模拟酸雨对红黏土抗剪性能影响的静态浸泡试验

[目的]模拟酸雨对红黏土抗剪强度特征的影响,并结合酸雨侵蚀后红黏土的微结构,分析影响强度机理,为酸雨区的基础设施建设特别是路基边坡防护和保障基础设施安全运营提供理论和工程指导。[方法]以云南省昆明市某路基边坡红黏土为研究对象,采用静态浸泡试验,用纯水和配置不同浓度的酸液对红黏土进行7,14和28 d的浸泡和侵蚀,然后采用直剪试验对红黏土的抗剪强度进行测定,同时采用电镜扫描和能谱分析对侵蚀以后土样的微观结构进行解析以此来开展侵蚀机理研究。[结果]①酸液对红黏土应力应变特征影响是明显的,特别是在高浓度酸液的侵蚀下,应力应变曲线变得不稳定,呈台阶上升状,具有应变硬化特征。②受酸液的侵蚀影响,红黏土的抗剪强度最高降低率可达到70%(7 d)和80%(14 d),在pH值为0的高浓度酸液侵蚀28 d以后,抗剪强度仅有5 kPa左右,强度基本完全损失;同时在高浓度酸液侵蚀下,不论侵蚀多长时间,黏聚力都最低,仅为4.99,2.19,0.02 kPa。随着浸泡时间和酸液浓度的增加,红黏土的抗剪强度指标黏聚力和内摩擦角均逐渐降低,且酸液浓度对强度及其指标的影响更为显著。③酸液导致倍半氧化物减少,粒间黏结性和黏结力降低,内部孔隙增大结构疏松,含水率增大是红黏土抗剪强度和黏聚力降低的原因,而酸液使粒径整体减小是内摩擦角降低的主要原因。[结论]酸雨对红黏土路基边坡红黏土强度影响明显,酸雨浓度比降雨时长对强度影响更为显著,在路基边坡稳定性的预测与防治及保障公路基础设施安全运营时应予以重视。

2015-2022年四川省酸雨特征及影响因素分析

通过统计四川省2015—2022年降水监测数据,分析四川省酸雨变化规律、各离子成分特征,并对可能的影响因素进行探讨。结果表明:四川省降水酸度明显降低,酸雨污染逐步好转,酸雨频率由16.5%降至2.6%,SO_(4)^(2-)与NO_(3)^(-)当量浓度(离子质量浓度和离子价态的乘积与离子摩尔质量的比值)比从2015年2.4降至2022年的1.6。对比分析2016—2021年全省大气污染物排放量及排放源可知,NOx和SO_(2)的减排是近年来全省酸雨污染减轻的主要因素,四川省酸雨已由“十二五”的“硫酸型”为主逐步转变为“硫酸-硝酸混合型”。四川省酸雨污染具有明显的季节性特征,秋、冬季节是酸雨污染最明显的时期,控制这两季大气污染物排放对减轻酸雨污染具有重要作用。酸雨污染与地区经济发展仍有紧密联系,酸雨频率较高的区域主要是川南经济区和攀西经济区,NOx对酸雨的贡献越来越大,做好污染物源头治理对于防治和减轻区域酸雨有重要意义。

缙云山4种植物幼苗氮磷含量及生态化学计量特征对模拟酸雨的响应

为研究酸雨对植物幼苗氮(N)、磷(P)含量及生态化学计量特征,探讨植物养分及其化学计量之间的关系及对酸雨的响应。以1年生杉木、马尾松、香樟和毛竹幼苗为研究对象,于2021年5月在重庆缙云山,设置pH值7.0(对照)、4.5、3.5和2.5共4个处理,分别记为CK、pH4.5、pH3.5和pH2.5,进行为期4个月的原位模拟酸雨喷洒试验,分析不同植物幼苗N、P含量及其化学计量比。结果表明:不同浓度酸雨下,杉木、马尾松、香樟和毛竹4种植物叶的N、P含量大于根和茎;不同树种和不同器官的N含量对酸雨淋溶的响应不同,杉木和香樟幼苗的根和叶N含量对酸雨处理响应敏感系数高于茎。在pH3.5和pH4.5时,杉木和马尾松为N限制,毛竹在pH3.5时为N限制,而香樟在pH3.5和pH4.5时为P限制,不同酸雨浓度对植物各器官N:P计量特征存在不同影响,影响植物幼苗N、P含量平衡;杉木、马尾松、香樟和毛竹根N、P含量之间呈正相关,N、P含量表现出一定的比例组成和协调关系。不同植物对于酸雨处理的响应不同,植物营养元素含量及其在各个器官间的分配与植物自身形态结构特点和外界环境变化特征有关。

