生物炭對農藥降解產物三氯吡啶醇在土壤中遷移的影響研究

雷文娟，周向陽

生物炭對農藥降解產物三氯吡啶醇在土壤中遷移的影響研究

雷文娟1,2,3，周向陽4※

（1. 貴州大學經濟學院，貴陽 550025；2. 貴州大學中國喀斯特地區鄉村振興研究院，貴陽 550025；3. 四川大學建筑與環境學院，成都 610065；4. 貴州大學資源與環境工程學院，貴陽 550025）

研究針對大孔隙發育的紫色土坡耕地區域易于遷移的廣譜殺蟲劑毒死蜱和除草劑綠草定的主要降解產物3,5,6-三氯-2-吡啶醇（3,5,6-trichloro-2-pyridinol，TCP）的快速遷移和對水體的高污染風險問題，探索向土壤中施加生物炭降低TCP遷移的有效方法并分析其作用機制。研究基于生物炭施加比例為0、1%和2%的土壤樣品，通過等溫吸附試驗分析生物炭施加對土壤吸附能力的改變，通過CT掃描和三維結構重建探討生物炭施加對土壤孔隙結構的影響，應用示蹤劑Br-和TCP的穿透曲線分析生物炭施加對TCP遷移的有效防治程度，最后基于對流-擴散機理的兩區模型模擬TCP遷移的物理、化學過程并反演相關參數，從而揭示生物炭對TCP遷移的影響機制。結果表明生物炭施加后，土壤的大孔隙度降低、土壤可動水體積分數和水動力擴散系數減小，繼而延遲污染物進入水體時間；同時土壤對TCP的吸附能力提高，并降低土壤出流液中的TCP濃度。研究結果將為農業面源污染的防治提供技術支持。

土壤；污染控制；生物炭；3,5,6-三氯-2-吡啶醇；污染物遷移；模型模擬

0 引 言

水溶性低吸附污染物遷移的控制是當前農業面源污染防治的重要內容。3,5,6-三氯-2-吡啶醇（3,5,6-trichloro-2-pyridinol，TCP）是殺蟲劑毒死蜱（chlorpyrifos）和除草劑綠草定（triclopyr）的主要降解產物[1-3]。由于TCP的持久性、高溶解性、低吸附性和易遷移性，導致其在土壤和水環境中成為一種廣泛存在的污染物[4-8]。同時，TCP與其母體農藥毒死蜱的毒性相當，對自然生態系統有危害作用[8-10]，并且被認為是一種可能存在于飲用水中的污染物[11-12]。因此，探索適當的途徑和方法減小甚至消除TCP進入水體，對于水環境保護和人口安全具有重要意義。

生物炭作為一種新型的土壤改良和污染修復劑，為探索解決上述問題提供了新的途徑。生物炭（biochar）是指在缺氧或厭氧條件下，農作物秸稈、動物糞便、骨骼等生物質，經過高溫熱解獲得的一種生物質。生物炭包含豐富的礦質元素和有機成分，并含有高濃度的芳香族或更有活性的脂肪族化合物[13-14]。同時生物炭還具有豐富的孔狀結構和較大的比表面積。生物炭防治污染物遷移的基本原理是通過自身的吸附作用增加污染物在土壤剖面的滯留量，從而有效降低污染物的下滲，減少對水環境的污染[15-16]。研究表明：添加生物炭后土壤對一些農藥的吸附增加了400～2500倍[17-18]，即使在較低的施用量（0.1%）下吸附依然很有效[19-20]。主要原因是生物炭的芳香族化合物結構和特別高的比表面積對吸附污染物占主導作用[20]；另外污染物也能夠被生物炭的微孔和中孔截留從而引起解吸作用的延滯[19,21]。

