的定义却无严格的界定,笔者曾以小于0.5
mm 的细沙为对象,进行了二维条件下的指流试
验①,发现指流现象仍会发生,因此,对于指流发生的砂土条件仍需作进一步的研究。
2)由于指流发生的随机性和复杂性,致使现有模型都存在一定的局限性。在室内严格控制的条件下,其预测结果与测试结果符合较好,但由于缺乏大量田间实测资料的验证,其实用性也受到质疑。同时,现有的模型主要以确定性模型为主,只有引入随机理论,才能使模型得以完善,并达到实用的程度。
3)染色技术在指流研究中的应用,使复杂的水流模式可以以很高的分辨率清晰地呈现出来,因此一度为人们所接受和欢迎,但其应用有一定的局限性,如染色土样的挖取具有破坏性,试验结果不可能在同一地点重复获得。另外,在染色模式内,得不到污染物浓度的差异特性;且要求染色剂的化学性质不能对土壤和地下水造成污染。
指流是多孔介质中非常普遍的一种水分和溶质运移形式,但由于上述原因,使指流的研究难度较大,只有进行大量的室内外试验,同时改进观测方法,获取大量的数据资料,并提高模拟手段,才能使指流理论不断完善,进而解决非饱和土壤中与指流有关的水和溶质运移问题。
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①2002年资料,尚未公开发表。
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R eview on the study of finger flow in un satu rated so il
SH IW en-juan,W ANG Zh i-rong,SHEN B i ng,ZHANG Jan-feng
(Institu te of W ater R esou rces,X iπan U niversity of T echnology,X iπan,S haanx i710048,Ch ina)
Abstract:F inger flow often occu rs w hen w ater and so lu te tran spo rt in un satu rated so il.T h is w ill resu lt in increasing con tam inan t fo r deep er so il and groundw ater and exceed leach ing of nu trien t.T he paper review s and summ arizes the studies hom e and ab road in exp eri m en t m ethods,o riginati on m echan is m, m odeling and app licati on,and po in ts ou t the ex isting p rob lem of recen t researches and itπs p rogress in the fu tu re.
Key words:un satu rated so il;finger flow;w etting fron t stab ility
污染土壤微生物修复技术研究进展课程论文 摘要针对2014年4月环境环保部公布的首次全国土壤污染状况调查结果，撰写我国最严重的耕地污染中主要污染物镉、砷、滴滴涕和多环芳烃的微生物修复研究进展。 关键词土壤污染；微生物修复；重金属污染；有机物污染 2005年4月至2013年12月我国开展的首次全国土壤污染状况调查结果显示全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。人类赖以生存的耕地中土壤点位超标率高达19.4%，迫在眉睫的主要污染物为镉、砷、滴滴涕和多环芳烃[1]。 微生物修复是指利用天然存在的或所培养的功能微生物群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，从而达到降低有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术，它已成为污染土壤生物修复技术的重要组成部分和生力军[2]。由于我国土壤调查结果显示在农田耕地中重金属污染物镉、镍、砷、有机污染物滴滴涕和多环芳烃超标最严重，对这些污染物的治理已经迫在眉睫。所以，本文重点阐述针对这5种污染物的微生物修复技术研究进展。 1、重金属污染土壤微生物修复研究进展 土壤微生物种类繁多、数量庞大，是土壤的活性有机胶体，比表面大、带电荷和代谢活动旺盛，在重金属污染物的土壤生物地球化学循环过程中起到了积极作用。微生物可以对土壤中重金属进行固定、移动或转化，改变它们在土壤中的环境化学行为，可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，从而达到生物修复的目的[3]。因此，重金属污染土壤的微生物修复原理主要包括生物富集 (如生物积累、吸附作用)、生物转化(如生物氧化还原、甲基化与去甲基化以及重金属的溶解和有机络合配位降解)、生物固定（如与S2-的共沉淀）、生物滤除（如细菌的淋滤作用）等作用方式。 1.1镉污染 将具有重金属吸附能力的天然蛋白或人工合成肽展示在微生物细胞表面,可以提高微生物对重金属的吸附能力。Kuro da等[4]改造了微生物表面蛋白使得当酵母金属硫蛋白( YMT )串联体在酵母表面展示表达后,4 聚体对重金属吸附能力提高5.9 倍, 8 聚
