土壤水十篇

土壤水篇1

土壤的性质介于砂土与粘土之间，其耕性和肥力较好。这种质地的土壤，水与气之间的矛盾不那么强烈，通气透水，供肥保肥能力适中，耐旱耐涝，抗逆性强，适种性广，适耕期长，易培育成高产稳产土壤。

砂土中施肥见效快，作物早生快发，但无后劲，往往造成后期缺肥早衰，结实率低，籽粒不饱满。这类土壤既不保肥，也不耐肥。若一次施肥过多，不但会造成流失浪费,还会造成作物一时疯长。

粘土的特性正好和砂土相反。它的质地粘重，耕性差，土粒之间缺少大孔隙，因而通气透水性差，既不耐旱，也不耐涝，但其保水保肥力强，耐肥，养分不易淋失，养分含量较砂土丰富，有机质分解慢，腐植质易积累。这种土水多气少，土温变化小，土性偏冷，好气性分解不旺盛，养分分解转化慢，施肥后见效迟，肥料有后劲，不发小苗发老苗，若施肥过量会造成作物后期贪青晚熟。

（来源：文章屋网 ）

土壤水篇2

关键词 土壤体积含水率；不同时间尺度；变化规律；入渗；鲁中地区

中图分类号 S151 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）10-0198-04

Analysis on Soil Moisture Variation Regulation of the Middle Areas in Shandong Province Based on Automatic

Soil Moisture Observation Station

HUAN Hai-Jun 1 LIU Yan 1 YANG Kun 2 XIA Fu-hua 1

（1 Zibo Meteorological Bureau of Shandong Province，Zibo Shandong 255048； 2 59 Unit of The Chinese People′s Liberation Army，94900 Troops）

Abstract Drought is one of the main meteorological disasters which restricts agricultural production in middle area of Shandong Province，so mastering the variation of farmland soil moisture is important to improve the ability of preventing drought，development of water-saving irrigation planning，increase water use efficiency.The paper analyzed variation of farmland soil moisture， infiltration after precipitation and daily use in different terrain condition and different time scales based on the daily dataset of the farmland automatic soil moisture station from 2010 to 2013. The results showed that the annual variations trend of soil moisture storage from 0 to 50cm depth was consistent with the depth from 0 to 100 cm in the middle area of Shandong Province，whose maximal point appeared in August，minimum point appeared in June，and the largest monthly decrease appeared in April，May and June，so drought was prone to happen in those months. Soil moisture storage from 0 to 50 cm went up from autumn to spring gradually what was maximum in spring，the month changes approximately accorded with normal distribution，the changing range in mountain was less than that in plain.The minimum of ten days soil moisture storage in plain appeared in mid-January，whose lower value appeared in the end of May，and the minimum of ten days soil moisture storage in mountain appeared in early June.Daily increased range of soil moisture storage from 0 to 50cm decreased with the increase of initial soil moisture storage what increased firstly with rainfall intensity and then decreased.Average minimum and maximum soil moisture storage of many years were slightly higher than wilting moisture and field capacity respectively，what could be used for daily threshold monitoring. Master fine regulation of soil moisture was important to drought monitoring and early warning，irrigation，what could guarantee the increasing both production and income of grain in middle area of Shandong Province.

Key words soil moisture storage；different time scale；variation regulation；infiltration；middle areas of Shandong Province

鲁中地区地处暖温带大陆性季风气候区，多数地区处在亚湿润气候大区的指标范围。受季风影响，气候变化具有明显的季节性。冬季盛行偏北风，雨雪稀少，寒冷干燥；春季气温回升快，少雨多风，干旱发生频繁；夏季高温高湿，降水集中；秋季降水锐减，秋高气爽。鲁中地区干旱发生较为频繁，尤其在春季，因此研究分析土壤水分的时空分布变化规律，在农业生产中具有明确的现实意义。