重庆缙云山马尾松和润楠径向生长的酸雨响应

【目的】探究南方典型酸雨区树木生长的酸雨响应,为明晰酸雨对森林生态系统的影响提供科学依据。【方法】以重庆缙云山优势树种马尾松和润楠为研究对象,采用树轮气候学方法,分别采集马尾松40株和润楠35株建立树轮宽度年表,计算胸径断面积增长量,分析马尾松和润楠的生长趋势及其对酸雨因子的响应。【结果】1)马尾松和润楠标准年表的样本总体代表性分别为0.942和0.869,马尾松标准年表的样本总体代表性、平均敏感度、一阶自相关和第一主成分解释量均大于润楠;2)1961—2020年马尾松和润楠生长均曾受酸雨抑制,其中马尾松生长受抑制时间长于润楠,但均在2010年后出现生长恢复;3)缙云山酸雨类型从硫酸型过渡到硫酸-硝酸混合型,平均气温和降水量不是近20年树木生长的主要限制因子;马尾松和润楠径向生长与降雨pH呈显著正相关(P<0.05),与降雨中SO_(4)^(2-)浓度呈显著负相关(P<0.05);润楠径向生长与降雨中NO_(3)^(-)浓度呈显著负相关(P<0.05),马尾松径向生长与降雨中NH_(4)^(+)浓度呈显著负相关(P<0.05);4)多元线性逐步回归模型表明,年尺度的降雨SO_(4)^(2-)浓度和NO_(3)^(-)浓度分别对马尾松和润楠径向生长有极显著负面影响(P<0.01),分别可解释65.5%和29.5%的生长变异。【结论】酸雨中SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-)浓度是缙云山地区树木生长的主要限制因子,利用树轮研究酸雨对树木生长的影响具有很大潜力。

酸雨侵蚀环境中约束砌体结构时变地震易损性分析

多龄期砌体结构在酸雨侵蚀作用下的耐久性问题日益凸显,但目前国内外还没有形成完整的结构层次耐久性时变模型。为研究材料性能演化与砌体性能演化的关系,对不同配合比砂浆、砖块和砌体分别进行加速侵蚀试验,建立了考虑酸雨侵蚀循环次数的砌体构件抗压强度模型,再根据自然环境下砌体样本数据,建立酸雨侵蚀作用下在役砌体结构力学性能退化程度与服役年限的数学关系,并使用典型结构法对某二层约束砌体结构进行地震易损性分析,分别讨论了不同参数对酸雨侵蚀作用下约束砌体结构易损性曲线和破坏概率的影响规律。结果表明,在其他因素不变的条件下,当地震动强度较高时,酸雨侵蚀作用下约束砌体结构严重破坏和倒塌的发生概率随服役年限的增大而逐渐增加。

酸雨环境混凝土受弯构件承载力计算模型研究

通过总结酸雨侵蚀混凝土材料的相关试验研究成果,考虑了混凝土损伤和钢筋的锈蚀,提出混凝土受弯构件在受酸雨侵蚀下的承载力的计算公式,并与试验对比。结果表明:提出受酸雨侵蚀的混凝土受弯构件计算公式与试验结果吻合性较好,可为西南酸雨地区腐蚀结构的防护提供指导。

