PDF《阿特拉津在饱和砂质壤土中 非平衡运移的模拟*》

* 国家重点基础研究发展规划项目( G1999045706) 和国家自然科学基金项目( 40271058) 收稿日期: 2001- 12- 24;

收到修改稿日期: 2002- 12-

02 阿特拉津在饱和砂质壤土中 非平衡运移的模拟* 任理毛萌(中国农业大学土壤和水科学系;

教育部植物 土壤相互作用重点实验室, 北京 100094) 摘要针对农药阿特拉津在稳定流场 饱和砂质 壤土中的 运移, 根据 平衡与非 平衡假设 条件下对 流 弥散方程数学模型的解析解, 基于易混合置换实验获得的阿特拉津和示踪溶质 Br- 的穿透曲线及批量 平衡法求得的阻滞因子, 应用 CXTFIT

2 0 软件, 通过拟合土 柱实验中溶质 的出流浓度 变化, 估算 了模型的 有关参数, 在此基础上模拟分析了实验土 柱不同 埋深处 阿特拉 津的出 流浓度 和累 积淋溶 量动态, 结果表 明, 化学非平衡的两点模型对本文实验条件下阿特拉津运移的仿真具有较高的精度.

关键词 土壤, 阿特拉津, 非平衡运移, 穿透曲线, 对流 弥散方程, 两点模型, 模拟 中图分类号 S152 除草剂阿特拉津(

2 -氯-4 -乙胺基 -6 -异丙氨基 -1, 3,

5 -三嗪, Atrazine) 和其它农药对地下水潜在污染的 评价需要了解田间发生的运移机制以及用模拟模型精确表达这种机制的能力, 物理的和化学的非平衡 条件能够加速污染物的运移并对土壤中化学物质的归宿有重要的影响[ 1] .van Genuchten 和Wagenet 基 于经典的对流 弥散方程( Convection -dispersion equation, CDE) , 发展了考虑农药运移和降解非平衡的两 点与两区模型( Two -site/ Two -region model) , 并给出了其理论推导与解析解[ 2] .鉴于 Atrazine 是一种广泛 用于阔叶和杂草选择性控制的除草剂, 并已在全美国的地下水中被检出[1] , 所以, 近10 年来美国学者运 用van Genuchten 和Wagenet 提出的数学模型深入开展了 Atrazine 在土壤中非平衡运移的模拟分析[ 1~ 6] , 获得了该农药在美国若干种土壤质地中运移机理的一些定量认识.由于 Atrazine 在我国华北和东北地 区的玉米田已有多年的广泛施用[ 7, 8] , 因而国内学者也已关注该农药在土壤环境中的归宿, 但多从环境 化学角度, 侧重对其在土壤中的转化特性进行实验研究[ 7~ 13] , 而采用数学模型特别是基于物理和化学 非平衡理论的解析模型的研究尚未见报道. 本文通过开展Atrazine 在稳定流场饱和砂质壤土中的易混合置换实验及批量平衡吸附实验, 获取 了反映Atrazine 和示踪溶质 Br- 运移特性的穿透曲线及刻画土壤对 Atrazine 吸附性能的分配系数, 然后 对实验数据分别应用基于线性平衡吸附假设、 两点平衡/ 动力吸附和两区运移假设的 CDE 拟合了模型 参数, 接着运用化学非平衡的两点模型仿真了 Atrazine 在实验土柱不同埋深处的浓度变化和累积淋溶 量动态.

1 理论背景

1 1 局部平衡假设( Local Equilibrium Assumption, LEA) 稳定流条件下吸附性溶质( Sorbing solute) 在均质土壤中运移的一维 CDE 由下式给出[ 1] : R c t = D

2 c x2 - v c x (1) 其中, R =

1 + Kd / v (2) 第40 卷第6期土壤学报Vol 40, No

6 2003 年11 月ACTA PEDOLOGICA SINICA Nov. ,

2003 这里, c 是液相溶质的浓度( mg L-

1 ) , t 是时间( h) , D 是水动力弥散系数( cm2 h-

1 ) , x 是距溶质加入端的 距离( cm) , v 是平均孔隙水速度( cm h-

1 ) , R 是阻滞因子( Retardation factor, 无量纲) , 是土壤干容重 ( g cm-