《Journal of Contaminant Hydrology》：Two site models predicted fate and transport of atrazine in three distinct soils under temperature-dependent conditions in Suphan Buri, Thailand
编辑推荐：
本研究在泰国Suphan Buri省三种不同土壤（Chantuk-loamy sand, Ladya-sandy loam, Doembang-loam）中，采用HYDRUS-1D耦合温度依赖的两 site 吸附模型，模拟并验证了 atrazine的迁移转化过程。通过溴离子示踪实验分离物理化学效应，发现吸附主要由慢动力学过程主导（R2=0.977-0.955），吸附系数（5.21-6.75 cm3/g）和平衡分数（0.024-0.093）显示热带土壤中吸附能力较强。一年期田间模拟表明，尽管年降雨量超过200 mm，但温度增强的降解效应使atrazine最大迁移深度仅达30 cm，验证了模型在热带环境下的适用性。
Nanchaphorn Udomsri | Srilert Chotpantarat
泰国清迈大学农业学院植物与土壤科学系，清迈 50200
摘要
本研究利用HYDRUS-1D模型结合温度依赖性的双位点吸附模型，研究了阿特拉津在泰国Suphan Buri省三种不同农业土壤（Chantuk砂质壤土、Ladya砂质壤土和Doembang壤土）中的迁移和分布规律。首先通过溴化物示踪实验确定了物理迁移参数，从而明确区分了物理效应和化学效应。双位点吸附模型结合化学非平衡状态能够准确再现阿特拉津的迁移曲线（R2分别为0.977、0.963和0.955）。吸附系数（Kd = 5.21、6.49和6.75 cm3 g?1）和平衡分数（f = 0.024、0.093和0.049）表明，大部分吸附过程属于缓慢的、受动力学控制的反应。结合当地天气数据和温度依赖性动力学的年度田间模拟显示，尽管降雨量超过200毫米，阿特拉津在Cu、Ly和Db土壤中的最大迁移深度分别为15厘米、5厘米和30厘米。在热带高温条件下，温度对阿特拉津的降解具有关键作用，增强了其自然衰减能力。
引言
阿特拉津（2-氯-4-乙氨基-6-异丙氨基-s-三嗪）常在地表水和地下水中被发现，其浓度超过允许的最大值，并且作为一种内分泌干扰性除草剂对哺乳动物具有高度毒性（Graymore等人，2001年）。尽管美国（Dorsey，2003年）和澳大利亚（NRA，2002年）对其使用仍有限制，但欧盟已禁止其使用（Sass和Colangelo，2006年）。在阿根廷、巴拉圭和巴西等拉丁美洲主要国家以及亚洲（特别是中国（Chang等人，2022年）和泰国（Laohaudomchok等人，2021年），阿特拉津仍可在没有额外控制的情况下使用。这种监管差异凸显了开展针对地区特性的风险评估的紧迫性，这些评估需要考虑当地的土壤特性和气候条件，尤其是在农药行为可能与温带地区有显著差异的热带农业系统中（Silva等人，2019年）。
在泰国，农业是重要的经济部门，阿特拉津的使用非常普遍，尤其是在甘蔗种植中。在非灌溉地区，阿特拉津通常在雨季施用；而在灌溉地区，则全年使用。商业阿特拉津的有效成分纯度约为80%，通常每年施用一次或两次，用于苗前或苗后阔叶杂草的控制。尽管阿特拉津具有农艺优势，但由于其在土壤中的持久性和迁移性，它对环境造成了严重威胁（ATSDR，2003年；EPA，U，2019年；Mudhoo和Garg，2011年）。泰国许多地区都检测到阿特拉津的污染（PCD，2016年；Sangchan等人，2012年；Thapinta和Hudak，2003年；Thitiphuree等人，2013年），这表明了解和预测不同环境条件下阿特拉津在土壤中的迁移规律至关重要。然而，大多数农药迁移模型都是基于温带地区的数据进行参数化的，这在热带条件下可能导致预测不准确，因为高温和强烈的季节性降雨会导致根本不同的迁移动态（Gentil等人，2020年；Racke等人，1997年）。
了解阿特拉津在土壤中的迁移和分布规律对于制定有效的管理策略以减轻其环境影响至关重要，特别是在降雨量和温度较高的热带地区。数值模型为预测不同环境条件下农药在土壤中的迁移提供了有价值的工具。HYDRUS-1D是一种成熟且先进的数值模拟工具，可以模拟一维、二维或三维变饱和多孔介质中的水流、热量和溶质迁移（?im?nek等人，2024年）。该模型利用Richards方程描述水流，以及平流-扩散方程描述热量和溶质迁移，并结合多种物理和化学过程进行综合模拟。