紫色土是長江上游最重要的耕地資源之一，其特點是土壤孔隙度高、大孔隙發育，易發生壤中流[22]，并且以大孔隙流的形式為主[23]。研究表明在紫色土耕地中，盡管大孔隙（孔隙半徑大于125m）僅占總孔隙的0.61%～3.06%，但它對快速排水的貢獻率可達87.93%～99.7%[24]。生物炭施加后土壤的理化性質和孔隙特征都將發生顯著改變，繼而影響土壤的水力學性質、水分入滲和污染物遷移[25-27]。但是，對于水溶性高、快速遷移的TCP，生物炭施加對其遷移的防治效果、理化作用機制尚不清楚。

因此，研究選取典型的紫色土坡耕地土壤，基于生物炭施加比例為0、1%和2%的土壤樣品，通過等溫吸附試驗分析生物炭施加對土壤吸附能力的改變，通過CT掃描和三維結構重建探討生物炭施加對土壤孔隙結構的影響，應用示蹤劑Br-和TCP的穿透曲線分析生物炭施加對TCP遷移的有效防治程度，最后基于對流-擴散機理的兩區模型模擬TCP遷移的物理、化學過程并反演相關參數從而揭示生物炭對TCP遷移的影響機制。研究結果將為有效地防治TCP遷移、降低水環境污染風險提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗土壤

試驗土壤選自四川省中江縣東南部（105.0356°E， 30.7427°N）。所購買的生物炭原材料為花生殼，燒制溫度為400～600℃。將其按照生物炭和土壤質量比為0、1%、2%的比例，于2015年11月均勻施加于玉米-油菜輪作的坡耕地土壤表層并翻耕混合，期間正常耕作，間隔6個月后（2016年5月）采集樣本。采用有機玻璃特制環刀采集原狀土柱樣品（長10 cm，內徑8 cm），并在土柱周邊取標準環刀樣品（體積為100 cm3，50.46 mm×50 mm）和土壤樣品。其中原狀土柱先進行CT（computed tomography）掃描，結束后土柱送回試驗室進行TCP的遷移試驗。環刀樣品用于測定土壤容重，土壤樣品過2mm篩，測定土壤理化性質，見表1。可以看出，生物炭施加后土壤砂粒含量有所增加，而黏粒和粉粒含量降低。其原因是生物炭比較面積較大，在顆粒分級檢測時容易被測定為砂粒，繼而導致黏粒和粉粒含量隨之降低；此外，研究中的生物炭施加比例為質量比，由于其密度較小，以體積比形式所呈現的值將更高。

表1 試驗土壤基本理化性質

1.2 室內試驗

1.2.1 吸附試驗

等溫吸附試驗方法：土樣風干過2 mm篩，取樣品1 g置于30 mL玻璃離心管中，按土水比1：2加入10 mL一定濃度的TCP溶液（質量濃度梯度為0、2、4、6、8、10 mg/L，用0.01 mol/L CaCl2配制，質量濃度為0.005 g/L的NaN3），密封后在室溫條件下振蕩24 h，樣品于3 400 r/min下離心10 min，取上清液用于檢測。試驗設計為3個平行，重復性較好，取均值進行計算。

TCP的吸附量按照公式（1）計算

式中0和C分別表示溶質的初始濃度和平衡濃度，mg/L；表示溶液體積，mL；為土壤質量，g；q為吸附量，mg/kg。

TCP的等溫吸附參數采用Freundlich和Linear模型進行擬合[28]，模型的表達式如下

式中K和為Freundlich常數，表示吸附容量和強度；K為吸附常數，L/kg。

1.2.2 土柱遷移試驗

TCP在原狀土柱中的遷移試驗裝置參考前期研究文獻[29]。入滲溶液為KBr（分析純）配制的50 mg/L的Br-（示蹤水流）和30 mg/L的TCP溶液的混合液（含0.01 mol/L CaCl2、0.005 g/L NaN3）。TCP投加濃度（30 mg/L）根據48%毒死蜱乳油在田間的實際噴灑濃度確定，流速參考當地夏季平均降雨量，約6 mm/h。試驗過程中以容量瓶和蠕動泵（雷弗100S）作為供水裝置，土柱垂直放置，土柱上下端用25m濾網作為反濾層。試驗時自下而上緩慢逐層飽和土壤，然后從土柱頂端由蠕動泵輸入0.01 mol/L CaCl2溶液，在土柱中形成穩定流場，當土壤水流速穩定后，輸入Br-和TCP的混合溶液，土柱底端用全自動部分收集器（CBS-A，上海瀘西）定時采集樣品。輸入約1 PV的混合溶液時停止改換0.01 mol/L CaCl2溶液進行土柱淋洗，當檢測不到TCP時試驗停止。出流夜中Br-采用溴離子濃度計（Bante931）測定，TCP采用高效液相色譜進行測定，具體檢測方法參考相關文獻[30]。

