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氮在饱和土壤层中迁移转化特征研究




24

卷第

2















V

o

l 24 N
.
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.

2

1 99 6



3



JO U R N A L O F H O H A I U N IV E R S IT Y

M

ar

.

19 96

氮在 饱 和土 壤 层 中迁 移 转 化 特 征研究
阮晓红
王 超 朱
南京




1 2
。。9 8 )

(河 海 大学 环境 工 程 系





通 过 室 内 土 柱 实验

,

研 究 了氮在包 气带 不 同 土 质 层 中 饱水 条 件 下 迁 移转 化 的 特 征
.

;

建立
土质
.

了 一 维 饱 和 土 壤 层 中氮 迁 移的 预 溯 模 型
, ,

研 究 结 果表 明

:

氮 对 地 下 水 的 污染 因 子 是 硝 酸 根
,

;

是 影 响 土 壤 氮 迁 移 的 重 要 因 素之 一 在 迁 移 转 化 环 境 条 件 相 同 的情 况 下 关 锐词 中图 号

;

随着 土 壤 颗 粒 中 粘 粒 含

量的增 加 土 层 的 净 化 容 量增 加 其中 土 层 的 反 硝 化 反 应 速 率的 增 加 是 硝 酸 根 去除 的 决 定性 因 素

迁移 转 化

;

地 下 水污 染

X 144

1

基 本 理 论
近年来
,

随 着氮 肥 用 量 的 迅 速增 加
.

,

研 究 土 壤 氮 素转 化 和 移 动的 目 的也 有 所扩 大
,


.

即不


仅 着 眼 于 获 得 较 高 的 产量 或 最 大 的收 益 的氮 肥 有 效 使 用 问 题 境质 量 的 影 响
的研 究
.

而 且 也 注 意 到 了 氮 素损 失 对 环

国 内 外 学 者 对 氮 素 在 土 壤 中的 迁 移

转化



积 累 与 损 失 等 过 程 进行 了 较 广 泛

在 土 壤 中氮 主 要 以 四 种

有机 氮 }

挥发

化 学 形 态 存在 氮
, ,

’ 〔 〕:

有机氮 氨
J
.



硝 态 氮 ( 硝 酸 盐 和 亚硝
1

/ /

酸 盐 氮 ) 气态 氮 它 们之 间 的相互 转换 作 用如 图

.



诚湍性 赣 鱼 型短 … 一 入 生川严 短黝
/

/ / /

/ /

吸附

/

/ 刁/ /

/

,

/ / 月 t

心矛 }产 2 2
o


, , , , 7

拱作层 举底 尾
。 地 下 水。

上 包 气带 带
下 包 气带

,

,

产一



:





含水 层
, 尸7 , 几r

由图 可 以 看 出 方面
:

,

土壤中
图 1
,

隔 水层

氮 素 转 化可 归 纳 为 以 下 三 个
一 是 存在 于 不 同物 理 化 学 状 态 下 氨 的 转换 和 平 衡

氮 的 形 态及 其 转 化 途 径 示 意 图
;

是 粘 土 矿 物 表 面 固 定 态 氨 和 液 相 氨 之 间的 转换


二 是 土 壤 中氮

素的 损 失



,

由 氨 的挥 发



淋洗

反 硝 化 作 用 形 成 的气 态 氮 的 散 发 所造 成


;

三 是 有机 态 氮 的矿
.

硝化

,

无机 态氮 的 生物 固定

硝化

,

有 机 含 氮化 合 物 的 氨化 作 用

,

等等

其 中 以硝 化 作

本 研 究 得 到 河 海 大 学 水 资 源 开 发 利 用 国 家 专 业 实 验 室 开 发 基 金 的 资助
收 稿 日期
:

.

1 9 9 5 一 1 1 一1 7

作者简介

:

阮 晓红



讲师

环境工 程 专业

主 要 从 事地 表 水 及 地 下 水 水 质 评 价 与保 护 规 划 研 究

已发 表 《 点 非

源 水 质 模型 研究

》 等论文













199 6

年3 月

用 为主
?

.

