地球化学土壤测量

地球化学土壤测量（精选十篇）

地球化学土壤测量 篇1

1.1 元素自身性质

地球土壤的化学性质与价电子、离子半径、电位、化合价以及计划左右有关。其物理性质与放射性和重力有关。其理化性质决定了元素及其化合物迁移性质。晶格能决定了化合物的稳定性而离子半径与电价决定了晶格能的大小。当元素离子半径小而其电价较高时晶格能就高。其化合物的稳定性较好, 抗风化能力就较强。例如锡石其中锡的价电子为+4, 黑钨矿中Wu可高达+6。在土壤中以机械分散晕式分布。同时离子半径及其电价也决定了元素的水溶性。当元素价电子位数高、而离子半径小时元素迁移能力就会下降。例如Fe3+。

1.2 母岩成分

土壤的最初来源是岩石的风化, 而在岩石中各种元素的含量大不相同, 因此风化后所生土壤中的元素含量有差异。例如在超基性岩区风化土壤中元素含量较高的是Cr而基性岩区的土壤中Co的含量相对较高。

1.3 环境因素

环境对土壤中元素的影响一般来自于两方面一方面是温度、湿度影响另一方面是植被的影响。温度和湿度对土壤的酸碱度起到主要作用也是风化和成土作用的主要影响因素。土壤中存在很多的腐殖质而每年的环境温度和降水量将影响其分解量和分解程度。进而影响了土壤的酸碱度。因此, 不同的气候类型, 造成了不同的土壤类型。与此同时土壤所具有的化学性质不同依附其生存的植被也就不同。在元素的迁移与聚集经植物吸收后使得植物体内某些元素富集, 在它死后, 经微生物分解作用大量元素回归土壤也就造成了土壤内表层的某种元素的富集现象。

2 土壤测量的应用范围与条件

在众多寻找矿藏的方法中土壤测量是其中最为简单的一种其容易操作、成本较低而且效率较高。其应用广泛对于大多数金属矿床尤其是有色金属和稀有金属矿床都可以应用此方法。且土壤测量在区域地质调查、找矿以及矿区评价的各个阶段进行应用。例如在铜、铅、锌、镍、钻、铜、锡矿的探寻中以及锄、汞、砷、锑、钗、铀、银、金等稀有金属的发现中其都是行之有效的方法。同时其能够解决很多找矿中出现的问题:

(1) 采用地质、物探方法与土壤测量相配合在浮土掩盖区进行地质填图圈定各种岩体的大致分布。例如在测量过程中可以根据土壤中铜、镍的含量与磁法相配合来围定超基性岩体的界线。

(2) 可以运用土壤测量技术对所在区域内含矿远景地段进行测量例如对某稀有金属矿测量其锑、钼次生晕异常区能够指示隐伏的矿藏的矿化范围。在一些大的矿区其外围存在许多新矿点都可以运用土壤测量法进行探查。

(3) 通常直接找隐伏矿体可在找矿的远景地区或指定地段, 根据比例尺计算出所要找隐伏矿化固定的矿体的位置以及对矿体的形态和产状进行判断。对所测得的矿体的可能厚度以及品位进行初步判断。并对所找矿藏所需钻孔情况和山地工程的布置情况进行指导。应用土壤测量的条件, 浮土厚度一般要处于5到10m之间如果浮土层过厚就要采用深层取样或者是钻孔发现次生晕的方法。例如在山东蓬莱地区寻找金矿区时。其所要测量区域的岩性主要是胶东群变质岩系以及花岗岩而地形则以低山和丘陵为主。土壤层的厚度在0.5至1.0m之间局部地区可达到几米。故可以应用土壤测量的方法。采用1:2.5万的工作比例尺进行测量。采样层位为淋积层和母质层时粒度小于6 0目时可以有效的发现异常。通过试验进行选定发现P b、Z n、B i、B a、M o、A u、A g、A s、C u9种元素是此次金找矿的指示元素。对于区内异常随地质构造环境不同规模与形态的异常以及各个元素的组合使得其各具特点。在此次探寻中发现位于主位东部的郭家岭地区的岩体内部的接触带中的岩性以似斑状花岗闪长岩为主其异常情况严格受到N E向次级断裂控制其元素的组合主要为A u、A s、P b和Z n目前在此区已发现了大型金矿并成为了蓬莱地区金矿的集中区。

3 实际运用

首先是确定取样间距以及布置取样点线。在实际应用土壤测量技术取样网的间距是由所属工作的目以及任务要求来进行选定的。并且对于所要选用的工作比例尺的大小、以及矿床的类型、矿带和规模及其所能够产生的次生晕规模的大小等因素也对取样间距造成影响。但是其总的原则就是要求圈出次生晕的异常做到不漏矿。对于层位的取样一般情况下是通过试验进行确定的。要在新工作的区通过一些科技方法对分层样品进行采集进而对各分层土壤中所含金属元素的量及其变化进行分析来进行最后的确定。试验在此过程中是关键的一步因为通常取样时要穿过腐殖层、淋积层, 深度大约在3到5米之间。对于每个样品的采集都有采用一点多坑的方法, 通常是由3到5个坑的样品联系组合。其坑距要根据具体的情况以及工作比例尺的大小来定。

在野外实际操作中要对所采集的样品进行记录。通常将其编录在专门的野外记录本上。一般有专门的记录格式包括样品的编号、所取样品的深度、所在层位以及所采集的物质竿。按照设计所要求的对项目进行分析并认真填写送样单以及所要送的样品。

4 结束语

对于寻找单一或者是多金属矿藏土壤地球化学测量技术是一种易行、有效的勘查手段。选择正确的测量方法, 依据工作比例尺其可以扫面异常特征, 圈定矿化带以及结合相关地质和物探情况资料对所找矿藏所需钻孔情况和山地工程的布置情况进行指导。

参考文献

[1]葛良胜, 邹依林, 张学军, 等.西藏冈底斯～念青唐古拉褶皱带中段以金为主的综合矿产资源调查评价[R].武警黄金地质研究所, 2002

[2]张国义, 张连发.土壤地球化学测量在山东蓬莱地区普查找金的效果[J].地质找矿论丛, 2003, 18 (12) 141—142

地球化学土壤测量 篇2

海河隐伏活断层探测中土壤气氡和气汞测量及其结果

在海河隐伏断裂的探测中,利用FD-3017RaA测氡仪和XG-4型测汞仪开展了土壤气氡和土壤气汞的测量工作.根据12条断层气测线的测量结果,结合人工地震探测资料,对断层气异常位置与断层位置的关系进行了分析;运用断层气异常强度与断层活动性的关系对海河断裂的活动性进行了研究,给出了海河断裂天津段的位置和活动性分段.研究结果表明,断层气方法不仅能给出断层的.初步位置,而且能够用于断层的活动性初步分段,但断层气方法所给出的断层位置应是一个条带.经与人工地震探测结果对比分析,断裂位于这个条带内;根据土壤气氡测量结果,可将海河断裂分为东、西两段,且东段的活动性要强于西段.这种强、弱之分仅是一种相对结果,在判定断层是否为活断层方面还存在一定困难.

作 者：邵永新 杨绪连 李一兵 SHAO Yong-xin YANG Xu-lian LI Yi-bing  作者单位：天津市地震局,天津,300201 刊 名：地震地质  ISTIC PKU英文刊名：SEISMOLOGY AND GEOLOGY 年，卷(期)：2007 29(3) 分类号：P315.2 关键词：土壤气氡   土壤气汞   活断层   探测  

地球化学土壤测量 篇3

摘要：在内蒙古东乌旗丘陵地区，运用土壤地球化学测量方法发现了许多有色和贵金属异常带，找矿潜力巨大[1]。在温都敖拉Ⅰ号靶区，通过1∶2.5万土壤扫面圈定了土壤综合异常，在异常上布设了1∶5000地质、土壤剖面，进一步圈定了元素高值区段的位置，为槽探工程布置提供了直接依据。预查工作最终通过少量槽探及稀疏的钻孔揭露，圈定出多条工业银、铜、铅锌矿体，显示出土壤地球化学测量方法在丘陵地区良好的找矿效果。

关键词：土壤测量；内蒙古东乌旗；温都敖拉Ⅰ号靶区

Abstract：In the hills region of Inner Mongolia Dongwuqi，we found many anomaly belts of non ferrous metal and precious metal by using geochemical soil survey. This area has a good prospecting potentiality. In the No.1 target area of Wenduaola，the abnormal area delineated by using soli scanning in the scale 1/25000. Through the geological and soil profile in the scale of 1/5000 in abnormal area could make the high value of elements more obvious. It also provides a direct basis for costeaning work. Ultimately，by using a little costeaning and drilling work，there are a lot of silver-bronze-lead-zinc ore-bodies with production grade are delimitated，and also show the good effects of prospecting by using geochemical soil survey in hills region.

