粉砂土又有什么特性?
根据材料三,指出明清时期中国农业发展的特点,综合上述材料并结合所学知识,说
根据材料三,指出明清时期中国农业发展的特点,综合上述材料并结合所学知识,说明代的农田水利工程以民间修建和小型为主www.rixia.cc.比较重要的技术成就是海塘修筑技术逐渐完善,如浙江海塘的海盐、平湖段,到明末已基本上改为石塘.塘面不同于宋代的斜直方式,而采用了阶梯形.海宁地段不仅有强潮侵袭冲击,且土质为粉砂土,塘基的修筑和塘坝的保护都较困难.明代,部分塘段已修筑成石塘,但还有部分塘段仍沿用石囤木柜修筑.嘉靖时的黄光升,是中国古代杰出的海塘工程专家.他不仅主持修筑了设计合理、坚厚稳固的鱼鳞塘,而且在海塘工程理论上也很有建树.到清康熙、乾隆年间,“鱼鳞塘”发展成结构更加完善的塘工型式,如在每块大石料的上下左右都凿有槽榫,互相嵌合,彼此牵制,条石间用糯米汁石灰浆灌砌,并在合缝处用油灰抿实,再用铁锔、铁锭嵌扣起来,使之更加坚固不易冲坏,从而使沿海农田有了更为可靠的保障.明清两代还出现了不少专门探讨海塘问题的论著,如黄光升《筑塘说》、仇俊卿《海塘录》和清初陈訏的《宁盐二邑修塘议》①等.它们从取材、土墉叠砌、程式、验土、层叠、打桩、坡陀等方面总结了海塘的修筑经验.
徐光启《农政全书》中的《旱田用水疏》,从水位、流速、流量以及蓄水、引水和取水的方式、方法等方面来考虑各种水源的利用,基本符合近代水利学的原理.具体为:(1)用水之源,即对山泉和地下喷泉的利用;(2)用水之流,即对江、河、塘浦等水流的利用;(3)用水之潴,即对湖、荡、沼、泽等积水的利用;(4)用水之委,即是海滨地区江、河出口处以及海中岛屿、沙洲水源或水流的利用;(5)作源作潴以用水,也就是依靠人力开凿水井或修筑池塘、水库以蓄积泉水或雨水、雪水,加以利用.
明末天主教耶稣会士还带进了一些西方水利科学知识.万历四十年(1612)徐光启与意大利人熊三拔合译《泰西水法》.全书共六卷,《农政全书》引用了前四卷:卷一讲龙尾
地基处理施工工艺
孔内深层超强夯法、换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等。
1、孔内深层超强夯法:
孔内深层超强夯法(SDDC)地基处理新技术,是先在地基内成孔,将强夯重锤放入孔内,边加料边强夯或分层填料后强夯。孔内深层超强夯法(SDDC)技术在第52届尤里卡世界发明博览会上获得了最高奖--尤里卡金奖,这也是中国地基处理技术到目前为止在国际上获得的唯一金奖。
孔内深层超强夯法(SDDC)技术与其它技术不同之处:是通过孔道将强夯引入到地基深处,用异型重锤对孔内填料自下而上分层进行高动能、超压强、强挤密的孔内深层超强夯作业,使孔内的填料沿竖向深层压密固结的同时对桩周土进行横向的强力挤密加固,针对不同的土质,采用不同的工艺,使桩体获得串珠状、扩大头和托盘状,有利于桩与桩间土的紧密咬合,增大相互之间的摩阻力,地基处理后整体刚度均匀,承载力可提高2~9倍;变形模量高,沉降变形小,不受地下水影响,地基处理深度可达50米以上。
孔内深层超强夯法(SDDC)技术适用范围广,可适用于大厚度杂填土、湿陷性黄土、软弱土、液化土、风化岩、膨胀土、红粘土以及具有地下人防工事、古墓、岩溶土洞、硬夹层软硬不均等各种复杂疑难的地基处理。该技术可根据不同的地质情况和设计要求,就地取材,如:建筑碴土、工业无毒废料、素土、砂、毛石、砂卵石、粉煤灰、土夹石、灰土和混凝土等材料均可做成各种SDDC桩。大幅度降低工程造价,施工质量容易控制、地面振动小、施工噪音低、施工速度快;成桩直径0.6~3.0m,单桩处理面积1.0~14.0㎡,不受季节限制,同时能消纳大量建筑垃圾,可在城区或危房改造居民区施工等特点。
2、换填垫层法:
适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。其主要作用是提高地基承载力,减少沉降量,加速软弱土层的排水固结,防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。
3、强夯法:
强夯是地基处理众多方法中的一朵奇葩,它具有设计简便,方法可靠,施工直观,效果明显等多项优点。对改善不宜直接作为地基的软弱土、湿陷性黄土等土质更有着不可替代的作用。我们在近30年的工程实践中,对它更有着一种不可名状的感情。无论是高速路路基的高填方,还是几十万平米的工业厂房,甚至是1200立方米的高炉地基处理,强夯都立下了不可抿灭的功劳。它的效果直观,造价低廉,施工便捷等等优点,也是其它方法不可比拟的。在采取挖防震沟或加固等措施后,能确保安全的情况下,我们一般的还是建议设计采用强夯法,因为它毕竟还是一顶比较成熟的地基处理工艺。
4、强夯置换法:
强夯置换是强夯用于加固饱和软粘土地基的方法。强夯置换法的加固机理与强夯法不同,它是利用重锤高落差产生的高冲击能将碎石、片石、矿渣等性能较好的材料强力挤入地基中,在地基中形成一个一个的粒料墩,墩与墩间土形成复合地基,以提高地基承载力,减小沉降。在强夯置换过程中,土体结构破坏,地基土体产生超孔隙水压力,但随着时间的增加,土体结构强度会得到恢复。粒料墩一般都有较好的透水性,利于土体中超孔隙水压力消散产生固结。