土壤有机碳( SOC)是土壤学和环境科学研究的热点问题之一，土壤有机碳库的动态平衡直接影响着土壤肥力的保持与提高，进而影响土壤质量的优劣和作物产量的高低，因而土壤有机碳的变化最终会影响土壤乃至整个陆地生态系统的可持续性。土壤有机碳包括活性有机碳和非活性有机碳。土壤活性有机碳是指在一定的时空条件下，受环境条件影响强烈的、易氧化分解的、对植物和微生物活性影响比较高的那一部分土壤碳素。根据测定方法和有机碳组分不同,土壤活性有机碳又表述为溶解性有机碳（DOC：dissolved organic carbon）、水溶性有机碳（water-soluble organic carbon）、微生物生物量碳（MBC：Microbial biomass carbon）、轻组有机碳和易氧化有机碳，可在不同程度上反映土壤有机碳的有效性和土壤质量。 国外研究进展 国外对土壤有机碳的研究开始较早, 在20世纪60年代, 就有学者开始进行全球土壤有机碳总库存量研究。但早期对土壤有机碳库存量的估算大都是根据少数土壤剖面资料进行的。如1951年Rubey根据不同研究者发表的关于美国9个土壤剖面的有机碳含量, 推算出全球土壤有机碳库存量为710 Pg。1976年Bohn利用土壤分布图及相关土组( soil association)的有机碳含量, 估计出全球土壤有机碳库存量为2946Pg。这两个估计值成为当前对全球土壤有机碳库存量的上下限值。20世纪80年代，由于研究全球碳循环与气候、植被及人类活动等因素之间相互关系的需要,统计方法开始被应用于土壤有机碳库存量
的估算。如Post等在Holdridge生命带模型基础上，估算了全球土壤碳密度的地理分布与植被及气候因子之间的相互关系，提出全球1m 厚度土壤有机碳库存量为1 395 Pg。 20世纪90年代以来, 随着遥感(RS)、地理信息系统(GIS) 和全球定位系统(GPS) 技术的发展, 为土壤有机碳研究提供了新的方法和手段。3S技术被应用于区域或全球土壤有机碳库存量大小、有机碳密度的空间分布差异等方面的研究。发达国家已在区域尺度上开展了相关研究工作。如俄罗斯在1B250万土壤分布图上建立了土壤碳空间数据库，计算出俄罗斯0~ 20 cm、0~ 50 cm和0~100 cm等不同土层有机碳库存量，估计出俄罗斯土壤有机碳库存总量为34211 Pg，无机碳库存总量为11113 Pg，土壤总碳库存量为45314 Pg，并绘制了俄罗斯0~ 100 cm土层无机碳库存量分布图。加拿大建立了1B100万的数字化土壤分布图及土壤碳数据库，并计算出加拿大0 ~ 30 cm 土层和0 ~100 cm土层土壤有机碳库存量分别为7011 Pg和249 Pg。 世界各国不同研究者对全球土壤有机碳库存量的估算方法并无本质区别，但由于所用资料来源与土壤分类方式不同，土壤有机碳库存量的估计值有较大差异。全球土壤1 m内土壤有机碳库大约是植被碳库的115~ 3倍，如此巨大的土壤有机碳库,即使其发生很轻微变动，都会引起大气中CO2浓度变化，进而影响全球气候变化。因此，土壤有机碳库存量研究成为全球变化的研究热点之一。 国内研究进展 我国学者非常关注土壤碳循环研究，并在土壤有机碳库存量研究
班级 小组 姓名 评价等级 沅江三中四环八步教学模式 生物模块三导学案 第1页（共6页） 探究土壤微生物的分解作用(教师版) 【学习目标】 1.设计和进行对照实验，尝试探究土壤微生物的分解作用，进一步培养探究和创造能力。 2.分析土壤微生物分解淀粉的情况。 3.学会检测淀粉和还原糖的方法，并根据现象作出合理判断和解释。 案例1: 探究土壤微生物对落叶的作用 一、提出问题: 秋天，落叶纷飞。春天，绿草如茵。且不见落叶痕迹！落叶去哪里了？ 结合上面的实例，你能提出什么问题呢？请写下来。 落叶在土壤中能被分解掉,这究竟主要是土壤的物理化学因素的作用,还是土壤中微生物的作用呢 ？ 注意: （1）要选择有研究意义的问题作为课题来研究 （2）要选择我们能力范围之内的问题作为实验研究课题。 二、作出假设: 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的 提示:假设既可以是基于已有的知识或经验作出的解释,也可以是想像或猜测。 三、设计实验 1、设计方案 （1）实验原理: 微生物能分泌多种水解酶将大分子有机物分解成小分子有机物，如纤维素酶、淀粉酶可将纤维素、淀粉水解成葡萄糖。然后被分解者吸收到细胞中进行氧化分解，最终形成CO2、水和各种无机盐，同时释放能量。 （2）、实验材料: 土壤、落叶、 （3）、实验器具: 玻璃容器、标签、塑料d 袋、恒温箱、纱布。 （4）、实验设计步骤: ①取两个圆柱形的玻璃容器,一个贴上“甲组”标签,另一个贴上“乙组”标签。 ②将准备好的土壤分别放入两个玻璃容器中,将其中乙组放入恒温箱, 60℃灭菌1h 。 ③取 大小、形态相同的落叶12片,分成2份,分别用包好,埋入2个容器中,深度约5cm 。 ④将2 个容器放于实验室相同的环境中, 一段时间后,取纱布包。 ⑤观察比较对照组与实验组落叶的 腐烂程度。 提示: （1）要确定实验变量是什么 需要控制的变量有哪些如何控制这些变量 ； （2）要注意实验步骤的先后顺序。 （3）要注意写出具体的实验步骤以便指导实验的进行。
超疏水材料的研究进展 2015年5月3日