1.3 土壤孔隙結構

本次試驗在成都市第七人民醫院的64排雙螺旋CT掃描儀完成對土柱樣品的掃描。掃描電壓為120 kV，200 mA，縱向分辨率為0.625 mm，橫向間隔0.3 mm，像素為1 024×1 024。圖像重建利用顯微CT儀器自帶的CT Program軟件完成。利用數學形態方法獲取三維孔隙結構的骨架，以孔喉為節點，將相連的大孔隙分割開，最后統計大孔隙的相關信息，包括大孔隙的數目、體積、面積和形狀因子等[31-32]。

1.4 模型模擬

穩定流條件下吸附性溶質在均質土壤中運移的一維對流-擴散方程如下[33]

式中為溶質的濃度，mg/L；是時間，h；為水動力彌散系數，cm2/h；表示距溶質加入端的距離，cm；表示平均孔隙水流速，cm/h；是阻滯因子；為土壤干容重，g/cm3；v為體積含水率，cm3/cm3。

方程（4）的無量綱形式為[33]

式中=，=，=/=/。=0，0為土柱實驗投加的溶質初始濃度；為土柱長度；為彌散度；為距溶質加入端的距離。

兩區模型假定土壤介質存在可動區和不可動區，對流擴散過程在可動區，可動與不可動區間溶質的交換受溶質擴散到不可動區域交換點的限制?？刂品匠虨閇33]

上述方程轉化為無量綱形式[33]

式中是Peclet數；表示土壤水在可動和不可動區的分布比例。

其中

式中表示水動力駐留時間與溶質在不可動區運動時間的比率。

土柱試驗中，流速的大小可以通過流體的連續性方程來確定。

式中表示通過斷面的流量；1、2分別表示2個不同的斷面；1、2表示斷面1、2對應的流速，cm/h。

2 結果與分析

2.1 生物炭對TCP在土壤中吸附的影響

等溫吸附模型通過描述q和C的關系來確定污染物的吸附機理。本文用Freundlich和Linear吸附模型對TCP在3組土壤中的等溫吸附曲線進行擬合，如圖1所示，并獲得相關的吸附參數（表2）。通過圖1和表2，可以看出Freundlich和Linear模型能夠很好地擬合TCP的吸附曲線（2≥0.98）。TCP在對照組土壤中的吸附參數K為0.80 mg1-n·L/kg，而在1%和2%生物炭施加量的土壤中分別為0.99、1.03 mg1-n·L/kg，相比對照組其K值增加了約23.75%和28.75%。Linear模型擬合的K值分別為0.02、0.77、0.97 L/kg，吸附量也呈增加趨勢。

圖1 TCP在不同生物炭含量土壤中的等溫吸附曲線

表2 TCP在土壤中的等溫吸附模型參數

注：K和為常數。

Note:Kandare constant.

