浅谈氮污染物在非饱和土壤中迁移过程对地下水水质影响分析

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1、浅谈氮污染物在非饱和土壤中迁移过程对地下水水质影响分析　摘要：根据邢台市平原区土壤环境状况，分析氮污染源在非饱和土壤中迁移规律，根据地下水监测资料，定量分析地下水中各类氮污染物的分布特征。氮类污染物在土壤中转化特征为：氨氮随地下水下移过程中，大部分被土壤吸附；亚硝酸盐氮中间产物，存在时间有限，对地下水的影响不明显；硝酸盐氮溶于水，入渗到地下水中，对地下水造成污染。通过对氮类污染物在非饱和土壤中的迁移规律分析，为合理使用化肥，保护地下水源提供科学依据。　　关键词：氮污染；非饱和土壤；地质环境效应；邢台市平原区　　　　

2、　非饱和土壤水分运动和溶质迁移作为田间物质循环的一个重要过程，在降雨产流、农田灌溉等方面受到愈来愈多的重视，土壤中水分和溶质运移一直是土壤一水环境系统的研究热点。利用邢台市平原区的黑龙港、滹滏和滏西平原区水质监测资料，对氮污染物在地下水中迁移的过程变化进行分析，研究环境地质条件变化的情况下土壤水分运动与溶质迁移规律，为该区或类似地区地下水保护提供科学依据。　　污染物在地下水系统中的迁移过程，是复杂的物理、化学及生物因素综合作用过程。地表污染物进入含水层时，绝大部分必须通过包气带，它具有输水和储水功能，所以也具有输送

3、和储存液体污染物的功能，同时还具有延缓或衰减污染的效应。　　　　1、氮污染物吸附效应对水质的影响　　　　1.1　物理吸附效应　　物理吸附是一种物理作用，这种吸附作用发生原因主要是胶体具有巨大的比表面积和表面能所致。物理吸附中的吸附质一般是中性分子，吸附力是范德华引力，吸附热一般小于40kJ/m0l，被吸附分子不是紧贴在吸附剂表面上的某一特定位置，而是悬在靠近吸附质表面的空间中，所以这种吸附是非选择性的、且能形成多层重叠的分子吸附层。物理吸附是可逆的，在温度上升或介质中吸附质浓度下降时会发生解吸。氮类污染物吸附效应主

4、要有以下几种。　　土壤质地：机械过滤作用主要取决于介质的性质及污染物颗粒大小。在松散地层里，颗粒越细，过滤效果越好；在坚硬岩石裂隙地层里，其过滤效果不如松散地层好，裂隙越大，过滤效果越差。因为黏土矿物主要集中在黏粒和细粉沙粒级中，所以黏粒和细粉沙含量越高的土壤固氮能力越强。　　溶液中氨离子浓度：土壤对氨离子的固定量一般随溶液中氨离子的浓度的增加而增大。　　伴随离子：黏土矿物对氨氮(NH＋4)会产生固定外，对钾离子也存在着同样的固定方式，所以钾离子和铵离子会竞争固定位置，钾离子的存在会抑制黏土对铵离子的固定。　　1.

5、2　化学吸附效应　　化学吸附是指胶体微粒所带电荷对介质中异性离子的吸附，或者是由于液体中的离子靠强化学键(如共价键)结合到固体颗粒表面。化学吸附热一般在120－200kJ/m0l，有时可达400kJ/m0l以上。温度升高往往能使吸附速度加快。通常在化学吸附中只形成单分子层，且吸附质分子被吸附在固体表面的固定位置上，不能再做前后左右方向的迁移。这种吸附一般是不可逆的，但在超过一定温度时也可能被解吸。　　就特定的物质而言，阳离子的吸附亲和力是不同的，影响阳离子吸附亲和力的因素有：同价离子，其亲和力随离子半径离子水化程度

6、而差异，一般来说，吸附亲和力随离子半径增加而增加，随水化程度的增加而降低。离子半径越小，水化程度越高。例如，Na＋、K＋、NH＋4的离子半径分别为0.98nm、1.33nm和14.3m，其化学半径分别为7.9nm、5.373nm和53.2nm。它们的亲和力分顺序为NH＋4＞K＋＞Na＋。　　岩土颗粒表面多带负电荷，吸附阳离子，但pH小于零点电位pH时，颗粒表面带正电荷，也吸附阴离子。阴离子的主要吸附规律为：CI－和NO－3最不易被吸附。　　对氮类污染物而言，化学吸附作用的结果，使NH－4大部分被吸附在土壤中，则NO

7、－3不易被吸附。因此，硝酸盐容易被淋溶到地下水中，是造成地下水的氮污染的主要原因。　　1.3　吸附效应对地下水质的影响　　土壤颗粒和土壤胶体对氨氮都具有很强的吸附作用。土壤颗粒对于氨氮的吸附作用特性取决于土壤颗粒大小和矿物组成，土壤胶体对铵离子的吸附作用取决于胶体的组成和表面性质。土壤对氨氮的吸附作用在氮素运移与转化过程中主要表现在两个方面：由于土壤对氨氮的吸附作用，使得大部分的可交换性铵得以保存在土壤中；另一方面，从氮素对地下水污染来看，由于土壤对氨氮具有保持作用，阻滞了氨氮向深层土壤的淋失，减轻了氮素对地下水的

8、污染。但是当土壤对氨氮的吸附达到最大值时，即土壤对氨氮的吸附作用达到饱和时，在渗入水流的作用下氨氮还可能进入地下水中，加重对地下水的氮污染。　　土壤砂性愈强，硝态氮淋溶损失的潜在可能性愈大，黏重土淋溶较慢。通过对邢台市平原区3个水资源分区地下水含氮量进行分析，水质资料采用2001年－2008年地下水监测资料，土壤性质导致硝酸盐氮对地下水渗入量比较明显，滏西平