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随着土壤非水相污染加剧，传统检测方法受限。研究人员开展土壤有机污染物的复杂电阻率频散研究，制备含不同污染物土壤样本并测量分析。结果表明该方法能反映污染程度和类型。为有机污染监测评估提供新依据。
在地球的生态大舞台上，土壤扮演着不可或缺的重要角色，它是地球表面的活跃层，是生态系统的关键组成部分，默默地守护着生态平衡，为粮食安全筑牢根基。然而，随着工业化和城市化的迅猛推进，土壤却遭遇了前所未有的危机 —— 污染问题日益严峻。尤其是那些难以自然降解的非水相液体（NAPL），像多环芳烃、卤代烃和石油产品等，它们如同潜伏在土壤中的 “慢性毒药”，长期威胁着土壤生态系统的健康。
传统的土壤污染检测方法，例如通过钻孔采样进行化学分析，以及微生物测试等，虽然能给出较为精确的结果，但存在诸多弊端。检测周期漫长，就像一场耗时的马拉松；操作过程繁杂，如同布满荆棘的道路；成本还居高不下，让大规模快速检测的需求难以实现。而基于电磁原理的非侵入性地球物理方法，在环境检测领域逐渐崭露头角。其中，电阻率成像（ERT）和探地雷达（GPR）在土壤有机物污染检测方面得到了广泛应用。可这些方法也并非十全十美，ERT 仅依靠电阻率校准，对低对比度污染物敏感度欠佳，在复杂地质条件下解读结果困难重重；GPR 主要依据油水介电特性差异，却容易受到有机物分解和微生物活动的干扰，难以精准描绘地下有机物污染的分布状况。
复杂电阻率方法凭借监测土壤的频率 - 电阻率特性，能有效反映土壤中水分、盐分和孔隙结构信息，进而推断土壤的污染状况。它具有非侵入性、高效、低成本和多特征参数等优势，特别适合大面积、实时动态的土壤污染监测。自 20 世纪 80 年代起，不少学者投身于土壤污染监测领域的复杂电阻率方法研究，不过大多聚焦于土壤重金属污染，对于土壤有机物污染的复杂电阻率响应研究相对较少，而且该方法能否用于有机物污染监测也颇具争议。尽管在 NAPL 污染土壤极化机制研究上取得了一定成果，但仍缺乏全面理论来阐释黏土颗粒极化机制间的关系。在此背景下，开展相关研究迫在眉睫。
为了解决这些难题，研究人员踏上了探索之旅。虽然文中未明确研究机构，但他们针对多环芳烃、卤代烃、石油烃这三类有机污染物展开研究。通过制备含有不同浓度三氯乙烯、二甲苯和汽油的土壤样本，测量每组样本的复杂电阻率频散曲线，并基于 Cole - Cole 模型反演获取电参数。同时，开展现场污染划定实验，验证室内实验的有效性。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。样本制备方面，选用耐强酸强碱和多种有机溶剂的聚四氟乙烯（PTEE）管制作样本柱；土壤样本采集自中国长沙的无污染场地，现场测试则利用三氯乙烯污染场地的原位土壤。测量分析时，采用特定算法反演 Debye 模型参数，获取土壤的电学参数。
研究结果如下：
- 不同孔隙水电导率条件下三氯乙烯污染土壤的复杂电阻率特性：以三氯乙烯为例，用不同电导率（0.01S?m-1、0.1S·m-1和 1S?m-1）的孔隙水模拟地下水矿化环境。结果显示，三氯乙烯污染土壤的相位曲线在不同水饱和度下随频率降低，与 Weller 等人提出的 EDLs 模型相符。
- 不同污染程度 NAPL 的电性质变化规律：运用 Debye 模型反演 NAPL 污染土壤的电参数，采用遗传算法反演 Debye 模型参数，反演结果的平均拟合误差小于 2%。在固定水饱和度条件下，随着孔隙水电导率增加，总充电率和平均时间常数呈现一定变化规律。
研究结论表明，NAPL 污染土壤呈现出独特的复杂电阻率响应，不同 NAPL 污染物类型间存在差异。实部电阻率能有效量化污染程度，虚部电阻率和相移可区分污染物类型（如三氯乙烯、二甲苯、汽油）以及孔隙水成分。频谱激电（SIP）响应具备监测 NAPL 污染土壤特征的能力，有助于相关研究。
这项研究意义重大，它证明了利用复杂电阻率频散特性作为非水相土壤污染评估方法的有效性，为复杂电阻率方法在有机污染监测和评估领域的应用提供了坚实依据。这一成果发表在《Environmental Research》上，为后续土壤有机污染监测和治理的研究与实践开辟了新道路，有望助力解决日益严重的土壤污染问题，守护生态环境和人类健康。