在本研究中，生物炭施加后，對比對照組其K值僅增加了23.75%～28.75%。盡管生物炭施加后增加了TCP在土壤中的吸附量，但遠低于生物炭對其他農藥污染物的影響。研究表明，生物炭施加后對某些污染物（敵草隆和嘧霉胺）的吸附量可增加上百倍[18]甚至上千倍[17]。但也有研究表明生物炭的添加對甲氧咪草煙、異丙甲草胺草酸和異丙甲草胺磺酸的吸附無明顯作用，這是由于這類污染物屬于極性、易遷移的物質[34]。有機污染物的吸附與其自身性質和土壤性質相關，通常土壤有機質含量與吸附呈正相關關系[35]。但對極性有機化合物，土壤表面的其他物質，如土壤黏粒含量、黏土礦物含量等，則起主要作用，尤其在有機質含量低的情況下[35]。雖然前期研究表明TCP在土壤中吸附的d值與土壤有機質含量相關性較小[29,36-38]，但當生物炭施加至土壤中，伴隨著有機質含量的增加（1% 為 5.64%和2% 為 8.56%，如表 1所示），這種相關性可能增加，并且生物炭自身的微孔結構和親水基團也會提高其吸附能力。

2.2 土壤孔隙結構

采用CT掃描儀對土柱樣品進行掃描并重建后獲得的土壤三維立體圖像如圖2所示?？梢钥闯?，土柱中存在著大小不一、形狀各異、隨機分布的大孔隙，尤其是在對照土壤中，可明顯看到連通度較好的大孔隙通道，而在2%生物炭施加量中的土壤孔隙分布相對不明顯。

由于CT掃描儀分辨率的限制，本次大孔隙直徑只統計267m以上的孔隙。大孔隙的具體特征參數如表3所示，隨著生物炭施加量的增加，土壤的總孔隙度增加，而大孔隙度則呈遞減的趨勢，分別為18%、6%、4%，與三維圖像呈現一致的趨勢。大孔隙平均體積分別為3.57×1010、0.46×1010、0.31×1010m3，也呈現遞減的趨勢。大孔隙的平均等效球直徑在對照組土壤中表現為最大，為1 376m，施加生物炭后減小了2.1%和12.93%，分別為1 347和1 198m。孔隙的平均形狀因子在0.53～0.61之間，孔隙形狀因子越接近1，說明孔隙形狀越趨向球形，更有利于土壤水分和溶質的運移。由表3可知，對照組土壤樣品形狀因子略大于施加生物炭后的土壤樣品，說明對照組孔隙的形狀規則度高于另外2組，也易導致土壤水分的快速運移。此外，樣本采集于2016年5月，前期相對干旱，干熱的氣候條件導致未施加生物炭的土壤有明顯的龜裂發生，其大孔隙度也遠遠高于另外2個施加生物炭的樣本。由以上結果可知，生物炭的施加有效降低了土壤整體的大孔隙度和平均大孔隙直徑，并且降低了土壤孔隙的形狀因子，有助于減弱水分和溶質的遷移能力。

表3 基于CT掃描和三維重建結果的土壤大孔隙參數統計特征

2.3 生物炭對土壤水力學性質的影響

2.3.1 Br-穿透曲線試驗結果分析

根據土柱試驗出流液檢測的數據繪制Br-的穿透曲線，結果如圖3所示。從穿透曲線的形狀可以看出，3組試驗曲線均呈不對稱并拖尾的特征，并且拖尾現象在生物炭施加后的土壤中更明顯。從出峰時間可以看出，示蹤劑Br-均在1個PV之前達到初始濃度（出流液中Br-相對濃度為 1）；但對照組、1%和2%生物炭施加后的土柱中Br-濃度達到峰值的時間分別為0.61PV、0.71PV和0.88 PV，出峰時間依次增加，也反映出優先流的作用削弱。這與CT掃描的結果揭示出生物炭施加后大孔隙比例降低，二者具有一致性。另外，拖尾性增強的原因是由于生物炭的施加導致土壤孔隙直徑越小、聯通程度越低、彎曲度越大、分子運動通過孔隙的概率越低、滯留時間越長。盡管有所降低，但對于原狀土壤，在試驗所考慮的2種情形下，大孔隙仍然存在（如表3），故優先流并沒有完全消除。