5、砂石桩法:
适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基,提高地基的承载力和降低压缩性,也可用于处理可液化地基。对饱和粘土地基上变形控制不严的工程也可采用砂石桩置换处理,使砂石桩与软粘土构成复合地基,加速软土的排水固结,提高地基承载力。
6、振冲法:
分加填料和不加填料两种。加填料的通常称为振冲碎石桩法。振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的粘性土和饱和黄土地基,应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10%的中、粗砂地基。振冲碎石桩主要用来提高地基承载力,减少地基沉降量,还可用来提高土坡的抗滑稳定性或提高土体的抗剪强度。
7、水泥土搅拌法:
分为浆液深层搅拌法(简称湿法)和粉体喷搅法(简称干法)。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。不宜用于处理泥炭土、塑性指数大于25的粘土、地下水具有腐蚀性以及有机质含量较高的地基。若需采用时必须通过试验确定其适用性。当地基的天然含水量小于30%(黄土含水量小于25%)、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用干法。连续搭接的水泥搅拌桩可作为基坑的止水帷幕,受其搅拌能力的限制,该法在地基承载力大于140kPa的粘性土和粉土地基中的应用有一定难度。
8、高压喷射注浆法:
适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。当地基中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或较高的有机质时,应根据现场试验结果确定其适用性。对地下水流速度过大、喷射浆液无法在注浆套管周围凝固等情况不宜采用。高压旋喷桩的处理深度较大,除地基加固外,也可作为深基坑或大坝的止水帷幕,目前最大处理深度已超过30m。
9、预压法:
适用于处理淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘性土地基。按预压方法分为堆载预压法及真空预压法。堆载预压分塑料排水带或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。当软土层厚度小于4m时,可采用天然地基堆载预压法处理,当软土层厚度超过4m时,应采用塑料排水带、砂井等竖向排水预压法处理。对真空预压工程,必须在地基内设置排水竖井。预压法主要用来解决地基的沉降及稳定问题。
建筑物由上部结构、基础与地基三部分组成。建筑物的全部荷载均由其下的地层来承担。受建筑物影响的那一部分地层称为地基。所以地基是指基础底面以下,承受基础传递过来的建筑物荷载而产生应力和应变的土壤层。建筑物向地基传递荷载的下部结构称为基础,是建筑物的墙或柱埋在地下的扩大部分,是建筑物的“脚”。作用是承受上部结构的全部荷载,把它传给地基。
二、地基分类
三、地基的处理方式
(一) 天然地基天然地基是指自然状态下即可满足承担基础全部荷载要求,不需要人工处理的地基。天然地基土分为四大类:岩石、碎石土、砂土、粘性土。
(二)人工地基天然地基的承载力不能承受基础传递的全部荷载,需经人工处理后作为地基的土体称为人工地基。处理的方法有:换填法、预压法、强夯法、振冲法、砂石桩法、石灰桩法、柱锤冲扩桩法、土挤密桩法、水泥土搅拌法(含深层搅拌法、粉体喷搅法、深层搅拌法简称湿法,粉体喷搅法简称干法)、高压喷射注浆法、单液规划法、碱液法等。
1、换填法
当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基的要求时,常采用换土垫层法来处理软弱土地基,即将基础下一定深度内的土层挖去,然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土等,并夯至密实。实践证明:换土垫层可以有效地处理某些荷载不大的建筑物地基问题。换土垫层按其回填的材料可分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层等。垫层的主要作用:1)提高地基承载力;2)减少沉降量;3)加速软弱土层的排水固结;4)防止冻胀; 5)消除膨胀土的胀缩作用。
换填法适用于浅层地基处理,包括淤泥、淤泥质土、松散素填土、杂填土等。换填法还适用于一些地域性特殊土的处理,例如在西安地区可消除黄土的湿陷性,用于山区地基可处理岩面倾斜、破碎、高低差,软硬不匀以及岩溶等,用于季节性冻土地基可消除冻胀力和防止冻胀损坏等。
2、强夯法