氮在 土 壤 中 随 施 肥 降雨 入 渗 经 包气 带 到 达 地 下含水 层
在 下 包 气 带 的动 态 迁 移过 程
,



,

.

在连 续 入 渗 的饱 水条 件下

,



可 用 下 述 水 动 力弥 散 方 程表 示 全


:

E E
:

;
.


于毛 一
d
r




(l )
一 ’

式中
L

— 源汇 项 ( T ) — 的溶 质质 量 的变 化
一 ‘

C
;

一3 ; 溶 质 的 浓 度 ( 材五 )
,

I



平均 孔 —单位 体积 溶液 中 由 于 吸 附 解— 化学 转 化 引起 吸 表 示 单 位 时间 内 在
、 、 ,

纵 向 弥 散 系 数 (L T z

);



隙 流速

.

由于 表 层 土 有机 含 量 高 点假 设 对
:

氮 的迁 移 转 化 环 境 影 响 因 素 复 杂


.

因 此 本 次实验 选 用 下 包 气 带

的 环 境研 究 不 同 土 质 成 份 对 氮的 迁移
N H
,

转 化 的影 响

.

对 水 动 力 弥 散 方 程 中 的源 汇 项 作 如 下 几
,

才 (a 硝化 作 用 的 反 应 符合 一 级 反 应 动 力 学 )
N O 牙 浓 度 忽略 不计
;

且 由 于 硝 化速 率大 于 亚 硝 化 速率 土
,

,

壤 中 任何 位 置 的 解 和 稀释 对
;


(b )

硝 化 速 率常 数 K
.



N H

才 的 综 合转 换 系 数

,

包含降
,

( ) 氮 的 吸 附 符 合线 性 吸 附 模式
,

NO于

(a ) N O 牙 的 增 加 来 源 于 N H 才 的 硝 化 ;
;


(b )

N O 至 的 减 少 与反 硝 化 作用 有 关
.



符 合 一 级 反 应动 力学
因此
,

( ) N O 至 不 以 任何 方 式 与 土 壤 颗 粒 表 面 结 合

] z 氮 在 下 包 气 带 饱 水条 件 下 的迁 移 转化 过 程 可 用 下 述 的 一 组 方 程 表 示 [
(1 +
R )
? 一 二

:

警 器 会 一 一 、 、 、 警 势 誓 (m 浓 度 (m / ) 吸 土) h ( ) K 式中 —氨氮 — 土 壤 的 氨氮 附量 /k 流 动 速 度 时间/ ) — — (m ( m / 弥 系数 硝 化 速率 常 数 — 纵 向 反散 化速 率 常 数 ( ) x — 垂直 坐 标 ( m — m / K c h 硝 酸根 离 子浓 度 硝 — — ) 3 基本 方 程 (2 ( ) 为 一 维 迁 移 模 型 给 定 初 始 条 件 边 界 条 件 即可 用 数 值 解 也 可 用 解 析
矛 、 r

一 v

,

一 、 e
,

:

:

, 了j 、 n Q , 自

护 夕 、

一 E

?

v

Z

2

e

2

e

,

c

,

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L

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R

g

g

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g

:

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,

h); V

,

,

v

Z

e

h

;

CZ

(

L)

;

Z

一‘

;

)

.

,

,

1 z 解计算 [

,

均 无数 学 上 的 困 难

,

本 文 采 用 有 限 差 分 法求 解
, C (0
,

.

适 合 于 本实 验 的 边 界 条 件 为
t) t)

= C兮 = o

0
t

( )

t t
,

(

t:

(4 a ) (4 b )

C (0
;

,

C (X
,



0) = 0

(4 e )
0

C (0 C (X
Z
,

Z

亏) t

= C呈 =

(s a )

0) = 0

(s b )

2

氮迁移 模 拟 实 验
在 稳 定水 流 条 件 下进 行 了 氮 在 两 种 不 同 土 质 层 中
,

饱 水 条 件 下 的 迁 移 转 化模 拟实 验
2

.

2 1

.