Key words： soil surveying，Dongwuqi of Inner Mongolia，the No.1 target area of Wenduaola

鉴于内蒙古中西部地区风成砂覆盖严重，地表基岩露头差、水系又极不发育的情况，运用土壤地球化学测量方法寻找隐伏的有色金属、贵金属矿产发挥越来越重要的作用。通过土壤测量，能够迅速确定找矿靶区范围，为地质找矿提供较直接、可靠的地球化学找矿信息。

1. 概况

2011年～2012年我院在温都敖拉地区开展银、铅锌多金属矿产预查工作，通过1∶2.5万土壤测量在温都敖拉Ⅰ号靶区内圈定综合异常2个，经过1∶5000土壤剖面检查，进一步圈定了元素高值区段的位置，为槽探工程的布置提供了直接证据，最终经探槽揭露，于地表发现银、铜、铅锌矿化蚀变带1条，钻探工程在深部发现多条矿体。目前，该地区正在开展矿产普查工作。

2. 区域地质

温都敖拉地区处于西伯利亚板块东南大陆边缘与华北板块北部大陆边缘缝合带北侧，内蒙古华力西中晚期褶皱带的东乌珠穆沁旗复背斜中段，二连——东乌旗复背斜北翼[2]。

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1. 逆断层；2. 平移断层；3. 性质不明断层；4. 背斜轴及背斜编号；5. 第四系全新统；6. 宝格达乌拉组；7. 白垩系大磨拐河组；8. 侏罗系玛尼吐组；9. 侏罗系满克头鄂博组；10. 二叠系下统石炭系上统宝力高庙组；11. 泥盆系上统安格尔音乌拉组；12. 晚侏罗世花岗斑岩；13. 晚侏罗世黑云母花岗岩；14. 早二叠世黑云母二长花岗岩；15. 石英钠长斑岩脉；16. 第四系界线、整合接触界线、侵入接触界线；17. 角度不整合界线；18. 温都敖拉Ⅰ号靶区位置。

温都敖拉构造形态主要表现为北西向，其次为北东向。北西向构造形迹主要由北西向的张扭性断裂组成，北东向构造形迹主要是由北东东向的褶皱、断层以及与这些构造形迹相伴生的其他构造形迹组成[1][3]。出露的地层主要为古生界泥盆系、晚石炭——早二叠系地层及中、新生界地层，侵入岩有晚侏罗世花岗斑岩、次火山相流纹岩（图1）。

3. 温都敖拉I号靶区地质特征

3.1 地层

温都敖拉地区地层由老至新依次为古生界泥盆系、晚石炭——早二叠系地层及第四系。地层总体走向北东，倾向和倾角受褶皱构造控制，温都敖拉Ⅳ号矿体出露地层主要为晚石炭——早二叠系宝力高庙组第一岩段（C2-P1bl1），该岩段岩石呈北东向展布，是温都敖拉区内主要岩性之一，是赋矿的主要围岩（图2）。岩性主要由中酸性的凝灰岩、安山岩、砾岩及流纹质含角砾熔岩组成。上限被第四系覆盖，下限与安格尔音乌拉组呈断层接触。

1. 第四系全新统风成砂；2. 火山颈相流纹质含角砾熔岩；3. 安山岩；4. 安山质岩屑晶屑凝灰岩；5. 晚侏罗世次火山岩相流纹岩；6. 晚侏罗世花岗斑岩；7. 矿化蚀变带；8. 地质界线；9. 岩相界线；10. 土壤综合异常位置及编号；11. 土壤剖面位置及编号；12. 层理产状；13. 流面产状。

3.2 构造

区内构造运动频繁，构造形态主要表现为呈北西向展布的特点，其次为北东向，局部表现为北北东向及北西西向。北西向构造由张扭性断裂组成。北东向构造由褶皱、断层、挤压破碎带组成。

3.3 岩浆岩

地球化学土壤测量 篇4

1 系统总体结构

便携式采集器是一款轻小便捷的两要素手持设备采集器，主要采集土壤含水量和土壤温度值。硬件总体框图如图1所示。系统初始化完成后，GPS模块获取待采集位置的地理信息和时间，并将时间更新到系统时钟。使用时只需将插针式墒情传感器和温度传感器插入待测土壤中便可采集要素。采集的要素值可存储在EEPROM中，并在LCD上显示测量值，实现即用即测。同时可读出EEPROM的数据并显示某一段时间内的墒情和温度特性曲线图。设备上的USB接口有两个功能：一是通过USB可以将EEPROM中存储的数据导入到计算机中，便于分析和比较;二是USB接口可供系统充电。

2 微处理器

ARM Cortex-M3 LPC1766是一个低成本、低功耗并且具有极高运行能力和中断响应能力的处理器[2]。其操作频率可达100 MHz，具有3级流水线和哈佛结构，带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的低性能的第3条总线，其外设组建包含512 KB的Flash存储器、64 KB的数据存储、以太网MAC、USB接口、10位DAC、内部RTC等功能。LPC1766还有许多新的特征，包括Thumb-2指令集、低中断延时、硬件除法、可中断可持续的多次加载和存放指令、对中断的自动状态进行保存和恢复、紧密结合中断控制器与唤醒中断控制器、多条内核总线可同时访问等[3]。

3 土壤墒情传感器接口电路

土壤墒情测量接口电路如图2所示。微控制器通过GPIO口控制墒情传感器的电源。当需要进行墒情要素采集时才给传感器供电，这样降低了功耗，减少了传感器插入土壤中的探针发生电解的时间[4]，延长了传感器的使用寿命。传感器采集到的电压信号(ΔV=VT_H-VT_L)经过放大后由微控制器进行A/D转换得到采样值，在0～50%范围内可通过以下三次多项式得到土壤含水量的转换结果。

4 温度传感器接口电路

DS18B20是单总线的工作方式，即在一根数据线上实现数据的双向传输，所以DS18B20的外接电路也相对简单。典型的电路有两种：一种是采用寄生电源供电，另一种是采用外接电源供电。无论采用哪一种方式，其DQ引脚都要外接一个上拉电阻。本文选取采用外接电源供电的方式，VCC外接3 V～5.5 V电源，GND引脚接地，DQ引脚通过上拉电阻接微控制器的I/O端口，其原理图如图3所示。

5 RT-Thread操作系统的移植

为保证系统的稳定性和实时性，选用开源RT-Thread操作系统。RT-Thread内核大致可分为对象管理、实时调度器、线程管理、线程间通信、时钟管理、设备驱动6个部分[5]。移植的软件编译平台为Keil MDK 4.23，具体操作步骤如下：

(1)打开Keil编译环境，新建一个Keil编译工程文件命名并保存，系统提示选择具体的芯片型号，选择CPU为LPC1766。

(2)添加RT-Thread内核组件，将Keil工程浏览目录下的Target 1更名为RT-Thread LPC1766，将RT-Thread LPC1766下的文件夹Source Group1更名为Kernel，同时新建文件夹System、Cortex-M3、finsh、Driver、Lwip。在Kernel中加入RT-Thread内核组件;在Cortex-M3中加入内核自带并针对LPC176x移植的汇编文件;在Driver文件中添加设备相应的驱动函数;在System中添加相应的启动文件、中断向量表、核心板文件等;在finsh中添加finsh shell组件;在App中添加用户编写的一些应用文件;在Lwip中添加TCP/IP协议文件。同时可以根据实际需求，在Rtconfig.h中配置系统时钟、最大优先级、是否启用finsh等。

至此，RT-Thread移植基本完成，用户可以编写相应的应用程序并执行。(3)在Project->Options for Targe′RT-Thread LPC1766′中选择C/C++选项卡,添加系统所需头文件的路径,包括内核、驱动以及用户定义的所需头文件的路径。

6 DS18B20在RT-Thread驱动的实现

6.1 DS18B20简介

DS18B20是一款数字式的温度传感器，它是一个单总线的器件，测量温度范围在-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内的测量精度能够达到±0.5℃，测量精度相对较高。通过编程可实现9～12位精度的数字读方式，并且具有温度上下限报警功能。在一个系统中可以挂接多个DS18B20器件，每个器件都有一个唯一的序列号存储在ROM中，DS18B20提供了5种ROM指令供识别器件，同时还提供了6种RAM指令来操作DS18B20。

6.2 DS18B20驱动实现

一般来说，在一个测温系统中，DS18B20都是作为从机供主机访问，微控制器通过单总线访问DS18B20一般需要以下3个步骤[6]：

(1)复位初始化DS18B20。

(2)执行ROM指令(器件识别)，对于设备上只有一个DS18B20的系统来说，无需读序列号来匹配设备，可以省略读ROM指令，直接执行功能指令。

(3)执行RAM指令，包括写命令到DS18B20，启动温度转换，从DS18B20读数据。

6.2.1 DS18B20复位流程

在对DS18B20进行初始化时，最主要的一点就是对时序的控制，若延时控制不当，DS18B20将不能工作或不能正确测量温度值。DS18B20初始化流程如下：

(1)设置总线为输入状态。

(2)拉低总线约480μs～960μs。

(3)释放总线，外部上拉电阻拉高总线15μs～60μs，随后DS18B20会拉低总线约60μs～240μs来应答主控制器。

(4)设置总线状态为输出，主控制器读取总线电平，如果为低电平则表示初始化完成。

(5)释放总线，初始化完成之后控制器就可对DS18B20进行操作访问。

6.2.2 DS18B20写流程

写一个操作命令字节到DS18B20需循环8次，因为DS18B20是一个单总线的设备，所以只能逐位操作。DS18B20的写操作流程如下：

(1)设置总线为输入状态。

(2)拉低总线并延时约10μs～15μs。

(3)写入数据，写入的是“1”，则拉高总线约15μs～40μs;写入的是“0”，则拉低总线约15μs～40μs。

(4)字节数写入完成后释放总线，等待约3μs。

6.2.3 DS18B20读流程

读DS18B20与写操作类似，也是要循环8次。若检测到DQ的状态为高电平，则将数据data的最高位置1，通过逐次向右移位来获得DS18B20检测的温度值。DS18B20的读数据流程如下：

