钠吸附比及其在水体碱化特征评价中的应用

利用松嫩平原西部水体化学特征的测试数据 ,对其钠吸附比进行了系统的探讨 .总体上 ,湖泡水体SAR值最高 ,承压水SAR值最低 .研究了仅考虑溶液中Na+ 、Mg2 + 和Ca2 + 情况下的钠吸附比值 (SARP)及离子对相互作用条件下的钠吸附比值 (SART) ,据统计结果建立了其相关关系 .同时 ,探究了松嫩平原西部各种水体受碳酸平衡影响下的钠吸附比 (SARP (ADJ)和SAPT (ADJ) ) ,并对几种水体钠吸附比的计算方法进行对比 ,根据Richards ( 195 4)的分级标准和松嫩平原西部水体的实际情况 ,将之应用于地表水和地下水的灌溉特性评价 。

不同钠吸附比的咸水结冰融水入渗后滨海盐土的水盐分布

在室内利用相同矿化度(10 g.L-1)、不同钠吸附比(5、10和30)的咸水进行咸水结冰融水模拟试验、结冰融水入渗和咸水直接入渗的土柱试验,以淡水处理为对照,分析不同钠吸附比咸水结冰融水入渗下滨海盐土水盐分布特征。结果表明:咸水冰融化过程中,融出水的矿化度和钠吸附比均呈由高到低的变化趋势。咸水结冰融水入渗速度和入渗深度均快于和深于淡水。咸水钠吸附比越小,结冰融水入渗速率越快、深度越深。水盐分布也表现为低钠吸附比咸水结冰处理的表层土壤含水量较低,水分向深层迁移,这种水分分布也使盐分向深层运移,表现为表层土壤含盐量低,深层土壤含盐量大。土层含水量低钠吸附比咸水处理高于高钠吸附比处理,10～45 cm土层则表现出相反的趋势;表层土含盐量低钠吸附比处理高于高钠吸附比处理,且咸水处理下土壤脱盐的深度大于淡水处理。钠吸附比5的咸水结冰处理,0～10 cm土壤平均含水量和含盐量分别为30.3%和1.1 g.kg-1,显著低于其他处理。为比较咸水结冰灌溉和咸水直接灌溉的效果,室内利用含盐量为10 g.L-1、钠吸附比10的咸水进行直接入渗的土柱(土壤含盐量为21.3 g.kg-1)模拟试验,结果表明:与咸水直接入渗处理相比,咸水结冰融水处理盐分淋洗效果更好,该处理0～25 cm土层平均土壤含盐量为2.9 g.kg-1,显著低于咸水直接入渗的10.6 g.kg-1。

不同钠吸附比的咸水结冰融水入渗对苏打碱土的水盐运移影响

利用不同水质(矿化度=10 g/L和SAR=5,10,30)、相同水量(678.2 ml)的咸水,进行了咸水结冰融水和咸水(不结冰)入渗的土柱实验,以分析不同SAR的咸水结冰融水入渗后,苏打碱土的水盐分布情况。结果表明:咸水结冰融化初期,矿化度和SAR均很高,后逐渐降低;与淡水结冰处理相比,咸水结冰融水处理在入渗土壤过程中,入渗速度快、深度深,并且SAR越小的咸水结冰处理,入渗速度越快、深度也越深,且差异极显著(P<0.01);这也使得表层(0-10 cm)土壤含水量SAR越小的咸水结冰处理含水量越低,而下层(深于10 cm)则越高,上层脱盐层含盐量越低,下层积盐层含盐量越高;与咸水直接入渗相比,咸水结冰处理的脱盐深度(含盐量<1.23%)为20-25 cm,浅于咸水直接入渗处理的25-30 cm,而在15 cm以上的土层平均含盐量显著小于咸水直接入渗处理,对于表层土壤的脱盐效果,咸水结冰处理要好于咸水直接入渗处理。