超疏水材料的研究进展 摘要：超疏水性材料因为它独特的性质，而在很多方面得到了广泛的应用。近年来，许多具有特殊润湿性的动植物表面同样受到关注。通过研究这些表面微观结构，人们成功地仿生制备出各种功能化超疏水表面，从而更好地满足工业中实际应用的需要。该综述简单地介绍了表面润湿的基本原理和一些自然界中的超疏水表面现象，重点介绍近几年超疏水表面应用的最新研究进展。最后，对超疏水表面研究的未来发展进行了展望。 关键词：超疏水、仿生、润湿、功能化表面 自然界中，经亿万年的自然选择，许多生物的表面都表现出优良的超疏水性能，比如荷叶、花生叶、莲叶等植物表面和水黾、鲨鱼表皮、沙漠甲虫、蝴蝶翅膀等动物体表。一直以来，这类自然现象都启发着各领域的科学工作者们，尤其是近几十年，仿生超疏水表面以其优越的防腐蚀、自清洁、防覆冰、抗菌等性能，在防腐、自清洁、建筑防水、流体减阻、防污等领域都有广泛的应用[1]。因此，对超疏水材料进行总结和展望，对这种材料的发展有重要的意义。 1超疏水原理 超疏水表面的定义可以从字面意思上进行理解，即指难以湿润的表面，固体表面的湿润性作为固体表面重要的特性之一，不仅受到固体表面粗糙度的影响，还受固体表面化学成分的影响，我们可以用液体与固体的接触角θ来作为是否湿润的判断依据。接触角越大，表面的疏水效果越好，反之亦然[2]。当θ=0°时，所表现为完全湿润；当θ<90°时，表面为可湿润，也叫做亲液表面；当θ>90°时，表面则为不湿润的疏离表面；当θ=180°时，则为完全不湿润。一般θ>150°被称为超疏水表面[3]。 接触角是衡量表面疏水性涂层湿润性的主要指标，但并不是唯一指标，在实际应用中还可以根据前进角、后退角的大小来考虑其动态过程。前进角与后退角是液滴前进或后退时与固体表面所成的临界角度。但是如果不断增加或减小固体
一、项目的必要性与可行性 土壤是构成生态系统的基本要素之一，是国家最重要的自然资源之一，也是人类赖以生存的物质基础。土壤环境状况不仅直接影响到国民经济发展，而且直接关系到农产品安全和人体健康。 中央把防治土壤污染作为社会主义新农村建设的一项重要工作，作为新时期环境保护的一项重要任务。胡锦涛总书记强调，要让人民群众喝上干净的水，呼吸清洁的空气，吃上放心的食物，在良好的环境中生产生活，并明确要求“把防治土壤污染提上重要议程”。在第六次全国环保大会上，温家宝总理要求“积极开展土壤污染防治”。2003年12月3日，曾培炎副总理曾批示要求“环保总局会同国土资源部就我国部分地区土壤地球化学状况恶化，查清异常原因，并提出综合治理的意见”。《国民经济和社会发展第十一个五年计划纲要》明确提出，要“开展全国土壤污染现状调查，综合治理土壤污染”。《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》也明确提出，要“以防治土壤污染为重点，加强农村环境保护”，并要求“开展全国土壤污染状况调查和超标耕地综合治理……，抓紧拟订有关土壤污染方面的法律法规草案”。 近年来，环保、国土、农业等部门和有关科研单位在土壤污染防治方面做了一些积极的探索。但是，由于方方面面的原因，一些地区的土壤受到不同程度的污染，对生态环境、食品安全和农业可持续发展构成威胁，土壤污染的总体形势相当严峻。土壤污染问题已经成为影响群众身体健康、损害群众利益的重要因素。目前我国土壤污染状况不清、原因不明和环境监管体系不完善等问题十分突出。开展全国土壤污染状况调查，摸清全国土壤环境状况，掌握土壤污染情况，是制定土壤污染防治对策，做好土壤污染防治工作的基本前提，具有十分重要的现实意义。 本次全国土壤污染状况调查以环保系统监测、科研队伍为主体力量，同时联合中科院、高等院校和其他科研院所等土壤学界的技术力量和人力资源参与调查工作。环保总局先后组织开展了全国土壤环境背景值调查、全国生态现状调查、全国典型地区土壤环境质量探查、菜篮子种植基地、污灌区和有机食品基地环境质量监测调查等大型调查项目。2005年，环保总局在沈阳、南京、广州等三市组织进行了土壤污染状况调查试点工作，为开展全国土壤污染状况调查积累了丰富的经验。环保系统拥有覆盖全国的环境监测网络，目前全国共有2289个环境监测站、46984名环境监测技术人员，拥有相当数量的大型仪器设备，加上一大批科研院所和高校的研究力量，完全能够满足调查工作的实际需要。 二、项目总体目标
中国在超疏水材料研究方面的进展 分子一班 张雷 3013207391 Abstract ： 摘要：具有超疏水性、超双疏性等的微纳复合材料在人们的日常生活和国民生产各个部门都有着广泛的应用前景，因而也引起科学界的广泛关注。由于固体表面的浸润性决定于其表面的化学组成和表面形貌，因此通过改变固体的表面自由能和表面形貌可以实现对固体材料表面浸润性控制。近些年来，这方面的研究吸引了许多科学家和课题组的注意。可以说，超疏水、超双疏材料的制备正成为一个研究的热点问题。本文在查阅有关文献的基础上，分析中国在超疏水、超双疏材料制备方面的进展。 关键词：超疏水、超双疏、表面改性、润湿性
1、背景： 表面润湿性是指液体(通常为水)在固体材料表面的铺展能力。它是固体表面的重要性质之一, 许多物理化学过程，如吸附、润滑、黏合、分散和摩擦等均与表面的润湿性密切相关1。研究表明, 固体表面的润湿性是由其化学组成和微观几何结构共同决的, 定外场如光、电、磁、热等对固体表面的润湿性也有很大的影响2。固体表面的润湿性通常用水滴在其表面上形成的接触角来衡量, 接触角小于9 0°的表面称为亲水表面,大于9 0°的表面称为疏水表面, 而超疏水固体表面是指与水的接触角为1 5 0°以上的表面。 自然界中存在很多超疏水表面, 最典型的如以荷叶为代表的多种植物叶子表面(荷叶效应Lotus-effect)、蝴蝶等鳞翅目昆虫的翅膀以及水鸟的羽毛等3。受这些自然界中现象的启发，许多课题组都开展了超疏水材料制备方面的研究。 2、超疏水材料制备方法分类： 2.1 模板法： 江雷课题组组报道了一种以多孔氧化铝为模板制备超疏水材料的方法2。具体是将一定孔径的氧化铝模板覆盖在聚碳酸酯（PC）膜上，然后加热PC膜将其溶化并将其压入模板的孔内，最后除去模板即可得到纳米棒状的阵列结构。将模板制备成圆筒状重复上述过程可以得到大面积的阵列PC纳米棒。
安庆师范学院本科毕业（学位）论文 姓名：王婷婷 年级： 2 0 0 7级 专业：环境科学 论文题目：微生物多样性对植物 群落影响的研究进展 完成日期：2011年4月27日 指导老师：潘少兵 安庆师范学院资源环境学院 二O一一年四月二十七日