模拟酸雨对烟田土壤酸化及烟草生长发育的影响

我国西南地区是全球酸沉降负荷最高的地区之一,为明确酸性降水给烟田生态系统产生的可能危害,在田间利用自动模拟酸雨监测仪,模拟自然降雨(CK,pH 6.3)、超纯水(T1,pH 6.8)和酸雨(T2,pH 3.5)3种条件,测定其对土壤酸化及阳离子特征、烟草长势、生物量及氮磷钾积累量的影响。结果表明:(1)与CK和T1相比,T2土壤pH显著降低且随时间推移各处理之间差异逐渐增大;T2土壤交换性酸及铝离子含量显著增加,CEC和盐基总量下降;(2)T2显著抑制烟草生长发育,显著降低烟株株高、茎围、有效叶数及叶片长、宽,CK的茎和叶生物量最高,T1的根生物量最高;(3)根中氮和钾的积累量均为T2最低;茎和叶中氮的积累量表现为T2>T1>CK,茎和叶中钾的积累量表现为CK>T2>T1;磷的积累量在不同部位中差异不大,整体表现为T2最低。可见pH 3.5的酸雨能导致土壤明显酸化,显著抑制烟株生长发育,应采取有效措施控制其发生危害。

模拟酸雨侵蚀环境下悬臂抗滑桩耐久性极限寿命预测

为构建长期荷载及酸雨侵蚀耦合作用下悬臂抗滑桩耐久性极限寿命准则及服役寿命预测模型,通过开展酸雨单独侵蚀、弯拉荷载及酸雨耦合侵蚀作用下的混凝土中性化试验,构建了混凝土中性化深度多因素时程演化模型;其次通过修正混凝土中性化残量计算模型建立了抗滑桩桩身钢筋初锈时间模型;进一步结合现有钢筋锈蚀速率模型提出了抗滑桩耐久性极限寿命准则及服役寿命预测模型;最后基于控制变量法对桩体材料、桩体施工、外部环境及外部荷载等因素进行了参数研究。结果表明:弯拉荷载及酸雨侵蚀耦合作用下混凝土中性化深度与侵蚀时间、应力水平、模拟酸液酸度均呈正相关,混凝土中性化深度时变演化过程符合三阶段模式;利用所建悬臂抗滑桩耐久性极限寿命预测模型获得的预测值比易丽云建立的模型及黄新朋建立的模型预测值分别长17.52 a及12.47 a,所建模型具有较好的适用性,预测结果更为经济合理且符合工程实际;悬臂抗滑桩服役寿命与桩身混凝土保护层厚度、桩身混凝土强度、施工质量及外部侵蚀溶液pH值成正比,与桩身混凝土水灰比、桩身滑面处应力水平成反比。该研究结果对酸雨侵蚀作用下悬臂抗滑桩服役寿命评估具有重要的科学指导意义及实用价值。

多年生黑麦草的防御机制对模拟酸雨和镉复合胁迫的响应

为深入探讨酸雨和重金属镉复合污染土壤的植物修复原理,通过对不同酸雨和镉复合胁迫处理下多年生黑麦草种子萌发和幼苗生理生化分析,探究模拟酸雨和镉胁迫对多年生黑麦草种子发芽率、发芽势、幼苗生物量、叶绿素含量、丙二醛含量和相对电导率的影响。结果表明,低浓度的酸雨和镉复合胁迫(p H值6.0+Cd 0.5 mg·L^(-1))促进了多年生黑麦草种子的萌发和幼苗叶片叶绿素的合成;而高浓度的酸雨和镉复合胁迫(p H值3.0+Cd 40 mg·L^(-1))显著抑制了多年生黑麦草种子的萌发和植株的生长,明显降低了多年生黑麦草幼苗生物量和叶绿素含量,表现出一定的“低促高抑”现象。多年生黑麦草幼苗叶片的过氧化物酶活性随复合胁迫的加剧而明显降低,而丙二醛含量和相对电导率却随复合胁迫的加剧而显著增加。试验结果可为酸雨和重金属污染土壤的植物修复提供一定的参考依据。

