利用PEARL模型评价农药渗透对地下水的污染

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农药在现代农业生产中具有重要作用,但农民为了防治病虫害,常常频繁大量地施用高毒、高残留的农药。这样施用农药会带来诸多问题。而农民只是认识到农药在作物中的残留和农药对地表水的污染问题,关心的是怎么样提高产量。但在国内,很多农民都是直接饮用井水(地下水),所以研究农药污染地下水也是很重要的。国际上,特别是美国和欧洲国家,早就开展了对农药污染地下水的研究,并提出了许多控制措施。而在国内,这方面的研究仅限于监测方面,且监测的范围很小,研究的机构也不多。本研究旨在通过运用荷兰开发的PEARL(Pesticide Emission Assessment of Regional and Local area)模型模拟农药在作物一土壤中的运动情况,并评价在不同的浓度标准要求下哪些农药会对地下水造成威胁,哪些对地下水是安全的。 PEARL模型是一个一维的、动力学的,多层次的模型。它描述了农药及其相关转化产物在土壤一作物系统中的去向。它与SWAP(Soil Water Atmosphere Plant)模型相联系。SWAP模型描述的是水在土壤-作物系统中的行为,而PEARL模型则加入了农药,它描述了农药溶液在该系统中的行为。因此,SWAP模型是它的基础。从2000年开始PEARL模型成为荷兰农药注册程序的新官方工具。 农药可以通过直接施用或大气沉降进入土壤-作物系统。PEARL和SWAP描述了以下过程:瞬态水流,潜在蒸发蒸腾,拦截水,作物根系吸水,土壤表面水蒸发,横向排出水,热流,农药施用,冠层农药的消失,农药在液体中的对流、分散运输,气态、液态下农药的扩散,平衡吸附和非平衡吸附,一级转化动力学,作物根系对农药的吸收,土壤表层农药的挥发。 实验区选在四川省彭州市胜利村和西北村,由于PEARL模型是首次应用于中国,需要很多当地的基础数据,因此本研究用了1年时间收集相关数据。包括:作物数据(作物移栽、作物长到最大及收获时的根长、株高、覆盖度);气象数据(湿度、蒸发量、降雨量、风速、最低最高温度,包括1997-2001年每天的数据);地下水位数据(在2个村共选9口井,每月测一次);土壤数据(对不同类型土壤挖剖面,分层测定土壤机械组成、厚度、有机质含量、容重,从田间取得);农药数据(施用时间、初始土壤环境、迁移范围、在土壤中的扩散、在大气中的扩散)。 把所得数据输入PEARL模型,通过运算可以得到多个方面的结论。本研究选择了两个方面进行分析:KOM-DT50图(可以知道在一定标准下,哪些农药对地下水是安全的,哪些是有潜在威胁的)和渗出液中农药的浓度变化(分为灌溉条件下和不灌溉条件下两种)。 KOM-DT50(KOM:土壤对农药的吸附能力:DT50:农药的半衰期)图的原理是,农药进入土壤系统后,它向土壤深层运动的时候浓度会逐渐减小,在特定的气候、土壤和作物系统条件下,主要有两个因子影响其浓度变化:一个是土壤颗粒对农药的吸附能力(吸附力越西南农业大学硕士学位论文摘要大,农药的移动速度越慢);另一个是农药自身的半衰期(半衰期越短,农药的浓度减小得越快)。如果一种农药,土壤对它的吸附能力越大,其半衰期越短,那么对地下水的危险性就越小,因为它还没有渗透到地下水层大部分就被降解、吸附转化掉了:相反,如果一种农药,土壤对它的吸附能力越小,其半衰期越长,那么它在土体内的移动速度就越快,对地下水的危险性就越大。 本文选择最常见的11种农药进行KOM一DT50图分析。在荷兰,地下水中农药浓度呈0.lm留耐时,才被视为是安全的,达到这个标准的农药才允许注册,并投放市场。如果以这个标准,本研究中在KOM一DT50图中分析的最常用的农药里,只有三哇磷这一种农药在三种土壤上施用都是安全的。因此选择lom留m,为安全底线进行分析: 油沙田一大蒜:渗出土体时浓度小于lom留m,的农药〔氢氧化铜,乐果,敌克松,蚜虱净,辛硫磷,硫酸链霉素,三哇磷,敌百虫)对地下水是安全的,而大于lom留m3的农药(雷多米尔,多菌灵,杀毒矾)则要对地下水造成威胁。 泥田一大蒜:渗出土体时浓度小于lom以m,的农药(氢氧化铜,乐果,敌克松,蚜虱净,辛硫磷,硫酸链霉素,三哇磷,敌百虫,雷多米尔)对地下水是安全的,而大于10m留扩的农药〔多菌灵,杀毒矾)则要对地下水造成威胁。 沙田一大蒜:渗出土体时浓度小于1 omg/m3的农药〔氢氧化铜,辛硫磷,硫酸链霉素,三哇磷)对地下水是安全的,而大于10m留耐.的农药(乐果,敌克松,敌百虫,雷多米尔,蚜虱净,毒菌灵,杀毒矾)则要对地下水造成威胁。 分析KOM一DT50图可以得出如下结论:农药的半衰期越短,土壤对其吸附力越强,农药对地下水的威胁就越小;不同类型土壤对同种农药向地下水渗透影响很大,其中在沙田上施用农药对地下水的威胁最大,在油沙田上次之,在泥田上的威胁则最小。 渗出液中农药的浓度变化:本文选择2种有代表性的农药三哇磷〔最安全的)和杀毒矾 (最不安全的)分析渗出液中农药的浓度变化。分析时间从模拟之初(1997年)到模拟之末 (2001年)。可以得出:降雨量和灌溉会极大地影响农药向地下水的渗透。 根据以上的研究结果,可以看出?
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