微生物多样性对植物群落影响的研究进展 作者：王婷婷指导老师：潘少兵 （安庆师范学院资源环境学院安徽安庆246011） 摘要：土壤是微生物的主要存在场所，它承载了大部分生命的基因多样性。微生物群落在各种生态进程中具有重要作用，但是对于微生物多样性与执行生态功能能力的联系却研究的很有限。这篇文章以微生物多样性在植物群落方面的作用为基础，探讨微生物群落在执行生态功能中的冗余现象。 关键词：微生物多样性；功能冗余；植物多样性 Advancement of Effect of Microbial Diversity on Plant Diversity Autor：Wang Tingting Instructor: Pan Shaobing （School of Resources and environmental science,Anqing Teachers’College,Anqing 246011,Anhui） Abstract: Microbes are abundant in soil and comprise a large portion of Life's genetic diversity. Soil microbes play key roles in a large number of important ecosystem process- es. But the relativity between soil microbial diversity and their ecological functions is still poorly understood. Here we approach the functional redundances during soil microb- es influencing the ecological functions based on the various roles that they play in plant diversity. Key words：microbial diversity, functional redundances, plant diversity 引言： 土壤是微生物的主要存在场所，微生物在土壤养分转化与腐殖质形成过程中有着非常重要的作用。土壤生态系统是保证动植物生存、农业健康、持续发展的基础[1],对全球的生态环境变化有着深远的影响。土壤微生物群落是土壤中的活性组分, 包括细菌、真菌、放线菌和原生动物、病毒和小型藻类[2],每克土壤中栖息着大约100 亿个微生物[3]。土壤微生物群落对全球生态系统功能如养分转化、有机物的分解、土壤基本结构的维持、
第29卷第1期2010年 2月 四川环境 S I CHUAN ENV I RONM ENT Vol 129,No 11February 2010 #综述# 收稿日期:2009-08-26 基金项目:国家科技部科技支撑重大项目(2006BAC 01A14;上海 市科委重点科技攻关项目(072312032。 作者简介:席雪飞(1987-,女,河北石家庄人,同济大学环境工程 专业2008级在读硕士研究生。主要从事环境生态学和环境污染防治研究。 全球环境变化对土壤有机碳库影响的研究进展 席雪飞,王磊,贾建伟,唐玉姝 (同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092 摘要:全球环境变化对土壤生态系统有机碳库的影响是当前研究的热点。本文综述了大气C O 2浓度升高、温度上升、 氮沉降等环境因素变化对土壤有机碳输入与土壤呼吸可能的影响,介绍了关于全球环境变化对土壤有机碳库影响的研究手段及其存在的问题,并就今后研究土壤有机碳对全球变化的响应提出了几点建议。关键词:全球环境变化;土壤有机碳库;CO 2浓度升高;全球变暖;氮沉降中图分类号:X 53 文献标识码:A 文章编号:1001-3644(201001-0115-06
Research Progress on Effect of G lobal Environ m entalChange on SoilO rganic Carbon Pool X I Xue -fe,i WANG Le,i JI A Ji a n-w e,i TANG Yu-shu (S t ate K ey Laboratory of P ollution Control&Resource Reuse ,School of Environ m ental Science &Eng ineering,T ongj i Universit y,Shanghai 200092,China Abstract :T he eff ect o f g l oba l environ mental change on so il organic carbon poo l has became a research hot poi n. t In this paper ,the possi ble effects of env i ron m ental f actors such as e leva ted CO 2concentrati on i n at m osphere ,e l evated a ir temperature and nitrogen deposition on so il org an i c carbon i nput and soil resp i ration are rev i ewed .And t he m eans used f o r study i ng