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电场改善微生物水泥胶结砂均匀性

硅酸盐学报 2018年第11期46卷 1575-1583页

作者：邵光辉黄容聘南京林业大学±木工程学院南京210037 江苏省水土保持与生态修复重点实验室南京210037

胶结不均匀是目前微生物水泥研究与应用过程中普遍存在的问题,微生物分布不均匀和矿化反应不均匀是产生该问题的根本原因。通过开展水平一维渗透微生物注浆试验,对直流电场作用改善微生物水泥胶结砂不均匀问题进行研究。结果表明：在50 ... 详细信息

胶结不均匀是目前微生物水泥研究与应用过程中普遍存在的问题,微生物分布不均匀和矿化反应不均匀是产生该问题的根本原因。通过开展水平一维渗透微生物注浆试验,对直流电场作用改善微生物水泥胶结砂不均匀问题进行研究。结果表明：在50 mV/cm～125 mV/cm的直流电场作用下,砂柱内巴氏芽孢杆菌发生了迁移速率为0.64～3.80 cm/h的电泳迁移,继而改变了微生物矿化产生的碳酸钙分布特征。直流电场作用不仅使碳酸钙空间分布相对均匀,而且还导致碳酸钙晶体的形貌、胶结砂颗粒的方式发生变化,使砂柱的无侧限抗压强度提高40%以上,并对砂柱的应力-应变特性造成影响。水电解会产生酸性带迁移,但是对微生物水泥胶结的影响不大。

关键词：微生物水泥微生物注浆碳酸钙空间分布均匀性电场

微生物沉积碳酸钙胶结砂土力学特性及本构模型

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东南大学学报（自然科学版） 2019年第4期49卷 720-726页

作者：刘鹏邵光辉黄容聘南京林业大学土木工程学院南京210037 南京林业大学江苏省水土保持与生态修复重点实验室南京210037

为建立一个微生物固化土体的本构模型,分析研究了微生物固土机理,发现微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)过程中形成的碳酸钙所起作用主要是增强相邻土颗粒之间连接,增大土体刚度,使其在相同应变下可承担更高应力.故将微生物固化处理后的土体... 详细信息

为建立一个微生物固化土体的本构模型,分析研究了微生物固土机理,发现微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)过程中形成的碳酸钙所起作用主要是增强相邻土颗粒之间连接,增大土体刚度,使其在相同应变下可承担更高应力.故将微生物固化处理后的土体看成未处理的砂土(只考虑填充作用影响)和新产生的碳酸钙胶结两部分,分别进行计算模拟,而二者的刚度之和为处理后土体的总刚度.为了对MICP过程形成的碳酸钙胶结进行模拟,提出了一个临界状态计算模型,该模型包括胶结的屈服面方程、硬化规律和流动法则,将其与已有的砂土计算模型配合使用,可对各种微生物固化砂土体的应力应变特性进行计算模拟.将提出的本构模型理论计算结果与微生物固化土体的三轴压缩试验结果进行对比,结果表明,所提出的模型能够反映微生物固化土体的应力应变规律.

关键词：微生物固化土碳酸钙胶结微生物诱导方解石沉积(MICP)

微生物砂浆防护粉土坡面的强度与抗侵蚀性影响因素分析

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农业工程学报 2017年第11期33卷 133-139页

作者：邵光辉冯建挺赵志峰刘鹏李泽周宁娜南京林业大学土木工程学院南京210037 江苏省水土保持与生态修复重点实验室南京210037

微生物砂浆表面防护处理是处理粉土边坡扬尘与水流侵蚀问题的新技术。采用微生物砂浆层对粉土表面进行防护处理试验,通过微型贯入试验、水稳定性试验以及模拟降雨冲刷试验,分析了微生物砂浆防护层厚度、CaCl_2和尿素混合胶结溶液浓度、... 详细信息

微生物砂浆表面防护处理是处理粉土边坡扬尘与水流侵蚀问题的新技术。采用微生物砂浆层对粉土表面进行防护处理试验,通过微型贯入试验、水稳定性试验以及模拟降雨冲刷试验,分析了微生物砂浆防护层厚度、CaCl_2和尿素混合胶结溶液浓度、喷洒处理遍数等参数变化对微生物砂浆表面防护层的强度、水稳定性和土壤剥蚀率等性能的影响规律。结果表明,微型贯入仪可用于微生物砂浆表面防护层的强度测定,防护层的强度、水稳定性随胶结溶液浓度和喷洒处理遍数的增长而提高,最小有效厚度为5 mm。采用浓度为0.50 mol/L胶结溶液喷洒4遍,厚5 mm的防护层能够达到贯入阻力310 kPa,防护强度比77.5,崩解率2.3%,浸水强度损失率5.4%,具备较高的强度和较好的抗崩解性与强度水稳定性。粉土边坡在微生物砂浆防护前后,土壤剥蚀率能够从大于29.6降至6.8 g/(m^2·s)以下。该研究表明,微生物砂浆层用于粉土表面防护具有较好的抗冲刷性;微生物诱导结晶的方解石形成包裹砂颗粒的胶结微结构,能够使表面防护砂浆层具备良好的抗水流侵蚀性。