(1)拉低总线约1μs。

(2)释放总线，读取总线电平状态。

(3)如果读到的是低电平，则表示读到的是“0”;如果读到的是高电平，则读到的是“1”。

(4)延时约30μs～45μs。

完成以上步骤后，将驱动移植到RT-Thread驱动中，其公共接口的实现代码如下：

上述函数中，在rt_ds18b20_read函数中读取DS18B20的温度值的过程中就包含初始化设备，而获取总线、释放总线的功能与打开设备、关闭设备类似，因此rt_ds18b20_init、rt_ds18b20_open、rt_ds18b20_close 3个函数的函数体可以直接返回RT_EOK。而其他函数在采样时没有涉及到这些功能，因此可以为RT_NULL。rt_device_register函数用于注册设备并设置相应的属性，注册的设备可以通过查找设备名称来找到设备，并获得相应的设备控制块。整个DS18B20驱动中，所有对DS18B20的操作都是在rt_ds18b20_read函数中完成的。rt_ds18b20_read函数中进行了设备的初始化、执行相应的ROM指令和执行相应的RAM指令操作来实现DS18B20的温度测量，rt_ds18b20_read函数的主要功能如下：

t/100为温度值的整数部分，而(t%100)/10为温度值的小数部分。在上层的应用中，软件只需调用rt_device_read函数就能获取相应的温度值，该函数的返回值是读到数据的大小(以字节为单位)，如果返回值是0，则需要读取当前线程的errno来判断错误状态。

7 土壤墒情测量

7.1 传感器原理[4]

干燥土壤的介电常数一般在2～4之间，而水的介电常数一般为80。可以把含水的土壤看作为一种由干燥土壤和水混合在一起的介质，因此介电常数就会随含水量的变化而变化。本文选用的土壤传感器为ASW100F，它由一个100 MHz的信号源、探针以及电缆组成。根据传输线原理，电缆和探头连接处的阻抗用下式表示：

式中，Zc为探头在空气中的特征阻抗;l为探针的长度;λo为正弦波在空气中的波长;ε为探针周围土壤的介电常数;j为虚数部分的表示因子。由式(2)可知，阻抗Zi与探针周围土壤的介电常数ε有关，阻抗Zi随着土壤介电常数的不断变化而变化，导致探针和电缆的阻抗不匹配，这会在电缆中产生驻波，而驻波的波峰和波谷也会随着土壤介电常数的变化而变化。因此，驻波包络的电压就反应了土壤含水量的情况，因此可以通过测量电缆上的电压差得出土壤的含水量情况。

7.2 土壤墒情的采样

土壤墒情的采样主要是将采集的电压信号放大，然后通过微控制器的A/D转换来实现的。A/D读取的数据通过式(1)得到土壤墒情值，具体的采样流程为：(1)微控制器通过控制GPIO口为墒情传感器供电。(2)墒情传感器进行数据采样。(3)采样的电压信号经过放大器进行放大。(4)将放大器放大的电压信号通过微控制器进行A/D转换。(5)A/D转后的值经过软件运算处理后得到土壤含水量的值。

在测量的过程中，难免会出现测量偏差。为此在采样时连续测量3次，比较两个测量值之间的差值。如果两次测量误差大于1%，则认为测量失败，反之则认为测量值有效。然后将测量的3次有效值求平均来获取本次测量值。软件过滤无效值的代码如下：

本文所设计的基于ARM Cortex-M3的嵌入式便携机能够实现土壤墒情和土壤温度两要素的实时采集，采集的数据存储到EEPROM并在LCD界面上实时显示，同时可以显示一段时间内的墒情和温度曲线图。可通过USB将存储的数据导入计算机中进行分析和比较。实践结果表明，该设备具有操作简单、携带方便、功耗较低等特点。

参考文献

[1]陈天华,唐海弢,郑文刚.基于S3C2410的土壤墒情检测系统设计[J].电子技术应用,2011,37(7):89-92.

[2]周立功.深入浅出Cortex-M3——LPC1700[M].广州:广州致远电子有限公司,2010.

[3]广州周立功单片机发展有限公司.LPC1766使用手册[Z].2010.

[4]彭曾愉,赵燕东.基于μC/OS-II操作系统的土壤水分实时监测系统[J].北京林业大学学报,2010,32(11):114-119.

[5]朱志国.RT-Thread操作系统在STM32中移植的研究[J].计算机光盘软件与应用,2012(22):119-120.

同位素稀释质谱法测量土壤中铀含量 篇5

关键词：同位素稀释质谱法 土壤 铀含量

中图分类号：O641 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（c）-0051-02

表层土壤中铀含量测量是核设施周边环境监测的重要指标，为监测放射性厂房周围土壤中铀含量，建立准确的铀含量分析方法是十分必要的。铀属于α放射性核素，使用α谱仪测量α射线计数率，根据样品比活度可计算获得样品铀含量，环境样品中一般铀含量都比较低，且核设施周围由于核活动的影响，地表中铀同位素组成发生改变，使得样品同位素组成不确定，仍需要进行同位素丰度分析方可获得样品比活度。同位素稀释质谱法（IDMS）具有灵敏度高、精密度好和分析速度快的特点，被广泛地用于低含量样品的测定。热电离质谱方法具有以下几个优点：样品分析用量很小，一般在微克或微克以下；任何化学形式的铀化合物，可以方便迅速地转化为适于热电离质谱分析的样品形式；与电子轰击离子源方法比较，分析中的记忆效应以及样品间的交叉干扰要小得多；本底峰干扰小，可以获得比较好的丰度灵敏度；特别适合于进行同位素稀释法测定。使用同位素稀释质谱法进行土壤中铀含量测量可简化土壤中铀含量测量过程，减少了α谱仪电沉积制源及α计数测量步骤。

1 仪器和试剂

质谱仪：MAT262，分辨率500，曲率半径相当于46 cm，90°扇形单聚焦、双灯丝热电离设备。质谱仪在230～245质量数范围内，应该能够分辨邻近质量数的峰尾之间的相互干扰在1×10-4以下。能够充分抑制电子性能良好的检测器。灯丝组件1个蒸发带和1个电离带组成双灯丝结构；0.2 μL自动移液器；阴离子交换分离柱的内径为5 mm，内填装强碱性阴离子树脂256×4树脂床高120 mm；萃淋树脂分离柱的内径为8 mm。

铼带，英国ISTOPX仪器公司产品；铀同位素标准物质U500、U010；盐酸：2 mol/L；硝酸：1 mol/L；硝酸：8 mol/L；阴离子交换树脂；氨基磺酸亚铁溶液。

2 铀的分离纯化

利用离子交换技术[1]对提取土壤浸出液中的铀进行了改进。在对土壤用硫酸酸化和氧化亚铁浸出的过程中，铀通常以铀酰离子（UO22+）的形式进入溶液，与硫酸根作用形成二（四）硫酸盐络合物：

在酸性介质中，该树脂在吸附铀的同时也吸附了一定量的Fe3+，实验研究表明该树脂对Fe3+的吸附在20%左右，但随着吸附次数的增加，吸附的量也越来越少，而且对铀的吸附影响很小。这样Fe3+即作为一种杂质与铀共存于树脂上，会影响铀的分离和提取。通过加入某种还原剂来改变共存离子（Fe3+）的价态，从而达到分离的目的。实验设计在洗脱铀前先用抗坏血酸把Fe（III）还原成低价从树脂上解析下来，再选择淋洗液解析铀，达到了分次分离的目的。

3 铀含量测量

同位素稀释质谱法[2]（IDMS）是一种很准确的分析方法，将精确分取的已知量样品和已知量的同一元素同位素稀释剂混合，用质谱法测量加入稀释剂前后样品中的同位素丰度和样品中的同位素含量，从而计算出样品中该元素浓度。

将稀释剂（U010）溶解后稀释至1 μg/mL备用，将分离后的样品溶液蒸发至干，用2 mL 1 mol/L硝酸溶解残渣，如有必要，微微加热，稀释定容至10 mL。将10 mL样品溶液分为2份，一份用来测量样品中铀同位素丰度，另一份准确称取5 mL，加入1 mL稀释剂（U010，1 μg/mL），分别蒸发至干，用0.2 mL 1 mol/L硝酸溶解残渣。

将制备好铀的溶液20μL，分3次涂敷在0.031 mm×0.762 mm的样品铼带上，并按如下方法调节电流加热蒸发至干：1 A保持10 min、1.3 A保持3 min，并缓慢增加灯丝电流直到形成黄-橙色的氧化物（1.8～2.2 A），如果没有发现颜色变化，要倍加小心，避免温度超过600 ℃。在样品涂敷的最后阶段，灯丝的温度是关键参数，如果不仔细控制，可能在分析中产生显著性误差。

将样带组件插进质谱仪中。抽真空至离子源压力在400 μPa（3×10-6托）以下；通过调节离子化灯丝的温度至2 140 ℃进行除气，并将样带电流设置为1.5 A。加热3 min后，重新调节离子化灯丝的温度至2 140 ℃，并将样带电流设置为1.8 A。加热15 min后，关闭所有灯丝，如果用于高精度测定则冷却30 min，如果是产品分析则只要冷却15 min；在1 min时，调节离子化灯丝的温度至2 140 ℃，并将样带电流设置为1.5 A，查找定位187Re峰，调焦使其强度最大化；在5 min时，增大样带电流，使U+信号出现在电子倍增器上，调节聚焦控制使信号强度最大化；在10 min时，调节样带电流，聚焦使信号强度最大化，检查离子化灯丝的温度，如有必要将温度调节至2 120 ℃，测定235U和238U的基线，开始比值测量。U+信号强度应该变化缓慢。对每次分析都要严格按照相同的时间进程表完成同位素比值的测定，测定顺序如下：235U/238U；234U/235U；236U/235U。对主同位素测定而言，每次比值测定的比值组合数目可以改变，但是应该在7～10之间。测定的比值组合数目的设置原则，就是要保证内标准偏差小于外标准偏差或者在灯丝标准偏差之间。

使用电子倍增器对微弱离子流进行测量。为获得精密而准确的结果，使用铀同位素标准物质U500对质量歧视效应进行测量和校正。

根据稀释剂的同位素组成计算出稀释剂中铀的平均原子量，结合稀释剂浓度计算出稀释剂中铀总量Y（mol），设样品与稀释剂混合前待测样品中铀总量为X（mol），往样品中加入稀释剂的量为Y（mol），两者混匀后，则有关系：

根据测量得到的样品同位素组成计算出样品的中铀的平均原子量，结合公式（8）得到的样品中铀总量即可计算出样品中铀总量。经过不同位置土壤中铀含量测量试验，得到核设施周边土壤中的235U/238U接近天然水平（0.007 25），铀浓度为2.8～4.0 mg/kg，深层土壤中（深度1 m）铀浓度为1.2～3.0 mg/kg，测量精密度优于1.2%。

4 结语

基于同位素稀释质谱法原理，实现了土壤中铀含量的测量，测量结果表明，核设施周边土壤中铀浓度为2.8～4.0 mg/kg，略高于天然环境（深层土壤）中铀浓度，测量精密度1.2%。

参考文献

[1]刘金辉，陈功新，田娟.阴离子交换树脂法回收细菌浸出液中的铀[J].有色金属-冶炼部分，2008（1）：42-44.