达州市酸雨变化特征及其与气象因子的关系

选取2008—2022年达州市达川区国家基本气象站的酸雨监测资料,统计分析1233个降水样本中pH值和K值变化特征及其与气象因子的关系。结果表明:近15 a达州市年平均pH值为6.03,呈微弱的上升趋势,季变化和月变化明显,四季从高到低顺序为夏季>秋季>春季>冬季;年平均K值为71.1μs·cm^(-1),总体呈下降趋势,四季从高到低顺序与pH值相反,即冬季>春季>秋季>夏季。大气降水主要以中性为主,酸雨发生频率为27.49%,主要集中在2008—2017年。当地面风向为ENE时,酸雨出现频率最高,NE风向对应强酸雨出现的频率最高。从相关性来看,pH值与风速呈正相关,K值与降水量呈负相关。近年来,达州市酸雨情况得到明显改善,大气环境治理成效显著。

近12a江西省酸雨时空变化及受酸性气体影响研究

基于2010-2021年江西省酸雨观测数据及大气污染物排放数据,采用GIS空间插值等方法,分析讨论了江西省酸雨时空变化特征及大气污染物变化情况,以期为江西省实现社会经济与环境之间的协调可持续发展提供理论支撑.结果表明:Ⅰ2010-2021年江西省酸雨污染状况整体减弱,降水年均pH值从4.9上升到5.5,酸雨频率从78%下降到25%.夏秋季节酸雨污染程度较低,春冬季节相反;Ⅱ江西省酸雨空间分布特征明显,赣东北地区酸雨出现频率高,呈东北-西南走向.酸雨情况从第一季度到第三季度,除九江、宜春外,其余城市酸雨情况均加重,其中赣南地区加重程度明显,且各地级市酸雨污染情况月份特征显著;Ⅲ大气SO_(2)浓度下降比例与酸雨频率下降比例高度拟合,且与降水年均pH值的线性相关程度最高,是影响江西省酸雨发生的主要原因之一.SO_(2)、NO_(X)工业排放量下降是影响江西省酸雨污染减轻的主要因素.

“探究模拟酸雨对苔藓植物的影响”实验教学设计与实践

在“苔藓植物”教学中引入“探究模拟酸雨对苔藓植物的影响”探究实验。以麦冬和苔藓为研究对象,设置pH2、 pH4两个梯度,清水为对照,通过外形及内部结构观察发现,与麦冬相比较,“酸雨”胁迫下苔藓更容易发生褪绿、卷缩等现象,且pH值越低,叶绿体被破坏越多,植株受害程度越严重。通过实验探究,学生在自主设计、合作探究、成果展示等过程中自主构建概念,实现了深度学习,培养了科学思维能力。

2000—2021年珠海大气降水化学特征及酸雨成因分析

利用2000—2021年东亚酸沉降网(EANET)的监测数据及气象资料,详细分析了珠海酸雨长期变化特征和成因。结果表明:2000—2021年,珠海酸雨污染大致经历了4个阶段,分别是2000—2003年酸雨改善期、2004—2007年酸雨恶化期、2008—2015年酸雨再次改善期、2016—2021年酸雨反弹期。珠海雨水中主要的致酸阴离子是NO_(3)^(-)和SO_(4)^(2-)。SO_(4)^(2-)/NO_(3)^(-)(质量浓度比)呈逐年下降趋势,2019年起珠海已从硫酸-硝酸混合型酸雨转为硝酸型酸雨。分析珠海酸雨成因,主要在于:①本地化石燃料的燃烧和汽车尾气的排放;②珠海易受到上游珠三角地区大气污染物输送影响;③珠海雨水中起中和作用的碱性阳离子含量偏低;④2016年之后珠海酸雨出现明显反弹,考虑与臭氧质量浓度增加导致大气氧化性增强有关。

2010~2019年北京市酸雨变化特征分析

选用2010~2019年北京市3个酸雨站(昌平、观象台和上甸子站)的酸雨观测数据,分析北京市酸雨变化特征。结果表明:2010~2019年北京市酸雨频率持续降低,3个观测站酸雨频率分别从41%、39%和53%降低至5%、7%和22%。昌平站酸雨频率下降最多,观象台站次之,表明北京地区局地的降水酸性改变速度较华北区域整体改变速度要快。3个观测站月降水量变化趋势和降水pH值变化趋势存在显著不同。北京地区夏秋两季酸雨污染严重,弱酸雨和强酸雨一般出现在夏季和秋季。北京地区酸雨主要发生在大雨和暴雨的降水过程中,而强酸雨更易出现在大雨以下降水过程中。