关键词：粉土侵蚀砂浆诱导碳酸钙沉积水稳定性土壤剥蚀率防护工程

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微生物水泥固化处理黄金尾矿的试验研究

中国矿业大学学报 2020年第4期49卷 654-660页

作者：刘鹏邵光辉黄容聘南京林业大学土木工程学院江苏省水土保持与生态修复重点实验室江苏南京210037

提出采用微生物水泥技术对黄金尾矿进行固化处理,采用试验方法系统研究了微生物水泥固化后黄金尾矿的无侧限抗压强度、碳酸盐生成量及均匀性、重金属的固化及存在形态等特性,并探讨比较了注菌法和拌菌法的处理效率.结果表明:微生物水泥... 详细信息

提出采用微生物水泥技术对黄金尾矿进行固化处理,采用试验方法系统研究了微生物水泥固化后黄金尾矿的无侧限抗压强度、碳酸盐生成量及均匀性、重金属的固化及存在形态等特性,并探讨比较了注菌法和拌菌法的处理效率.结果表明:微生物水泥固化后,黄金尾矿的强度显著增加,最大值可以达到1 MPa左右;拌菌法处理后的试样强度要明显高于注菌法,碳酸盐分布的均匀性也更好;微生物分解尿素生成的CO3^2-可以与黄金尾矿中的重金属离子相结合,转化为不溶于水的碳酸盐矿物,有效态重金属离子的占比由1556 mg/kg减至303.9 mg/kg.强度特性和环境安全特性两方面都表明微生物水泥技术可以用于黄金尾矿处理.

关键词：黄金尾矿微生物水泥碳酸盐强度特性环境安全特性

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微生物注浆固化粉土矿化反应的沿程变化特性

岩土工程学报 2023年第1期45卷 206-212页

作者：邵光辉陈海涛侯敏黄容聘刘鹏南京林业大学土木工程学院江苏南京210037 南京林业大学江苏省水土保持与生态修复重点实验室江苏南京210037

加固土体不均匀是制约微生物注浆固土技术应用的重要因素。为揭示微生物注浆固化粉土时矿化反应过程沿渗流路径的变化规律,采用微生物一维注浆固化粉土试验,分析在不同渗径长度条件下,细菌生物量、pH值、离子浓度和碳酸钙生成量等矿化... 详细信息

加固土体不均匀是制约微生物注浆固土技术应用的重要因素。为揭示微生物注浆固化粉土时矿化反应过程沿渗流路径的变化规律,采用微生物一维注浆固化粉土试验,分析在不同渗径长度条件下,细菌生物量、pH值、离子浓度和碳酸钙生成量等矿化反应参数沿渗流方向的变化特性。结果表明,土体中的游离细菌生物量随着相对渗径长度增大呈指数衰减。孔隙液的pH值、游离钙离子和铵根离子浓度随相对渗径长度增大呈抛物线变化。固化土中胶结碳酸钙生成量随相对渗径长度增大而逐渐衰减,与游离细菌生物量线性正相关,并随胶结液浓度增大而增大。细菌生物量的沿程变化是影响微生物固土胶结物分布的根本原因。提出了以归一化相对渗径长度为基本参量的碳酸钙生成量沿程分布的预测公式,预测值与试验结果具有较好的一致性,可适用于不同渗径长度的微生物注浆固化粉土效果的预测。该研究能够为微生物注浆加固粉土地基的设计与施工提供参考。

关键词：微生物注浆粉土矿化反应渗径长度

应用于矿山修复的高效菌株鉴定与溶岩机制：基于增强回归树分析

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环境科学 2017年第1期38卷 283-293页

作者：吴雁雯张金池郭晓平刘鑫南京林业大学南方现代林业协同创新中心江苏省水土保持与生态修复重点实验室南京210037

岩石矿区废弃地水土流失问题极度严峻,微生物对修复该问题造成的退化生境具有重要意义,为探究微生物对岩石矿区生境修复的有效性与作用机制,采用两次定向筛选,获得1株高效产铁载体及吲哚乙酸(IAA)的硅酸盐矿物分解细菌,利用16S rRNA基... 详细信息