2.3.2 Br-穿透曲線模擬與土壤水力學參數反演

按照公式（8）運用STANMOD軟件中CXTFIT模塊的兩區模型對Br-的穿透曲線進行模擬[33]。模擬Br-遷移的模型輸入參數包括：平均孔隙水流速和阻滯因子。其中孔隙水流速根據試驗設定的穩定流量和土柱的孔隙度求得，Br-作為非吸附性離子，阻滯因子=1。模擬結果如圖3所示，可以看出，兩區模型能夠很好的描述Br-的遷移過程。在對照組、1%和2%生物炭施加量條件下，模擬結果和試驗結果的相關系數2，分別為0.99、0.97和0.96；所對應的均方根誤差，分別為0.03、0.05和0.06。

注：C/C0 為濃質濃度與初始濃度的比值。

基于兩區模型進行反向模擬，獲得Br-遷移的水動力學參數：可動水比例、水動力彌散系數和Damkohler數，結果如表4所示。可以看出，在不同生物炭施加比例下，可動水比例和水動力彌散系數都呈現出隨生物炭含量增加而減小的特征，而則呈現相反的特征。這些參數的變化將揭示生物炭施加對土壤水力學屬性的影響機制，分述如下。

1）不同生物炭含量對可動水比例的影響因素分析。模型所估算的可動水體積分數分別為31%、27%、25%，不可動水的體積分數為69%、73%和75%。說明水分和溶質運移過程中受到物理非平衡過程的影響，并且生物炭施加后，可動水的比例有所降低，攜帶的污染物也會降低。此外，可動與不可動區間的水分質量交換系數也處于較小的水平，分別為0.05、0.06和0.10。隨著可動水比例的降低，則呈現增加的趨勢，說明生物炭的施加促使兩區間水分質量間交換有所增加。其原因可以通過CT掃描所揭示的土壤孔隙特征變化來解釋：土壤大孔隙度的減小將降低土壤水分運輸通道的聯通性，導致可動水比例減?。煌瑫r土壤水表面張力與孔隙接觸半徑成反比，大孔隙含量減小也將增大表面張力，減小水分和污染物的遷移速度[33]。

表4 基于Br-穿透曲線反演的不同生物炭施加量下土壤水力學參數

2）水動力彌散系數減小成因分析。模擬所得的水動力彌散系數分別為2.15、1.83和1.45 cm2/h。按照流體連續性方程計算獲得本次試驗中3個土柱的平均孔隙水流速分別為1.20、1.15和1.09 cm/h。因此，水動力彌散系數的減小原因主要是生物炭的施加改變了土壤的孔隙結構。一方面流速的降低導致水動力彌散系數減?。涣硪环矫娲罅啃】紫兜某霈F導致分子擴散過程中更容易和土壤結構發生碰撞，改變其運動的軌跡并增加其運動的距離，這也將體現為擴散系數減小。

可見，生物炭施加后將改變土壤的孔隙結構，一定程度上削弱了優先流的作用，降低土壤水的運動速率和擴散系數，并減小可動水的比例，有助于延遲溶質由土壤進入水體的時間。

2.4 生物炭對TCP遷移過程的影響機制

2.4.1 TCP穿透曲線試驗結果分析

不同生物炭施加比例下TCP的穿透曲線如圖4所示?？梢钥闯觯琓CP較Br-的穿透時間慢。當持續輸入TCP的時間為1 PV時，所對應的TCP濃度峰值在對照組、1%和2%生物炭施加量的土柱中分別為0.82、0.55和0.39。對照組試驗結果與前期研究接近，在原狀土壤（水田和菜地）中的穿透峰值濃度大于0.7[29,38]。施加生物炭后，峰值濃度降低了約31.40%和52.44%，生物炭的施加有效降低了TCP遷移的峰值濃度。

TCP在3組土柱中的穿透曲線形狀均表現為不對稱和拖尾性，并且比Br-更加明顯，說明TCP在土柱中的遷移過程同時受物理-化學非平衡作用影響[29]。從圖4中可以看出，生物炭含量越高、拖尾性越明顯，其原因包含物理和化學2個方面。物理因素方面和Br-拖尾的成因相同，主要由于土壤孔隙結構變化所致；而化學方面則是因為生物炭施加后對TCP的吸附能力增強導致，其拖尾特征將進一步增加，這也與試驗觀測到的結果一致。

