黄土特殊的结构和矿物组成导致其遇水易崩解, 并引起边坡失稳、湿陷性沉降等一系列岩土工程问题。微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术是一种新型微生物矿化技术, 本文通过自制崩解仪探究了养护龄期和胶结液浓度对MICP改良黄土崩解时间和崩解率的影响, 根据非饱和土的单值有效应力公式, 从孔隙水压力和孔隙气压力的角度建立了非饱和土崩解的力学模型, 利用推导出的崩解率-时间公式拟合黄土试样的崩解曲线。结果表明: MICP改良试样的崩解率均低于未改良的试样; 随着养护龄期增加, 0.6 mol/L胶结液改良黄土的崩解时间由12 min增加到28 min; 养护14 d时, MICP改良黄土的崩解率达到最低值0.02%, 崩解率-时间公式对崩解率曲线的调整拟合优度均在0.90以上。

针对绥大高速公路病害问题, 本文采用新型材料硅酸锂、石灰、聚丙烯纤维对黄土状亚砂土进行改良研究, 通过冻融循环试验、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了改良土的强度特性、微观机制、固化机理及孔隙结构。结果表明: 增掺硅酸锂后可以大幅提升石灰改良土的无侧限抗压强度, 复合改良土的最佳配合比为硅酸锂掺量3%(质量分数), 石灰掺量6%(质量分数), 聚丙烯纤维掺量0.4%(质量分数), 纤维长度12 mm; 复合改良土的破坏特征为“延性破坏”, 聚丙烯纤维能够在受力过程中起到拉扯作用, 使试件在一定应变范围内承受较大的应力; 不论标准养护还是冻融循环环境, 硅酸锂均能起到土体强度增强剂的作用, 提供碱性环境, 加剧水化反应, 生成钠长石、C-A-S-H凝胶、Li［AlSi4O10］等新物质; 水化产物的生成是土体孔隙相关参数下降的主要原因, 标准养护环境及碱性环境能够促进水化反应的进行, 加大孔隙参数下降幅度, 有效提升改良土的强度。

充填开采是实现矿山安全绿色开采的重要途径，要求充填材料来源广泛,成本低，且必须能满足充填工艺需求。为探究黄土含量对膏体充填材料流动性和力学性能的影响规律，通过室内试验测定了不同类型粉煤灰、不同黄土含量条件下膏体充填材料的屈服应力和抗压强度等参数。研究结果表明：用黄土替代粉煤灰制作充填体，取材方便,成本低，且黄土颗粒能很好地包裹大颗粒，减少颗粒输送中对管道内壁的磨损，提升料浆流动性；随着黄土含量增加，充填体抗压强度会逐渐增大，但当黄土含量超过12.5%(质量分数)后，黄土细颗粒会阻碍水泥和其他物料之间的黏结，导致抗压强度有所降低；黄土与粉煤灰质量比为2∶8、3∶7，养护期为28 d时，充填材料既符合充填工艺要求，又能最大程度降低充填成本。

为有效降低黄土地区遇水产生的湿陷性, 以兰州黄土为研究对象, 利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术对黄土湿陷性进行研究。首先对MICP处理前后黄土的无侧限抗压强度及湿陷系数进行评价, 然后利用CT扫描技术分析MICP改良后的黄土微观特征, 进一步探究MICP改良机理。试验结果表明: 经MICP处理后的黄土试样无侧限抗压强度显著提高, 最高可达150 kPa, 黄土湿陷性有效降低; 随着胶结液浓度不断增加, 碳酸钙生成量持续增加, 但在胶结液浓度大于1.25 mol/L时, 碳酸钙生成量呈下降趋势; 改良后黄土试样的孔隙率、孔隙等效直径等指标均降低。

