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包气带土层对氮素污染地下水的防护能力试验研究

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包气带土层对氮素污染地下水的防护能力试验研究112014Vo1.9No.42014第9卷第4期0引言地下水环境中氮污染问题近年来受到广泛的关注,地下水位以上的包气带土层是阻控、拦截这一污染源的主要屏障,其较好的土质结构可使多数迁移氮素在此地段得到消减[1]。国内外学者在包气带土层对氮素污染地下水的防护能力研究方面已取得了不少成果。有些学者通过大量的野外试验与调查总结规律,如FredMagdoff、Addisott、Powlson等的试验分别表明,降雨量增大,易发生硝酸盐淋失[2]。Bergstrom(1987)在瑞典中部地区进行的试验也进一步表明,排出水中绝大多数氮以NO3-形式出现,其余氮素不超过0.1mg/kg[3]。同时很多学者专家也通过数值模拟的方式来解决问题,根据不同的数学方法并结合实际问题提出了不少求解模型。Bergstrom等提出的模拟土壤氮素动态的SOILN模型[3],Verecken等提出的模拟有作物生长及土壤水分和氮素运移的SWATNIT模型等。国内开展这方面的研究较晚,黄绍敏等采用田间试验、人工渗滤池试验及不同土类的室内试验揭示,土壤中硝态氮含量主要受土壤类型影响,施肥及施肥量是最大的外因[4],丁洪等发现土壤的硝化、反硝化作用与土壤质地和pH有关,与硝化反硝化菌群数量无关[5]。杨维等研究证明在包气带通气性良好的环境中,硝酸盐氮是氮污染的主要存在形态;在饱水岩层缺氧的还原性环境中,氨氮是污染地下水氮素的主要存在形态[6]。刘长礼、樊国强、贺连娟、等通过试验研究了粘性土层的防污性能[7~9]。阮晓红等研究氮在包气带不同土质层中饱水条件下迁移转化的特征[10],通过室内土柱实验得出氮对地下水的污染因子是硝酸根,建立了一维饱和土壤层中氮迁移的预测模型。由于包气带环境复杂,很难得到普遍适用的方法来计算、评价包气带土层截污量。本文通过对北京市典型地区包气带土层取样,采用室内模拟试验的方式来计算包气带土体截污能力,研究包气带土层对氮素污染地下水的防护能力。1材料与方法试验采用柱试验的形式,采用内径为18.6cm,高度为120cm的有机玻璃柱。土样经风干后按实测容重分层装填,为防止优先流等的影响,装填前横向打磨柱体内壁并均匀涂抹凡士林。装填前土柱下方先放滤网并装填厚度约8cm的石英砂,作为承托层,待土柱装填完毕,在上方也放置滤网及厚度约5cm的石英砂。试验

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