(一)土壤污染物有效量的同位素研究法

1．F_值法

E值，同位素可交换性(isotopic exchangeable)重金属，可采用同位素稀释动力学分析(Gerard et al. 2000)，其基本原理和方法如下：在一个土壤溶液体系中(土水比=1:10),加入水溶性放射性重金属同位素(1.8×10⁵～3.7×10⁵ Bq)，如¹⁰⁹ Cd。与土壤交换的结果，溶液中的¹⁰⁹ Cd随时间的延长而不断减少，其变化规律可用下式描述：

式中，r/R为在t时间(min)时土壤溶液中剩余的¹⁰⁹ Cd与总加入量之比，r₁/R为在t=1 min时的r/R值。回归常数r₁/R值越小，土壤固Cd能力越强；回归常数n值越小，固Cd能力越弱。若再测定水溶性Cd含量M(mg/L)，可以根据(12-15)式计算出同位素可交换性Cd及其随时间的变化趋势：

通常在24 h，即t=24×60 min，作为代表性E值。

2. L值法

L值，土壤可稀释性((isotopic diluable)重金属，采用同位素标记土壤的植物盆栽试验测定。例如，在塑料盆中称入一定量土样(通常1-2 kg)，每千克土加入100 mL含3.7×10⁵ Bq的¹⁰⁹ Cd溶液，充分混匀。每盆播入0.5 g黑麦草(Lolium perenne)种子，加水至田间持水量，再盖上一层干净的细砂。试验盆以4个小区、区内各处理随机排列的方式置于温室内。黑麦草发芽后，每天加水至80％田间持水量。2个月后收获黑麦草，黑麦草地上部分在70℃烘箱中烘48 h后称重。这些干物质经剪碎后在450℃的高温炉中灰化4h，再用5 mL 5.5 mol/L。HCl溶解并轻微煮沸5 min，清洗，过滤和定容于50 mL容量瓶中。植株总镉量用原子吸收光谱法测定；消煮液中的¹⁰⁹ Cd放射性活度，取2.00 mL溶液在Packard Tricard γ射线测定仪上测得。

土壤中同位素可交换性Cd含量，即L值则为：

式中，R为加入土壤中的¹⁰⁹ Cd总量；r'为被植株吸收的¹⁰⁹ Cd量；P为植株总吸Cd量。目前，L值被认为是表征土壤有效重金属的最合理的参数之一。

(二)向水体的迁移研究

土壤中的污染物和营养物可通过地表径流和渗漏水污染地表水和地下水。用容器采集地表径流较为简单，但要采集在时间和空间上均具有代表性的样品则需认真设计。渗漏水的田间现场采集较为困难，通常在一定深度埋入陶土管，渗入陶土管的土壤溶液通过负压抽到地面的容器中。土壤渗漏水的实验室研究可用渗滤池或淋滤管，在池底或管底收集渗漏出的土壤水。渗滤池通常为100 cm×100 cm×100 cm的水泥池，池底有水管导出渗漏水，占地较大和建设费用较高，但研究结果较接近实际情况。淋滤管较为简单而易于实现，其安装可采用以下方法：

所采用的土柱为聚乙烯管，规格为直径15 cm×高度50 cm。首先做一个支架来固定土柱，再将直径为18 cm的塑料漏斗放于支架上，然后将聚乙烯管放在漏斗的上面，在管的底部放一钻孔的聚乙烯薄片，在上面覆盖两层脱脂纱布，这样做既可以承载上面土体的重量，又防止土粒随水渗漏；在其上装入3 cm厚的沙子(用稀酸浸泡过夜，用去离子水冲洗干净，主要目的是去除沙子吸附的各种离子，以减少对试验结果的影响)，进一步防止土粒的渗漏；然后装入4.5 kg处理好的土壤，高度为20～22 cm，相当于耕层的深度，并将土面抚平；最后在土壤的上面再装入3 cm厚的沙子，主要是为了防止加水时对土面的破坏，影响试验的结果。所有的装置如图12-7所示。

图12-7  淋滤土柱试验装置

土壤中的污染物和营养物通过地表径流和渗漏水的迁移研究也可用数学模型法，如CHEMFLO软件(Nofiziger1985)，它描述土壤在水分不饱和状态下，水和化学物质运动(One-Dimensional Water and Chemical Movement in Unsaturated Soils)，能对一个选定的土壤系统和化学物质，通过数值法解出数学模型，以图形或表格的形式显示模拟结果。该软件能估计地表径流的产生量，估测水和污染物质通过渗漏水的运动，适用范围较广，而且较简单(吴启堂等1996)。