不同钠吸附比含水介质渗透性损失的胶体效应

该文采用室内土柱试验研究不同钠吸附比条件下天然胶体在滨海含水介质中迁移-沉积特征,分析胶体迁移过程中含水介质渗透性变化特征,并通过表征胶体的粒度、ζ电位和电泳淌度来探讨含水介质渗透性变异的机理。研究结果表明,胶体在含水介质迁移过程中发生了沉积,当水溶液钠吸附比(SAR)=0、2.85和∞时,总沉积率分别为50.96%、87.95%和54.24%。随着钠吸附比的增加,出水胶体平均粒径变小,当进水溶液SAR=0、2.85和∞时,出水胶体平均粒径分别在166.1～1595.9、578.6～2082.7和436.4～751.8nm;胶体的ζ电位、电泳淌度均为负,出水胶体ζ电位和淌度绝对值随钠吸附比增大而增大。进水SAR值越大,含水介质渗透性损失越小;当进水溶液SAR=0、2.85和∞时,含水介质渗透性损失分别为99.0%、97.3%和38.0%,胶体在迁移过程中发生的沉积作用导致含水介质渗透性降低。

微咸水钠吸附比对土壤理化性质和入渗特性的影响研究

目前微咸水的开发利用成为缓解淡水资源不足的一条重要途径,由于微咸水中含有各种盐分离子,会影响土壤的入渗特性,而且不同的钠吸附比对土壤的影响程度不同。为了分析钠吸附比对土壤入渗能力的影响,在河北省中科院南皮生态试验站进行了一维垂直积水入渗试验研究,在土壤初始含水率均为2.25%、入渗水的矿化度均为3 g/L时,分析不同钠吸附比的微咸水累积入渗量和湿润锋随时间的变化过程,发现二者具有相同的变化规律,用Philip模型进行分析,发现该模型对钠吸附比低于12.56(mmol/L)0.5的微咸水模拟结果较为精确。随着钠吸附比的变化,土壤剖面湿润区的水分运动接近活塞流;土壤含盐量主要受入渗水矿化度的影响,与钠吸附比关系不大。用钠吸附比较高的微咸水进行入渗,在土壤表层发生了Na+对Mg2+和Ca2+的置换作用,并导致表层土壤中钠离子的累积。

不同钠吸附比含水介质中胶体迁移-沉积动力学

以滨海含水介质中天然胶体为研究对象,采用自行设计的室内土柱装置,研究不同钠吸附比胶体在滨海含水介质中迁移动态特征,测定了胶体沉积动力学曲线,计算了胶体总沉积率和沉积速率常数,最后对胶体迁移沉积机理进行了探讨。研究结果表明,胶体的穿透曲线与示踪离子相比,存在一个临界孔隙体积数(临界点),在临界点之前胶体的迁移速度大于示踪离子,之后则相反;胶体未发生完全穿透,钠吸附比SAR为0,2.85和∞;出水胶体最大相对浓度为0.65,0.16和0.70;胶体在含水介质迁移过程中发生了沉积,沉积量随孔隙体积数的增加而增加。胶体在含水介质中迁移的总沉积率分别为50.96%、87.95%和54.24%。钠吸附比SAR=2.85时沉积动态曲线为直线,沉积速率常数为0.151h-1,而钠吸附比SAR为0和∞时胶体沉积动态曲线为分段直线,拐点前后胶体沉积速率常数分别为0.072 h-1、0.048h-1和0.211 h-1、0.194 h-1。研究结果用双电子层理论可以很好地解释。

松嫩平原苏打盐渍土钠吸附比的间接推算

土壤钠吸附比(SAR)的推算需要获得实测Na+浓度和推算Ca2++Mg2+(二价阳离子)浓度,或者实测二价阳离子浓度和Na+浓度。本文应用两批土样数据,采用实测Na+浓度与电导率(EC)推导阳离子总浓度(TCC)计算二价阳离子浓度(方法一)、实测二价阳离子浓度与推算TCC计算Na+浓度(方法二)、实测Na+浓度与实测阴离子总浓度(TAC)推算二价阳离子浓度(方法三)、实测二价阳离子浓度与TAC计算Na+浓度(方法四)四种方法推算SAR。成对样本T检验结果表明,四种方法获得的SAR推算值与实测值间无显著性差异(P>0.05)。但是,第一和第三种方法推算SAR和实测值间回归方程斜率分别为0.66和0.79;而第二和第四种方法SAR推算和实测值回归方程斜率分别为0.96和1.10,非常接近1.0。这表明,实测Na+浓度和推算二价阳离子浓度方法推算的SAR准确性较差,采用实测二价阳离子和推算Na+浓度方法推算的SAR值准确性较高。因此,在实际工作中建议使用实测二价阳离子浓度的方法(方法二和方法四)推算SAR。