目前国内外研究土壤水分变化规律较多，Lewin[1-2]认为小麦生长季根系主要活动区在0～90 cm，该层土壤水分变化率与土壤贮水量近似呈线性关系，据此利用实测数据得出土壤含水量预报的经验模型。Blanchard等[3]指出，利用每天测定的地表温度的最大值和最小值，可以推测10 cm以内地表土壤含水量的季节性变化。国内土壤水分的研究与土壤学的发展是同步进行的，张 静等[4]对不同湿润条件下稻田土壤水分变化规律进行了研究，环海军等[5]基于大面积土壤水分自动站对土壤水分优先流进行了研究，孙占祥等[6-10]对不同下垫面、不同降水、不同作物等条件下的土壤水分变化规律进行了研究。但利用大范围农田逐日土壤水分观测资料对土壤水分变化规律进行分析研究的学者较少，该文利用农田土壤水分自动站逐时观测的土壤水分资料对鲁中地区土壤水分不同时间尺度的变化规律及日常应用进行了分析研究，有较强的实际业务运行价值，为土壤水分监测预警提供决策参考。

1 资料与方法

1.1 资料来源

土壤水分资料来源于鲁中地区自南而北的3个山区、5个平原地区由上海长望气象科技有限公司生产安装的DZN1型农田土壤水分自动站2010―2013年逐时观测体积含水量资料，各观测站所在地段种植作物均为冬小麦―夏玉米，传感器按0～60 cm每10 cm一个土壤水分传感器，80、100 cm各一个土壤水分传感器设置，气象资料来源于土壤水分自动站附近10 km范围内对应时次的气象站资料。

1.2 资料处理分析方法

土壤水分体积含水率缺测3 h以内的用内插法补齐，60～70、80～90 cm数据由内插得出，以20：00为日界，整理筛选出每天20：00的土壤水分资料。对整理出的20：00可疑土壤水分资料（土壤体积含水率小于10 mm或者大于50 mm的资料）结合当天是否降水灌溉和前后1 h是否发生突变进行筛选删除，得到准确的20：00土壤水分体积含水率日序列。数据的处理及分析采用Excel 2010、Spass 13.0和vb编程实现。

2 结果与分析

2.1 不同地区各层土壤体积含水率年变化规律

鲁中地区不同地形、不同地下水位0～100 cm土壤水分体积含水率年变化规律和0～50 cm基本一致（图1），而50～100 cm体积含水率年变化幅度较小，说明鲁中地区土壤水分年变化主要集中在0～50 cm范围内，这与小麦玉米的根系耗水相吻合。由图1a、c可知，地下水位深度对土壤水分体积含水率年变化趋势影响不大，但影响0～50、0～100 cm年变化幅度；高青地区0～50 cm主要为砂壤，其他平原地区为黏壤，故高青地区0～50 cm土壤水分体积含水率与其他地区量级一致，但波动幅度较大，符合其土壤特性。由图1a、b可知，除 1―3月以外，平原和山区2种地形0～50 cm土壤水分年变化趋势基本一致，6月是体积含水率最低的月份，8月是最高的月份，这是由于鲁中地区春夏之交降水偏少，气温回升快，小麦灌浆和玉米出苗耗水量大等一系列原因所致，而7―8月是鲁中地区降水量最多的月份，故8月土壤水分含水率最高。3―6月土壤水分下降幅度为全年最大，鲁中地区近几年春季和初夏频繁出现干旱，对小麦产量形成影响很大，本文着重对4―6月土壤水分变化规律和预报进行研究。鲁中平原地区全年 0～100 cm平均土壤体积含水率为283.6 mm，山区为316.6 mm。

2.2 不同地区土壤体积含水率季间变化规律

由图2可知，鲁中地区土壤水分体积含水率季间变化幅度不大，0～50 cm与0～100 cm变化规律基本一致。自春季至秋季土壤水分体积含水率呈上升趋势，冬季略有下降，平原下降幅度较山区大，0～50 cm土壤体积含水率秋季平原最大，为141 mm，山区为151 mm。

2.3 不同地区土壤体积含水率月际变化规律

由表1可知，鲁中地区0～50 cm土壤体积含水率月变化接近于正态分布，坡度较平缓，方差较大，这与土壤水分主要消耗和活动集中在0～50 cm有关，方差最高出现在6月，说明6月土壤水分月变化最为激烈，5月、7月次之，最低出现在10月，变化近似余弦波动，和年变化规律相反，山区方差整体小于平原地区。

