土壤优先水流及污染物优先迁移的研究进展

土壤优先水流是非平衡管道流。土壤优先水流具有优先穿透、侧向入渗、穿透曲线不对称性和施尾等特征。因其与土壤的作用较弱,并可携带深质快速穿透土壤,造成土壤水分和养分利用率下降,同时导致地下水污染。向下移动的ＮＯ＾－３、农药和其它溶质造成的地下水溶质浓度的变化远高于期望值。本文从土壤优先水流的产生机理出发,综述了土壤优先水流的特征、土壤优先水流的研究方法、土壤优先水流对环境的影响和土壤优先水流的研究进展     

柑橘地土壤大孔隙与优先流的关系研究

以重庆市江津区10和20a林龄的柑橘地为研究对象,应用优先流染色法和室内图像提取技术,土壤水分穿透曲线及Poiseulle方程综合分析土壤大孔隙与优先流的关系。结果表明,大孔隙使染色区的水分渗透速率较非染色区提高了1.48倍以上。柑橘地大孔隙孔径范围在0.3～1.7mm,半径大于0.7mm的土壤大孔隙是形成优先流路径的主要孔径范围。     

冻融期土壤温度对有机污染物迁移行为的影响

为了解季节性冻融期土壤垂直分层温度变化对有机污染物迁移扩散行为的影响。通过冬季大田试验分别测定了裸地,5,10,15cm厚度秸秆覆盖条件下3,10,20,40,60,100cm深度土壤温度,并应用土—气交换层及相邻土壤层迁移扩散通量系数,深入研究了土壤温度变化对有机污染物迁移行为的影响,并系统地分析了不同温度数据对模拟结果产生的差异性。研究结果表明:不同覆盖条件下深层土壤有机氯农药α-HCH迁移扩散通量系数数值的变化与土壤层厚度有关;土壤垂直分层温度的变化与α-HCH的迁移扩散通量系数呈显著正相关,且随着土壤深度的增加相关性逐渐减弱;日平均气温变化与土—气交换层α-HCH的迁移扩散通量系数的变化具有明显的一致性(R=0.999,p=0.000);日平均气温与土壤垂直分层温度观测数据建立的回归方程能够较好地与0—40cm土壤深度实测温度相吻合:y=-0.788+0.818x(3cm,R=0.964,p0.01),y=-1.214+0.705x(10cm,R=0.942,p0.01),y=0.912+0.474x(20cm,R=0.836,p0.01),y=1.004+0.361x(40cm,R=0.714,p0.01);40cm深度土壤预测温度计算α-HCH迁移扩散通量系数产生的相对误差小于使用日平均气温作为替代数据的计算结果。本研究结果将可能为有机污染物在土壤中的迁移扩散行为及相关数值模拟研究提供参考价值。     

二氯苯在土壤中的迁移行为和生物降解

主要从挥发、吸附与解吸、渗滤三个方面介绍了二氯苯在土壤中的迁移行为以及生物降解过程。探讨了二氯苯的物化性质，三种同分异构体的构型、土壤特性、外界环境条件等因素对二氯苯迁移行为的影响。以及迁移行为与生物降解的相互关系；同时介绍了可降解二氯苯的微生物种类、二氯苯好氧和物降解机理、共代谢现象，以及实验室研究方法。这些研究对于受二氯苯污染的土壤的修复具有理论指导意义。     

北京昌平区农地土壤大孔隙特征

研究在利用染色示踪法对北京昌平区农地的优先流发生区进行判断的基础上,采用Photoshop软件和土壤水分穿透曲线对该农地的大孔隙数量与分布特征进行量化分析。结果表明:试验农地的土壤大孔隙半径主要集中在0.5～2.8mm之间,平均半径为0.695～0.711mm,大孔隙率为5.10%～22.06%。随着土壤深度的增加,染色区在土壤剖面上呈现出集中分布的特征,同时,染色面积比例逐渐减小。各土层染色区的稳定出流速率是未染色区的1.39～2.05倍,在大孔隙各孔径范围内,染色区的数量是未染色区的1.33～3.57倍。大孔隙的垂直分布表现出上层多、下层少的特点,其中半径小于1.5mm的孔隙占98%以上。染色区在大孔隙密度、大孔隙连通性上的优势能够使其更快地进行水分运输并更早达到稳定,因而也就更易成为优先流发生区。     