为探究黄麻纤维加筋黄土动力特性, 将价格低廉且性能优良的天然黄麻纤维按照一定质量掺比加入到黄土中。利用动三轴设备, 从动应力-应变关系、动弹性模量、阻尼比等指标分析不同黄麻纤维质量掺比下黄土的动力特性, 并研究其加筋机理。结果表明: 黄麻纤维加筋黄土的动应力随黄麻纤维质量掺比的增加, 呈先增大后减小的趋势, 且相同应变条件下, 黄麻纤维质量掺比达到0.3%时, 动应力达到最大; 不同黄麻纤维质量掺比下的加筋黄土动弹性模量均大于素黄土, 且动弹性模量随动应变的增加而下降; 掺入一定质量的黄麻纤维可有效降低阻尼比, 且不同围压(100 kPa、200 kPa、300 kPa)下最大阻尼比较最小阻尼比下降幅度均值分别为91%、120%、100%; SEM照片表示, 过多纤维的掺入会使纤维互相纠缠, 导致动力特性等指标下降。

黄土高原水蚀风蚀交错区生物土壤结皮光谱特征的研究, 为基于遥感的区域尺度生物土壤结皮的识别提供了重要的科学价值, 为进一步估算生物土壤结皮在区域水土流失防治中所起的作用提供了重要的技术支持。 采用地物光谱测定技术, 在黄土高原水蚀风蚀交错区六道沟小流域对不同覆盖度藻类和不同类型藓类生物土壤结皮以及不同高等植被进行了光谱测定, 并进行定量分析。 研究表明, 黄土高原水蚀风蚀交错区藻类生物土壤结皮与土壤具有相似的光谱特征, 光谱曲线没有明显的“峰-谷”。 藻类生物土壤结皮光谱特征主要表现为光谱反射率随生物土壤结皮覆盖度增加而降低的变化规律; 其中可见光区, 覆盖度10%~20%, 30%~40%及50%~60%藻类生物土壤结皮相比于裸地, 反射率归一化均值分别下降了8.64%, 15.80%和23.09%。 随藻类结皮覆盖度增加, 680 nm处吸收特征(叶绿素)越来越明显, 2 200 nm处吸收谷(次生矿物)越来越小。 藓类生物土壤结皮光谱曲线表现出与高等植物相似的特征, 形成绿波段的反射峰和红光波段的吸收谷以及近红外波段的高反射。 但在760~930 nm区间, 藓类生物土壤结皮的斜率明显大于高等植物, 藓类生物土壤结皮的光谱斜率Slope(930/760)是高等植物的2.5～4.5倍。 黄土高原生物土壤结皮光谱特征的研究可为生物土壤结皮的遥感识别提供一定的理论依据和技术支持。

在污染场地植物修复过程中, 植物根系通过释放活性分泌物主动适应和抵御污染胁迫, 直 (间) 接影响根际圈土壤DOM的结构组成。 现阶段, 植物修复的关注点主要集中于污染物的吸收、 转运、 累积和解毒行为, 对于根际圈土壤DOM的探讨略显不足。 以Pb/Cd复合污染黄土区金盏菊幼苗为研究对象, 分析根际圈黄土Pb/Cd赋存形态、 金盏菊生长状况等宏观差异, 借助紫外可见光谱(UV)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(3D-EEMs)明确Pb/Cd胁迫前后根际圈黄土DOM的微观性质。 结果表明: 根际圈黄土Pb/Cd以残渣态和可交换态为主, 金盏菊生长周期结束后可交换态Pb/Cd含量有所升高。 Pb/Cd胁迫抑制了金盏菊株高和出苗率, 其生长周期有助于改善黄土理化性质。 胁迫后金盏菊根部呈现细长、 弯曲且萎缩的迹象; DOM紫外光谱最大吸收区间位于200～240 nm, 但胁迫后的图谱波峰更加尖锐, 峰强更大。 Pb/Cd胁迫导致DOM红外吸收峰分别从3 444和1 637 cm-1移动至3 440和1 645 cm-1, 其中存在重金属离子与OH和CO结合效应。 DOM荧光峰集中在λex/em=240/430附近(紫外区类富里酸荧光峰), Pb/Cd胁迫对荧光峰强干扰较大, 而对荧光峰位基本没有影响。 金盏菊根际圈黄土DOM能够提供重要的微生态环境信息, 光谱学手段能够一定程度上揭示其与Pb/Cd赋存形态的构效关系。