探究“酸雨对生物的影响”实验创新改进

已有研究结果显示,酸雨会危害动物、植物和人类的健康。文章以重要农作物黄豆和玉米为实验材料,针对“酸雨对生物的影响”实验进行创新改进,研究模拟酸雨对种子萌发、幼苗生长、叶肉细胞结构的影响。结果表明模拟酸雨pH值越低,对黄豆、玉米种子萌发和幼苗生长影响越大,且对黄豆危害更大。改进后的实验,拓展了设计思路,操作过程简便,解决了教材实验存在的问题,提供了直观的实验教学效果。

2016—2023年蕉城区酸雨成分变化特征分析

为了解宁德市蕉城区酸雨污染状况及其变化特征,根据蕉城区2016—2023年降水监测数据,对酸雨的pH值及酸雨中离子组成分等进行分析。结果表明,蕉城区除2019年为非酸雨区外,其余年份均属于轻酸雨区;蕉城区酸雨为硫酸和硝酸并重型,降水污染物阴离子主要是SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-),阳离子主要是NH_(4)^(+)和Ca^(2+)。因此,建议优化产业布局、强化重点排放源整治、加大移动源减排力度、加快推进码头岸电设施建设,持续加大宣传力度,进一步改善蕉城区酸雨状况。

黔西南州酸雨气象成因分析及对农作物影响与防御

随着工业化的快速发展,人类对煤炭、天然气、石油等燃料的使用,以及汽车尾气排放和金属冶炼,导致大气中酸性气体的数量不断增加,这也滋生了酸雨问题。酸雨对地球环境和人类社会经济都会造成严重影响。本文以黔西南州为例,首先探讨了黔西南州的酸雨特征及其与气象条件的关系,并阐述了酸雨对当地农作物的影响。最后,提出相关防御措施,供相关人员参考。

2014—2023年福清市酸雨污染现状及变化趋势浅析

文章根据2014—2023年降水监测数据,分析了这10年间福清市酸雨污染的变化趋势。结果表明:福清市酸雨污染总体呈减轻的趋势,且福清市的降水主要是弱酸性降水;福清市降雨量和酸雨量月际变化趋势类似,8、9月份的值较大,2月份最少;降水pH值月际变化与酸雨频率恰好相反;氮氧化物对福清市降水的贡献日益增大,福清市降水由硫酸型逐步转变为硫酸与硝酸混合型。为此,文章提出福清市应重点加强氮氧化物深度减排管控,特别是机动车尾气监管。

2012—2022年三明市酸雨变化特征及趋势分析

利用三明市环境监测站酸雨监测资料,分析2012—2022年三明市酸雨的年变化和季节变化特征及趋势,并运用曼-肯德尔法对降水pH值、K值、酸雨出现频率等要素的年、季变化进行突变检验。结果表明,①三明市年均降水pH处于弱酸雨至中性降水量级,整体呈上升趋势,即酸性减弱,其中,2012年酸雨污染最严重;年均酸雨出现频率处于酸雨多发至高发级别,呈先降后升的变化;强酸雨属偶发至少发量级;K值总体呈下降趋势,说明大气洁净度逐渐变高。②三明市酸雨存在季节性差异,春季是酸雨高发季节,多年平均春季降水pH值达5.3,出现频率达68.12%,冬春季酸雨较强,夏季较弱。③降水pH值在2012—2021年呈上升趋势,酸性不断减弱,于2015—2016年达显著增强水平,即降水酸性显著减弱。K值同样呈下降趋势,于2015年发生突变,且在2016年后大气洁净度显著提高。

STEM视角下“设计类跨学科”课程的教学设计研究——以“酸雨的成因与防治”为例

近年来STEM教育在众多学科中广泛应用,尤其是在核心特征跨学科性的指导下,教学发生了巨大变革,学生从中获得的知识结构更为系统,解决实际问题的综合素养明显提升。本文分析了STEM和设计类跨学科的内涵,整合出了STEM视角下“设计类跨学科”的教学设计模式,以“酸雨的成因与防治”教学为例,为一线教师提供参考。