第十章 物质在土-水间的迁移与转化

1、第二次教学实习,时间：25日（周日）下午1：30 地点：中科院地理所，2521会议室（雷梅老师） 安排：1：15，自行到达地理所 方案1：先乘 619(玉泉路口南-保福寺桥西) 在 玉泉路口北 站上车， 在 海淀交通支队 站下车； 最后换乘 630(北京植物园南门-来广营) 在 海淀交通支队 站上车， 在 南沟泥河 站下车； 全程约21.1公里。 方案2：先乘 373(鲁谷路衙门口-北京西站) 在 玉泉路口东 站上车， 在 五棵松桥东 站下车； 最后换乘 913(高家堡-雷家桥) 在 五棵松桥北 站上车， 在南沟泥河 站下车； 全程约20.5公里。 方案3：乘 751(张仪村南站-南七家) 在

2、 鲁谷路东口 站（沿玉泉路向南走到鲁谷路东口站）上车， 在 南沟泥河 站下车； 全程约23.4公里。 注：1.由于从南沟泥河 到中科院地理所段在修路，所以请在南沟泥河 站下车，然后下车后向东走大约一站距离即到。 2.全程大约需要90分钟，请大家把握时间，早一点出发。,第十章 物质在土水间迁移转化及其环境效应 第一节：溶质迁移物类型 第二节：环境效应 第三节：迁移途径 第四节：管理方法与技术,第十章 物质在土水间迁移转化及其环境效应 第一节：溶质迁移物类型 第二节：环境效应 第三节：迁移途径与迁移量 第四节：管理方法与技术,所有与土壤结合的物质 所有能溶于水的物质 氮磷 重金属 农药 除草剂 工

3、业污染物 病毒与病原菌 放射性物质 等,Lanmnuir方程线性形式斜率和土壤对病毒平均吸附比例的比较,张丛志等（2007）,结论： 土壤性质、病毒性质、土壤中的土著微生物对病毒在土壤中吸附行为均具有重要的影响； 红粘土对MS2和+X174的平均吸附比例几乎能达到100 ，而2种潮土(沙质潮土和壤质潮土)相对较弱； 总体来看土壤对+X174的吸附能力高于MS2，但灭菌后的土壤对MS2的吸附能力却高于+X174；,张丛志等（2007）,第十章 物质在土水间迁移转化及其环境效应 第一节：溶质迁移物类型 第二节：环境效应 第三节：迁移途径与迁移量 第四节：管理方法与技术,对水环境质量的影响！,太湖蓝

4、藻爆发,蔬菜地现状与分布特征,春城 滇池 蓝 天 绿 水！ 藻华污染程度属全国湖泊之最！,三峡支流水质,三峡传媒网讯（记者 徐志全 通讯员 刘洋 王炜 文/图）11月7日，长江支流小江上，工作人员正在打捞水葫芦和浮萍等“活漂浮物”。三峡完成三期蓄水后，不少池塘、稻田的水葫芦和浮萍等“活漂浮物”涌入三峡库区，并滞留在库区支流的河叉、回水坨等处迅速繁殖，给清漂工作带来难度。,第十章 物质在土水间迁移转化及其环境效应 第一节：溶质迁移物类型 第二节：环境效应 第三节：迁移途径与迁移量 第四节：管理方法与技术,迁移途径 淋溶 地表径流 侧渗,水体,底泥,滇池流域地形与地下、侧渗水对滇池水补给影响,土壤

5、中病毒的迁移,病毒通过小孔隙迁移的机制有3种（Myers et al., 1999)。 (1)病毒悬浮在载液(土壤溶液)中随着载液的流动而运动。一般情况下，由于病毒和载液问的相互作用，病毒同时进行着水平和翻转两种方式的运动。 (2)病毒迁移的第二种机制是随机热运动，也就是布朗运动。布朗运动在载液流动方向上的作用是可以忽略的，但在载液流动的垂直方向上却是最主要的迁移机制。 (3)如果病毒在孔隙中的滞留时间足够长，布朗运动的作用就会使病毒运动到孔隙的边界区域，这时病毒会受到由孔隙表面施加的短距离作用力，在受到这种短距离的作用力后，病毒能否吸附到孔隙表面就取决于引力和斥力的大小，而引力和斥力又是由病