土壤大孔隙发育特征对水和溶质输移的影响

在原状土条件下采用单离子示踪和多离子示踪技术各开展了两个入渗试验,通过对比分析试验观测结果研究了各试验区域土壤中大孔隙的存在状况、发育特征及其对入渗示踪剂溶液输移的影响。研究结果表明,试验1(单离子示踪)所在区域土壤中存在贯穿型土壤大孔隙(大孔隙贯穿整个入渗深度范围土层),试验3(多离子示踪)所在区域土壤中存在非贯穿型土壤大孔隙(大孔隙仅发生在上层部分土壤中),而试验2(单离子示踪)和试验4(多离子示踪)所在区域土壤中不存在土壤大孔隙。示踪剂溶液在含有贯穿型土壤大孔隙的试验1中运移速度更快、入渗深度更大、输移到深层土壤时的浓度更高;贯穿型土壤大孔隙对不同阶段注入的示踪剂溶液的输移能力无显著差异。与贯穿型土壤大孔隙不同,试验3中出现的非贯穿型土壤大孔隙对中间阶段(第二阶段)注入的示踪剂溶液的输移能力最大,而对第一、三阶段注入的示踪剂溶液的输移能力相对较小。     

砂田砾石覆盖对土壤大孔隙特征及其土壤水文过程的影响研究进展

砂田是利用砾石覆盖地表的典型节水范例,砾石覆盖对土壤大孔隙的半径、数量、连通性和密度都有重要影响。大孔隙的研究方法可分为直接观测法和间接描述法,并讨论其适用性和局限性。因为大孔隙及优先流的成因复杂,应将大量的野外实验和室内实验相结合,同时改进观测方法。土壤大孔隙研究的最终目的是调控它,为减少地下水污染、控制养分和水分的流失提供一条新途径。砾石覆盖土壤能增加大孔隙并促进降水入渗,加快壤中流的发生,减少径流和抑制蒸发,改变了土壤水文循环过程,土壤水文生态功能也随之改变。并指出了砾石覆盖下土壤优先流研究中存在的问题和今后应该加强的研究领域。     

传统耕地和非耕地土壤中的大孔隙效应

本研完的目的是确定是否在早期研究的非耕作处理中存在大孔隙,如果有,大孔隙对非耕地的渗透率及氯化物的流动有多大影响。在传统耕地和非耕地两种处理中,施入化合物立即降10mm小雨时C1-的渗透均能减少约一半,这时由于最初的10mm降雨,使氯化物有机会扩散到土壤的不流动区域,结果使这些氯化物不能在大孔隙中和紧密空间之间流动。当化合物施入非耕地表土后不久降雨160mm时,大孔隙会导致最大渗透损失。     

土壤中微塑料迁移及其对有机污染物的影响研究进展

塑料的广泛使用所引发的全球性环境问题不容小觑。陆地生态系统作为微塑料的主要汇集地,是污染控制的关键。本文针对土壤环境中微塑料及其对共存有机污染物迁移的影响进行综述。土壤微塑料赋存研究发现全球土壤,尤其我国农田土壤存在不同程度的微塑料污染。微塑料的赋存,在一定程度上影响土壤理化性质及陆地生态系统的微生物群落特征。环境因素、土壤理化特征、微塑料自身特性以及生物作用等不同程度地影响微塑料在土壤环境中的迁移。微塑料可通过疏水作用、静电力、π-π键等与土壤中的共存有机污染物发生相互作用,进而影响两者在土壤环境中的迁移、共迁移、环境归趋及环境毒性。未来针对土壤中微塑料的研究方向应更多关注土壤中微塑料的精准检测与标准化、土壤中微塑料迁移模型研究、微塑料老化对其环境行为的影响研究以及微塑料与共存污染物相互作用的影响研究。     

