青藏高原高山草地大孔隙流驱动弱疏水性抗生素迁移的阈值效应与机制解析

本研究通过构建人工大孔隙土柱淋溶实验，揭示了高寒草甸土壤中磺胺嘧啶(SD)和氟苯尼考(FF)的迁移规律。发现大孔隙流强度>1.75 cm/h时溶质运移加速但呈非线性关系，提出流速阈值引发"吸附反应性控制"向"水动力弥散控制"的范式转换（hydrodynamic dispersion 1.7-3.06 cm2/h），为高原污染物风险评估提供了新见解。

　　

Highlight

大孔隙流对溶质迁移的驱动效应呈现阈值响应。这一发现与既往研究不同——传统认知认为流速与大孔隙流贡献呈正相关[56][57]，而本研究发现流速的双重作用：当超过大孔隙导水阈值时，快速流动反而会引发绕流（bypass flow），减少基质相互作用。值得注意的是，1.75 cm/h的临界流速引发了溶质运移控制机制的范式转变：低速时SD迁移主要受吸附反应性控制（K_d=5.23 L/kg），而高速时水动力弥散（3.06 cm²/h）成为主导因素，使高反应性SD的迁移行为趋近于弱反应性FF。

Conclusions

本研究表明：增大流速、扩宽土柱直径或降低大孔隙弯曲度均可增强大孔隙流强度并加速溶质运移。高流速和笔直大孔隙会减少吸附接触时间，而高弯曲度和大尺度土柱能增强基质孔隙-大孔隙相互作用。但大孔隙流对迁移的相对贡献并非线性增加，当流速超过临界阈值时，物理运移过程会超越化学属性成为污染物归趋的主控因素。