强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高处落下,反复多次夯击地面,对地基进行强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产生动应力和振动,从夯击点发出纵波和横波,向地基纵深方向传播,使地基浅层和深处产生不同程度的加固作用。 强夯法主要用于砂性土、非饱和粘性土与杂填土地基。对非饱和的粘性土地基,一般采用连续夯击或分遍间歇夯击的方法;并根据工程需要通过现场试验以确定夯实次数和有效夯实深度。现有经验表明:在100~200吨米夯实能量下,一般可获得3~6米的有效夯实深度。
强夯后效果
3、振冲(置换)法
振冲法是利用振冲器,在高压水流的作用下边振边冲,使松砂地基变密;或在粘性土地基中成孔,在孔中填入碎石制成一根根的桩体,这样的桩体和原来的土构成复合地基。在砂土中和粘性土中振冲法的加固机理是不同的。在砂土中主要是振动挤密和振动液化作用;在粘性土中主要是振冲置换作用,置换的桩体与土组成复合地基。振冲法适用于各类可液化土的加密和抗液化处理,以及碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土、湿陷性土等地基的加固处理。采用振冲法地基处理技术,可以达到提高地基承载力、减小建(构)筑物地基沉降量、提高土石坝(堤)体及地基的稳定性、消除地基液化的目的。
3.1振冲碎石桩法振冲碎石桩是利用在地基中就地振制的碎石快速加固松软地基的方法。近几年来在高层建筑地基的加固及处理中也得到了广泛地应用。它具有技术可靠、设备简单、操作技术易于掌握、施工简便快速、工期短、既不用水泥,又不用钢材,加固后地基承载力有显著提高等优点。适用于中、粗砂和部分细砂或粉砂土地基。
4、排水固结预压法
排水固结预压法是利用地基土排水固结的特性,通过施加预压荷载,并增设各种排水条件(砂井和排水垫层等排水体),以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地基处理方法。排水固结法适用于处理饱和和软弱土层,按照采用的各种排水技术措施的不同,排水固结法可分为以下几种方法:堆载预压法真空预压法降水预压法电渗排水法
开挖饱和水状态的粉砂土或砂土等,应防止什么产生
地形地貌对黄河流路的影响
黄河形成水系后,黄河下游不断摆动,根据古地貌和历史记载资料,全新世海侵后,黄河在天津入海,随后逐渐向东南迁移。3000多年来,黄河变迁大体可分为三个时期。自春秋战国(公元前602年)—南宋建炎二年(公元1128年),黄河北流入渤海;自南宋到清咸丰四年(1128~1855年),黄河南流入黄海;1855年6月黄河在兰阳(今兰考)铜瓦厢决口,又回流入渤海。黄河携带的大量泥沙在河口地带堆积,形成三角洲(图3-4)byItuI。
图3-4 黄河流路历史演变与地貌图
黄河三角洲是由流路的摆动推进而成的,所以它的地形、地质条件与黄河河口演变相关,每个流路形成一个新生三角洲,而三角洲地区则是由多个三角洲叠加而成。其现有的三角洲地面地形由最后一次流路留下的河床和滩地所组成,即为钓口河流路、神仙沟流路以及清水沟流路留下的地形。每个流路相应的三角洲是由突向海滨的沙嘴呈舌状的堆积体逐步发育而成。
在河床形成和演变过程中大体经历3个阶段,即改道初期阶段,该阶段河未成形漫流入海,单一沙嘴扩散扇面影响范围为25km左右,类似沉沙池一样在影响范围内向海岸扩散淤进并向前平推。第二阶段为流路中期,即逐步塑造成单一的输沙河槽,类似水库三角洲淤积。
在三角洲往前推进的过程中滩槽同步升高,逐步形成明显的滩槽高差,滩地横比降逐步增大,当发展到一定程度后即可能出汊摆动,出现新汊的淤积过程,此时逐步进入该流路的第三阶段,类似一般的河道演变。相应每一汊的淤积物组成沙嘴,主槽淤积较粗,粒径大于0.06mm。大部分中细的颗粒粒径大于0.025mm,淤积在沙嘴前坡及两侧的滩地,而大部分粒径大于0.025mm的泥沙被潮流带往深海或沙嘴两岸的烂泥湾。按土壤的特性分类:三角洲上黄河淤积物大致可分为粉砂土和粘土两大类。凡故道主流所经地方,地表均出露砂土,故道两侧的地为壤土和粘土地,在河间洼地和低地为粘土堆积。
三角洲地面的高程也与控制流路使用年限的洪水位有关。钓口河及神仙沟均控制进口洪水位为10m,三角洲地面高程(黄海标高=大沽标高-1.5m)大部分为3~4m,顺河流方向与河流行水坡度一致,大体在(1.0~1.5)10-4左右。神仙沟是20世纪50年代大水大沙形成的,其坡降较平。而钓口河流路则较陡,在横断面方向黄河改道处地形相对较高。由于清水沟流路控制水位改用12m,故今后清水沟流路所形成的扇面会比钓口河和神仙沟流路略高。换一种说法,目前的控制水位还可以在钓口河流路的堆积范围由再次堆积形成新的三角洲堆积体。从土地利用角度而言是地面较低,而从堆积泥沙角度而言是还有较大的淤沙体积。在河口段的3~4m滨海地面形成了大片湿地,宜于动植物生长,属自然保护的地区。
食物与地质
(一)食物可提供什么?
