農(nóng)藥在土壤中運移的模擬

前言

　　農(nóng)藥的使用對環(huán)境所造成的污染是國內(nèi)外高度關(guān)注的問題。農(nóng)藥對環(huán)境的影響在很大程度上取決于它在土壤中的遷移與轉(zhuǎn)化。阿特拉津（Atrazine）是一種廣泛應(yīng)用于我國華北和東北地區(qū)的化學(xué)農(nóng)藥，對提高作物產(chǎn)量具有重要作用，但其施用不當(dāng)也將對地下水的質(zhì)量構(gòu)成威脅，該專著以實驗室尺度和農(nóng)田尺度下Atrazine在土壤中運移的數(shù)值模擬為研究內(nèi)容，具有重要的理論和實際意義?！　∽髡咴陂喿x大量國內(nèi)外文獻資料的基礎(chǔ)上，對有關(guān)研究成果進行了全面系統(tǒng)的詳述和總結(jié)，確定了研究目標和方法，表明作者對國內(nèi)外相關(guān)研究的前沿動態(tài)和主要文獻資料具有全面的了解?！　∽髡呤紫乳_展了Atrazine和示蹤溶質(zhì)Br一在穩(wěn)定流條件下飽和砂質(zhì)壤土中運移的易混合置換實驗研究，分別獲得了示蹤溶質(zhì)Br一和Atrazine同步脈沖輸入1h后出流濃度的動態(tài)，取得的數(shù)據(jù)資料翔實可靠。為了求得Atrazine在土壤中的吸附系數(shù)，作者分別采用批量平衡法和流動平衡法進行了.Atrazine在砂質(zhì)壤土中吸附特性的實驗研究，根據(jù)取得的數(shù)據(jù)對吸附系數(shù)分別采用線性和非線性形式的表達式擬合對比，論證了可以利用線性吸附等溫線描述砂質(zhì)壤土中Atrazine的吸附特性，得出了采用批量平衡法實驗確定阻滯因子不僅方法簡便而且精度高，根據(jù)易混合置換實驗獲得穿透曲線、通過對流一彌散方程反演求得阻滯因子是間接獲取吸附參數(shù)的有效途徑等結(jié)論。論證嚴謹，對實驗研究和生產(chǎn)均有實際意義?！　∑浯?，作者根據(jù)所進行的淋溶和吸附實驗結(jié)果，獲取了反映Atrazine和Br一運移特性的穿透曲線和土壤對Atrazine吸附性能的分配系數(shù)。數(shù)學(xué)模擬表明，考慮.Atrazine與運移和吸附有關(guān)的非平衡模型較傳統(tǒng)平衡模型能更好地模擬該農(nóng)藥在供試土壤中的淋溶動態(tài)，且Atrazine在供試砂質(zhì)壤土中的運移機制主要是化學(xué)非平衡的。作者首次在國內(nèi)根據(jù)基于物理和化學(xué)的兩區(qū)和兩點非平衡理論的解析模型，模擬了Atrazine在實驗土柱不同埋深處的濃度變化和累積淋溶量動態(tài)，在土柱出流口處的模擬值與實測值一致或接近，較好地仿真了實驗得到的Atrazine穿透曲線的非對稱拖尾特征?！　〗又谒M行的易混合置換實驗和平衡吸附實驗的基礎(chǔ)上，作者檢驗了只考慮吸附情況下對Atrazine淋溶動態(tài)運用Jury和：Roth提出的傳遞函數(shù)模型進行預(yù)報的可行性，與實驗結(jié)果對比表明，所用數(shù)學(xué)模型能夠較好地仿真實驗條件下Atrazine的運移規(guī)律。這一研究成果為農(nóng)藥Atrazine在土壤環(huán)境中運移動態(tài)的模擬提供了簡捷的數(shù)學(xué)模型，為應(yīng)用該模型對Atrazine在土壤中淋溶風(fēng)險的評估提供了科學(xué)依據(jù)。

內(nèi)容概要

土壤環(huán)境中運移的模擬研究，特別是在國家自然科學(xué)基金項目支持下開展的研究工作的總結(jié)。本書詳細介紹了室內(nèi)外實驗技術(shù)與數(shù)學(xué)模擬理論相結(jié)合的研究方法，主要內(nèi)容包括：穩(wěn)定流條件下阿特拉津在飽和砂質(zhì)壤土中的淋溶實驗；砂質(zhì)壤土中阿特拉津阻滯因子的實驗與計算方法比較；基于非平衡假設(shè)的對流-彌散方程的解析解；基于凈供水量的概率密度函數(shù)呈對數(shù)正態(tài)分布的傳遞函數(shù)解；穩(wěn)定流場飽和均質(zhì)土壤中吸附性農(nóng)藥淋溶動態(tài)預(yù)報模式的構(gòu)造；滴灌施藥條件下阿特拉津在土壤中運移的物理實驗與數(shù)值仿真；農(nóng)田尺度降雨入滲-重分布條件下阿特拉津在非飽和土壤中淋溶風(fēng)險的評價；農(nóng)田氣象條件下夏玉米生育期阿特拉津在土壤中淋溶動態(tài)的數(shù)值分析；有效參數(shù)的冪平均算法對農(nóng)田尺度阿特拉津淋溶動態(tài)數(shù)值模擬的影響?！　”緯晒┩寥?、環(huán)境、水利等學(xué)科領(lǐng)域的科技工作者和研究生在運用數(shù)學(xué)模型研究農(nóng)藥在土壤環(huán)境中的運移問題時參考。