实验 装 里和实 验 过程 根据研 究课题 的需要
实 验土柱 都采 用
PT V
,

实验 体 系 的 总 体 布置 如 图 管
,

所示
c

.

共两 组
壁厚
0
.

.

5 高度 1

0

c

m

,

内径 3 8

?

2

m

,

8

c

m

.

土 柱 上共 打 了 两

第 2 卷第 2 期 4

阮 晓红 等
6
,

氮 在 饱 和 土 壤 层 中迁 移转 化特 征 研 究
,

种 类 型 的 孔 取 样孔 孔 距如 图所示
.

,

个 土 壤 吸 力测 孔 6 个
,

!

.

1

土 壤 溶 液 的 采 集 是 依据 于 在 一

个 密 闭 系 统 中 施加 真 空 吸力 的 陶 土 头 将 土 壤 中溶 液 吸 出
测 定 采 用 张 力 计法
, ,
.

通过 与土 壤 接触
土 壤 吸 力 变 化的
.

张 力 计 由 一 个 一 端 封 闭的
,

陶 土 头 管 一个 水 银 压 差 计 和 一 段 联 结管 组成

l、

害 件

供 水 水箱 由有 机玻 璃 管制 成
50


直径 2 0



m

,


.

m

,

底 部 有一 出水 阀 门
2

,

可控制 水 流 大 小
.

其 余 部 分如 图

所示

.

实 验 土 样 共两 种

,

均 为扰 动 土
.

细砂 土 取
,

自南 京 江心 洲 沉积 性 细 砂 粗 粉 砂 由 细 砂 土 与 取 自河 海 大 学 校 园 土坡 上 的粘 土 (经 碾磨 和 筛 分) 渗混 形 成 其 土 样 组 成 及 物 理 参 数 见 附表


… {… …
4
.
.

!

卜 卜 朴


:
_


t ’



J 泣

,

.

填 土按 照容重
控 制 的高 度
.

1 4 9
.

c / m

,

分层 称重 控制
支架
,

法 将 土 样 分 1 次 放 入 并 夯实 使 其 土 样 达 到 所 3
为 避 免 出 现 人 为的 土 层 界 面
,



次 放 入 土 样前 需将 夯 实 的土 面 抓毛

,

在填 土 过
C
.

程 中随 时 抽 样 检 查 其 土 样 是 否 达 到 所 控 制 的 容
以 保证 土 样 的 一 致 性

.

土 柱 底 部铺 设 一 层 厚 度 为 1 0
,

m 的 石 英 砂反 滤层

.

细 砂 柱 和 粗 粉 砂柱 同 时 同 样 的实验 条 件 下 进 行 实验

环 境 温 度 为 室 温条 件 下
.

.

实验 前 用

蒸馏 水 淋 洗

浸润 饱和 土 柱
:

抽 取 土 壤溶 液
4 m g / 的 NH C l I
,

,

测 定 土 柱 土壤 的 本 底 浓 度
,

实 验 共分 两 组

第一 组
行渗 透试 验
.

连 续施 加 1 0
在 停 止施 加

溶 液 土柱 顶部 保 持
N 8 h
, ,

4



m 积 水的 定水 头 条件 下 进
N O矛
,


定 时 在 各取 样 断 面 取 样
N H
;

测 定 土 壤 抽 出 液 中的





NO矛



l C



的 浓度

.

第二组
取样
,

1 C 溶 液后 的 3 6 才 C l
,

用 蒸馏 水 淋洗 土 柱

在 两 土 柱 各 取样 断 面

测 定 土 壤 抽 出液 中 的
.

N H



,

NO矛
,

N O矛

的浓 度

.

水 样化 学 离子 成 份 的分 析 采 用离 子 色 谱 仪 水化 室 完 成

由河 海大 学 水资 源 开 发利 用 国 家专 业 实验 室

附表


土 样 组 成 及 物理 参数
土 样质地 细



55
.



成 粒
.

干 容重
/g
?

_

颗粒名称 含 含 量 量


3 3


36


8
.


1
?

c

m
4

一“



孔 隙率
(% )
33
45
.


.

6



1

.

2 22
2
.

33
00

4 3

.

