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土壤及地下水污染研究進(jìn)展
（作者未知） 2009/3/25
土壤及地下水污染研究進(jìn)展
張紅梅，速寶玉
(河海大學(xué)水利水電工程學(xué)院)
一、土壤及地下水污染研究進(jìn)展
目前人們對污染物在土壤及地下水中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究，一是通過室內(nèi)土柱試驗和野外大田試驗進(jìn)行實測模擬分析，二是通過建立數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行數(shù)值模擬分析，通過模型模擬來預(yù)測污染物濃度的時空變化規(guī)律，以便采取控制措施，使土壤和地下水環(huán)境受影響的程度降為最低。根據(jù)污染物在土壤及地下水系統(tǒng)中的遷移途徑，研究者分別從表層土、含水層及非飽和帶3個方面進(jìn)行了研究，并取得了一系列成果。
（一）污染物在表土層中遷移轉(zhuǎn)化的研究
表土層污染物主要有無機(jī)廢物污染及有機(jī)廢物污染，國內(nèi)外許多學(xué)者對上述各種污染物開展了大量的研究工作，尤其是重金屬、化肥和有機(jī)農(nóng)藥方面的研究受到農(nóng)學(xué)家們的高度重視。學(xué)者們對于污染物在土壤作物系統(tǒng)的吸附、遷移、轉(zhuǎn)化、歸宿和分布規(guī)律方面的研究，都取得了較大的成果。但由于土壤環(huán)境的復(fù)雜多樣性，而且污染物的種類、污染途徑、污染物與環(huán)境各要素作用機(jī)理不同，因此對各種類型的污染必須分別研究。
1．污染物在表層土中遷移轉(zhuǎn)化研究
由于表層土壤中含有大量的有機(jī)質(zhì)和微生物，使得各種污染物在其中發(fā)生了復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物反應(yīng)。考慮到表土層比較薄，國內(nèi)外大多都采用黑箱模型來描述污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，對于內(nèi)部機(jī)理的研究成果較少。如美國的Jury(1971)在砂土中拌鹽用灌水入滲淋溶試驗觀測溶質(zhì)在均勻土壤中的遷移規(guī)律；Jaynes(1991)在野外進(jìn)行了漫灌條件下Br-離子的示蹤試驗；Ellsworth(1996)在露天試驗場進(jìn)行了微區(qū)試驗，研究了Br-、Cl-、NO3-隨水流在非飽和土壤中的運(yùn)移規(guī)律。近年來，土壤學(xué)家借助于室內(nèi)外模型試驗，正在確定土壤的環(huán)境容量，美國等發(fā)達(dá)國家正在進(jìn)行表土層的灰箱模型研究，如Geng等人將氮循環(huán)過程看作“灰箱”，進(jìn)行土壤地下水系統(tǒng)的氮循環(huán)遷移模擬，并在不同區(qū)域范圍和不同環(huán)境條件下進(jìn)行了應(yīng)用，得到了滿意的結(jié)果。該模型由3個子模型構(gòu)成，分別模擬硝酸鹽遷移過程中各個環(huán)節(jié)，即土壤中氮循環(huán)和硝酸鹽滲出量模型、硝酸鹽從土壤到含水層的遷移量模型、以及二者的耦合模型。
2．污水灌溉引起的土壤污染問題
污水灌溉是解決水資源缺乏和污水資源化的重要工程措施，污水中大多含有比較豐富的有機(jī)物質(zhì)，它們在一定條件下分解，能為農(nóng)作物提供可利用的氮、磷等多種養(yǎng)分，作物增產(chǎn)效果明顯，但是由于污水中含有不同種類的污染物質(zhì)，長期利用這種污水進(jìn)行灌溉已經(jīng)在一定程度上造成了土壤環(huán)境的惡化。尤其是重金屬污染，可在土壤和生物中富集造成對土壤和作物的污染，損害人類健康。重金屬在土壤中積累的初期，不易被人們覺察或注意，屬于潛在危害。目前研究比較深入的有Hg、Cd、Pb、As、Cr、Cu、Zn、Se、Ni等。由于它們各具不同的特性，其遷移、轉(zhuǎn)化的特點以及造成的污染危害也不盡相同。所以在研究其危害時，不僅要注意它們的總含量，還必須重視各種形態(tài)的含量，同時也要考慮作物對它們的影響。
3．農(nóng)藥化肥引起的土壤污染問題
隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，化肥農(nóng)藥的大量使用已成為土壤環(huán)境污染的最主要因素，如氮、磷污染引起水體的富營養(yǎng)化，硝酸根污染地下水的問題。國內(nèi)外學(xué)者對土壤中氮素轉(zhuǎn)化的各種物理、化學(xué)和生物化學(xué)的作用機(jī)理進(jìn)行了大量的理論和實驗研究，并得到了許多有益的規(guī)律性的認(rèn)識。近年來，人們已建立起各種污染物遷移模型來模擬化肥和農(nóng)藥及其殘留物在土壤和地下水中的歸趨和遷移。如武強(qiáng)(1991)研究了排水條件下飽和非飽和水鹽運(yùn)動規(guī)律；徐玉佩(1993)對野外條件下水動力彌散系數(shù)的測定方法進(jìn)行了研究；馮紹元(1995)研究了排水條件下飽和土壤中氮肥轉(zhuǎn)化與運(yùn)移問題；楊大文、楊詩秀(1992)在室內(nèi)土柱上研究了殺蟲劑在土壤中遷移及其影響因素，考慮了對流、彌散、吸附、降解四因素的影響，結(jié)果表明:對流、彌散、吸附作用對農(nóng)藥運(yùn)移影響很大，而降解作用影響小，降解僅決定了農(nóng)藥在土壤中的殘留量；黃元仿等人在田間條件下研究氮素運(yùn)移的模擬模型時，考慮了以上各影響因素，但由于控制方程太復(fù)雜，無法在田間驗證，而僅做了氮平衡計算，討論了氮肥施入的動向。結(jié)果表明：根系吸氮總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它一切影響因素，是氮在農(nóng)田中的主要支出項。目前國外對農(nóng)藥引起的環(huán)境污染問題高度重視，不斷淘汰對環(huán)境有害的農(nóng)藥，逐步推廣低毒無害或生物農(nóng)藥。
（二）污染物在地下水中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究
污染物在地下水中遷移轉(zhuǎn)化的研究，主要是運(yùn)用數(shù)學(xué)模擬方法進(jìn)行的。應(yīng)用數(shù)學(xué)模型模擬可溶性污染物在地下含水層中遷移時，需要將水流模型和水質(zhì)模型耦合起來，求出污染物濃度的時空變化規(guī)律，以此來預(yù)測地下水污染的瞬時動態(tài)（未完，下一頁）
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