作者簡介

任理，男，任理 1959年6月生于北京，工學(xué)博士，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院土壤和水科學(xué)系教授，博士生導(dǎo)師。中國土壤學(xué)會土壤物理專業(yè)委員會副主任。國家自然科學(xué)基金委員會地球科學(xué)部“中國地下水科學(xué)戰(zhàn)略研究小組”成員?！端麑W(xué)報》和《水文地質(zhì)工程地質(zhì)》編委。研究領(lǐng)域：土壤物理學(xué)、地下水動力學(xué)。曾擔(dān)任國家自然科學(xué)基金“八五”重大項目、“九五”國家重點科技攻關(guān)項目、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項目、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目、國家自然科學(xué)基金重點項目以及中德合作、中以合作項目的主研人員。主持完成了兩項國家自然科學(xué)基金項目。已發(fā)表研究論文50余篇。

書籍目錄

序一序二前言第1章　緒論　1.1　研究目的和意義　1.2　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析　1.3　研究目標、內(nèi)容和技術(shù)路線　　1.3.1　研究目標　　1.3.2　研究內(nèi)容第2章　穩(wěn)定流條件下阿特拉津在飽和砂質(zhì)壤土中的淋溶實驗　2.1　概述　2.2　室內(nèi)淋溶實驗　　2.2.1　實驗裝置　　2.2.2　實驗準備工作　　2.2.3　實驗步驟　　2.2.4　樣品分析測定　　2.2.5　實驗結(jié)果第3章　砂質(zhì)壤土中阿特拉津阻滯因子的實驗與計算方法比較　3.1　實驗方法求取阻滯因子　　3.1.1　供試土壤與藥品　　3.1.2　儀器設(shè)備　　3.1.3　實驗方法　　3.1.4　實驗結(jié)果　3.2　其他方法求取阻滯因子　　3.2.1　通過求解對流－彌散方程的反問題估算阻滯因子　　3.2.2　利用Atrazine的物化參數(shù)計算阻滯因子的近似值　3.3　小結(jié)第4章　基于非平衡假設(shè)的對流－彌散方程的解析解　4.1　模型原理　　4.1.1　局部平衡假設(shè)　　4.1.2　非平衡假設(shè)　4.2　阿特拉津在穩(wěn)定流場飽和砂質(zhì)壤土中的非平衡運移模擬　　4.2.1　運移參數(shù)的確定　　4.2.2　可動水體的估算　　4.2.3　非平衡運移參數(shù)的估計　　4.2.4　非平衡運移動態(tài)的模擬　4.3　小結(jié)第5章　基于凈供水量的概率密度函數(shù)呈對數(shù)正態(tài)分布的傳遞函數(shù)解　5.1　模型理論　　5.1.1　一般的傳遞函數(shù)模型　　5.1.2　吸附性溶質(zhì)的傳遞函數(shù)模型　5.2　阿特拉津在穩(wěn)定流場飽和砂質(zhì)壤土中運移的傳遞函數(shù)模擬　5.3　小結(jié)第6章　穩(wěn)定流場飽和均質(zhì)土壤中吸附性農(nóng)藥淋溶動態(tài)預(yù)報模式的構(gòu)造　6.1　模式的構(gòu)造思路　6.2　數(shù)學(xué)實驗　　6.2.1　實驗方案　　6.2.2　計算結(jié)果分析　6.3　預(yù)報模式的應(yīng)用　　6.3.1　預(yù)報模式的檢驗　　6.3.2　與第5章預(yù)報模型的比較　6.4　小結(jié)第7章　滴灌施藥條件下阿特拉津在土壤中運移的物理實驗與數(shù)值仿真　7.1　引言　7.2　實驗　　7.2.1　滴灌施藥實驗　　7.2.2　吸附實驗　　7.2.3　降解實驗　7.3　數(shù)值模擬　　7.3.1　原理　　7.3.2　定解條件和參數(shù)　　7.3.3　模擬結(jié)果與討論　7.4　數(shù)值分析　　7.4.1　不同初始含水量對土壤水分動態(tài)和Atrazine分布的影響　　7.4.2　不同滴頭流量對土壤水分動態(tài)和Atrazine分布的影響　7.5　小結(jié)第8章　農(nóng)田尺度降雨入滲－重分布條件下阿特拉津在非飽和土壤中淋溶風(fēng)險的評價　8.1　材料與方法　　8.1.1　實驗小區(qū)概況　　8.1.2　樣品采集與分析　　8.1.3　數(shù)學(xué)模型的描述與數(shù)值試驗方案　　8.1.4　模型參數(shù)的估計與統(tǒng)計結(jié)果的分析　8.2　結(jié)果與討論　　8.2.1　Atrazine在土壤中吸附特性的空間分布　　8.2.2　農(nóng)田尺度Atrazine淋溶風(fēng)險的數(shù)值預(yù)報　8.3　小結(jié)第9章　農(nóng)田氣象條件下夏玉米生育期阿特拉津在土壤中淋溶動態(tài)的數(shù)值分析第10章　有效參數(shù)的冪平均算法對農(nóng)田尺度阿特拉津淋溶動態(tài)數(shù)值模擬的影響第11章　結(jié)論參考文獻彩色照片