[2]贾瑞和，丁戈龙.核燃料循环分析技术[M].北京：中国原子能出版社，2013.

多功能土壤温度测量仪的研发 篇6

土壤温度是植物地下部分的环境要素之一,其变化随气候、地形、植被、土壤类型及其物理性质(如土壤含水量、空隙度、结构、坚实度、质地)等因子而变化,同时土壤温度的变化还对土壤养分吸收和水分运动产生影响。土壤温度的日变化和年变化需要定点观测。土壤表层温度可用曲管地温计测量,如进行临时性土壤温度调查,可用便插入式地温测量;观测时间可在全年进行,也可在植物生长季节进行。测定土壤温度是为了解土壤环境条件,从而可以有效调节控制土壤温度,使其有利于植物生长[1]。

目前,市场上测量土壤温度相关产品比较多,档次也不尽相同。大多数的测温仪采用的是单片机主控加温度传感器的方式来实现。常用的有DS19B20数字温度传感器或PT100热敏电阻作为温度传感器。涉及到的功能主要有:量程范围一般在-40~80℃左右,也有超过100℃的;采用模拟信号4~20mA输出的居多,也有485及232通讯接口;部分具有实时功能,存储显示功能;多点测量主要依靠多路采集器实现;不同深度测量通过埋线深度实现。而产品在实际的使用过程中也出现了不少问题,如非标准信号输出、多点多深度测量麻烦、产品灵活性不好、探头偏短不方便用户操作和现场测量安装不方便等。

针对以上问题,重新设计相关的产品,集成以上变送、测量记录、多点多层测量的功能,本文提出一种具有精度高、可靠性较好、成本可控、体积小、生产调试方便、有良好的扩展性、能面向多需求和可进行灵活配置的土壤温度采集变送器。

1 探头结构设计

目前,土壤测量仪器的探头大多采用不锈钢套管,具有防腐蚀、防渗漏的特点,能方便地深入土壤中进行测量。但使用不锈钢套管也有个明显的不足,只能进行单一温度值测量。本文设计的测量仪采用铠装封装,不仅同样具有防腐蚀、防渗漏的的特点,而且抗外力性能更强。单点测量时采用不锈钢套管连接铠装封装,在多点多层测量时,通过更换测量探头来实现。本文设计一种新型的探头管,该管由可进行热传递的钢管和绝热的PVC管组成。每隔一段长度的PVC管就嵌套一段钢管,有钢管嵌套的地方可放置温度传感器,各传感器之间不会因为钢管的热传递而互相影响。这样就能在一根测量管放置多个温度传感器,实现不同深度土壤的测量。图1为该结构设计的示意图。

2 系统硬件设计

硬件系统以新华龙的C8051F330高速单片机作主控芯片,通过DS18B20温度传感器采集温度信息送单片机处理输出,经外接精密电阻转换为电压信号,通过AD694芯片的处理后输出标准4~20mA直流电流环信号。采用FM31256铁电存储芯片提供实时时钟和存储功能,电路辅以HT1621芯片驱动的液晶进行显示。

2.1 系统总体设计框架

系统硬件电路分为两大模块。电源处理模块和信号处理模块。电源处理模块,采用交流适配器进行供电(9~24V),通过LM2576降压为5V为预留的充电芯片MAX1555提供电流,并为预留的锂电池充电,同时为NCP500提供电压,为系统提供3V或3.3V电压[2]。信号处理模块,主要放置单片机、铁电存储芯片和传感器。图2为系统总的功能模块框架,其中的虚线是可选模块。

2.2 主要芯片介绍

C8051F330器件是完全集成的混合信号片上系统型MCU,速度与标准的8051相比有很大的提高,其峰值处理速度可达到25MIPS。选择C8051F系列的330,不仅因为其具有较高的系统工作频率、最小的封装,可以满足设计便携式产品的需要;而且F330单片机集成了一个10位电流模式数/模转换器(IDAC),通过写IDA0H位,可以方便地将测量到的温度信息转换成模拟的电流信号通过I/O输出[3]。这为下一步对信号进行放大和标准化带来极大的便利。

DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有防暴、防静电的特性。DS18B20采用3引脚TO-92小封装体积;温度测量范围为-55~+125℃,可编程为9~12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.0625℃[4];其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生;多个DS18B20可以并联到3根或2根线上,CPU只需1根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。

2.3 测量模式

市面上可见的温度采集变送器,大多都只有某种固定的方式,不能同时满足多种需求的测量;而本文中设计的变送器可以面向各种地形和多种需求进行灵活配置。例如,针对小面积的简单测量,可以配置成单点方式;而对于较大面积或是多层次的测量,可以将温度测量仪配置成多点测量的方式。下面介绍各种测量模式。

1)单点测量变送。

针对小范围的单点测量,可以将温度采集变送器与探针封装成一体化的仪器,直接使用锂电池供电,能实现随时随地的测量;测量的结果通过液晶屏显示并通过单片机IDAC转换器,经由I/O口输出变化的电压提供给AD694电压—电流转换器,实时转换成4~20mA的标准电流环输出[5]。

2)测量记录。

该土壤测温仪具有实时时钟和存储功能,由基于I2C总线、采用铁电体技术的FM31256芯片提供。通过设置存储时间间隔,定时地把测量到的温度值和相应的时间一并存储,在需要记录结果时只需通过查看功能就能方便看到存储的数据,免去了用户进行手工记录的麻烦。

3)多点、多层测量。

由于DS18B20是具有1-wire技术的温度传感器,这对进行较大范围面积土壤温度的测量提供了极大的方便[6]。因此,只需要在原来连接温度传感器的数据线上串接多个DS18B20,通过连接较长的缆线,将各探针插入到需要测量的土壤中,就能实现多点测量。系统通过内部程序能够自动识别不同的DS18B20测量的数据;设置温度传感器的ID值,就能够查看到指定ID的DS18B20测量到的温度值。

而针对不同深度的测量,可以通过将多个DS18B20温度传感器安插进上一小节的结构设计中提到的PVC和钢管制成的混合套管里来实现。不同深度的土壤的温度通过钢管传给DS18B20,查看相应的传感器的值,就能知道对应深度土壤的温度。其它的功能设置与单点测量时的相同,图3为多点测量方式下的示意图。

4)多机组网。

当需要进行大规模的土壤温度测量时,可以采用多机组网的测量方式。通过每一个土壤温度采集变送器上的拨码开关,将各个变送器设置成不同的机号,通过PC机就能查看到不同的变送器测量的数据。目前市面上的产品进行多点测量主要依靠多路采集器来实现,而本文中设计的产品只需简单地用电线将各个温度采集器串接起来即可,无需另外添加设备,节约了成本,而且操作简单,使用方便。图4为进行多机组网测量的示意图。

3 系统软件设计

系统的软件部分是系统运行的核心,包括温度数据采集部分、IDAC转换部分、液晶显示部分、实时时钟部分和存储部分。本系统采用模块化程序设计,可读性强。软件编译环境采用单片机通用的Keil uVision3编译环境,采用单片机C语言编程,通过新华龙公司的E-UC5仿真器可进行在线调试。整个系统的主要的软件功能包括:DS18B20完成温度的正确采集并由单片机输出供AD694转换成标准4~20mA电流环,HT1621驱动段码式液晶显示[7],FM31256提供实时时钟和进行相应存储。

3.1 系统运行过程

整个系统运行分为两个主要的模式,单点测量模式和多点测量模式。开机以后将首先对C8051F330,DS18B20,HT1621和时钟芯片进行初始化,然后显示选择是否进入单点测量模式,是则进入该模式。在该模式下提供两种操作,分别是单点测量变送和单点测量记录。进入单点测量变送操作能对温度进行实时测量并IDAC转换变送输出;进入单点测量记录操作,能进行当前数据存储,或通过按键进行时间间隔完成定时存储,还可以通过记录查看操作和最近存储的信息。选择否则进入多点测量模式,该模式有单机多点和多机组网两种操作。进入单机多点操作要首先选择要查看的温度传感器的ID,设置好后即可实时查看该传感器测量的数值;进入多机组网操作后设置好测量仪的机号,即可通过主PC机查看出该温度测量仪的测量数据。系统运行的流程图如图5所示。

