地下水氮循环与砷迁移转化耦合的研究现状和趋势

地下水中铵根、砷、溶解铁的共存是一个普遍现象。它们之间发生强烈的相互作用,并影响地下水系统的氮循环和砷迁移转化。文章在系统总结地下水氮循环过程及影响因素、地下水氮循环功能微生物及特征、地下水砷富集的水文地球化学过程等国内外研究现状的基础上,深入分析了地下水系统中的氮循环过程（硝化、反硝化、铁铵氧化、厌氧铵氧化、硝酸根异化还原产铵等）对地下水砷迁移转化的影响,总结出含水层中铁氧化物和溶解态Fe(II)的动态转化是氮循环影响地下水中砷迁移转化的重要桥梁。据此提出不同氧化还原环境的含水层中氮循环过程、地下水氮循环与砷迁移转化耦合机理、Fe(III)-Fe(II)的循环-地下水氮循环-砷迁移转化之间的相互作用过程、地表水-地下水相互作用带氮-铁-砷的循环过程及其对人类活动的响应等是今后该领域需要关注的重要科学问题和主要发展趋势。这些科学问题的解决不仅有利于识别地下水中氮的来源和迁移转化,而且有利于提高对高砷地下水富集机理的整体认识。     

氧化还原动态变化对沉积物砷和氟释放的影响:以河北白洋淀平原为例

季风性波动引起的降雨、径流和排泄过程会引发浅层地下水系统周期性氧化还原动态变化,从而对地下水系统中有害组分的迁移转化产生影响。为探讨氧化还原动态过程对沉积物中砷(As)和氟(F)释放的影响,本研究选择河北白洋淀地区沉积物样品,利用发酵罐作为反应器,建立氧化还原动态实验体系,并监测动态变化过程中实验体系各组分含量的变化。结果表明,碱性和还原环境均有利于地下水中As、F的富集。还原阶段较高的pH条件有利于溶液中F^-的解吸,且体系中有机物降解会产生大量HC0₃^-和C0₃^2-,与F^-发生竞争吸附而有利于F^-的富集。对于溶液中As的富集,一方面是由于还原条件下体系中的As以As(III)为主,受沉积物的吸附作用较弱,从而有利于As被释放到溶液中;另一方面是因为还原阶段较高的pH也会使反应体系中As和沉积物间的吸附作用被减弱,造成As的解吸附。由于实验所用沉积物砷含量较低,不同S0₄^2-浓度条件对氧化还原动态过程中As、F迁移的影响不明显。总之,氧化还原动态变化过程会强烈影响地下水系统中砷、氟的富集。     

河北保定典型污灌区土壤Cu吸附特性研究

我国部分地区土壤污染形势严峻,主要表现为Cu等重金属元素严重超标。污水灌溉以及含Cu饲料过量使用等不合理的农业生产方式是导致Cu在耕地中富集的主要因素,严重威胁粮食安全和人类健康。以河北保定典型污灌区为研究区,通过静态吸附批量实验探究土壤吸附Cu的动力学和热力学特性。吸附动力学模型和等温吸附经验模型中得到的参数一致表明,表层土壤S1对Cu的吸附能力强于底部土壤S2。S1的有机质含量高于S2,提供了更多的表面吸附点位,这可能是导致土壤S1对Cu的吸附能力更强的原因之一。离子强度对土壤Cu吸附率的影响较小。溶液pH和溶解性有机物(DOM)含量对土壤Cu吸附率的影响明显,pH值与吸附量呈正相关,DOM浓度与吸附量呈负相关。由于土壤对pH有很强的缓冲能力,短时间的酸雨可能不会导致Cu的迁移。施用有机肥时,有机肥浸出液中高浓度的DOM可能会与Cu形成水溶性Cu-DOM络合物,促进Cu在土壤中的迁移,导致浅层地下水污染。     

县级国土面积分类监测方法与研究

介绍几种经过实验的抽样方法,供县级国土面积分类监测工作借鉴。     

卫河流域河流地下水流系统氮素运移的数值模拟

卫河是海河流域污染最严重的河流之一,该河如何影响附近浅层地下水的水质是长期受到重视但缺乏定量研究的关键问题。为探讨这一问题,利用Hydrus 2d模型模拟河流非饱和带氮素的迁移转化,以GMS软件中的RT3D模块模拟氮素在饱和含水层中的运移,将包气带底部淋滤出的污染物浓度定为饱和带溶质运移模型的上边界条件,首次实现了河流非饱和带饱和含水层氮素运移的联合模拟,得到河流线状污染源对浅层地下水的影响程度及范围。研究结果表明：由于吸附作用、硝化反硝化作用的存在,从河流上游到下游,包气带厚度加大,运移至含水层中的NH4-N、NO2-N浓度呈下降趋势,而NO3-N浓度则呈上升趋势。随着入渗时间的增长,进入饱和含水层中的NH4-N、NO2-N、NO3-N的浓度逐渐升高并最终保持稳定。污染的河流对浅层地下水的影响呈带状分布,污染物随入渗水流在包气带中垂直入渗;在饱和含水层中以水平运移为主,污染羽偏向地下水流动的方向,其影响距离不超过500 m。     

地下水典型氧化还原敏感组分迁移转化的研究热点和趋势

C-N-S反应体系是地下水系统中氧化还原敏感组分循环和能量流动的关键系统,但它如何与Fe、Mn循环过程、相关功能微生物代谢路径耦合并控制氧化还原敏感组分的迁移转化却并不清楚。本文在对国内外相关文献进行归纳总结的基础上,把地下水中的氧化还原敏感组分分为氧化富集型和还原富集型,较为系统地梳理了地下水系统C、N、S循环驱动的典型氧化还原敏感组分(主要以U、Cr、Fe、As为例)迁移转化过程,指出了该领域的主要研究热点,包括C-N反应体系中典型氧化还原敏感组分的迁移转化、C-S反应体系中还原富集型组分活化和氧化富集型组分固定机理、典型氧化还原敏感组分之间的相互作用、微生物作用下典型氧化还原敏感组分的转化和富集等,并提出基于代谢路径的C-N-S反应体系及其驱动下地下水典型氧化还原敏感组分转化过程和富集机理,将成为本领域的发展趋势。