应用钠吸附比评价灌溉水质

为了正确开发利用碱性水质的水源,必须对这种水质的水源进行较全面的分析与评价。本文认为钠吸附比是碱性水质的一个重要参数,应作为我国北方地区在水质评价中必须考虑的一个重要因素,并在文中介绍与论证了确定钠吸附比的合理方法。

覆砂下微咸水盐度和钠吸附比对水盐入渗及分布的影响

为探讨覆砂条件下灌溉水盐度及钠吸附比对土壤水分入渗过程及水盐分布的影响规律,通过室内土柱模拟试验,研究了灌溉水盐度(EC为0,1.0,2.5,5.0,7.5 dS/m,SAR为5.8(mmol/L)^(0.5))和钠吸附比(SAR为3.9,7.0,12.7,22.7(mmol/L)^(0.5),EC为2.5 dS/m)对土壤累积湿润锋和入渗量以及水盐分布的影响.结果表明,随灌溉水盐度的增加,累积湿润锋呈增加趋势,而累积入渗量呈减少趋势.与去离子水相比,7.5 dS/m处理的累积湿润锋较蒸馏水增加了7.0%,而土壤平均含水率降低了36.0%.累积湿润锋和入渗量随灌溉水钠吸附比增加先增大后减小,土壤含水率受灌溉水钠吸附比的影响较小.土壤含盐量随灌溉水盐度增加而呈幂函数增加,但与钠吸附比无明显关系.灌溉水的钠吸附比提高了土壤pH值.

生物炭对盐碱土耕层钠吸附比影响的Meta分析

基于2010—2021年发表的119组研究数据,采用整合分析(Meta-analysis)方法系统,定量评价了生物炭性质、初始盐碱土的性质及试验条件对土壤钠吸附比(SAR)的影响,以期明确施用生物炭对盐碱土SAR的综合效应,加强人们关于施用生物炭对盐碱土理化性质影响的认识,为生物炭改良盐碱土的大面积推广应用提供参考依据。结果表明:无论生物炭/试验/土壤条件如何,与对照组(不添加生物炭)相比施用生物炭可显著降低土壤SAR(41.53%);生物炭对土壤SAR影响的效应值(lnR)在不同研究中具有显著的差异(P<0.05)。对于不同原料的生物炭、木材及其它原料制备的生物炭效果最佳,SAR降幅为62.67%;随着施用生物炭量的增加,生物炭对土壤SAR的影响显著提高;对于试验条件,室内试验效果(46.32%)优于大田试验(38.70%)。此外,在初始有机碳较低的土壤中施加生物炭更利于SAR的降低。对于不同质地的土壤,添加生物炭后,砂土、壤土和黏土SAR分别降低了35.47%、47.21%和41.01%。盐碱土添加生物炭后能显著降低土壤SAR,可以通过不同种类生物炭和土壤特性相结合实现降低土壤SAR的目的。

预防土壤次生碱化的钠吸附比指标

碱土是土壤胶体中含有较多的交换性钠,土壤溶液呈强碱性反应,土壤含盐量不高的土壤。土壤次生碱化是指人类在农业生产活动中由于发展灌溉和盐土垦殖而引起的碱化。为预防土壤次生碱化,必需查明土壤碱化原因。土壤碱化是土壤胶体吸附钠离子的过程,而土壤溶液中的离子除钠外,尚有ca,Mg等离子,这些离子之间有一定的比例关系。土壤液固相平衡时,土壤溶液的钠吸附比只有达到一定数值。