原始社会里人需要食物,单纯地是为了维持生命,使人机体的所有功能保持正常发挥。随着调味品进入饮食,追求美味成为食品的第二功能。
人类早期,食品只是为了果腹,避免饥饿。人凭本能进食,无营养意识。后来人类逐渐发现不少生理功能失常、疾病与缺少某种食物有关。人类进入资本主义初期,随着化学的发展,尤其是分析化学、有机化学的发展,人们才知道食物中包含了脂肪、蛋白质、糖类、维生素、纤维素、水和矿物质等各种成分。
1.蛋白质
蛋白质是生命的载体。人体的大部分都由蛋白质组成,不仅人体的内脏、肌肉、大脑等这些软体组织,即使人的骨骼、毛发、指甲等这些硬件也由蛋白质构成。
蛋白质是一种化学结构非常复杂的高分子有机化合物,是生命活动的物质基础,是一切细胞和组织结构不可缺少的成分。
蛋白质一词源自德文,“具有像蛋清那样的物质”。首先从鸡蛋那里观察到,而后推广开来。蛋白质不仅仅只为蛋所有,动物、植物等生命体都含有蛋白质。正常的60千克人体就有9.6千克蛋白质,它占体重的16%。蛋白质也并非都是白色,也有红色(血红蛋白)、绿色(叶绿蛋白)。
蛋白质主要由碳、氢、氧、氮四种元素构成。多数蛋白质中,碳占50%~56%,氢占6%~8%,氧占19%~24%,氮占13%~19%。有的蛋白质含有硫、磷,少数蛋白质还含有铁、铜、锌、钴、钼等元素。这些元素首先以一定比例的结构,构成氨基酸,许多氨基酸再按一定方式连接成蛋白质。所以氨基酸是构成蛋白质的基本单位。
氨基酸由氨基(–NH3)和羧基(–COOH)合成。人体组织中的蛋白质来源于食物中蛋白质的氨基酸。食物蛋白质在胃肠道内的液化酶作用下分解出单个或片段氨基酸,吸收到体内后按一定样板或模式装配成人体所需要的蛋白质。
食物蛋白质中有一部分氨基酸人体不能合成,或合成速度太慢,不能满足人体的需要,称“必需氨基酸”;另外一部分可在人体中合成,称“非必需氨基酸”。这个“非必需”的含义并非可以不要,而是人体一定需要,即使食物中缺少这部分氨基酸,也可由人体自己合成。
目前已知有22种不同的氨基酸,组成每一种蛋白质至少要10种以上氨基酸。这22种氨基酸有8种在人体内不能合成,或合成速度太慢,另有两种是婴幼儿发育所不可少的氨基酸。所以氨基酸中10种是“必需氨基酸”,12种是“非必需氨基酸”。
蛋白质的营养价值取决于所含的氨基酸种类、数量及它们的比例。凡是能提供各种必需氨基酸,其比例又适合人体需要的,称完全蛋白质,如牛奶,否则就称为非完全蛋白质。
蛋白质种类繁多,如同英文26个字母可以组合成数万个单词一样,22种氨基酸也可构成成千上万种蛋白质。
蛋白质是构成人体和修补人体的基本材料;它能使人体组织具有一定的弹性和硬度;它能组成人体中必需的各种酶和激素;它能组成人的抗体及白血球;它能维持人的体液平衡(体液包括血液、淋巴液、细胞内外液、肾腹肠胸关节腔体中液);它能调节体液http://www.rixia.cc和血液的酸碱度,使其pH值维持在7.2~7.4之间;它能提供热能(每1克蛋白质氧化后可获得17焦耳热量值)。
由此可见,人体的生命活动时时、处处离不开蛋白质。
2.脂肪
脂肪是构成人体各类细胞的基本成分,还是构成类脂肪物质——肾上腺素、性激素的组成物;肠内不少有益细菌需要脂肪才能繁殖;它的另一基本功能是提供热量,维持和补充人体活动的能量消耗。
脂肪是人体生命的“辅助剂”,它占人体体重的18%,人体所需能量的10%~40%由脂肪提供。它对人体有如下功能:提供热量,它是高效热源,是人体中蛋白质、碳水化合物所产生热量的2倍多,每克脂肪能提供38焦耳的热能。它具有保值和防护作用,皮下脂肪还可调节体液。脂肪对某些维生素可溶解而被吸收(酯溶性)。脂肪中磷脂和固醇是构成细胞膜、核膜及线粒体膜的主要成分,它为人体提供脂肪酸,为人体正常发育提供必需组分。
食物脂肪有动物油和植物油两大来源。按性质分饱和脂肪和不饱和脂肪。饱和脂肪常存在于动物制品及乳制品中,摄入过多会提高血液中的胆固醇,从而增加心血管病变的可能;不饱和脂肪多存在于植物中,易被人体吸收。
按人们膳食习惯,脂肪给人供的热量应占全身发热量的15%~25%,切勿超过40%。过量摄入动物脂肪会导致动脉粥状硬化,所以每天摄入60克左右脂肪就足够了。
3.碳水化合物
碳水化合物就是通常所说的糖类,它是人体产生能量的主要来源,所以有“生命的燃料”之称。它在人体中重约500克,占体重的7%。