the effect o f g l oba l env i ron m enta l change on so il carbon poo,l as we ll as the i r ex i sti ng prob le m s are also i ntroduced .Sequenti a lly suggesti ons on furt her research on response of so il org an i c carbon to g loba l environmenta l change are propo sed . K eyw ords :G loba l env iron m enta l change ;so il org an i c carbon poo ; l e leva ted CO 2concentration ;g loba l w ar m i ng;nitrogen depos i tion 土壤有机碳是全球碳循环中重要的碳库。据统计土壤有机碳库是大气碳库的3倍,大约是植被的 215~3倍左右[1] ,成为地球表层最大的有机碳库,是全球生物化学循环中极其重要的生态因子,因而土壤有机碳库的变化日益成为全球有机碳研究的热点[2]
土壤微生物量碳测定方法及应用 土壤微生物量碳（Soil microbial biomass）不仅对土壤有机质和养分的循环起着主要作用，同时是一个重要活性养分库，直接调控着土壤养分（如氮、磷和硫等）的保持和释放及其植物有效性。近40年来，土壤微生物生物量的研究已成为土壤学研究热点之一。由于土壤微生物的碳含量通常是恒定的，因此采用土壤微生物碳(Microbial biomass carbon, Bc)来表示土壤微生物生物量的大小。测定土壤微生物碳的主要方法为熏蒸培养法（Fumigation-incubation, FI）和熏蒸提取法（Fumigation-extraction, FE）。 熏蒸提取法（FE法） 由于熏蒸培养法测定土壤微生物量碳不仅需要较长的时间而且不适合于强酸性土壤、加 入新鲜有机底物的土壤以及水田土壤。Voroney (1983)发现熏蒸土壤用·L-1K 2SO 4 提取液提取 的碳量与生物微生物量有很好的相关性。Vance等(1987)建立了熏蒸提取法测定土壤微生物 碳的基本方法：该方法用·L-1K 2SO 4 提取剂（水土比1：4）直接提取熏蒸和不熏蒸土壤，提取 液中有机碳含量用重铬酸钾氧化法测定；以熏蒸与不熏蒸土壤提取的有机碳增加量除以转换 系数K EC (取值来计算土壤微生物碳。 Wu等（1990）通过采用熏蒸培养法和熏蒸提取法比较研究，建立了熏蒸提取——碳自动一起法测定土壤微生物碳。该方法大幅度提高提取液中有机碳的测定速度和测定结果的准确度。 林启美等（1999）对熏蒸提取-重铬酸钾氧化法中提取液的水土比以及氧化剂进行了改进，以提高该方法的测定结果的重复性和准确性。 对于熏蒸提取法测定土壤微生物生物碳的转换系数K EC 的取值，有很多研究进行了大量的 研究。测定K EC 值的实验方法有：直接法（加入培养微生物、用14C底物标记土壤微生物）和间接法（与熏蒸培养法、显微镜观测法、ATP法及底物诱导呼吸法比较）。提取液中有机碳的 测定方法不同（如氧化法和仪器法），那么转换系数K EC 取值也不同，如采用氧化法和一起法 K EC 值分别为（Vance等，1987）和（Wu等，1990）。不同类型土壤（表层）的K EC 值有较大不 同，其值变化为（Sparling等，1988，1990；Bremer等，1990）。Dictor等（1998）研究表 明同一土壤剖面中不同浓度土层土壤的转换系数K EC 有较大的差异，从表层0-20cm土壤的K EC 为，逐步降低到180-220cm土壤的K EC 为。 一、基本原理 熏蒸提取法测定微生物碳的基本原理是：氯仿熏蒸土壤时由于微生物的细胞膜被氯仿破 坏而杀死，微生物中部分组分成分特别是细胞质在酶的作用下自溶和转化为K 2SO 4 溶液可提取 成分（Joergensen,1996）。采用重铬酸钾氧化法或碳-自动分析仪器法测定提取液中的碳含量，以熏蒸与不熏蒸土壤中提取碳增量除以转换系数K EC 来估计土壤微生物碳。 二、试剂配制 （1）硫酸钾提取剂（·L-1）：取分析纯硫酸钾溶解于蒸馏水中，定溶至10L。由于硫酸钾较难溶解，配制时可用20L塑料桶密闭后置于苗床上（60-100rev·min-1）12小时即可完全溶解。 （2） mol·L-1（1/6K 2Cr 2 O 7 ）标准溶液：称取130℃烘2-3小时的K 2 Cr 2 O 7 （分析纯）9.806g 于1L大烧杯中，加去离子水使其溶解，定溶至1L。K 2Cr 2 O 7 较难溶解，可加热加快其溶 解。 （3） mol·L-1（1/6K 2Cr 2 O 7 ）标准溶液：取经130℃烘2-3小时的分析纯重铬酸钾4.903g， 用蒸馏水溶解并定溶至1L。