3.2 DS18B20温度采集

由于DS18B20采用1-wire技术,根据其协议的规定,对每个从器件的访问都必须先进行初始化,然后发ROM命令,接下来才能进行存储器读/写。鉴于此,工作时序主要分解为3个部分:初始化时序、读时序、写时序。对于1-wire器件,所有功能只有在ROM功能建立之后才能实现,作为总线主机的单片机必须首先对芯片提供如下ROM功能命令之一:读ROM,搜索ROM,ROM匹配,跳过ROM。只有确定了器件的序列号,才能对特定的器件进行操作[8]。获取器件序列号有两种方法:搜索ROM和读ROM。前者实现起来程序复杂,可采用第2种方法。即在调试时先单独对每一个器件读取其序列号,存放于外部的存储器中,需要时则从相应的存储单元读取即可。在获知器件序列号之后,就可以通过ROM匹配命令跳出一个特定的芯片,对其进行下一步的操作[9]。温度读取的流程图,如图6所示。

DS18B20对于时序的要求是比较高的,在调试时一定要进行精确延时, 通过示波器查看输出波形是方便有效的方法。而DS18B20进行读写操作时也是有相应的时序图的,要严格按照数据手册上的说明进行操作。

在调试DS18B20的时候,延时是关键之外,还有就是DS18B20的初始化设置,尽管在其说明文档里提到如果是按它的默认设置是可以跳过初始化设置的,但笔者在调试的过程中就因为缺少该项设置导致调试失败,无法读取数据。

3.3 DAC转换输出

由于AD694芯片能够自动将输入的电压信号转换成4~20mA的电流输出,只需控制单片机根据温度值输出相应的电压即可[4]。C8051F330单片机自带10位电流模式DAC,通过写数据寄存器高字节(IDA0H),就可以更新输出实现测量温度的同时输出相应的变化电流。输出的电流通过电阻即可转换成电压信号。

IDAC数据寄存器(IDA0H和IDA0L)中的数据是左对齐的,这意味着IDAC输出数据字的高8位被映射到IDA0H的位7-0,而IDAC输出数据字的低2位被映射到IDA0L的位7和位6[2]。所以,在写IDAC数据寄存器的时候,要对数据进行相应的移位以满足要求。图7是其数据格式。

在更新数据输出时要注意,一定要先写IDA0L,再写IDA0H。C8051F330在写IDA0L时保持数据,在写IDA0H时才更新数据。如果先写IDA0H,后写IDA0L,则会发生更新先于数据写入,导致无法更新。输出的电流信号通过精密电阻转换成电压信号提供给AD694芯片,AD694经过放大最终以4~20mA的标准电流输出。图8为对C8051F330写IDA0H的函数。

3.4 实时时钟和数据存储

这两部分的功能都是由FM31256芯片提供,该芯片在一个芯片中集成了两个功能不同的部件,每个部件都可以被独立访问,通过写入不同的器件地址以选择不同的功能。FM31256通过对25个特殊功能寄存器的写入与读出进行控制。

为了读取实时时钟,必须在高4位写入从机地址1011,低4位的末位设置读写,以“0”为写标识,“1”为读标识。FM31256的时间信息都是以BCD码形式进行存储,分别存放在特殊功能寄存器的02H~08H,只需访问相应的寄存器就能读取到所需的数据。在不断电或有后备电源的情况下,FM31256只需要进行一次设置,实时时钟便会自动不停的运转,提供时间供用户查询。

同样的,为了进行存储,必须在高4位先写入存储器的从机地址1010,低4位的末位写“0”表示写入数据。然后写入要存储数据的16位地址,分高8位和低8位两次写入,每写8位要设置一个应答位。FM31256的存储地址可以从0000H~FFFFH,共64kB的存储空间。当写入数据到达最后地址,地址记数器将翻转到0000H。最后才是写入需要存储的8位数据。读存储器跟写存储器的过程相似,不同的是在写完要读取数据的存放地址后,需要设置成读,即末位要写“1”。

4 产品测试

为了检验性能,必须对产品进行必要的比对测试。作为对比用的专业仪器为杭州汇尔仪器厂生产的ZDR-21J型号高精度温度记录仪,该仪器的测温范围为-40~100℃,测量的精度为±0.2℃,分辨率为0.1℃。表1列出了在同等环境下用本文中的产品和专业土壤温度测试仪,每隔20min分别测得的土壤温度值。

虽然DS18B20可以达到较高的测试精度,但由于笔者采用的液晶是4位的段式LCD,除去末尾正负号位和中间的符号位,只能显示1位小数,加之温度的获取是采用截取法,相对来说精度有所降低。但通过计算得知,与专业仪器相比,平均误差为0.1732,还是在可以接受的范围之内。

5 结语

本文介绍的土壤温度采集变送器是一种面向多种需求,能够进行灵活配置的产品。其具有反映速度快、成本具有可控性、可靠性高等特点。因为设备体积小,既可作为一种便携式的一体化变送器,又可简单地通过电线将多个设备连接起来,对各大范围、多复杂的地形进行测量。为了便于升级,提高设备测量的精确度,本设计还预留了运放模块,以便将来升级以提高测量精度。本文中设计的产品成本具有可控性,而且操作简单,使用方便,具有良好的市场前景。

摘要：目前市面能进行土壤温度测量的产品很多,但大多功能单一,能实现更多功能的产品则售价昂贵,而土壤温度是农业生产中极为重要的环境参数。为了对其进行有效监控,提出一种多功能的便携式土壤温度测量仪,该测量仪能够根据实际需求实现变送、测量记录、多点多层的测量。该装置具有精度高、可靠性较好、成本可控、体积小和扩展性强等特点,具有广泛的应用前景。

关键词：土壤温度,测量仪器,变送器,多功能

参考文献

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[4]李元斌.DS18B20数字传感器温度检测显示系统[J].软件导刊,2008(1):80-83.

[5]付金龙,朱林剑.电压-电流转换器AD694原理及应用[J].技术与应用,2001(8):30-32.

[6]于克龙,毕小龙,邱立竣.数字温度传感器DS18B20的应用[J].机械制造与自动化,2004(2):47-49.

[7]李森,李立忠.基于PIC16F877A单片机的HT1621[J].电子测试,2008(5):52-55.

[8]陈东阳,刘建华,余志强,等.基于单总线技术的农业栽培温室控制系统[J].微计算机信息,2007,23(16):75-76.

土壤中汞测量时存在的问题及探讨 篇7

1.1 仪器与试剂

AFS一1201型原子荧光光度计, Hg标准溶液:0.1mg/L (5%HNO。-I-0.05%K Cr O介质) , 使用时逐级稀至100ng/L。KBH.溶液:10g/L (2g/L KOH介质) 。负高压300V, 灯电流15m A, 载气流量300ml/min, 原子化器高度10mm, 读数方式为峰面积, 蠕动泵进样。

1.2 样品预处理

称取样品0.250 0g于25m L比色管中, 加新配制1+1 (V+V) 王水10m L, 摇匀, 放入水浴锅中煮沸腾lh (中间摇1至2次) , 取下冷却, 用水稀至刻度, 摇匀, 澄清后测定。

1.3 标准曲线的绘制

分取相当于10, 20, ..., 400ng Hg于100m L量瓶中, 用1+4 (V+V) 王水稀至刻度, 摇匀后上机测定。

2 结果与讨论

2.1 仪器方面

采用冷原子荧光测量具有灵敏度高, 稳定性好等优势, 但在目前商品化仪器上, 原子化器加热是采用点火炉丝供热, 点火时炉I:1温度~850"C, 由于炉温不可调, 无法实现低温 (400~) 除水, 反应器生成的气体未经干燥柱脱净水, 直接采用冷原子荧光测量时无法克服由于水汽造成的背景影响, 只能采用高温火焰测量。

原子荧光法测定待测元素, 其定量依据是I, =CP。N, 即荧光强度同待测原子浓度 (低含量) 成正比, 也同入射辐射功率成正比, 这就要求在测试过程中需要保持光源辐射的稳定, 即空心阴极灯的发射强度变化要小, 采取的措施主要是测试前预热一段时间灯, 测试中对光源的变化尽可能的做出修正。

灯电流及负高压:适当的灯电流及负高压应保证足够的检测灵敏度及测定稳定性, 灯电流一般在5~25m A之间, 视灯的使用根据情况而定, 实验选用15m A, 负高压3oo V。检测器观察到原子化信号的位置, 屏蔽气, 原子化器高度等对Hg的测试影响较小, 为保证读数的稳定性, 载气流速为300m L/min, 过低读数不稳定, 过高灵敏度降低。

2.2 实验方面

影响准确度的一方面因素是背景空白, 包括辐射到检测器的的杂散光, 试剂空白等都直接影响背景空白, 要求测量时应保持观察窗及反射镜等的清洁, 减少杂散光的影响, 试剂待测元素含量要低。测量过程中应保证载气, 屏蔽气的流速稳定, 以上因素在实际工作中都能控制一致。在实际工作中发现 (见图1) , 背景空白及测试灵敏度随测量时间的变化, 可以清楚地看到测量信号随时间不断变化。

测量时为去除H g蒸汽中夹杂的水蒸汽对火焰造成的背景干扰, Hg蒸汽在进入原子化器之前通过了一个除水 (实质上是一个水封) 装置, Hg蒸汽通过时, 部分水蒸汽被水接收, 但同时Hg蒸汽也部分进入水中, 这部分应是Hg蒸汽, 水蒸汽, 载气等与水组成的一个动态平衡体系, 进入水中的H g蒸汽应与H g蒸汽浓度相关。在测量过程中, 虽经历一个清洗过程, 但高含量Hg蒸汽直接影响以后样品的测试, 应采取的措施是不断调整样品空白, 使之与实际体系空白一致。为减少测量过程中的记忆效应, 选用王水作载流。

测量过程中测试灵敏度不断变化对测试准确度的影响是另一方面, 主要是由于光源的强度变化引起, 采取的措施是通过校正工作曲线斜率的方式来实现, 如工作曲线灵敏度一直不稳定, 一般向灵敏度偏高的方向走, 应考虑换元素灯, 正常Hg灯为粉红色, 呈浅紫色时应报废。