糖类在食品中就是糖和淀粉的总称。植物利用光合作用将二氧化碳和水化合成单糖(葡萄糖、果糖),进而合成为淀粉。糖有单糖、双糖、多糖三大类。地球上的植物靠光合作用大部分形成多糖,一部分形成双糖,少部分合成单糖。
(1)单糖按碳元素的数量可分为三碳糖、四碳糖、五碳糖和六碳糖。其中五碳糖的核糖及脱氧核糖是生命的基本物质——核苷酸、核酸及许多辅酶的重要成分。常见单糖有葡萄糖、果糖和半乳糖。我们摄入体内的葡萄糖大部分由淀粉消化而得到。人体摄取的各种单糖,最终都要转化成葡萄糖才能被人体利用,它进入人体后通过血液输向全身各处。医学中的血糖就是指血液中的葡萄糖。
食品中的单糖主要来自植物,果糖最甜,甜度为蔗糖的1.75倍,它主要存在于水果中,蜂蜜中果糖的含量最多。半乳糖甜度低于葡萄糖。
(2)双糖是两个单糖结合再去掉一个水分子,常见的双糖有蔗糖、麦芽糖及乳糖。日常生活中常用的白糖、红糖、砂糖都是蔗糖。各类种子发出芽中所含的糖即麦芽糖。人们咀嚼谷类或淀粉制品时会有甜味产生,那就是淀粉与唾液(含唾液淀粉酶)作用产生的。
(3)多糖由大量葡萄糖分子组成,无甜味,难溶于水,经消化酶作用后可分解出单糖,主要为淀粉、糖原、糊精和纤维素、果胶。
(4)淀粉无甜味,经酶消化后,分解为糊精、麦芽糖和葡萄糖。糊精是淀粉的中间产物,是一种糊状体。熬米粥时表面结层黏性膜即糊精,面包和馒头外面的一层硬壳(冷时)也是糊精。
(5)糖原,也叫动物淀粉,是人类及动物储存碳水化合物的一种形式,它在人体消耗过大时补充,主要存在于肝脏、肌肉和其他组织中,总体不超过500克。人体中淀粉X3存在于肝脏,称肝糖原,存在于肌肉,称肌糖原。它在人体摄入碳水化合物或脂肪过多时,就会储存起来;当人饥饿时,肝糖原就会迅速分解成葡萄糖而进入血液,将血液维持在一个正常水平。人每天摄取碳水化合物不应少于100克。
(6)纤维素是植物的骨干,是构成根、茎、叶、花、果的主体,它不能被人体吸收,无法给人类提供能量。但它可促进肠道的蠕动,利于排便。它还可以预防结肠癌,治疗糖尿病、便秘。
碳水化合物是人体主要热能供应者,机体60%的热量来自糖,氧化(消耗)1克糖需0.83升氧。碳水化合物是细胞的主要成分。糖蛋白是细胞膜的主要成分,黏蛋白是结缔组织的重要成分,神经组织含有糖脂。碳水化合物能维持中枢神经基本功能,是肌肉运动的主燃料,心跳的能源体。它可节约体内蛋白质消耗,还可维持脂肪的正常代谢。脂肪代谢不完善时会产生酮体,它是酸性物质,在血液中含量升高时便会发生酮症,即酸中毒。碳水化合物具有保肝解毒作用。
4.维生素
维生素不是构成人身体的原料,也不能提供能量。人体对它的需要量极少,但又是离开它不行的一种调剂物质。它在生理代谢中起着十分重要的作用。
维生素通常不能由身体内部合成,它必须通过食物供给,人体中储存量又极少,人缺它过多又有害。只有通过合理地选择含不同维生素食物,适量地补进,才能促进人体机能全面正常发挥。
维生素种类多,化学性质与结构差异大。它可分成脂溶性与水溶性两大类。属脂溶性的有维生素A、D、E、K;水溶性的有维生素B族、泛酸、生物素(VH)。
(1)维生素A。主要由胡萝卜素和视黄醇类这两类化合物组成,视黄醇类包括视黄醇、视黄醛和视黄酸,它们是一种大分子的醇类,在眼底视网膜上起着重日夏养花网要作用,所以叫视黄醇。
维生素A平时溶解于脂肪中,不溶于水,一般不会受热、酸、碱的破坏,在食品加工中很稳定,但它容易被空气中的氧所氧化而遭破坏,也易被强光、紫外线破坏。它一般与脂肪结合存在于人的肝脏中。
维生素A的主要生理功能是保护眼睛、维持正常视力;其次是维持上皮组织的完整和健全。上皮组织除了皮肤、头发、指甲外,还包括眼、鼻、口、肠、气管、泌尿管、生殖管道上的黏膜。维生素A还能促进人体发育,使人体骨骼和软组织增长。它还能维持人的生殖功能,保持生育能力。
人体所需的维生素A,一部分来源于动物内脏,一部分由植物中胡萝卜素转化,成人每天需800微克维生素A。正常人体中90%的维生素A贮存于肝脏中,它足够人体6~12个月所需。
(2)维生素D。是一种类固醇的衍生物,是人体内可以合成的唯一维生素。它存在于皮层下,受紫外线照射而合成。所以没有天然的现成维生素D植物,但在动物体内有少量存在。
