两种LNAPL污染源自然衰减速率的时空变异特征及其环境管理启示

针对大型场地轻非水相液体(LNAPL)污染源自然衰减(NSZD)速率时空异质性难题，研究人员通过对比富芳烃与富烷烃两类LNAPL污染区为期两年的CO2通量监测，揭示温度驱动NSZD季节性波动（夏季最高达4.32 μmol/m2/s）、自然土壤呼吸(NSR)对背景校正的干扰等关键机制，为复杂污染场地的精准管理提供科学依据。

　　

在石油化工行业遗留场地治理中，轻非水相液体(Light Non-Aqueous Phase Liquid, LNAPL)污染的自然衰减(Natural Source Zone Depletion, NSZD)过程因其低成本特性备受关注。然而，大型工业场地往往存在多重挑战：一方面，NSZD速率存在显著时空差异，夏季降解速率可比冬季高80%；另一方面，不同化学组成的LNAPL（如富烷烃的石脑油与富芳烃的热解汽油）可能呈现差异化衰减行为。更棘手的是，自然土壤呼吸(Natural Soil Respiration, NSR)产生的本底CO₂会干扰污染贡献的准确量化——这些不确定性严重制约着场地风险管理决策的制定。

中国石油大学（北京）的研究团队选择某退役化工厂（含1997年爆炸事故形成的1.76 km²污染区）作为天然实验场，创新性地对比研究了两种典型LNAPL污染源（1区富烷烃石脑油 vs 2区富芳烃热解汽油）的NSZD时空规律。通过为期两年的高分辨率监测（包括地表CO_{2通量与包气带CO2浓度梯度分析），论文揭示了温度驱动的季节性波动规律：夏季平均总土壤呼吸(TSR)达4.3 μmol/m²/s，约为冬季的6倍。令人意外的是，尽管两类LNAPL的降解机制存在差异（前期研究已证实），但其面积加权平均NSZD速率却无统计学差异。研究还发现NSR贡献了全年地表CO2排放的91%，尤其在植物生长季，NSR的高均值与高方差会严重干扰传统背景校正法的准确性。这项发表于《Journal of Contaminant Hydrology》的工作，为复杂污染场地的精准管理提供了关键科学依据。}

关键技术方法包括：1) 采用动态密闭室法测定地表CO_{2通量（每季度6次重复）；2) 通过包气带多层气体采样井获取CO2浓度剖面；3) 运用稳定同位素示踪区分NSR与污染贡献的CSR(Contaminant Soil Respiration)；4) 基于1.76 km²场地的空间插值分析。}

主要研究结果：
• 季节性变异：温度是NSZD速率的主控因子，夏季TSR达全年峰值（1区4.29，2区4.32 μmol/m²/s），冬季降至0.7 μmol/m²/s以下。
• LNAPL类型影响：虽然1区（石脑油）与2区（热解汽油）化学组成迥异，但NSZD速率无显著差异（p>0.05），推测与微生物群落功能冗余有关。
• 背景干扰难题：NSR占全年CO_{2排放主导（91%），其夏季高波动性导致简单背景校正法误差增大。
• 包气带特征：CO2浓度随深度增加而升高，与地表通量呈显著正相关（R²>0.8），验证了气体扩散模型的适用性。}

这项研究的重要意义在于：首次系统量化了复杂工业场地中不同LNAPL类型的NSZD时空变异规律，揭示了传统背景校正法在植被活跃期的局限性。Junjie Guan等建议未来研究应结合同位素指纹与机器学习，以提升大尺度污染场地的监测精度。这些发现为《CRC-CARE技术指南》(2021)的修订提供了实证支撑，对全球数以万计的石化遗留场地管理具有普适性参考价值。