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化学物质在土壤中的迁移如何预测?

化学物质在土壤中的迁移如何预测?

发布时间:2019-11-07

     农药及其降解产物一旦进入土壤会流向哪里?他们要多久才能到达地下水或排水系统?奥尔胡斯大学的研究人员首次使用可见光/近红外光谱来预测溶解的化学物质在完整土壤中的迁移。

    土壤运输溶解的化学物质的能力取决于土壤的质地和结构。跟踪这些溶质的移动时间通常是在实验室中通过测量突破曲线来进行的,其中记录了溶质在土壤表面的应用及其随时间在底部出现的情况。从实验室研究中获得突破曲线是非常昂贵的,而且费时费力,因此奥尔胡斯大学和奥尔堡大学的科学家团队决定打破常规,利用可见光/近红外光谱(vie - nir)预测突破曲线。

以新的方式应用科技

     近红外光谱技术以其测量速度快、数据采集成本低而著称。该方法可用于粘土、有机质等土壤基本性质的定量评价。

      研究小组利用近红外光谱技术,从丹麦6个具有代表性的领域预测了大量完整土壤柱上溶质的突破曲线。这项新技术对各个领域的平均突破曲线进行了高精度的估算。

      用近红外光谱法可以非常准确地测量溶解的化学物质的质量传递。该发现可以为下一代的测量和光谱学监测溶解化学物质的传输铺平道路。

      为了满足对农业商品日益增长的需求,农业生产的集约化正在增加化学品的使用。农用化学品的广泛使用造成了水资源的污染。这反过来又对水生生态系统、人类健康和环境构成严重威胁。在饮用水井中出现的农药及其降解产物超过允许的限度,迫使许多水井关闭,并在欧盟实施了严格的农药使用条例。

     因此,了解溶质对地下水的浸出,并能够测量和模拟它们的运输时间,对我们的健康和环境都很重要。土壤具有多种功能,在这方面起着重要作用。土壤是农业生产的基础,因为它有过滤养分和污染物的能力,也有储存和循环利用有机材料的能力。

     土壤也是农药进入地下水最重要的运输途径。土壤过滤溶解的农用化学品的能力取决于土壤的性质和溶解的溶质与土壤性质之间的相互作用,并受土壤的使用和管理方式的影响。

     土壤结构受土壤质地、有机质、碳酸盐和金属氧化物、气候、土地利用和管理措施等基本土壤性质的影响,是一种非常动态的性质。根据土壤结构的不同,在接近饱和时,水和溶解的化学物质可以均匀地通过土壤,也可以迅速通过土壤中特定的途径,土壤基质和运输途径之间有不同程度的质量交换。

未来勘探途径

     各种溶质输运模型已被开发,以考虑到不同的输运过程,并有助于预测溶解的化学品通过土壤的输运。风险评估面临的主要挑战是,如何准确估计用作溶质运移模型输入的一系列参数,并考虑这些运输特性的空间差异。

     尽管用近红外光谱法对场内差异有轻微的低估,但这种技术在测量成本和速度方面的效率可能超过使用通常具有很大空间变异性的传统土壤特性方法的昂贵和精确测量。

     为了进一步完善这一技术,需要研究减少土壤结构差异导致的近红外光谱无法捕捉到的估计误差的方法。为了提高预测精度,另一种探索途径是利用近红外光谱与其他现成的信息(如基于土壤调查或快速现场测试的土壤结构信息)相结合。