岩石矿区废弃地水土流失问题极度严峻,微生物对修复该问题造成的退化生境具有重要意义,为探究微生物对岩石矿区生境修复的有效性与作用机制,采用两次定向筛选,获得1株高效产铁载体及吲哚乙酸(IAA)的硅酸盐矿物分解细菌,利用16S rRNA基因序列分析鉴定该细菌为Pseudomonas protegens.通过该细菌对硅酸盐岩的岩石分解实验,测定培养液pH值,K、Al、Si这3种元素的释放量,检测岩石溶蚀的粒径变化,并分析培养液中不同有机酸,氨基酸及多糖的浓度变化,研究Pseudomonas protegens NLX-4对硅酸盐的溶蚀效果,同时引入增强回归树(boosted regression tree analysis,BRT)分析,探究其促溶机制.分析表明,该细菌通过代谢积累一定浓度的酒石酸(>777 mg·L^(-1))以及多糖(>8.21 g·L^(-1)),对硅酸盐岩产生释钾、释铝、脱硅的作用,从而有效促进岩石的分解.菌株Pseudomonas protegens NLX-4可作为修复废弃矿地被破坏生境的良好菌种资源.

关键词：硅酸盐岩生物风化假单胞菌岩石矿区生态修复

添加酸雨酸度和硫氮比对麻栎林细根生长的影响

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林业科学 2017年第4期53卷 158-165页

作者：赵文瑞刘鑫张金池王玲谢德晋袁颖丹王金平王鹰翔南京林业大学江苏省水土保持与生态修复重点实验室南方现代林业协同创新中心南京210037

【目的】探究野外林地环境下不同类型酸雨对麻栎细根的影响,为研究酸雨污染类型转变对林业生态系统的影响和林业经营管理及可持续发展提供理论依据。【方法】随机在麻栎林中距树干1.0 m处选取120个长2 m、宽0.6 m的样方,其0~20 cm表层... 详细信息

【目的】探究野外林地环境下不同类型酸雨对麻栎细根的影响,为研究酸雨污染类型转变对林业生态系统的影响和林业经营管理及可持续发展提供理论依据。【方法】随机在麻栎林中距树干1.0 m处选取120个长2 m、宽0.6 m的样方,其0~20 cm表层土壤的pH为4.25,交换性Al3+和H+含量为4.90和0.30 cmol·kg^(-1)。按照摩尔物质量比配置5∶1、1∶1和1∶5共3种硫氮比酸溶液,均于野外用山间溪水稀释成pH为4.5、3.5和2.5共3种梯度的酸溶液,用来模拟不同类型酸雨。将南京地区2002—2013年月均降雨量的2/3设定为年总添加酸雨量,根据月均降雨量比例得出每月喷施量。2015年3月—2016年2月,将酸溶液每月分2次喷施于相应样方中(每次喷施一半,不遮挡自然降雨)。每3个月取1次样,每次共选取30个样方(每个样方在1次取样后将被废弃)。用土钻钻取0~20 cm土柱,挑出直径1∶1>1∶5,平均根径表现为5∶1春季>秋季>冬季,细根平均根径对酸雨响应强度表现为冬季、春季>秋季、夏季,细根活根比例季节差异不明显。【结论】细根对酸雨的响应强度随季节的变化而变化,随着酸雨pH降低,酸雨对细根生长的影响表现为先促进后抑制,酸雨对细根生长的影响主要作用于小径级根(一、二级根)。酸雨pH和硫氮比对细根的影响存在交互作用,随着pH降低,酸雨硫氮比的影响逐渐减弱。氮的酸化胁迫效应强于硫,酸雨硫氮比降低,即氮增加不利于细根的生长。

关键词：麻栎林酸雨硫氮比 pH 细根生长

南京城郊典型树种光合蒸腾、固碳释氧及降温增湿能力

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林业科学 2016年第9期52卷 31-38页

作者：赵文瑞刘鑫张金池王鹰翔王金平庄家尧江苏省水土保持与生态修复重点实验室南方现代林业协同创新中心南京林业大学南京210037

【目的】研究南京城郊典型造林树种麻栎、杉木光合蒸腾特性及其固碳释氧、降温增湿能力,以期为麻栎、杉木林合理经营及其生态环境效益评价提供基础科学数据,也为麻栎、杉木林的合理经营管理以及长江三角洲地区选择生长迅速、节水性能好... 详细信息