不同大孔隙深度对土壤水分入渗特性的影响

利用特定粒径砂石和特制模具模拟同一有效面孔隙度、不同深度的大孔隙域.研究积水入渗条件下水分在其中的三维运移行为.实验研究表明,大孔隙的存在导致水分入渗湿润锋在入渗初期剧烈紊动,但随着入渗的推移湿润锋逐渐平稳且其稳定的转折时间和孔隙深度相关性较高;大孔隙域的存在使得水分迅速充满孔隙域并到达大孔隙域底部.造成初期水分垂直和径向两部分入渗,累积入渗增量随着孔隙深度的增大而加大并与孔隙深度呈一定的函数关系;大孔隙域的存在使得湿润锋在转折时间T_p前后表现出不同的现象,大孔隙域中心处的湿润锋为入渗过程中的最深值即特征湿润锋Z_(mf),实验分析Z_(mf)与孔隙深度Z在转折时间T_p前后呈同一函数关系但前后系数不同.利用偏差J_p对所建立的回归函数模型进行了累积入渗量I、特征湿润锋Zmf预测值和实测值之间的精度检验.结果表明其满足精度要求.     

Effects of Linear Alkylbenzene Sulfonates (LASs) in Sewage Sludge–Amended Soils on Nutrient Contents of Broccoli Plants

Abstract

Sewage sludge is used in agriculture as a fertilizer and an organic amendment to improve physical and chemical soil properties. However, sludge contains organic compounds, such as surfactants, which may be toxic in the soil–plant system. The effects on plants of linear alkylbenzene sulfonates (LAS), a group of anionic surfactants that are widely used in detergent products, have not been well defined. In this experiment, the effect of differently treated sewage sludge containing LAS on the macronutrient and sodium contents of different parts of broccoli plants (Brassica oleracea L. var. botrytis subvar. cymosa Lam.) was studied in a field experiment. Fertilizer treatments were un‐composted sewage sludge (UCSS), composted sewage sludge (CSS), and a control without fertilization (NF). The LAS levels were established across all fertilizer treatments by addition of 0, 15, or 30 g LAS m^?2 (LAS0, LAS15, and LAS30, respectively). In general, the macronutrient contents in shoots, leaves, and edible parts of broccoli were higher in plants cultivated without fertilization but with LAS. In most cases, the LAS application increased the nitrogen, phosphorus, and sodium contents of the different plant parts, whereas calcium and magnesium concentrations were reduced.     

十二烷基苯磺酸钠改性黏土抑制沙土水分蒸发

针对荒漠化地区生态恢复中沙土有效水分涵养难的问题,采用十二烷基苯磺酸钠(linear alklybezene sulfonates,LAS)与黏土复合制备土基改性材料。研究了材料在模拟沙漠气候条件下的保水性能,并测试材料老化后抗压强度损失率和质量损失率以及其保水性能的变化。采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱分析、X射线衍射分析、热重分析对材料保水机理进行研究。结果表明,土基改性材料保水性能良好,改性后黏土的片层结构和化学成分没有明显变化,通过LAS亲水端与黏土中结合水的相互作用,将松散的黏土胶结起来,LAS中憎水端相互连接形成憎水网络,从而在地表形成透气保水的固结层来有效降低水分蒸发。模拟沙漠气候条件下的植草试验表明当LAS和黏土的质量比为2∶1时,土基改性材料保水透气性能较佳,草籽发芽率从对照组的8%提高到43%。研究结果为制备新型土基固沙植草材料提供参考。     

高压线电磁场强度对大孔径闪烁仪观测的影响

大孔径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer, LAS)是测量水平距离上250~4 500 m 地表能量平衡和水热通量的仪器。在其红外波传输的过程中会受到环境因素以及下垫面属性的影响。鉴于外界条件的复杂性, 还会受到树木的阻挡以及高压线电磁场辐射等因素的影响。本文通过分析2009 年8 月~2010 年3 月在中国科学院栾城农业生态系统试验站开展LAS 观测过程中的影响因素, 研究了高压输电线电磁场对LAS 观测的影响。结果表明, 当LAS 红外光路径距高压线过近时对测定的感热通量H_LAS 影响较大, 导致计算结果与实际不符。通过计算提出了避免高压输电线电磁场干扰LAS 观测信号的安全安装距离应是保证高压输电线电磁场强度小于4.05 μT 的距离。结果可为开展同类观测试验提供参考。     