灌溉水矿化度和钠吸附比互作对膜下滴灌棉花生长及产量的影响

为了缓解水资源供需矛盾,弥补淡水水资源的不足,利用微咸水和咸水灌溉成为了缓解用水危机的重要途径,同时在相同灌溉水矿化度下,灌溉水钠吸附比(SAR)的不同对棉花生长和产量的影响也会不同。因此,为了进一步探讨灌溉水矿化度和钠吸附比对棉花的影响,以棉花为研究对象,设计了3种不同灌溉水矿化度水平,分别为3 g·L^(-1)(T3)、5 g·L^(-1)(T5)和7 g·L^(-1)(T7);每种矿化度设计3种不同钠吸附比(SAR)水平,分别为10(mmol·L^(-1))^(1/2)(S10)、15(mmol·L^(-1))^(1/2)(S15)和20(mmol·L^(-1))^(1/2)(S20),并以当地淡水灌溉作为对照(CK),共10个处理,研究不同灌溉水矿化度和SAR组合对土壤盐分、棉花生长、植株离子积累、产量及水分利用效率的影响。结果表明:土壤盐分随着灌溉水矿化度或SAR的增加而增加,随着土壤深度的增加呈现先增加后降低的趋势;植株Na^(+)含量随着灌溉水矿化度或SAR的增加而增加,二者的交互作用对植株Na^(+)含量有极显著影响;而植株K^(+)含量、K^(+)/Na^(+)和N含量均随着灌溉水矿化度或SAR的增加而降低。株高、茎粗、叶面积指数和干物质量均随着灌溉水矿化度或钠吸附比的增加呈现下降趋势,灌溉水矿化度或钠吸附比极显著地抑制了干物质量的积累。灌溉水矿化度或SAR对单株铃数、单铃重、籽棉产量和耗水量(ET)有极显著影响,灌溉水SAR对水分利用效率(WUE)有极显著影响。与CK处理相比,T3S10的产量和WUE分别增加了3.27%和1.09%,T5S10的产量和WUE分别提高了2.54%和0.47%,T3S15的产量增加了1.18%,说明适度降低灌溉水SAR可以缓解矿化度增加导致棉花减产程度。不同矿化度和SAR灌溉水增加了棉花植株Na^(+)含量,降低了K^(+)和N营养的吸收,增大了K^(+)/Na^(+),所以,棉花株高、茎粗、叶面积和干物质积累量随着灌溉水矿化度或SAR的增加逐渐降低。与CK处理相比,T3S10、T3S15、T5S10处理的单株铃数和单铃重增加。综上,当利用灌溉水矿化度为3 g·L^(-1),SAR<15(mmol·L^(-1))^(1/2)或灌溉水矿化度为5 g·L^(-1),SAR<10(mmol·L^(-1))^(1/2)的咸水进行灌溉时能保证棉花产量不受影响,研究结果可为新疆及其他干旱地区的水资源管理和农业可持续发展提供理论依据和数据支撑。

松嫩平原西部水体钠吸附比研究

从水文地球化学的角度松嫩平原西部地表水和地下水的碱化特性进行了系统的探讨 ,并利用钠吸附比 (SAR)对该区各种水体的碱化特性进行了定量研究 ,湖泡水体SAR值最高 ,承压水SAR值最低。研究了溶液中离子对相互作用下各种水体的SAR值 ,根据统计结果建立了二者之间的相关关系。同时考虑到农业灌溉用水中碳酸平衡对土壤盐碱化的影响 ,探究了松嫩平原西部河流水、湖泡水、潜水和承压水的SAR。根据计算结果对松嫩平原西部地表水和地下水的农业灌溉特性进行了评价 ,提出了综合利用各种水体进行农业灌溉的可能性。该结果对半干旱的盐碱化地区农业用水灌溉具有指导意义。

黄河三角洲柽柳周边土壤钠吸附比分布特征及影响因素分析

【目的】黄河三角洲是极具特色的滨海盐生湿地,为探究该区域关键木本植物柽柳周围土壤钠吸附的特征及其影响因素。【方法】运用同心圆布点采样和相关分析等方法,对黄河三角洲柽柳周边土壤盐分离子、钠吸附比的空间分布及离子相互关系进行了分析。【结果】Cl^(-)和Na^(+)是柽柳周边土壤盐分构成的主要离子。Na^(+)、Cl^(-)和Mg^(2+)在距离柽柳较近的表层土壤中含量较少,其含量随土壤深度增加而上升,呈现底聚现象,在距离柽柳较远的土壤中呈现表聚现象。Ca^(2+)、SO_(4)^(2-)和K+的表聚现象不受距离柽柳远近的影响。相关分析表明,柽柳周边土壤钠吸附比与Cl^(-)、Na^(+)、K+和Mg^(2+)离子关系密切,与Na^(+)的相关性最强。在0~40 cm土层中,距离柽柳100 cm以内的钠吸附比远低于150 cm以外区域。钠吸附比的变异系数随土层加深而减小,深层土壤钠吸附比与盐离子的相关性均不显著。【结论】柽柳对钠吸附比的影响在100 cm以内的0~40 cm土层中更为显著。土壤盐分与钠吸附比的空间分布受柽柳冠幅范围、植物根系吸收、凋落物堆积和降水淋溶等作用的影响。