6 1

2

粗 砂 粉

20

.

2 2
.

实验 结果

第一 组 实验 结果 在
运移 水 份 中 末 检 测 到
NH

:

NH

4

I C 溶 液 连 续淋 灌 土 柱 后 的
h

4 h

,

s h

,

2 1

h

,

6 1
,

h 两 土 柱 的土 壤



,

16 8

后 细 砂 柱 的 土 壤 运 移 水份 中 测 得 N H 才 其断 面 的浓度 分布










4



1 996

年3 月

如图
4

3

所示
.

.

同 时检 测 到 的 N O 矛 的断 面 浓度 分 布 如 图
,

所示

.

36 0

h 后

,

粗 粉砂 土 柱 的 土 壤

运 移 水 份 中 测 得 N H 洁 断 面浓 度 分 布 如 图 3 所 示

,

同时 检 测 到 的 N O 牙 的断 面 浓 度 分布 如 图
.

所示

图示说 明

,

粗粉 砂 对
N H

N H

才 的 吸 附 大于 细 砂 对 N H 才 的 吸 附

才m /

g


20

遏 盯牙一份 默器 布
4

侧 万步一
/

-

长笋尸卜
? . 目 通? D O 6 , 2C 40




,

N O 矛/ m 50

“l

一’

100

0幻 0




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r

X

书 俘( 6 N H : 甲 18 l


h

攀粉 砂往 甲
买. 值


N H

6 ) 3 h ( 0

日 刊 鲜 娜 转 侧 之

图 3

才预报 模 型 检验 拟 合 曲 线
:

,. 且 二 ,

/ ,

第 二 组 实验
柱后
,

在停 止 用
, ,

N H

;

l C 溶液 淋 灌 土
,


O X

理 论计 算值
细 砂柱 中 N O 矛 实 侧 值 (i 6 8 h )

用蒸 馏 水淋 灌 土柱 土柱 底 部 出流 后 在

两 土 柱 各 断 面取 样 度分 布如 图

0 2
.

两土柱中
N H
.

NO牙

的 断 面浓
,

5
,

所示

.

亡 的 浓 度 检 出 两 柱均 小

粗粉 砂 柱 中 N O 于 实 测 值 (3 6 0 h )

m g
,

l /

分布 较 均 匀

分析图

5

在 粗粉

4

砂土柱中 形成

土 壤 运 移 水 份 的 N O 矛 含 量 大大 低
.

N O 至 预 报 模型 检验 拟 合 曲 线

于 细 砂 土 柱 土 壤 运 移水 份 中 的 N O 矛 含 量
NO矛



的物 质 来 源

NH

广 的离 子 含 量
NH

,

粗粉
.

砂 中的 吸 附 量 却 大 于 细 砂 中 壤的 渗透 条 件
应的进 行
NO
:
,
.

才的 吸 附 量



实验 说 明 了 由 于 粗 粉 砂 中 的 粘 粒 组 份 改 变 了 土
,

厂考

使 环 境条 件 更 有 利 于 反 硝 化 反
日 H -。 璐 坦 能 侧 、

8 0 6 2 00 14



6

0

一’ N O 矛/ m g 1 80 1 0 0 1 2 00 ) (

.

14

0

1石 g

Q

N O 子 在 反 硝化 作 用下 形成 挥 发性 的 N O至

降低了
在整 个
.

在 土 壤 水份 中 的 迁 移 浓 度
,

.

4O d

的 实验 过 程 中

N O 牙基本末

1 2
.

.

粗 粉砂 柱
细 砂柱

检 测到
2 3
.

5 仅仅 在 满 灌实 验进 行 的 第 1

d

,

两土
.

5 柱顶 部 1

n r c

的 范 围 内有 少 量 的 N

O 矛检出

实 验资 料 的 计 算 及 模 型 的 验 证

利 用 溶 质浓 度的 稳 态 分 布 资 料 及 一 些静 态
实 验结 果 下
h
, ,

求得溶质运移方 程 的 各 参 数 如
,

, 〔

?



]
l

:

细砂 柱
.

V 一0
一 l
,

.