2.3 样品分析结果

土壤标准样品的分析结果 (见表1)

土壤样品不同批次的分析结果对照 (见表2) 。

3 结论

地球化学土壤测量 篇8

( 1) 直接剪切试验。该试验装置简易,便于操作; 但试验中土样的应力分布比较不均匀,在土样剪切面的边缘的应变和中间的应变相比具有很明显的差距。

( 2) 三轴压缩试验。该试验能运用到许多领域中,但试验装置复杂,价钱昂贵。

( 3) 无侧限抗压强度试验。试验除了能测定土壤剪应力外,还可以用来测定土的灵敏度,但该试验条件比较苛刻。

( 4) 十字板剪切试验。该试验是无需在野外取土,可直接测量现场土样的抗剪强度。在这种条件下所测得的抗剪强度比较接近土样在天然状态下的抗剪强度。相比上述几种需要在室外取土的试验, 十字板剪切试验所测得的土的抗剪强度更加准确, 具有说服力。因此本文选择十字板剪切试验方案, 并根据十字板剪切原理设计出一种简易装置来测量土壤的抗剪强度。

1实验装置测量原理

1.1十字板剪切原理

十字板剪切试验是一种在现场测量土壤抗剪强度的试验方法,该试验适用于对饱和软黏土等不易取样的土样进行测试。其工作原理如下: 测量时将十字板头插入土中,并确定好十字板所在的深度,通过给十字板头施加外力来带动十字板在土中匀速转动,剪切破坏土体测量出十字板在转动过程中的最大扭矩,将最大扭矩换算成土的抗剪强度。土的剪切破坏面为十字板旋转所形成的一个圆柱面。该圆柱面的直径为D,高度为H,设土体发生剪切破坏时的最大扭矩为M,并假定该剪损面的侧面和上、下底面每一点土的抗剪强度都相等。则有:

式( 1) 中M为土剪切破坏时的最大扭矩,Cu为土的抗剪强度,H为十字板的高度,D为十字板的直径。 选择的十字板D = 20 mm,H = 40 mm,十字板厚度为2 mm。其结构如图1所示。

1.2扭矩测量原理

通过上文提到的十字板剪切原理,可知要想测得土壤抗剪强度Cu,还需求出土剪切破坏时的最大扭矩M,就可根据公式( 1) 推出土壤抗剪强度值Cu。 本文选用应变式扭矩传感器来测量扭矩。应变式扭矩传感器测量系统中最主要的部分是电阻应变片。当测量扭矩的时候,将电阻应变片沿转转轴中心线四个不同的方向呈45°粘贴在传感器内部的弹性轴上,弹性轴在外力作用下产生形变,在横截面处会产生一个剪应力。由材料力学可知,圆轴表面受到最大拉应力 σ1和最大压应力 σ2,二者数值相等、异号,并和横截面的最大剪应力 τmax大小相等,即

式( 2) 中 τmax为扭矩横截面上的最大剪应力,M为转轴所受扭矩,W为材料的弹性模量,D为转轴的直径。

用4片相同规格的应变片沿着与弹性体转轴的中心线成45°和135°角的方向上粘贴组成全桥电路,这样就可以进一步减小弯矩对测量结果造成的干扰,使所测数据更加精确。如图2所示。

开始测量时R1= R2= R3= R4= R,随着弹性轴受到外力的作用下,电桥开始不平衡,R1,R2,R3,R4的阻值变化分别为 ΔR1,ΔR2,ΔR3,ΔR4,且| ΔR1| = | ΔR2| = | ΔR3| = | ΔR4| ,此时的电桥输出为:

而应变片的电阻相对变化是和应变成正比的,其关系为:

由广义胡克定律 σ = Eε/( 1 + μ) ,由式( 2) ~ 式 ( 4) 可推出扭矩M和电阻变化量 ΔR二者之间的关系表达式:

由此可知,扭矩M正比于应变 ε,而应变又正比于电阻改变量 ΔR,而电压信号可通过应变片全桥电路中电阻的改变量 ΔR测得,这就是利用应变片来测量扭矩的基本原理。

2实验装置测量原理

2.1实验装置介绍

设计出一种简易装置来测量土的抗剪强度,其结构如图3所示。该装置由十字板、应变式扭矩传感器、步进电机等结构组成。装置初步结构如图1。 最左边的是十字板,中间的是应变式扭矩传感器,最右边的是步进电机,它们之间用黑色的联轴器来连接。用角铝定制的步进电机支架来固定步进电机, 最下面用硬铝块定制的长方体平台配合螺钉来固定整个装置。最外面是由型钢搭建成的20 × 20 × 40 mm3长方体安装箱,整个装置固定在安装箱上,以便十字板能更好地垂直插入到土里,保证装置在实验室不易晃动,影响实验数据的测量。

2.2总硬件电路框图

系统硬件 框图如图4所示。本系统采 用STC10 F01单片机作为中央控制芯片,除此之外还包括电机驱动电路、低通滤波电路、AD转换电路、 RS232通信电路四个模块。系统工作时通过单片机发送脉冲指令控制步进电机转动,同时带动十字板头在土里匀速剪切,随着十字板剪切会产生扭矩,而该扭矩就可以通过扭矩传感器内部的应变片全桥电路测得,并将扭矩转化成直流电压信号输出。将输出的电压信号传送到低通滤波电路处理,从而滤掉高频信号,此时经滤波后的电压信号可通过AD转换电路读取出来,通过RS232通信电路可使单片机与PC机通信,可在上位机观测到所测电压的波形。

2.3步进电机驱动电路

步进电机作为一种特殊的元器件,想要控制其转动必须要有专门的驱动器来配合步进电机,步进电机驱动电路如图5所示。选用L297和L298N芯片所组成的电路来作为步进电机的驱动器,其中L297的反馈输入端SENS1、SENS2和L298N的电流检测端SENSA、SENSB相连,并将其接地,这样能保护驱动芯片不易因电流过大而瞬间被烧坏。将L297的CLOCK管脚与单片机的P2. 0管脚相连,通过C语言编程从单片机发送脉冲信号到L297上驱动步进电机转动,步进电机的转速可通过调节脉冲信号的频率来控制。

2.4A/D转换电路

STC11F01单片机和AD7705的连接图如图6所示。由于本课题只采集扭矩传感器的输出电压信号, 因此实验中选择AIN1这一路通道就能将所测得的电压信号送到单片机上。将AD7705的SCLK与单片机的P2. 6脚相连,P2. 6用来输出 串行时钟 信号。 DOUT和DIN作为数据的输出端和输入端将其并在一起与P2. 3相连。将DRDY与单片机P2. 4脚相连, 通过C程序拉低P2. 4脚从AD7705读取数据。

2.5RS232通信电路

采用RS232通信,用CH340T芯片作为通讯的主要模块,单片机通过RS232通信将测得的电压值和土壤抗剪强度上传到上位机,由上位机界面显示测得的数据。RS232通信电路如图7所示。

3土壤剪切试验

实验的土壤采样为杭州地区的软粘土,实验时将十字板垂直插入土中,通过驱动步进电机来控制十字板转动,使十字板与其周围土体产生相对扭剪,直至将土体剪切破坏。十字板测量时施加的扭矩信号传送到扭矩传感器上,通过扭矩传感器内部一系列转换电路将扭矩转化成电压信号,将扭矩传感器输出的电压值用AD转换电路测得并计算出土壤的抗剪强度。

3.1不同含水率下的土壤剪切试验

影响土的抗剪强度的因素有很多,例如土粒的矿物成分、土的结构组成、土所受到的外力、土的含水率等等都会影响土的抗剪强度的大小。其中土的含水率是影响土的抗剪强度大小的重要因素之一, 其土壤含水率的值可用本实验室专用的含水量传感器测得。本课题对土壤含水率的定义为含水率 = 水的重量/水和土壤的总重量,并对不同含水率的土壤进行了十字板剪切试验,从而观测不同含水率下的土的抗剪强度。图8为不同含水率下剪切试验的其中几组的扭矩电压信号测量波形。

由图8可以看出随着十字板在土壤中不断剪切,所产生的扭矩开始会逐渐增大,当土体被完全剪切破坏时,此时即十字板在转动过程中所产生的最大扭矩,继续剪切扭矩会逐渐减小。图8中波形的波峰值即为最大扭矩值,由于扭矩传感器的测量范围为0 ~ 2 N·m,对应的输出电压为0 ~ 5 V,就可通过公式( 1) 将最大扭矩换算成土的抗剪强度。本文将不同含水率的土壤剪切试验所得的电压波峰值和土壤抗剪强度值列在下面的表1中。

通过上述实验的数据我们可以看出土壤的含水率对土的抗剪强度具有一定的影 响。通过查阅文献可知随着含水率的增加土壤的内粘聚力会逐渐增大,而内摩擦力随着含水率的增加逐渐减小,但下滑趋势很小。从表1中可得出土的抗剪强度随土壤含水率的变化规律为: 在土壤含水率较低时,随着土的含水率的增加,土的抗剪强度值 先增加后 减小。

3.2不同正应力下的土壤剪切试验

影响土的抗剪强度因素除了土壤的含水率之外,还有一个很重要的因素是土壤所受到的应力。 实验时按重量配置含水率为3. 1% ,6. 0% ,8. 9% , 11. 4% ,14. 6% 的土样,在土壤上方分别施加2. 5 kg,5 kg,7. 5 kg,10 kg,12. 5 kg,面积为0. 007 85 m2的重物,根据承压块面积换算为3. 18 k Pa,6. 36 k Pa,9. 54 k Pa,12. 72 k Pa,15. 90 k Pa的正应力,对土样进行十字板剪切试验,并将所测得的土壤抗剪强度值和直剪试验所得抗剪强度值进行对比,如表2所示。 从表中得出如下两个结论:

( 1) 通过上述实验的数据可以看出在一定的土壤含水率条件下,随着施加在土壤的正应力逐渐增加,土壤抗剪强度也逐渐增大。

( 2) 通过表2对本文所做的在相同条件下土样进行十字板剪切试验和直接剪切试验所得的土壤抗剪强度值进行对比分析,误差在可接受的范围内。 因而本课题研制的土的抗剪强度测量简易装置基本能用来实现土的抗剪强度的测量功能。

4结论

本文设计了一种新型的土壤抗剪强度测量装置,并对杭州软黏土在不同含水率和不同正应力的条件下进行了土壤剪切试验,实验结果表明:

( 1)在土壤含水率较低时,随着含水率的增加,土壤抗剪强度逐渐增大。当含水率达到一临界值时,土壤抗剪强度随含水率增加而逐渐减小。

( 2)土壤抗剪强度与土壤所受的正应力大小是成正比的。对于土样在相同条件下,十字板剪切试验所测得的抗剪强度比直剪试验所得的抗剪强度要大。但二种试验均受剪切速率、土体不均匀等因素影响,各因素对土壤抗剪强度测量结果的影响有待进一步研究。

( 3)由于本文仅是对杭州地区的软黏土进行研究,不同地区的土样所测得的土壤抗剪强度可能不尽相同。因此,对于其他类型的土样在一定条件下所测得的土壤抗剪强度与含水率和正应力的关系是否符合本文试验所总结的规律尚未可知,还有待进一步深入研究。

摘要：土的抗剪强度是岩土体一项重要的物理性能指标,测量土的抗剪强度对于滑坡隐患点的监测和预防具有重要意义。提出一种装置来实现现场测量土的抗剪强度,该装置由十字板、扭矩传感器、步进电机、单片机硬件电路等结构组成。对实验装置的搭建和单片机硬件电路作了详细介绍。取杭州地区的软黏土为研究对象,用该装置对土样在不同含水率和不同正应力的条件下进行了十字板剪切试验和直剪试验;并将所得数据的数据进行分析对比。试验结果表明,当土壤含水率较低时,随着含水率的增加,土壤抗剪强度先增大后减小;而土壤抗剪强度和对土壤施加的正应力是成正比关系的。

土壤酸化过程的土壤化学分析 篇9

土壤的酸化过程虽然是必然出现的自然现象, 但是近年来由于受到各种人为因素的影响, 导致环境恶化, 从而加剧了土壤的酸化。对加剧土壤酸化的因素进行简要分类, 可以分为三个类别:其一, 是降水方面, 这也是加剧土壤酸化的根本因素, 近年来由于环境恶化, 导致大量酸雨出现, 再加上有的地区降雨量大并且较为集中, 溶淋作用十分强烈, 造成了土壤中的碱性基盐如钙、镁、钾等大量流失, 使得土壤酸化情况加剧;其二, 表现在传统农业措施的缺失方面, 在作物种植过程中, 传统的农业管理措施是要采取施用石灰、烧火粪、有机肥等措施, 由此来确保耕地土壤营养成分的平衡吸收, 但是由于生活环境的改变, 一些传统的农业措施也发生了改变, 当前只有极少数的种植户还在坚持采用传统的农业措施, 造成土壤中营养成分失衡, 加剧了土壤酸化;其三, 是化肥使用过度, 为了提高作物产量, 多数种植地区都坚持长期大量施用化肥, 造成土壤离子分配严重不均衡, 从而加剧了土壤的酸化。

2 土壤酸化过程的化学分析

土壤的酸化在自然环境中是无法避免的, 但是通过对土壤酸化过程的化学分析, 我们能够从中了解到突然酸化的原理, 并且根据这些原理得出相应的方法, 由此减缓土壤的酸化, 合理应用土壤酸化, 由此提高作物产量。

2.1 土壤酸化与阳离子交换复合体性能

在土壤的酸化过程当中, 第一步就是酸性沉淀物进入土壤, 克服土壤的缓冲, 从土壤交换复合体中进行阳离子交换。在这个过程当中, 影响土壤酸化程度最重要的因素就是阳离子将碱性离子交换出去的交换性能。在酸性土壤中, 进行阳离子交换的交换复合体一般为铝离子, 而在中性或者碱性土壤中, 进行阳离子交换的一般为盐基离子。所以, 在土壤的酸化过程中, 发生阳离子交换的交换复合体性能是由盐基离子和铝离子支配的, 其主要的表现形式一般为Al3+、Al (OH) 2+、Al (OH) 2+。而土壤的酸化是否发生, 也是由盐基离子与铝离子之间的数量比例关系来决定的:盐基离子的数量减少, 使得土壤的盐基饱和度降低, 这样更加有利于土壤的酸化。所以发生森林火灾、将有机体就地焚烧等现象就加剧了土壤的酸化过程。

2.2 土壤酸化的强度因子和容量因子

土壤酸化的强度因子, 是土壤酸化的强度指标, 一般表示为某一时刻土壤溶液中氢离子的浓度和与铝组分浓度的比值, 表现形式为p H、p Al和p H+p Al。而土壤溶液受酸性沉降物影响的强度参数则是用土壤溶液的p H值或者土壤平衡溶液的p H来表示。不用土壤的p H值来表示, 主要是因为土壤p H值的变化不明显, 要在长期的酸化作用影响之下才会有显著变化。

土壤酸化的容量因子, 是指土壤中质子或者铝组分的总储备量。确定土壤酸化容量因子的具体方法如下:取一定量的土壤, 以水:土为5:1的质量比加入水, 震荡溶解之后加入标准稀释的Na OH, 当酚酞指示剂变红时, 其加入的碱量就是土壤酸化的容量指标, 用meq· (100g土) -1表示。还有另外一种表示方法, 就是用盐基饱和度BS×阳离子交换量CEC, 也就是总的盐基储量来表示, 另外, 还可以用可风化矿物中的盐基离子总储量来表示土壤酸化的程度。总的来说, 土壤酸化的容量指标就是土壤交换酸的总量。在土壤容量方面, 受到酸性沉降物的影响, 最容易发生的情况就是交换盐基的减少以及交换酸的增加。交换盐基的减少是因为酸性沉降物中的酸根阴离子与其相结合, 之后被一起淋洗出了土壤系统。而交换酸的增加则表现为两方面:一方面是由输入的H+直接贡献的, 由此增加土壤酸度, 另一方面是H+土壤中的其他物质反应生成酸性盐而使得交换酸增加。但是通过研究发现, 在土壤的交换酸中, 每年的输入量只占几百分之一, 含量很低, 所以酸性沉降物对于土壤交换酸含量的影响并不显著, 这是由土壤自身的调节机制决定的。

2.3 土壤酸化与盐基离子吸收

在自然生态系统当中, 植物的盐基离子积累也起着酸化土壤的作用, 这是自然酸化的一种表现形式。这种自然酸化的程度与植物的生物学特性有关:富有钙离子、镁离子的植物更容易导致酸化, 一般常绿树种比落叶树种更加容易导致植物酸化。植物的盐基吸收对于土壤的酸化也会产生一定的影响, 这一规律通过实际测验也得到验证:在同种母质、同种树龄的条件下, 山杨和云杉下的矿质土壤层成分与加拿大短叶松、美国赤松下的相比, 其盐基饱和度以及土壤p H值都要低一些, 而其有机土壤层中物质成分的情况却是相反的。而从土壤的容量角度出发, 土壤的酸化是在盐基离子消耗的基础之上发生的。盐基离子的消耗主要有两种途径:离子吸收途径和盐基随水溶淋途径, 其中最主要的就是离子吸收途径。离子吸收途径是植物通过释放H+以及HCO3-来交换所需要的NO3-等阴离子以及阳离子来进行的。另外, 由于土壤酸化受到氮循环的影响, 所以, 盐基离子消耗的离子吸收途径主要是通过阳离子的吸收。在酸性沉降物的影响下, 植物组织中生成了较多的酸, 增加了H+的释放, 从而交换盐基离子, 减少土壤中盐基离子的含量, 同时, 植物组织为了保证化学平衡, 主动吸收土壤中的阳离子。这两方面的反应同时进行, 进一步强化了土壤的酸化作用。

2.4 土壤溶液化学与盐基溶淋

土壤的酸化过程与土壤溶液的化学反应也有一定的关系。而由于近年来自然环境恶化程度越来越严重, 很多地区的酸雨现象也十分严重。在酸水现象严重的地区, 其盐基离子随水溶淋的现象也十分显著。同时, 盐基离子的溶淋现象必须要在酸根阴离子的伴随下才能发生, 其中酸根阴离子主要有HCO3-、NO3-、SO42-、H2PO42-等。一般在中性土壤中, HCO3-占主要的优势地位, 受到p H和土壤空气中CO2含量的影响。在自然体系中, 处于平衡状态的土壤溶液p H值约为5.6, 而通过研究发现, 要想通过盐基溶淋突进来影响土壤的酸化, 其p H值最小大约为4.5。

酸性沉降物影响导致的土壤酸化反应与自然环境影响之下发生的土壤酸化反应有所不同, 主要是因为在自然环境的影响之下, 有强酸的输入。酸雨的酸性较强, 一般情况下, p H指为4.0的酸雨中, SO42-的含量大约为100μeq·L-1, 其中的盐基离子含量远远多于酸性沉降去中的盐基离子含量。另外, 在酸尘、酸雾之中, SOX、NOX等在土壤之中也会在很短的时间之内发生氧化反应生成强酸, 从而增加土壤中盐基离子总量, 强化土壤中的酸化作用。