维生素D能促进人体对钙和磷的吸收,它的缺乏将导致人发生佝偻病、骨软化症、鸡胸及肋骨串珠状的病态,甚至驼背(脊柱弯曲)、梨形及香蕉形。过量的维生素D摄入,将引发维生素D过多症:食欲不振、呕吐、腹泻、心率过快、骨质增生等。成人每日需维生素D7.5~10微克。
(3)维生素E。是黄色油状物质,因它能保护生殖功能,所以又称“生育酚”。维生素E对氧敏感,极易被氧化,所以成为人体的抗氧化剂,保护人体内不饱和脂以抗衰老。
维生素E广泛存在于植物中,尤以各类植物油、绿色植物为盛,蛋、动物脏器、奶中亦有分布。
(4)维生素K。能促进凝血作用,所以有“止血功臣”之称。它是凝血酶的主要成分。它广泛分布于绿色果蔬中,人体肠道内细菌也会部分地合成。成人每天摄入4~8毫克即可满足人体之需。
(5)维生素B1。即硫胺素,又称抗脚气病素或神经炎素。它蕴藏在谷物中,尤其在粗粮、豆类、干果类植物中。动物内脏亦富含维生素B1,它对温度具耐热性,但易受碱的破坏。
维生素B1缺乏的脚气病不同于由霉菌引发的“香港脚”,香港脚的脚气病是奇痒于脚趾间,而维生素B1缺乏的脚气病则表现为腿脚无力,小腿有肌肉压痛感,人易疲劳、健忘,进而四肢肌肉萎缩干枯、麻木。最后脚腿僵直、呼吸困难,导致死亡。
维生素B1缺乏症通常因烹调不得法,饮食习惯不合理,劳动强度过大等造成。
(6)维生素B2。即核黄素,易被碱性溶液破坏,也易被紫外线破坏。核黄素缺乏时,眼睛易疲劳,口舌裂开、溃疡,阴囊皮炎,鼻翼脱屑。
核黄素存在于动物脏器中,蛋乳类较高;植物中的紫菜、香菇、豆类、花生中较高。
(7)维生素B6。又称吡哆醇,它主要在蛋白质代谢中改变氨基酸结构及成分,参与血红蛋白合成、氨基酸运输,并能促进糖与脂肪代谢,释放出能量。
它在谷物中分布广,人的肠道细菌还可合成一部分。
人体缺乏维生素B6时会得低色素性贫血,过量时又易得外周性神经炎。
(8)维生素B12。是唯一有微量元素钴参与的维生素,所以又称钴胺酸。人体缺乏维生素B12时,易患恶性贫血,人感到虚弱无力、四肢麻木、舌酸痛。它是因消化道、骨髓和神经系统病变引起的。
维生素B12主要来自动物肝脏、牛奶、鸡蛋,植物则部分来自大豆及豆制品。
(9)维生素C。又称抗坏血酸,它可防止皮下出血、黏膜出血、牙龈出血和松动,体重减轻等症状。维生素C可以防止动脉粥状硬化,增强抗癌功能,提高应激能力,医治坏血病。
维生素C广泛存在于新鲜蔬菜和水果中,成人每天需60毫克。但它怕热、怕碱、易被氧化,所以在烹调中会丢失大部分。
(10)维生素PP。包括烟酸及烟酰胺。人体缺乏维生素PP时,易得癞皮病,从而皮炎多发,加上痴呆、腹泻。它从全身无力、对称性皮炎开始。
成人每天需15毫克维生素PP,在酵母、花生、全谷、豆类及肝脏中含量较富。
(11)叶酸。是造血材料,可刺激人体红细胞、白细胞及血小板生成。叶酸缺乏易患贫血,表现为脸色苍白、头晕、精神萎靡、呼吸艰难、皮肤发暗等。
成人每天需400微克,主要来源于肝肾脏器,大豆、菠菜、胡萝卜中的含量也很高。
(二)植物与地球化学的关系
1.土壤与地质作用
人的食物来自三方面:动物、植物、天然物。
人类属食物高端,不仅吃植物也吃动物,吃动物时仍间接依靠植物。植物从土壤中生长起来,吸收土壤中的水分、矿物质、有用元素,所以种植业离不开土地。
土地上的土,通过岩石风化作用直接生成,风化作用后又依赖风、水的搬运作用沉积在异地生成。以此来看,地质作用对食物具间接意义。
土来自基岩的风化,不同岩石风化后成分因母岩而异,如花岗岩风化产物富含钾、钠,玄武岩风化后铁、镁元素会多些,石灰岩风化后铁铝含量增高。这是由岩石的地球化学特性决定的。
风化作用分三类:物理风化、化学风化和生物风化。
物理风化主要是温度作用,不同矿物的导热系数不同,热胀冷缩的体积变化不同,岩石受昼夜温差大的影响,不同矿物间变得疏松。尤其在冬天,矿物间水分结冰,水变成冰后体积膨胀,岩石中裂隙、矿物间空隙在冰作用下逐渐扩大,最后导致岩石崩裂。岩石由原来的整体成山,逐渐分解成大小不同的岩块、碎块,最后成为砂粒。
岩石风化过程
岩石风化
化学风化是在雨水、河水、地下水的作用下,岩石中的矿物与水起化学反应。有些矿物因水而溶解;有些矿物中某些组分与水起化学反应,将矿物分解成不同的组分;有些水溶解了某些组分而成为酸类、碱类,它与某些矿物再起化学反应,导致岩石分解、溶蚀。
在这两种风化联合作用之下,岩石变成石漠、沙漠,那是花岗岩、片麻岩、砂砾岩这种非可溶性岩石最终的结果。而可溶性岩石如石灰岩、白云岩、泥灰岩,则因溶蚀而变成峰丛、石林、溶盆,最终它们将全部消失。