污染土壤的淋洗法修复研究进展 Ξ 巩宗强 李培军 台培东 蔺 昕 陈素华 耿春女 (中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳110016) 摘 要 污染土壤淋洗技术是修复污染土壤的一种新方法,是对污染土壤生物修复的一种补充,使污染土壤修复的系 统化成为可能。淋洗法主要使用淋洗剂清洗土壤,使土壤中污染物随淋洗剂流出,然后对淋洗剂及土壤进行后续处理,从而达到修复污染土壤的目的。因为淋洗剂的种类和淋洗方式的不同,土壤淋洗法可分为许多种类。土壤淋洗法主要受土壤条件、污染物类型、淋洗剂的种类和运行方式等因素影响。综合考虑多方面因素,就有潜力设计出经济高效的土壤淋洗系统。土壤淋洗法有很多优点,尽管也存在一些问题,但其技术上的优势也是其他方法难以取代的,所以有良好的应用前景。 关键词 污染土壤 土壤淋洗法 修复 Advancement of soil w ashing process for contaminated soil G ong Z ongqiang Li Peijun Tai Peidong Lin Xin Chen Suhua G eng Chunn ü (Institute of Applied Ecology ,Chinese Academy of Sciences ,Shenyang 110016) Abstract Soil washing process is a newly developed method for the remediation of contaminated soil ,and it is an important complement to the bioremediation of contaminated soil and makes remediation of con 2taminated soil more systematic.Washing liquid is majorly used in the soil washing process to have contaminat 2ed soil cleaned ,the comtaminants are flushed out by washing liquid ,and the spent washing liquid and washed soils must be further treated ,then could the aims of contaminated soils remediation be achieved.Soil washing could be classified into many types as different kinds of washing liquids are employed and different styles are operated.Soil washing process is affected by factors such as soil conditions ,contaminant characters ,washing liquid types and operation styles.After a systematic consideration ,it might be possible to come up with an e 2conomical ,practical and efficient soil washing system.The advantages of soil washing are so obvious that even with some problems ,developing trend of this technique can ’t be substituted by other methods and bright fu 2ture of this method can ’t be neglected. K ey w ords contaminated soil ;soil washing ;remediation 由于人类经济活动产生的污染的不断增加,目前世界上许多地区土壤污染面积不断扩大。中国受污染的耕地面积近2000万hm 2,约占耕地总面积的1/5[1—4]。随着人类对环境认识的逐步加深,污染土壤的修复在国内国际都受到了高度重视,也逐渐成为国际环境科学界的热点问题之一。人们已经开 发了很多处理方法,而且一些行之有效的污染土壤修复的新成果和新技术还在不断出现。污染土壤的修复有多种分类方法,有人将其分为物理修复、化学修复和生物修复[5]。本文侧重于介绍污染土壤的淋洗法修复,因此,把污染土壤的处理方法分为淋洗法和污染物的破坏法(通常指有机物的降解、矿化)和污染物的固定法,各种方法均有广泛研究报道,方法间具有互补性。在某些条件下,由于土壤污染物的成分、理化性质、毒性特征及土壤条件的限制,单纯采用化学固定法或生物修复法都不能完全达到效果,因此,有必要考虑采用土壤淋洗法或多种方法联合修复污染土壤。 1 土壤淋洗法的定义 武晓峰曾介绍过土壤淋洗法(soil flushing )的概念,认为淋洗法就是通过注水的办法,冲洗土壤孔隙介质中残留的污染物,使冲洗水流流入地下水,然后回收冲洗水流以达到修复污染土壤的目的[6]。周加祥认为土壤淋洗法(soil washing )是利用水力压头推动淋洗液通过土壤,而将污染物从土壤中清洗出 Ξ中国科学院知识创新项目(KZCX22401) 第3卷第7期环境污染治理技术与设备 Vol .3,No .72002年7月Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control J ul . 2002