2.4.2 TCP遷移的模型模擬與參數反演

按照公式（5）-（10）運用兩區模型對TCP穿透曲線進行模擬[33]。模型中參數的確定如下：

1）土壤水動力學參數根據實測Br-的穿透曲線用兩區模型反演求得，如表4所示。

2）TCP遷移的阻滯因子由TCP的批量平衡試驗獲得的參數K求得，由此固定參數、和，對實測TCP穿透曲線數據應用兩區模型進行模擬，獲得無量綱參數和質量傳遞系數繼而計算參數和。

圖4 不同生物炭施加比例下TCP的穿透曲線及其模擬結果

基于上述參數對TCP的遷移進行模擬，結果如圖4所示?？梢钥闯觯x取的兩區模型能夠很好的模擬TCP的遷移，對照組、1%和2%生物炭施加比例下的土壤中，模擬值和實測值的2分別為0.97、0.98和0.92，RMSE分別為0.05、0.02和0.03。通過模型反演獲得TCP在土柱中遷移的相關參數，如表5所示。

表5 基于兩區模型模擬TCP在土柱中的遷移參數

模型反演所得的參數包括阻滯因子、吸附點分數?和一階質量傳遞常數。阻滯因子分別為2.11、4.92、5.67，吸附點分數?的范圍為0.02～0.06。可動與不可動區間溶質交換速率的一階質量傳遞函數分別為0.016 8、0.044 4、0.067 8 h-1。這3個參數均可描述土壤對TCP的吸附特征，說明隨著生物炭施加比例的增加，TCP在土壤介質的遷移過程中，在可動區達到平衡狀態下的吸附位點比例增強，并且可動與不可動區之間的質量交換也逐漸增加。其原因是生物炭的施用，一方面提高了對TCP的吸附能力；另一方面土壤大孔隙的減少和孔隙水流速的降低為土壤顆粒對TCP的吸附作用延長了時間。

3 結 論

不同生物炭添加量土壤對TCP的等溫吸附變化、土壤孔隙結構改變、穿透曲線試驗結果和水動力學參數及吸附參數的反演結果，結論如下：

1）生物炭的施加將顯著改變土壤的孔隙結構特征，繼而改變土壤的水力學屬性并影響TCP的遷移。基于CT掃描影像的土壤孔隙結構重建結果表明，生物炭的施加將增加土壤的總孔隙度，但降低了土壤的大孔隙度和平均大孔隙直徑，同時孔隙的形狀因子也減小。這些變化將降低土壤水的運動速率和擴散系數，并減小可動水的比例：當生物炭的施加比例為0、1%和2%時，土壤可動水體積分數分別為31%、27%、25%，水動力彌散系數分別為2.15、1.83和1.45 cm2/h。這些作用將明顯的延遲污染物從土壤進入水體的時間。

2）除時間上的延遲外，生物炭施加對TCP遷移的影響主要體現在土壤吸附能力的提高。在等溫吸附試驗中，K值在生物炭施加比例為0、1%和2%時分別為0.80、0.99和1.03 mg1-n·L/kg；在土柱試驗中持續輸入1個PV的TCP溶液時，出流液的峰值濃度分別為0.82、0.55和0.39，后兩者分別降低了31.40%和52.44%。模型反演參數表明，土壤對TCP吸附的特征參數，如阻滯因子、吸附點分數?和一階質量傳遞常數均不同程度增加。

因此，研究揭示出生物炭施加將有效降低TCP在大孔隙發育的紫色土中的遷移性，并初步闡明了其通過改變土壤孔隙結構、水力學參數和吸附能力的作用機制，可為農業面源污染的防治提供技術參考。但是研究受限于CT掃描的分辨率，只揭示出大孔隙的變化特征；同時所設置的生物炭施加含量梯度較少，間隔較大，有必要在今后的研究中進一步細化。

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Influence of biochar on migration of pesticide degradation product trichloro pyridinol in soil