章節(jié)摘錄

　　第3章　砂質(zhì)壤土中阿特拉津阻滯因子的　　實驗與計算方法比較　　吸附過程（sorption process）包括吸附（adsorption）、化學(xué)吸附（chemisorption）、吸收（absorption）和離子交換（ion exchange）（Fetter，1993），通過這些過程溶質(zhì)附著在固相表面。陽離子可被吸引到緊靠帶負電荷的黏土礦物的表面區(qū)域，并通過靜電作用力維持在那里，這個過程叫做陽離子交換。陰離子交換可發(fā)生在鐵鋁氧化物帶正電荷的點位上及黏土礦物的破碎邊緣上。當(dāng)溶質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)進入到沉積物、土壤或巖石表面時，就發(fā)生了化學(xué)吸附。當(dāng)含水層顆粒是多孔的，吸收便發(fā)生了，此時溶質(zhì)通過擴散進人到顆粒內(nèi)部且被吸附到內(nèi)表面（Fetter，1993）。污染物在沉積物上的吸附是一種固一液分配過程（葉常明，l997）。進入土壤的農(nóng)藥，將被土壤膠粒及有機質(zhì)吸附。所謂農(nóng)藥的土壤吸附作用是指土壤作用力使農(nóng)藥聚集在土壤顆粒表面，致使土壤顆粒與土壤溶液界面上的農(nóng)藥濃度大于土壤本體中農(nóng)藥濃度的現(xiàn)象（林玉鎖等，2000），是農(nóng)藥分子被土壤顆粒束縛的物理化學(xué)過程（莫漢宏，l994）。土壤對農(nóng)藥的吸附作用會降低土壤中農(nóng)藥的生物學(xué)活性，降低農(nóng)藥在土壤中的移動性和向大氣中的揮發(fā)性，同時它對農(nóng)藥在土壤中的殘留性也有一定影響（林玉鎖等，2000）。因此，定量研究農(nóng)藥在土壤中的吸附過程對評價農(nóng)藥在環(huán)境中的歸趨是非常重要的。　　由于Atrazine通常作為苗前除草劑被直接施加到土壤中，因此，吸附是其環(huán)境歸宿中的主要決定因素（Gamerdinger et al.，l991）。特別是利用數(shù)學(xué)模型模擬Atrazine在土壤中的運移規(guī)律時，充分了解它在土壤中的吸附特性，獲得反映土壤對其運移時間延遲的重要吸附參數(shù)——阻滯因子（retardation factor），對高精度的模擬是非常重要的。Atrazine的環(huán)境行為尤其是它在農(nóng)田土壤中的吸附機理研究，國內(nèi)已有報道（鐘虹敏等，1999；楊煒春等，2000；葉常明等，2001）；國外學(xué)者在研究Atrazine在土壤中的運移時，對其轉(zhuǎn)化作用考慮最多的也是它在土壤中的吸附過程（Gamerdinger et al.，l990，1991；Gaber et al.，1995；Chen and Wagenet，1997）。然而，采用多種實驗方法與理論計算相結(jié)合對Atrazine在某種質(zhì)地土壤中的吸附特性進行系統(tǒng)的研究尚不多見。本章（可參見：毛萌和任理，2003）應(yīng)用批量平衡法和流動平衡法研究Atrazine在砂質(zhì)壤土中的吸附特性，并根據(jù)CDE，基于易混合置換實驗得到的Atrazine的BTC，采用非線性最dx__-乘優(yōu)化方法（nonlinear least—squares optimization approach）估算阻滯因子。此外，還利用Atrazine的正辛醇／水分配系數(shù)、熔點值和水溶解度間接計算了Atrazine的吸附特性參數(shù)?！　　?/pre>




編輯推薦
　　《農(nóng)藥在土壤中運移的模擬：以阿特拉津（莠去津）為例》可供土壤、環(huán)境、水利等學(xué)科領(lǐng)域的科技工作者和研究生在運用數(shù)學(xué)模型研究農(nóng)藥在土壤環(huán)境中的運移問題時參考。





圖書封面






評論、評分、閱讀與下載



還沒讀過(50)
勉強可看(363)
一般般(620)
內(nèi)容豐富(2573)
強力推薦(211)


 


    農(nóng)藥在土壤中運移的模擬 PDF格式下載