第27卷增刊V ol 127,Sup 1广西农业生物科学Journal o f Guangx i A g ric 1and Biol 1Science 2008年6月June,2008 收稿日期:20080122。 基金项目:广西大学博士启动基金项目(X05119)。 作者简介:姚晓华(广西大学副教授,博士;E -mail:x hy ao@g xu 1edu 1cn 。文章编号:10083464(2008)增008405 土壤微生物群落多样性研究方法及进展 姚晓华 (广西大学农学院,广西南宁530005) 摘要:微生物多样性是指群落中的微生物种群类型和数量、种的丰度和均度以及种的分布情况。研究 土壤微生物群落多样性的方法包括传统的以生化技术为基础的方法(直接平板计数、单碳源利用模式等) 和以现代分子生物技术为基础的方法(从土壤中提取DN A ,进行G+C%含量的分析,或杂交分析,或进 行PCR,产物再进行D GGE/T GG E 等分析)。现代生物技术与传统微生物研究方法的结合使用,为更全面 地理解土壤微生物群落的多样性和生态功能提供了良好的前景。 关键词:微生物多样性;生化技术;分子生物学技术;DN A 中图分类号:.Q 938115 文献标识码:A Advancement of methods in studying soil microbial diversity YAO Xiao -hua (Co llege of Ag ricultur e,G uangx i U niv ersit y,N anning 530005,China) Abstract:Species div ersity consist o f species richness,the total number of species,species ev enness,and the distribution of species 1Methods to measure microbial diversity in so il can be categ orized into tw o g roups:biochemica-l based techniques and m olecular -based techniques 1The fo rmer techniques include plate counts,sole carbon so urce utilizatio n patterns,fatty acid methy l ester analysis,and et al 1The latter techniques include G +C%,DNA reassociation,DNA -DNA hy br idization,DGGE/TGGC,and et al 1Ov er all,the best w ay to study soil microbial diversity w o uld be to use a variety of tests w ith differ ent endpoints and degr ees o f r esolutio n to o btain the bro adest picture possible and the most inform ation r eg ar ding the microbial co mmunity 1 Key words:microbial diversity;biochem ica-l based techniques,mo lecular -based techniques,DNA 微生物多样性研究是微生物生态学最重要的研究内容之一。微生物在土壤中普遍存在,对环境条件的变化反应敏捷,它能较早地预测土壤养分及环境质量的变化过程,被认为是最有潜力的敏感性生物指标之一[1] 。但土壤微生物的种类庞大,使得有关微生物区系的分析工作十分耗时费力。因此,微生物群落结构的研究主要通过微生物生态学的方法来完成,即通过描述微生物群落的稳定性、微生物群落生态学机理以及自然或人为干扰对群落产生的影响,揭示土壤质量与微生物数量和活性之间的关系。利用分子生物学技术和研究策略,揭示自然界各种环境中(尤其是极端环境)微生物多样性的真实水平及其物种组成,是微生物生态学各项研究的基础和核心,是重新认识复杂的微生物世界的开端。
土壤微生物测定 土壤微生物活性表示土壤中整个微生物群落或其中的一些特殊种群状态，可以反映自然或农田生态系统的微小变化。土壤微生物活性的表征量有:微生物量、C/N、土壤呼吸强度和纤维呼吸强度、微生物区系、磷酸酶活性、酶活性等。 测定指标： 1、土壤微生物量(MierobialBiomass，MB) 能代表参与调控土壤能量和养分循环以及有机物质转化相对应微生物的数量，一般指土壤中体积小于5Χ103um3的生物总量。它与土壤有机质含量密切相关。 目前，熏蒸法是使用最广泛的一种测定土壤微生物量的方法阎，它是将待测土壤经药剂熏蒸后，土壤中微生物被杀死，被杀死的微生物体被新加人原土样的微生物分解(矿化)而放出CO2，根据释放出的CO2:的量和微生物体矿化率常数Kc可计算出该土样微生物中的碳量。 因此碳量的大小就反映了微生物量的大小。 此外，还有平板计(通过显微镜直接计数)、成份分析法、底物诱导呼吸法、熏蒸培养法(测定油污染土壤中的微生物量—碳。受土壤水分状况影响较大，不适用强酸性土壤及刚施 用过大量有机肥的土壤等)、熏蒸提取法等，均可用来测定土壤微生物量。 熏蒸提取-容量分析法 操作步骤： （1）土壤前处理和熏蒸 （2）提取 -1K2SO 4（图将熏蒸土壤无损地转移到200mL聚乙烯塑料瓶中，加入100mL0.5mol·L 水比为1:4；w：v），振荡30min（300rev·min -1），用中速定量滤纸过滤于125mL塑料瓶中。熏蒸开始的同时，另称取等量的3份土壤于200mL聚乙烯塑料瓶中，直接加入100mlL0.5mol·L -1K2SO4提取；另作3个无土壤空白。提取液应立即分析。 （3）测定 吸取10mL上述土壤提取液于150mL消化管（24mmх295mm）中，准确加入10mL0.018 mol·L -1K2Cr2O7—12mol·L-1H2SO4溶液，加入2~3玻璃珠或瓷片，混匀后置于175±1℃ 磷酸浴中煮沸10min（放入消化管前，磷酸浴温度应调至179℃，放入后温度恰好为175℃）。冷却后无损地转移至150mL三角瓶中，用去离子水洗涤消化管3~5次使溶液体积约为80mL， 加入一滴邻菲罗啉指示剂，用0.05mol·L -1硫酸亚铁标准溶液滴定，溶液颜色由橙黄色 变 为蓝色，再变为红棕色，即为滴定终点。 （4）结果计算