22
Z



m /h

,

E

:

= 0 1
.

e

m

Z

/
;
,

图 5
K
,
.

蒸 馏 水 淋洗 土 柱 N O 孚 的 分布


K = 0 03 h
;

K = 0 0 03 h
.

一 ’,

R 一0


.

31
Z

粗 粉 砂柱

V = 0

.

09

e

m /h
)

,

E

:

= 0 01
.

m /h

~ 0 l h

’,

Z 一 ’ K = 0 01 h
.

,

R 一0

.

43

.

2 3 对 基 本方 程 ( ) (

采 用 有 限 差 分法 的 隐式 差 分逆 风 格 式

4

,

在连 续 入 渗 的 饱和 条 件 下

,

其 理 论 计算 结果 如 图 3



所示

.

验 证 了 所 建 模型 的 正 确 性

.

第 2 卷第 2 期 4

阮 晓红 等

氮 在饱 和 土 壤 层 中迁 移转化特征研 究

55

3


a
.


随 着 土 壤 中粘 粒 含 量 的增 高
.

,

土 壤 对 N H 才的 吸 附 性 增 加

,

减 少 了氮 的 淋 溶
,

,

迁移损



.

,

有 利 于 氮 肥 的有 效 使 用
b
.

随 着 土 壤 中粘粒 含 量 的 增 高
,
.

,

水 一 土 系统 的 的 厌 氧 程 度提 高

有 利 于 反 硝 化 作 用 的进
,

因此 防 止 地 下 水

. .

N O 矛 污 染 的 有 效 方 法是 保持 一定 厚 度 的厌 氧 层

增 加反 硝 化 作 用 过 程

,

去除

N O 矛 对地 下 水 的污 染

利 用 一 维 饱 和 氮迁 移转 化 的 数 学 模 型
,


,

可 模拟



预 测 氮 经过 下 包 气 带 土 层 的迁 移 转 化
浓 度 忽 略 不 计是 合 理 的 运 移方 程
.

过 程 基 本 方 程 的 假 设 条件 之 一 中的 各参 变量 是 随 着 环 境 的 温 度

土 壤 中任 何 位 置 的
pH

NO 矛

.

值 等 条 件 的 变 化 而 变化 的







.

张福珠 等
2

.

应用
.

’ S

N

研 究 土 壤 一 植物 系 统 中
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素淋失动态
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环境科学
n

,

198 4
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3

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,

19 7 1

,

51

:

339

~

3

刘兆昌等

地 下 水 系 统 的 污 染与控制

.

北京

:

中 国 环 境科 学 出 版 社
.

,

19
,

1 9

.

2
:

8 9 ~

4 5

杨金 忠

.

一 维 饱 和 与 非 饱 和 水 动 力 弥 散 的 实验 研 究

水利 学 报

,

9 6 1 8

3 ( )

0 1 ~ 2 1

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土壤学考试题库_研究生入学考试_高等教育_教育专区。...在饱和土壤 中 分势为零。 三、选出正确的答案(...植物缺乏磷钾时,症状首先表现在老叶片上;植物缺乏...
污染物在土壤中迁移转化和降解(三)
污染物在土壤中迁移转化和降解(三) Shiaris 1989 分条件对土壤微生物的降解...但在野外条件下,无机和无机磷容易流失而显示不出同样的作用。 有些研究认为...
环境化学简答题
二氧化碳是饱和的, 含盐量很小,一般含有的化合物...(5)在 水体中的迁移转化是一个复杂的过程(6)具有...土壤形成过程中大小循环关系简 最基本的三个发生层...
环境土壤学2
土壤中的有机肥和 植物、动物残体中的 有机被...土壤液态水运动包括 饱和流 和 非饱和流 两种情况...土壤磷的迁移转化与地表水富营养化的关系?磷是大...
地理科学土壤复习资料(有参考答案的)
诊断特征与系统分类的研究 (2)关于土被结构和土壤...9:土壤氮素的循环过程:土壤中氮素循环由以下 5 ...有机质的迁移转化过程,它是决定着土壤发生过程的...
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