HYDRUS-1D中的双位点吸附模型已被广泛用于研究阿特拉津在土壤中的吸附和迁移规律。该模型区分了平衡态和非平衡态吸附过程，有助于更深入地了解阿特拉津淋溶的潜在风险，并指导可持续农业实践的推行。多项研究验证了该模型在阿特拉津迁移预测中的有效性。Ladu等人（2011年）表明，在砂质土壤中，平衡态和非平衡态吸附过程都是必要的，双位点模型比单位点模型更能准确描述实验数据。Akyol等人（2023年）强调了非平衡态吸附过程在描述具有快速和缓慢吸附位点的土壤中阿特拉津迁移时的重要性。Pang等人（2000年）发现，双位点模型能更准确地模拟新西兰不同类型土壤中阿特拉津的淋溶过程，尤其是在粉壤土中，非平衡态过程更为显著。尽管取得了这些进展，但在物理非平衡过程与化学非平衡过程的相对重要性、批量实验参数在田间预测中的可靠性以及吸附-降解过程对温度的敏感性等方面仍存在关键知识空白，这些对于热带农业系统的准确风险评估至关重要（Dann等人，2006年；Kookana等人，2010年）。
来自柱状实验的水力参数和迁移参数被用于模型应用（Filipovi?等人，2018年；Sun等人，2021年）。通过使用非反应性示踪剂和阿特拉津进行顺序实验，可以分离和量化不同的迁移过程（Rubin等人，2012年；Torrentó等人，2017年）。这些受控实验得到的参数可用于预测田间条件下的阿特拉津行为。
在泰国，热带地区的高温加速了阿特拉津的降解，而强烈的降雨则增强了其淋溶和径流。可以利用已建立的数学关系将温度对吸附系数和降解速率的影响纳入模型中，从而更真实地模拟阿特拉津在本地条件下的行为。
本研究旨在应用HYDRUS-1D模型和双位点吸附模型，模拟泰国Suphan Buri省三种不同土壤中阿特拉津的迁移和分布规律。通过柱状实验来表征阿特拉津的吸附和迁移行为。HYDRUS-1D模型将使用实验数据进行校准和验证，考虑温度依赖性的吸附和降解参数。利用当地气象数据预测长期田间条件下的阿特拉津迁移。具体而言，本研究解决了四个关键问题：（1）通过使用溴化物和阿特拉津示踪剂进行顺序校准，量化物理非平衡与化学非平衡的相对重要性；（2）确定批量实验和柱状实验得到的吸附参数之间的尺度依赖性差异；（3）基于活化能测量结果，纳入温度依赖性的吸附和降解动力学；（4）在高温和季节性降雨的真实热带田间条件下评估特定土壤的淋溶风险。这种综合实验-建模方法可为其他农药和热带农业系统提供方法论框架，并为泰国甘蔗生产中的阿特拉津可持续使用提供具体管理建议。研究结果将有助于基于科学的农药监管，并提高地下水污染风险评估的预测能力。
研究区域
研究地点位于泰国西部的Suphan Buri省。根据泰国气象部门（TMD，2023年）提供的30年（1991–2020年）气候数据，该省的年降雨量通常在900至1200毫米之间。然而，在Dan Chang区的一些地区，降雨量超过了1200毫米。该省的年平均降雨量为982.7毫米，分布在103个雨天。
土壤性质和水力特性
先前研究（Udomsri和Chotpantarat，2025年）报告的土壤物理化学性质（表1）显示，Cu土壤（砂质壤土，含粘土6.11%）、Ly土壤（砂质壤土，含粘土13.20%）和Db土壤（壤土，含粘土22.43%）具有明显的质地差异。有机碳含量普遍较低，范围在0.40%至0.68%之间。HYDRUS-1中的Rosetta模型用于估算初始水力参数。
溴化物突破曲线得到的物理迁移参数
溴化物突破曲线（BTCs）在三种不同土壤中表现出不同的模式
结论
本研究利用温度依赖性的双位点吸附模型研究了阿特拉津在三种不同土壤中的迁移规律。阿特拉津的迁移主要受动力学控制的吸附过程和温度加速的降解过程影响，而非水力性质。柱状实验得到的吸附系数显著高于批量实验测量值。敏感性分析确认吸附能力是控制迁移的最关键参数。田间模拟结果进一步证实了这一点
作者贡献声明
Nanchaphorn Udomsri：撰写初稿、可视化处理、验证、软件开发、方法设计、实验实施、数据分析、数据整理。Srilert Chotpantarat：审稿与编辑、验证、项目监督、资源协调、方法设计、资金筹集、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了“朱拉隆功大学建校100周年博士奖学金”、“朱拉隆功大学建校90周年基金”（Ratchadaphiseksomphot捐赠基金）以及“朱拉隆功大学危险物质与环境管理国际研究生项目”的资助。部分研究还得到了“Ratchadapisek Sompoch捐赠基金（2022年）”和“朱拉隆功大学”（765007-RES02）的支持。