6、毒和孔隙表面之间的距离大小决定的。这就是病毒通过孔隙发生迁移的第三种机制。,病毒迁移过程 病毒在土壤和地下水中的迁移主要经历吸附和失活两个过程(Vilker et al., 1981) 多孔介质中病毒迁移之所以与溶质运移有着显著的不同是因为它们经历了完全不同的吸附和失活过程(Chrysikopoulos et al. 1996)。 病毒吸附是指病毒粒子黏附在土壤或蓄水层物质表面从而丧失其移动性的过程； 病毒失活指病毒在一定环境条件下丧失其对宿主的感染能力。正是这两个过程使得病毒在迁移过程中数量不断减少，即病毒衰减。,病毒在土壤和地下水中迁移受到三方面的控制： (1)可逆吸附的延迟作用；(2)不

7、可逆吸附造成的衰减；(3)失活造成的衰减（Loveland et al., 1996)。 病毒在迁移过程中的吸附： 吸附是影响病毒迁移最主要的过程，几乎影响病毒迁移的所有因素都是通过影响吸附来起作用的。 病毒吸附的作用力包括静电作用力、范德华作用力和离子共价键以及疏水作用力（Loveland et al., 1996) 。病毒吸附根据其吸附的机理可分为物理吸附、化学吸附和离子交换，而且它可能与土壤溶质吸附有很大的相似之处，所不同的是病毒吸附的主要作用力是双电层静电作用力和范德华作用力(Teutsch et al., 1991)。,病毒在蓄水层物质上的吸附受病毒粒子和蓄水层物质二者表面之间的静电

8、作用力控制。 病毒的表面电荷是由构成蛋白质的典型氨基酸离子化形成的，它使得病毒的pH处于37的范围内，因此在自然界水中病毒既可能带正电荷也可能带负电荷。而在自然界水的pH范围内(49)大多数蓄水层土壤表面带负电荷。所以当环境pit值小于pH洲 时，病毒带正电荷，土壤带负电荷，异种电荷之间的引力会攸病毒粒子吸附到蓄水层土壤表面；当环境pH值大于pH 时，病毒和土壤矿物表面都带负电荷而表现出斥力，病毒不会被吸附（Loveland et al., 1996) 。,病毒的吸附分为可逆吸附和不可逆吸附。 可逆吸附是指吸附在土壤表面上病毒粒子是可以被解吸下来的，这种吸附并不会造成病毒的衰减，而只能延迟病毒

9、的迁移； 不可逆吸附是指被吸附到土壤表面的病毒粒子不能被解吸下来，它能够直接造成病毒衰减（Loveland et al., 1996) 。而解吸的原因可以是直接的物理释放和化学释放，也可以是化学交换或者化学解吸(Maxwell et al., 2003)。 病毒迁移过程中病毒吸附的可逆性是一个非常重要的影响因素。单独的可逆吸附或不可逆吸附都不能完美地描述病毒迁移的过程，但将二者结合起来却能够进行完美的描述，这表明在田间病毒的可逆吸附和不可逆吸附是同时存在的（Loveland et al., 1996) 。,病毒在迁移过程中的失活 病毒失活的过程就是病毒在不适宜存活环境中死亡的过程。主要包括温度

10、、溶液组成和pH值(Yates et al., 1987)。 病毒失活与吸附之间存在相关性(Yates et al., 1987; Sobsey et al., 1980; Gerba et al., 1984) ，吸附在病毒失活中起重要作用，但到目前为止仍然不是十分清楚。吸附态和自由态病毒的失活速率是不同的，相对于吸附态病毒，地下水中自由态病毒的失活速率要低的多，而且在失活总量中所占的比例也要小的多(Pang et al., 2003)。病毒吸附到土壤表面上后能够延长病毒的存活时间，因为吸附能够阻止病毒衣壳蛋白和核酸遭到降解和破坏(Chrysikopoulos et al., 1996)。消