那些半可溶的矿物,如云母、长石,在化学风化作用下,变成水云母、高岭土、膨润土、伊利石,转化成黏土矿物。最后留下难溶的石英、磁铁矿、金红石、磷灰石,而成为砂粒。
生物风化是指受生物生长及活动影响而产生的风化作用,是生物活动对岩石的破坏作用,有的植物根系会分泌出酸或碱,以化学作用破坏岩石;根系会钻入岩石细小缝隙而将它撑开、裂解。根系还会吸收岩石的可溶组分而破坏岩石。此外,植物死后,腐烂、分解,变成具不同酸碱度的物质如腐殖酸来破坏岩石。在高等植物掩护下,土壤中产生许多微生物,它们也会分解岩石,与矿物中的某些离子发生化学反应。
总之,岩石暴露于地表,总会受到各种风化作用,从而使地表岩石转化成砂、土。这是岩石在原地转化成砂、土。
因地表水聚集,如山洪、河水、冰川,它们携带着上游冲下来的砂、土,沉积在江河湖海中,这是异地带来的砂、土,当然还有风吹来的尘土,它们可以漫山遍野地覆盖在裸露岩石表面,那是外来沉积土。
上述过程都属于原始成土过程。如今看到的土壤,在原始成土后还经历过许多物理、化学、生物作用的过程,可归纳成有机质聚集过程、黏土化过程,其后还经历盐碱化过程、铁铝化过程、硅化或钙化过程,使土壤颜色分化成黑色、黄色、红色及不同的中间色(褐色、棕色)。
土壤通常按质地分类,即相当于原始成土作用的分类,也即地质上的分类。它按土质的颗粒度划分,将颗粒分为砂粒(0.02~2毫米),粉粒(0.02~0.002毫米),黏粒(<0.002毫米)三种组分,即砂土、粉砂土、黏土三大类,过渡型的还有地质上的亚砂土、亚黏土。
进一步的分类按颜色划分,同时结合植被、地貌、盐碱化,乃至成因、种植方式等多种因素。我国共划分出46种土壤,山西省划分出15种。这种划分,系统性、科学性不强,只是“就事论事”的实用性划分。
土壤的形成有五个因素:母质(基岩)、气候、生物、地形、时间。主导因素是前面三类,母质是内因,它是岩石性质,有固定的化学成分、矿物种类、结构构造等特征。而气候决定物理作用、化学作用强度,间接决定生物的类型(热带、寒带、温带动植物)。这两种因素恰恰是地质作用的因素,所以土壤的类型主要由地质作用决定。它们属于地球化学范畴。
2.植物与土壤
植物必须依赖土壤才能生长,一般植物对土壤的选择是比较广泛的,许多植物都可以在不同土壤中生长;同样,一种土壤也可以生长许多种植物,如玉米、山药蛋,从赤道到热带、温带,直到寒带边缘都可以生长,在红土、黄土、黑土中都可以生长良好,白菜、萝卜也都可在不同土壤中生长。
植物之所以有广泛的适应性,是因为土壤中常量元素的含量均很高,不同土壤的微量元素虽差别较大,但也仅仅是含量的差异。如植物中大量有机化合物分子团由碳氢氧氮构成,它们就存在于大气中,植物中主要肥料氮磷钾,钾和磷在地壳中的含量分别可达2%~3%(钾),0.1%~0.12%(磷),在土壤中也不缺乏(钾,1.36%),(磷,0.08%)。植物必需的微量元素为铁、锰、铜、锌、硼、钼、氯,它们在地壳中的含量分别为4.2%~4.7%,0.08%~0.09%,0.01%,0.007%~0.02%,0.001%~0.005%,0.0001%~0.001%,0.17%~0.2%,所以土壤中有足够的营养可供植物生长。
植物在土壤中吸收必需组分,主要是靠叶绿素的光合作用,合成出一系列高分子组合,供给植物的根茎叶、花果籽发育。人通过食用植物来吸摄人体必需的脂肪、蛋白、酸水化合物及各种维生素及矿物质。一般而言,人类的食物与土壤关系并不十分密切。人类的食物与地质没有直接关系,主要与气候、地理条件关系更密切。
气候与植物关系最明显的是植物的垂直分带。山西高于2000米的大山,由山下到山顶都可以看到植物清晰的分带性,由山下阔叶林到半山的阔叶针叶混生林,再到山上的针叶林,最后山顶出现草甸。其原因当然是气温随着地势的增高而逐渐降低。
此外,大山的阴坡阳坡植物也有明显的差别。许多山区的阳坡,光秃秃的基岩出落或灌木丛生,而阴坡则森林繁茂。这是由于阳坡光照强烈,水分蒸发量大,阴坡蒸发量小,水分相对充沛,从而宜于植物尤其森林繁殖。
植物茂盛强度与土壤中含水量密切相关。基岩山区、花岗岩区、变质岩区含水性较好,而石灰岩区则含水性差,所以山西现有的大森林均在含水性好的花岗岩区、变质岩区发育,如五台山、关帝山、管涔山、云中山、太岳山都有大片森林分布,而石灰岩区则很少有大面积森林分布。