原子吸收光谱法（AAS）广泛应用于重金属分析检测领域, 优化测试过程的操作条件, 进而保障分析结果的稳定性和重现性, 直接关系到预期研究目标的有效实现, 建立精准的检测方法往往成为科学研究的首要任务。 以金盏菊为黄土区Pb/Cd复合污染修复植物, 采用湿法消解-AAS法测定金盏菊幼苗体内Pb/Cd含量, 分析所得结果初步揭示金盏菊幼苗对Pb/Cd的富集效应。 研究发现: 湿法消解-AAS法对Pb/Cd的检出限分别为0.104和0.007 mg·L-1, Pb/Cd回收率对应于94.33%～110.78%和97.73%～107.50%之间, 同一样品重复测定（6次）的相对标准偏差（RSD）波动于4.11%～4.75%（Pb）和1.11%～2.77%（Cd）, 表明该方法准确度较好, 精密度较高。 金盏菊幼苗对Pb的富集能力不强, 这可能与Pb的电负性、 植物生长周期较短及环境因子等因素有关; 但在黄土Cd浓度为50 mg·kg-1时, 金盏菊幼苗对Cd的平均富集量已达到104.85 mg·kg-1。 此外, 黄土Pb的共存一定程度上促进了金盏菊幼苗对Cd的吸收, 其间可能存在协同作用。 所建立的分析方法可以对金盏菊幼苗Pb/Cd含量进行有效检测, 预期能为后续研究提供技术支持和质量保障。

植物修复法是重金属污染场地修复的重要手段, 这种“绿色修复技术”得到了学者们的广泛关注和期待。 在重金属胁迫条件下, 植物自身会出现相应的响应反映, 进而逐渐适应并有效减缓重金属的直接毒害作用。 这种微尺度的调控行为往往多维度和不可见, 需要借助精密仪器分析技术加以剖析。 现阶段, 相关方面的研究还略显欠缺。 以黄土修复植物金盏菊幼苗为研究对象, 分析Pb/Cd复合胁迫对其表观形貌的影响, 采用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）识别其地下和地上部分样本的官能团性质, 初步推断金盏菊对Pb/Cd胁迫的响应途径和耐受机制。 研究表明: 随着Pb/Cd胁迫程度的加剧, 金盏菊根冠弯曲萎缩, 根毛数量明显减少, 而其地上部分形貌差异很小。 Pb/Cd胁迫对金盏菊幼苗地下和地上部分的FTIR图谱影响较大: 3 573 cm-1附近的—OH峰强减弱且发生移动, 随着Pb/Cd胁迫浓度的增加, 峰形更趋复杂化; 这表明Pb/Cd与—OH间存在配位结合效应, Pb/Cd胁迫干扰了有机物的合成和分泌。 饱和C—H振动峰整体红移, 可能与细胞膜的膜脂氧化程度有关。 1 631和1 574 cm-1处吸收峰强下降, 说明与之关联的蛋白质组分特性可能有异。 1 385 cm-1处峰位有所偏移, 推测金盏菊通过改变果胶质和油脂的甲基化程度, 完成细胞组织对Pb/Cd胁迫的“直接排斥→逐步适应→增强抗逆性”的过程转变。 FTIR对于识别土壤重金属的植物修复机制具有重要指导意义。

枯落层盖度的定量估算对于植被防蚀功效的评价具有重要作用。 在陕北黄土丘陵沟壑区选取典型落叶林和退耕草地作为光谱测试样地, 通过室内和野外实验分析枯落层—土壤混合场景的光谱变化规律, 研究高光谱指数NDLI(normalized difference lignin index)和CAI(cellulose absorption index)估算枯落层盖度的有效性。 结果表明, 受颜色及含水量等因素的影响, 不同盖度枯落层—土壤混合场景的光谱反射率呈现不同的变化规律。 干和湿状态下, 随着枯落层盖度的增加混合场景的NDLI、 CAI指数值均呈现增大的趋势, CAI与枯落层盖度的相关性高于NDLI, R2最高为0.98(阔叶林和退耕草地干的混合场景), CAI能够更有效地估算枯落层盖度。 野外实测验证了室内实验结果, 退耕草地混合场景的CAI值与枯落层盖度相关性最高(R2=0.90), 野外条件下两种高光谱指数估算枯落层盖度的有效性均有一定程度的降低。 该研究为枯落层盖度的遥感定量反演提供了基础与依据。