11、毒剂存在，吸附会阻碍病毒失活；在没有消毒剂存在，病毒在土壤矿物表面的吸附反而会加速病毒失活。吸附对病毒失活的促进作用取决于吸附在矿物表面的病毒的浓度和种类(Poletika et al., 1995) 。,病毒迁移的影响因素 病毒本身的性质（大小、等电点） 土壤性质 温度 地下水离子浓度和组成,李荣刚（2000）,（曹志洪等，2006）,欠发达地区滇池面源污染贡献: 城市生活污水：68.7 工业污染：3.9% 农业面源：23.7% （其中种植业占70.5%，畜禽占22.5%，渔业7%） 农村生活污染：3.7%（垃圾39.6%，生活污水27.8%，人粪尿32.6%）,（王海云，2005）,（曹彦

12、龙，李崇明，）,（曹彦龙，李崇明，）,（曹彦龙，李崇明，）,三峡库区N肥和P肥土壤残留率,地面径流率,地下淋溶率（%）(刘光德等，2003）,（王海云，2005）,太湖地区旱地土壤碱解氮与pH 相关性 （胡正义等，2006）,不同施肥水平蔬菜地土壤肥力质量演变(黄锦法等，2003),土壤全磷、速效磷和pH 空间分布 （胡正义等，2006）,嘉兴南湖桑园2003 年4-8 月土壤磷素的径流流失量 （曹志洪等，2006 ）,磷肥用量对径流携带的可溶性磷素中无机和有机磷含量的影响,曹志洪等，2005,韭菜施肥对渗漏水氮浓度的影响,（9月2日、28日施肥）,施肥时间,（9月2日、28日施肥）,韭菜施肥

13、对渗漏水磷浓度的影响,施肥时间,施肥时间,常熟水稻生长季土壤渗滤液中总磷浓度的变化 （曹志洪等，2006 ）,磷肥用量对渗滤液中水溶性无机磷含量(mg/L)的影响（曹志洪等，2006 ）,磷肥用量和水稻土对稻季田间渗漏液向下运移总磷量的影响 （曹志洪等，2006 ）,农田临近水田与土壤养分之间关系,监测点附近太湖水体中溶解无机磷(DIP)全年的动态变化 （曹志洪等，2006）,水体富营养化时水中TP 浓度的阈值：0.02 mg/L 为标准(OECD，1982),土壤磷素与邻近水体磷素的相关系数(r) (n=72)（曹志洪等，2006 ）,太湖周边地区DDT 和HCH 的残留情况 (Feng e

14、t al., 2003),嘉兴市不同采样点土壤酞酸酯污染调查(2002 年5 月) （封克等，2006),农用塑料薄膜是土壤酞酸酯来源之一,部分地区地表水有机污染物含量(陈振楼等，2001),太湖表层沉积物中六六六、DDT 类农药的分布 （王春霞等，2002）,太湖表层沉积物中七氯等有机氯农药的分布 （王春霞等，2002 ）,第十章 物质在土水间迁移转化及其环境效应 第一节：溶质迁移物类型 第二节：环境效应 第三节：迁移途径 第四节：管理方法与技术,土壤物质向水体迁移临界点确定,土壤可溶性氮含量与氮素流失、氮素植物吸收之间的关系 （A. 适用施用氮肥的最高限度；B. 土壤可溶性氮素；C. 氮素的流失；D. N-植物吸收）,曹志洪等,2006,太湖沿岸旱地土壤发生磷素淋失的全磷与速效磷临界值分别为0.60 g/kg-1、60 mg/kg-1。以速效磷建立土壤磷淋失指标方便（胡正义等，