植物生长时会吸收土壤中的肥力,所以若不人工施肥,土壤会贫瘠化,农业生产收成就会降低。
人类刚进入种植农业时,不会施肥,所以一块地种了最多十几年后,因产量日低而不得不放弃,需要换块土地再开垦。这种粗放式的农业,完全靠天吃饭,消耗土壤中的自然肥力。到了后来人类才知道要施肥,再之后才知道不同作物需施不同种类的肥料。到了近代,人类知道了氮、磷、钾是农肥的三要素,而磷肥与钾肥都有专门矿产。钾肥主要来自内陆盐湖中的钾盐矿产;磷肥则来自磷矿,这两种矿产在山西都很贫乏,全靠外省调入。
山西有含钾岩,一类是中元古界串岭沟组含钾页岩,它们分布在太行山、中条山区,只是品位太贫而不宜专门开采。含钾岩石可以在水泥工业中综合利用,但要在煅烧中从烟尘里回收,由于这一工艺流程尚未解决而不能利用。
临县紫金山含钾岩石属于岩浆从地幔深处分异后侵入进来的,其含量已达工业要求,政府准备在那里开办大型钾矿床,拟大量开采。山西省没有工业磷矿,只有不少磷矿化点,它们因含磷太贫而不值得开采,它们都是岩石风化后残积聚集形成,但因达不到工业要求(矿石中P2O5含量必须大于8%)而未利用。
(三)可食用的矿物质
1.可食用的主要矿物质
在人类可食用的矿物中,盐的用量最大,成人每天需3~6克。我国每年需盐以10万吨计,这么多的盐大部分来自海水。沿海各省提供海盐,供我国中部东部人民所需。西部由内陆湖泊提供池盐,川渝则盛产井盐。
内陆盐湖的池盐,是结晶固体盐,大的盐湖可提供千万吨,乃至上亿吨盐矿。此外,江西、云南也有固体盐矿,大矿也可年产盐几万至几十万吨。山西运城盐湖,年产食盐5万多吨,过去最高年产量达14万吨,可满足中部五六个省人口食用。
盐湖
和海盐相比,内陆无论池盐还是井盐都缺碘,所以我国从20世纪80年代起推广食用加碘盐,至今已执行20多年。现在我国发现沿海各省食用的海盐含碘,加上人为添加的碘,于是引起碘过量的甲状腺病。现在市场上有了含碘不同等级的盐乃至不加碘的盐,人们可根据各地实际情况选用合适的盐。
石膏、卤水除了作为药外,它们过去是点豆腐的必需品。豆浆是蛋白质胶体,用卤水或石膏粉掺入以后,它从液态胶体凝结成固体,因为重金属盐对胶体具促凝作用。
20世纪80年代,日本用有机酸盐点成豆腐,这种内脂酸豆腐占领沿海许多城市,一度将卤水点的豆腐当成“毒豆腐”处理。卤水是由海水或盐湖水制盐后,残留于盐池内的母液,少量进食对人体基本无害。
山西省是产石膏的大省,汾河中游两岸(太原到襄汾)山上都有石膏矿,那是千亿年前海里沉积的石膏矿,它以产雪花石膏(灰色斑驳状)为主,夹白色板状石膏,含少量透明石膏。它们主要赋存在2~3层的沉积层中,储量可观(单个矿床可以有几千上万吨)。
中条山南麓,平陆县三门乡也产石膏,那是新生代石膏,它以白色纤维石膏为主,质优但量少,矿体薄,厚度只有几十厘米,人需爬行进去才能开采。它们属内陆湖含盐湖沉积形成。
2.矿物质从哪儿来
人体需要20多种必需矿物质。这些矿物质从哪儿来?一部分从饮水中获得,一部分从食物中获得。
烧开的水中,矿物质大部分已沉淀了,它们吸附在茶壶壁上,形成厚厚的“水垢日夏养花网”。食物中的矿物质一部分来自植物,一部分来自动物。动物中矿物质的原始提供者也是植物。
植物根系深扎在土壤中,它可吸收土壤中的矿物质,当然吸取地下水时,它会吸食水中矿物质。土壤由岩石分解而来,所以这些矿物质都是从地壳岩石中获得,它们源于岩石。至于为什么不同植物吸收不同矿物质,那只得归于植物的生理作用不同。
现将常用食物的各种矿物质含量列于表4。
表4 食物中矿物质丰度表
此表的食物含矿物质丰度,自上而下由多到少排列。
食物中许多矿物质来源于动物,包括水产品,有许多食物来自于海中,直接从海水中吸收。
香薷
植物中矿物质来自于一般土壤,只有极个别植物与岩石中矿化有关,例如安徽铜官山一带的海州香薷,它是找铜矿的标志。有它必有铜矿,它只生长在铜矿区。
植物中所有矿物质只有离子状态才能被人体摄取,即它们呈氧化物或盐类存在于土壤,这些氧化物或盐类在地下水中分解成阳离子(另一半成阴离子)或者络合物,被植物体所吸收,吸进植物体后或成有机盐,或仍属无机盐。被人吸收后也有可能化合成新的有机盐,或仍以原有机盐或无机盐状态进入人体组织。
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