Lei Wenjuan1,2,3, Zhou Xiangyang4※

(1.,,550025,;2.,,550025,;3.,,610065,;4.,,550025,)

In this study, the objective aims at exploring the influence of biochar application on the rapid migration of 3,5,6-trichloro-2-pyridinol (TCP), the main degrading product of the wide-spread insecticide chlorpyrifos and the herbicide chlorophyll in purple soil where the large pore and preferential flow exist widely. Considering these objectives, a control group experiment with a series of biochar application ratio of 0, 1% and 2% (mass content) was designed. Above all, the isothermal adsorption experiment was used to analyze the change of adsorption capacity after the application of biochar with different ratios. Then the influence of biochar application on the soil structure and porous distribution were discussed on the basis of the reconstructed soil columns using the computed tomography (CT) scanning images. The breakthrough curve of TCP mixed the tracer of bromide ion was employed to analyze the effective degree of biochar application to reduce the migration of TCP. Finally, model establishment and parameter inversion were used to reveal the physical and chemical mechanisms of the reduction of TCP migration by biochar application. The results reveal that the application of biochar significantly changes the pore structure of the soil, which in turn changes the hydraulic properties of the soil and affects the migration of TCP. The pore structure of reconstructed soil based on CT scan has revealed that the application of biochar increases the total porosity of the soil, but reduces the soil's large porosity and average large pore diameter, while the pore shape factor also decreases. These changes reduce the movement rate, diffusion coefficient and the proportion of mobile water. When the application ratios of biochar are 0, 1% and 2%, the soil mobile water volume fraction are 31%, 27%, 25%, and the hydrodynamic diffusion coefficients are 2.15, 1.83 and 1.45 cm2/h, respectively. The reductions of these parameters significantly delay the time that contaminants enter the water body. The adsorption of soil on TCP increases significantly after the application of biochar. In the isothermal adsorption experiment, theKvalues are 0.80, 0.99 and 1.03 mg1-nL/kg, corresponding to the ratios of biochar application (0, 1% and 2%). In the breakthrough curve experiment, the peak concentrations of the outflows are 0.82, 0.55 and 0.39 after a continually inputting 1 PV TCP, and the reductions of peak concentrations are about 31.40% and 52.44% with application of 1% and 2% of biochar in the soil, respectively. The parameters from the inversion simulation indicate that the soil adsorption characteristics, including the retardation factor, the fraction of adsorption sitesand first-order mass transfer coefficient, are significantly increased. Therefore, this study reveals that the biochar application effectively reduces the migration rate of TCP in purple soil, and initially uncovers the interacting mechanisms by changing soil pore structure, hydraulic parameters and adsorption dynamics, which are useful in agricultural non-point source pollution. However, limited by the resolution of the CT scanning images, the results only reveal the change of large pores (the diameter equaling to or larger than 267 mm). This study provides a reference for the control of agricultural non-point source pollution.

soils; pollution control; biochar; 3,5,6-trichloro-2-pyridinol; contaminant migration; model simulation

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.022

S151.9+3；S155.2+5

A

1002-6819(2019)-10-0173-08

2018-09-17

2019-04-11

2017年貴州大學貴州省農林經濟管理國內一流學科建設資助項目（GNYL[2017]002）；國家自然科學基金資助項目（41701558）；貴州省科技計劃項目(黔科合LH字[2017]7290)；貴州省水利科技經費項目(KT201707)。

雷文娟，博士，講師，主要從事污染水文學研究。Email：leixiaojuan333@126.com.

周向陽，博士，講師，主要從事陸面水文過程及其生態環境作用機制研究。Email：xyzhou6@gzu.edu.cn

雷文娟，周向陽. 生物炭對農藥降解產物三氯吡啶醇在土壤中遷移的影響研究[J]. 農業工程學報，2019，35(10)：173－180. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.022 http://www.tcsae.org

Lei Wenjuan, Zhou Xiangyang. Influence of biochar on migration of pesticide degradation product trichloro pyridinol in soil[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(10): 173－180. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.022 http://www.tcsae.org