【目的】研究南京城郊典型造林树种麻栎、杉木光合蒸腾特性及其固碳释氧、降温增湿能力,以期为麻栎、杉木林合理经营及其生态环境效益评价提供基础科学数据,也为麻栎、杉木林的合理经营管理以及长江三角洲地区选择生长迅速、节水性能好、社会效益与经济效益双高的造林树种提供理论依据。【方法】春、夏、秋、冬4季分别使用LI-6400便携式光合测定仪、LAI-2200冠层分析仪以及小气象站对南京城郊典型的优势人工林树种麻栎、杉木的光合、蒸腾各项指标及其环境因子进行测定,对其季节性变化规律及其固碳释氧、降温增湿能力进行量化分析,并建立与各影响因子的"最优"多元回归模型,确定各季节主要影响因子。【结果】麻栎春季净光合速率日变化表现为双峰曲线,夏季和秋季表现为单峰曲线。杉木春季净光合速率的日变化表现为双峰曲线,夏、秋、冬季表现为单峰曲线;麻栎春季、夏季蒸腾速率的日变化表现为双峰曲线,秋季表现为单峰曲线。杉木春、冬季蒸腾速率日变化表现为双峰曲线,夏、秋季表现为单峰曲线;麻栎、杉木固碳释氧和降温增湿能力同净光合速率、蒸腾速率总体变化规律一致,表现为:夏季>春季>秋季>冬季,且季节波动比较大。麻栎春、夏、秋3季各季节单位土地面积日均光合固碳释氧量、蒸腾降温增湿量及各自对应年总量均大于杉木。同一树种在不同季、不同树种在同一季节光合固碳释氧和蒸腾降温增湿能力存在显著差异,且随林木所处的地理位置、生态环境及树种特征而变化。不过总体表现为夏季光合固碳释氧和蒸腾降温增湿能力最强,冬季最弱,春季和秋季居中。麻栎光合固碳释氧能力和蒸腾增湿降温能力比杉木强,说明麻栎利用光能固定二氧化碳积累能量、降温增湿、调节小气候改善环境和适应环境的能力强。【结论】麻栎属于耗水高产、高投入高产出型,杉木属于节水中产、高投入中产出型,可以根据当地降水条件配置合适树种作为主要造林树种来发展城郊林业,在更好地保障和改善城区居民的生活环境和质量的同时提高林产业产出量。

关键词：麻栎杉木光合固碳释氧蒸腾降温增湿

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钟山风景区土壤环境对人为踩踏扰动的响应

林业科学 2017年第8期53卷 9-16页

作者：王舒甜张金池郑丹扬王金平李伟强南京林业大学江苏省水土保持与生态修复重点实验室江苏省南方现代林业协同创新中心南京210037

【目的】探究风景区不同旅游干扰强度下土壤质量的变化规律,分析人为踩踏对土壤的影响,为恢复土壤质量以及风景区的生态旅游规划与管理提供基础数据和理论依据。【方法】在南京钟山风景区选择3条宽度为3 m的游道,在每条游道边缘的垂直... 详细信息

【目的】探究风景区不同旅游干扰强度下土壤质量的变化规律,分析人为踩踏对土壤的影响,为恢复土壤质量以及风景区的生态旅游规划与管理提供基础数据和理论依据。【方法】在南京钟山风景区选择3条宽度为3 m的游道,在每条游道边缘的垂直方向上设置1条7 m×1 m的调查样带,在每条样带上均选择3个1 m×1 m样方,距游道边缘1 m处样方为高强度干扰,距游道边缘3 m处样方为中等强度干扰,距游道边缘7 m处样方为对照区。采集样方不同土层(0~5,5~15和15~25 cm)土壤样品,测定土壤密度、含水量、持水量、p H、土壤有机质含量、土壤全氮含量、土壤速效磷含量和土壤酶活性。采用因子分析和主成分分析法计算公因子的贡献率和因子负荷量以确定各指标因子对土壤质量的重要性和贡献度,并通过对土壤各指标因子加权求和综合分析论证不同旅游干扰强度下土壤质量的变化规律。【结果】随旅游干扰强度增加,土壤含水量、孔隙度、持水量趋于下降,而土壤密度、p H趋于上升,且旅游干扰对0~5 cm土层土壤的影响大于5~15和15~25 cm土层土壤;随干扰强度增加,土壤有机质、全氮和速效磷含量趋于下降,碳氮比呈上升趋势;与对照区相比,旅游干扰下,土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性降低,且土壤质量趋于下降;随土层加深,土壤质量呈先上升后下降的趋势;由于背景区未受干扰,其表层土壤质量最佳,土层越深,土壤质量越差。【结论】土壤有机质含量、全氮含量和蔗糖酶活性的权重较大即对旅游干扰下土壤质量变化的贡献度较大,可作为钟山风景区土壤健康状况评价指标;可以通过土壤酶活性和有机质含量来动态监测景区土壤肥力;需对游客数量进行时空调控来控制生态环境容量,从而保证景区的可持续发展和生态效益。

关键词：人为踩踏土壤理化性质土壤酶因子分析法土壤综合质量指数