※农业科学2018, V ol.38, No.1729 农业与技术 润湿性是固体表面的重要特征之一，其影响因素主要包括表面化学组成（表面自由能）和表面微观结构（粗糙度）。表面润湿性的强弱通常用接触角来表征。超疏水表面在防腐蚀、防雨雪、抗氧化、自清洁功能、微流体系统等方面具有广阔的应用前景，因而引起人们极大关注。自然界中很多生物的体表（如昆虫的翅表面、植物的花瓣和叶片表面）表现出超疏水性，可用作特殊润湿性功能表面的仿生制备。 1 荷叶 荷叶的接触角高达161.0±2.5，具有超疏水性[1]。德国生物学家Barthlott等发现，荷叶表面粗糙的微米结构（乳突）及蜡状物质是导致自清洁效应的关键因素[2]。江雷课题组使用超高分辨率显微镜观察荷叶表面微观结构，发现微米级乳突（直径约5~9μm）上还存在一些纳米级结构（直径约200nm），即二级微纳米结构[3]。这种微纳二级粗糙结构上覆盖有机蜡质。双层的微纳米结构可以有效地阻止荷叶下层被润湿，有机蜡状物可以提供较低的表面能，二者的共同作用能够有效降低液体与固体之间的接触程度，改变三相接触线的长度、形状及连续性，从而使液滴在荷叶表面易于滚动，呈现特殊的复合浸润性。 2 花生叶 邱宇辰等研究发现，水滴在花生叶片表面呈球状，接触角为151.0±2.0，具有超疏水性[4]。在新鲜的花生叶表面上，丘陵状微米结构上面无规则排列着纳米薄片结构，形成微尺度下无序排列的空隙。花生叶表面微纳米多尺度结构显著增加了其表面的粗糙程度，表现出超疏水特性。 3 美人蕉叶 杨晓华对美人蕉叶表面进行超疏水测试，接触角大于160[5]。美人蕉叶表面均匀分布着30~100μm的四边形凸起。微米级结构表面及间隙密布纳米级片状结构。纳米结构为蜡质晶体，主要成分为富含C-H链的低表面能脂肪族化合物。微纳米级复合结构和蜡质层共同决定了美人蕉叶表面优异的超疏水性。Guo等研究发现，美人蕉叶表面为微纳米双层结构，从而将更多的空气滞留在水滴与叶表面之间，降低了表面能，使叶表面表现出良好的超疏水特性[6]。 4 霸王鞭叶和麒麟掌叶 霸王鞭叶和麒麟掌叶背面接触角分别为153和154，叶正面接触角分别为84和88[7]。霸王鞭叶和麒麟掌叶正面不疏水，背面超疏水。霸王鞭叶正面有微米级圆状或棱状凸起，叶背面有成簇的层片状凸起。麒麟掌叶表面具有与霸王鞭叶表面相似的微观结构，为不规则棱状和圆圈状凸起。2种叶的主要化学成分均为蜡质，进一步增强了叶表面的疏水性。 5 芦苇叶 根据冯晓娟等的研究结果，芦苇叶表面接触角为152.7°，具有良好的超疏水性[8]。芦苇叶表面有许 植物叶表面超疏水性研究进展 王万兴房岩＊蓝蓝纪丁琪关琳卢浩华郭宝琪孙刚 （长春师范大学生命科学学院，吉林长春 130032） 摘 要：超疏水表面因其广阔的应用前景而成为国内外研究热点。本文综述了植物叶表面的超疏水性，分析了引起超疏水性的主要原因（微观结构、化学组成等），对超疏水自清洁材料的研究趋势进行了展望，旨在为仿生多功能表面的设计和制备提供参考。 关键词：植物叶；超疏水；接触角；微观结构；仿生 中图分类号：S-03 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20180931010 基金项目：国家自然科学基金面上项目（项目编号：31671010），吉林省自然科学基金项目（项目编号：20180101280JC），吉林省教育厅科技计划项目（项目编号：JJKH20181167KJ），长春师范大学研究生教育创新计划项目（项目编号：cscxy2017006/ cscxy2018044/cscxy2018007/cscxy2018009） *为本文通讯作者
浅谈我国土壤重金属污染现状及修复技术 土壤是一个开放的缓冲动力学系统，承载着环境中50%～90%的污染负荷[1-2]。随着矿产资源开发、冶炼、加工企业等规模的扩大以及农业生产中农药、化肥、饲料等用量的增加和不合理的使用，致使土壤中重金属含量逐年累积，明显高于其背景值，造成生态破坏和环境质量恶化，对农业环境和人体健康构成严重威胁。重金属在土壤中移动性差、滞留时间长、难降解，可以通过生物富集作用和生物放大作用进入到农牧产品中[3]，从而影响产出物的生长、产量和品质，潜在威胁人体健康[4]。本文对我国土壤重金属污染现状进行了简要分析，概述了土壤中重金属的来源，简单介绍了物理修复、化学修复和生物修复技术在土壤重金属污染修复方面的研究进展，以期为土壤重金属污染修复提供参考。 1我国土壤重金属污染现状 随着矿山开采、冶炼、电镀以及制革行业的蓬勃发展，一些企业盲目追逐经济利益，轻视环境保护，再加上农药、化肥、地膜、饲料添加剂等的大量使用，我国土壤中Pb、Cd、Zn等重金属的污染状况日益严重，污染面积逐年扩大，危害人类和动物的生命健康。据报道，2008年以来，全国已发生100余起重大污染事故，其中Pb、Cd、As等重金属污染事故达30多起。据2014年国家环境保护部和国土资源部发布的全国土壤污染状况调查公报显示，全国土壤环境总状况体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的点位超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。据农业部对我国24个省市、320个重点污染区约548 万hm2土壤调查结果显示，污染超标的大田农作物种植面积为60万hm2，其中重金属含量超标的农产品产量与面积约占污染物超标农产品总量与总面积的80%以上，尤