B、N掺杂对钠在石墨烯上吸附性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了本征石墨烯及缺陷石墨烯对Na原子的吸附行为.主要研究了三种石墨烯:本征石墨烯、B掺杂的石墨烯和N掺杂的石墨烯.结果表明,与本征石墨烯相比,B掺杂的石墨烯和N掺杂的石墨烯在吸附能、电荷密度、态密度和储钠量方面表现出很大的差异.B掺杂的石墨烯对Na原子的吸附能是-1.93 e V,约为本征石墨烯对Na原子吸附能的2.7倍;与本征石墨烯相比,N掺杂的石墨烯对Na原子的吸附能明显增大.态密度计算结果表明,Na原子与B掺杂的石墨烯中的B原子发生轨道杂化,而本征石墨烯和N掺杂的石墨烯中不存在轨道杂化现象.B掺杂的石墨烯对Na原子的吸附量是3个,与本征石墨烯相比显著提高.因此,B掺杂的石墨烯有望成为一种新型的储钠材料.

氧掺杂对钠在石墨烯上吸附性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了本征石墨烯(P-graphene)和氧掺杂的石墨烯(O-graphene)吸附钠原子的吸附能、电荷密度、态密度以及储存量.结果表明,两种石墨烯中,钠原子的最佳吸附位置都是H位. O-graphene对钠原子的吸附能是-4.347 eV,比P-graphene对钠原子的吸附能(-0.71 eV)低很多. O-graphene中钠原子与氧原子和碳原子发生轨道杂化,P-graphene中没有杂化现象. O-graphene能够吸附10个钠原子,较P-graphene多.因此,O-graphene更适合储钠.

缺陷对钠在石墨烯上吸附性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了本征石墨烯和缺陷石墨烯吸附钠原子的电荷密度、吸附能、态密度和储存量.结果表明,本征石墨烯中,钠原子的最佳吸附位置为H位,缺陷石墨烯中,钠原子的最佳吸附位置为T_D位.缺陷石墨烯对钠原子的吸附能是-4.423 eV,约为本征石墨烯对钠原子吸附能的2.5倍;钠原子与缺陷石墨烯中的碳原子发生轨道杂化,而与本征石墨烯没有发生轨道杂化现象.缺陷石墨烯能够吸附10个钠原子,与本征石墨烯相比显著提高.因此,缺陷石墨烯有望成为一种潜在的储钠材料.

钠在空位石墨烯上吸附性能的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了本征石墨烯和空位石墨烯吸附钠原子的电荷密度、吸附能、态密度和储存量.结果表明,在两种石墨烯中,钠原子的最佳吸附位置都为H位.空位石墨烯对钠原子的吸附能是-2. 46 eV,约为本征石墨烯对钠原子吸附能的3. 4倍;钠原子与空位石墨烯中的碳原子发生轨道杂化,而与本征石墨烯没发生轨道杂化现象.存在一个空位的石墨烯能够吸附5个钠原子,与本征石墨烯相比显著提高.因此,空位石墨烯有望成为一种潜在的储钠材料.

Na在XC_3(X=B,N,P)掺杂石墨烯表面吸附与扩散行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,对Na在本征石墨烯(PG)和掺杂单层石墨烯(BC_3、NC_3、PC_3)表面的吸附结构、电子性质和扩散行为进行了详细的理论计算。结果表明,由于磷掺杂体系(PC_3)P-C键剧烈变化,PG中原有的平面结构消失;而硼、氮掺杂(BC_3和NC_3)对PG结构的影响很小,B-C键和N-C键变化不显著,BC_3和NC_3仍然能维持PG的平面结构,并且没有正反面之分。电子结构计算表明,PG、BC_3和NC_3体系分别呈现半金属、p型掺杂和n型掺杂特征,而PC_3表现出金属性;然而,在Na吸附后所有的材料都表现出金属性。进一步的吸附能计算发现磷、硼掺杂(PC_3和BC_3)能够有效改善石墨烯的储Na容量,从扩散机制的研究发现,Na在PC_3掺杂体系表面的扩散能垒较小,仅为0.081 5 eV,有利于Na在PC_3掺杂石墨烯表面的传输和扩散,是一种潜在的钠离子电池负极材料。