2.5 与酸沉降诱发的酸化有关的土壤化学特点

土壤在受到土壤沉降物冲击的情形之下, 最先表现出来的就是土壤溶液的p H值下降。这是因为酸性物质的沉降直接向土壤中输入了酸, 活化了土壤中的铝组分。通过研究, 可以发现:酸沉降诱发酸化反应驱使的铝活化能够使已经淀积的有机铝重新活化发生移动, 从而释放到渗透水之中, 进而移动到自由水体之中。而有机铝的释放能够中和土壤中酸的输入, 其反应先是发生在覆盖层, 之后推向表土层, 最终推向底土层。在这个反应过程之中, 土壤溶液的离子强度得到了明显增加, 这是因为土壤溶液中阴离子浓度的提高同时也会使得阳离子浓度得到相同程度的增加, 使得溶液中的NO3-、SO42-等离子的比例升高, 与之对应的, 高价阳离子在土壤溶液中所占的比例也有了明显的提升。

但是在土壤之中, 铝活化的程度也会受到一定的制约, 这主要是受到土壤中铝固相溶液度常数 (KAl) 和交换复合体中AlCa选择性常数 (KS) 大小的影响。土壤的化学特点产生差异, 土壤的KAl和KS就有所不同, 其铝活化的程度有所差别, 酸沉降诱发的酸化反应程度也会不同。

2.6 土壤对酸化冲击的敏感度

用于表示土壤对酸化冲击的敏感度指标有四种:阳离子交换量、盐基饱和度、管理措施和土壤剖面中游离碳酸盐的存在情况, 其中盐基饱和度无法直接计算, 一般施用土壤p H值来进行估算, 管理措施主要有施肥、施用石灰、洪淤或者加入其他物质等几种方式。而进行进一步的划分, 又将土壤对酸化冲击的敏感度分为了两种:一是在土壤中, 对于盐基离子损耗所表现的酸化的敏感度;而是对土壤p H值发生变化所表现出来的酸化的敏感度。

首先, 从盐基阳离子的损耗角度来讲, 酸性沉降物输入对于土壤盐基损耗的强度主要取决于土壤中阳离子的交换量和盐基的饱和度, 所以对土壤盐基离子损耗而酸化最敏感的土壤的盐基饱和度高而阳离子交换量小。另外, 从土壤p H值发生变化的角度来讲, 酸性沉降物的酸输入较高, 其中含有较多的盐基, 使得土壤酸化减弱, 进而引起土壤p H值的变化, 一般表现的较为敏感的是盐基饱和度低且阳离子交换量低的土壤。

3 改善土壤酸化情况的措施

结合对于土壤酸化过程的化学分析, 可以知道土壤的酸化主要表现在盐基损耗、p H下降以及铝活化三个方面, 而要想延缓土壤的酸化, 要做到的就是增加盐基离子比例, 升高p H值以及阻碍铝活化程度。而具体的操作措施, 也可以分为三方面:其一, 增施有机肥, 这样能够增加土壤中有机物质的含量, 进而增加盐基离子比例, 提高土壤肥力, 同时也起到了改善土壤结构及通透性的作用, 从而促进根系微生物的活动, 增强土壤溶液的溶解度, 使土壤中难溶性的矿物质元素能够更好的溶解, 从而达到延缓土壤酸化的目的;其二, 增施碱性肥料, 提升土壤的p H值, 一般的碱性肥料有石灰粉、草木灰、碳酸氢铵、钙镁磷肥等, 能够有效中和酸性, 改善酸性土壤;其三, 施用化学药剂, 减缓铝活化, 施用的化学药剂一般为地管家克酸, 其施用方法有淋施 (稀释500-1000倍地管家克酸) 和冲施 (将原液稀释50倍以上随水冲施, 每亩使用3-5升) 两种, 能够有效调理土壤酸性, 改善土壤环境, 从而提高作物产量及品质。

4 结语

土壤的酸化对于土壤生态环境甚至整个自然环境都有不利的影响, 同时, 近年来由于生产需要, 各种人为因素也对自环境造成了一定的危害。通过对土壤酸化过程的化学分析, 可以知道土壤酸化主要表现在盐基损耗、酸碱度下降以及铝活化三方面, 其土壤成分的化学组成也发生了本质变化。我们应当结合土壤酸化过程中的化学变化, 制定出能够改善土壤现状的计划, 从而采取具体的措施, 改善土壤, 提高作物产量以及质量, 促进土壤生态系统的平衡发展。

摘要：土壤的酸化, 是指由于土壤吸收性复合体接受了交换性的氢离子或铝离子, 从而造成土壤的p H值降低, 形成了酸性土壤。由于土壤性质的改变, 其生物活性也发生了重大变化, 使得土壤中的营养成分降低, 其中的一些碱性离子, 如锰、镁等离子溶淋消失, 最终对作物产生毒害作用。本文从土壤酸化过程的角度出发, 简要分析了加剧土壤酸化的因素, 并且对于土壤的酸化过程进行了具体的化学分析, 从中了解到在土壤酸化过程中其化学成分的改变, 总结出改良酸性土壤的措施, 为改善土壤环境, 提高作物产量奠定一定的理论基础。

土壤修复，地球上迟到的镇痛药 篇10

原因多，修复难

造成土壤污染的原因有诸多方面。国务院发展研究中心资源与环境政策研究所“土壤污染综合防治政策研究”课题负责人吴平在接受采访时表示，首先是长期过度施用农药、化肥，以及污水灌溉造成土壤污染，我国每年化肥施用量超过4100万吨，污水灌溉农田面积超过330万公顷。其次，在大中城市及工矿业发达地区，矿石冶炼、燃煤等工业“三废”排放活动是土壤污染的主要原因。再次，南方省份土壤重金属天然含量高，加上耕地土壤日趋酸化导致重金属污染加剧。此外，工业固体废物和城市垃圾向土壤直接倾倒，经过日晒、雨淋、水洗，污染得以辐射状、漏斗状向周围土壤扩散，造成周围土壤甚至地下水的严重污染。铀矿和钍矿开采、核废料处理、燃煤发电厂、磷酸盐矿开采加工等产生的放射性物质，也会对土壤造成污染。

污染土壤修复表现为一个技术问题，但中国环境科学院总工程师李发生在接受采访时多次强调，工程的总体设计需要美学支撑。他指出，场地修复事业中的人文科学，包括人的素质、人文环境，也包括所匹配的政策。“场地修复中的人文问题目前在国内极少被关注。比如修复公司应以承担社会责任的态度去工作，这样许多问题就容易解决了。甚至，我们应该更进一步地去考虑场地修复工作的美学建设、景观恢复问题，采取措施降低能耗等。”他主张美学管理要在第一时间介入场地修复设计，“污染场地到底适合做什么，在一开始就应该统筹规划。国内通常更多地强调使用功能，不会考虑那么深远。事实上，修复是对污染场地的优化过程，要寻求对环境影响最小、视觉效果最好、更加安全的解决方案。”

同时，李发生认为，污染土壤修复产业需要各利益相关方共同参与，处理好各方关系本身就是一个复杂的系统问题。“首先是污染企业，其次是政府，然后是参与土壤修复的企业，还有更重要的是老百姓。考虑到很多污染企业是国有企业，在协调利益关系时国家干预也格外重要。”他强调，在协调土地开发商、公众、土壤修复企业、政府关系中，注重顶层制度设计，平衡各方利益，使这项事业健康有序地发展。让和谐的人文之美与先进的修复技术相结合，恢复土壤的生态原貌。

公众参与机制不畅也是导致重金属污染问题难以得到及时有效解决的问题之一，北京师范大学环境学院博士生导师程红光认为，信息不对称是治理难的重要原因。因为企业的污染只有企业最清楚，公众并不是特别地了解企业的污染状况，也不具有相关的专业能力和知识水平。他告诉记者，要解决重金属污染问题，关键在于要以人体健康为指挥棒，转变环保相关工作的工作方式和重点，需要规划、产业、环保、水利和卫生等部门齐抓共管，控制重金属污染的暴露渠道。他建议，从提高重金属污染监测的能力、建立信息公开制度、完善权力分配体制等多个方面完善重金属污染防治体系。

修复产业，迎来初生但空间巨大

《全国土壤环境保护“十二五”规划》中明确，“十二五”期间，中央财政将拨款300亿元用于全国污染土壤修复。2013年1月，国务院办公厅印发《近期土壤环境保护和综合治理工作安排的通知》，其中明确以大中城市周边、重金属污染防治重点区域、集中式饮用水水源地周边等为重点，开展土壤污染治理与修复试点示范。据了解，未来全国土壤环保工作的开展领域将从目前较为单一的城市搬迁工矿厂区污染场地，延伸至污染面更广、修复难度更大的农田耕地、矿山水域等。轻工业环境保护研究所总工程师、工业场地污染与修复北京市重点实验室主任宋云介绍说，土壤修复项目的实施过程一般分为调查与风险评估、修复工程、验收评估三部分。这就意味着，未来土壤修复行业将逐渐发展为一条涵盖诸多环节的完整产业链。有统计显示，截至去年9月底，国内从事土壤修复的企业数量达到300多家。

土壤修复在我国是一个亟待开启的新兴环保细分市场。据全国第四次环保产业调查结果显示，我国土壤修复产业产值尚不及环保产业总产值的1%；同时，在我国环境服务业中，涉及土壤治理的生态修复企业占3.7%。宋云说，在政策驱动下，土壤修复产业展现了良好的市场前景。由于相当一部分农林牧用地和工矿业场地污染严重，还有不少传统产业将面临转产、搬迁或关停的现实处境，这些都给我国土壤污染修复带来了巨大的市场空间。