绿洲荒漠过渡带涡动相关仪和大孔径闪烁仪的通量源区特征

以甘肃民勤绿洲荒漠过渡带涡动相关仪（EC）和大孔径闪烁仪（LAS）的同步观测数据为基础,借助通量足迹模型,分析生长季和非生长季通量源区的分布与变化特征,比较了源区在不同风向下,足迹权重比的变化对二者观测值之间差异的影响。结果表明：（1）研究区在非生长季盛行西北风,在生长季则盛行东风,EC和LAS源区的空间分布与盛行风向一致,二者在非生长季源区的面积均大于生长季。（2）大气稳定条件下EC和LAS的源区面积普遍大于不稳定条件下。随着源区贡献率的增加（由50%增至90%）,EC和LAS源区的重叠面积和足迹权重比也增加,并且非生长季的源区重叠程度优于生长季。在生长季和非生长季,EC和LAS源区都呈现不规则分布的特点。（3）相比于东西风向,生长季南北风向下的足迹权重比更高,二者所观测显热通量值更为接近,决定系数（R2）也更高。说明源区的足迹权重比在一定程度上可以解释EC和LAS在观测结果上的差异,这为地表通量的尺度扩展提供了方法学上的参考。     

异质下垫面显热通量动态变化及对环境因子的响应

利用2010年7月至2011年6月大孔径闪烁仪的观测数据分析了显热通量的变化规律,通过主成分分析和相关性分析,筛选出影响显热通量的主要控制因子,探讨了鹫峰站点复杂下垫面水热通量对环境因子的动态响应.结果表明:(1)鹫峰站点显热通量日变化规律与平坦(或均匀)下垫面相似,即显热通量与天气条件密切相关,具有明显的季节性变化规律.4个典型晴天均有峰值出现,从年初至年末显热通量峰值从中午11:00左右向上午偏移;秋分日显热通量波动最明显,冬至日波动较为平缓;夏至日显热通量值最大,处于波峰期,冬至日显热通量值最小,处于波谷期.(2)土壤温度、土壤含水量、空气温度、下垫面蒸散发、风速、风向以及太阳净辐射是影响显热通量传输的主导因子,且不同典型晴天的主导因子不同.(3)土壤含水量和土壤温度与显热通量具有极显著相关性,受下垫面植被组成复杂,地形起伏大等因素的影响,风向与风速与显热输送也表现出了显著的相关性.研究结果有助于加强对复杂山区显热通量规律的认识.     

Response of soil enzymes to Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS) addition in soil microcosms

Soil enzymatic activities (phosphatases, arylsulphatase and dehydrogenase) were measured in microcosm systems designed for the study of the impact of a commercial mixture of Linear Alkylbenzene Sulphonate (LAS) homologues on a xerofluvent agricultural soil. The soil microcosms consisted of glass columns filled with 800 g of dry soil which were fed with sterile commercial LAS solutions at concentrations of 10 or 50 mg l⁻¹ for periods of time up to 21 days. A soil microcosm fed with sterile distilled water was included in this study and considered as control. Our results showed that the continuous application of the anionic surfactant to soil increased the values of the enzymes acid and alkaline phosphatases and arylsulphatase. On the contrary, the dehydrogenase activity was decreased by the continuous application of 10 or 50 mg l⁻¹ LAS when compared with control microcosms. In addition, a statistically negative correlation was found between this enzymatic activity in the upper portion of the soil columns amended with LAS and the viable counts of heterotrophic aerobic microorganisms. Moreover, in order to test the influence of LAS on nutrient availability and, consequently, on bacteria populations and soil biological activities, phosphate concentration was regularly determined in the microcosm leachates. The phosphate concentration tested in the leachate of the microcosm continuously amended with 50 mg l⁻¹ LAS solution was significantly lower than the concentrations detected in the leachate of the microcosms continuously amended with 10 mg l⁻¹ LAS throughout the experiment.