2.4 不同地区土壤体积含水率旬际变化规律

由图3可知，鲁中地区0～50、0～100 cm土壤体积含水率旬际变化规律一致，与年变化规律结论相同。平原地区0～50 cm土壤体积含水率旬际波动较山区频繁，均在6月中旬至8月中旬持续上升，在8月中旬达到一年的最高值，这与鲁中地区的雨季基本一致，故该阶段的土壤墒情基础对后期小麦播种影响较大。平原地区1月中旬为全年最低值，5月下旬为次低值，山区最低值出现在6月上旬，是对降水、作物耗水等综合的反应，故5月至6月上旬为鲁中地区干旱的易发期，应及时结合墒情进行灌溉，确保冬小麦的灌浆需水。

2.5 不同降水强度的入渗变化规律及实际应用分析

按叶面积指数将作物生长阶段分为冬小麦旺盛生长期（4―6月）、夏玉米旺盛生长期（7―9月）、冬小麦越冬前后（10―11月、3月）3个阶段，分析不同降水强度下的土壤水分日入渗规律，其中0～10 cm日变化规律见图4。可以看出，同一降水强度下，0～10 cm初始土壤体积含水率越小，日增幅越大，其中冬小麦旺盛生长期增幅最大，故在土壤水分亏缺严重阶段，降水灌溉对改善墒情效果明显。在0～10 cm同一初始体积含水率条件下，日增幅随着降水强度的增加先增加后减小，前期增幅变化较为密集。当土壤初始体积含水率

图4d为张店区自建站以来土壤水分体积含水率的0～10 cm日变化图，横坐标为以2010年1月1日为起点的日序。可以看出，该地区土壤水分体积含水率多年平均最低值为15.0 mm，多年平均最高值为35.0 mm，转化为重量含水率（实测0～10 cm容重为1.3 g/m3）分别为11.5%、26.9%，较实测凋萎湿度（6.3）、田间持水量（23.7）略高，属于合理范围，故可作为日常土壤水分异常值监测的阈值，也可作为凋萎湿度、田间持水量和容重测量结果是否合理的判断依据。

3 结论与讨论

（1）鲁中平原和山区0～50、0～100 cm土壤水分体积含水率年、季、月、旬变化趋势基本一致，而60～100 cm体积含水率波动较小。年土壤水分年最低值出现在6月，最高值均出现在8月。鲁中地区土壤体积含水率年降幅最大出现在3―6月，易发生干旱。

（2）0～50 cm秋季体积含水率为一年中最高，自春季至秋季呈逐步上升的趋势；0～50 cm土壤水分月变化近似符合正态分布，山区变化幅度小于平原；平原旬土壤体积含水率最低值出现在1月中旬，次低值出现在5月下旬，山区最低值出现在6月上旬，故5月上旬前后的降水和灌浆水对鲁中地区小麦灌浆期间的土壤体积含水率和产量十分重要。

（3）0～50 cm土壤体积含水率日增幅随着初始土壤体积含水率增大而减小，随着降水强度增大先增大后减少，应根据这一特点，结合墒情抓住时机进行灌溉和制定灌溉量以及速度。

（4）土壤水分体积含水率多年分布图可用于自动站的警报阈值确定以及土壤水文常数测定值的检验，确保土壤水分自动站的正常运行和数据准确。

（5）本文利用土壤水分自动站多年资料对鲁中地区土壤水分不同时间尺度的变化规律进行了分析，以及资料在降水入渗和日常应用方面的研究，对土壤水分自动站资料实际应用有一定指导价值，但仍需结合更长时间序列的资料对不同层次灌溉、降水入渗进行更多深层次研究，以及结合土壤水分变化规律的土壤水分预报研究，达到土壤水分自动站资料在农业生产中的精细化运用。

4 参考文献

[1] LEWIN J.A simple soil water simulation model for assessing the irrigation requirements of wheat[J].Israel J Agric Res，1972，22（4）：201-213.

[2] LEWIN J，LOMAS J.A comparison of statistical and soil moisture mode-ling techniques in a long-term study of wheat yield performance under semiarid conditions[J].Journal of Applied Ecology，1974，11（3）：1081-1090.

[3] BLANCHARD M B，GREELY R，GOETTELMAN R.Use of visible，near infrared and thermal infrared remote sensing to study soil moisture[R].NASA-TM-X-62343，1974.

[4] 张静，刘娟，陈浩，等.干湿交替条件下稻田土壤氧气和水分变化规律研究[J].中国生态农业学报，2014，22（4）：408-413.

[5] 环海军，夏福华，张晓丽，等.基于大范围自动土壤水分观测站的优先流研究[J].中国农学通报，2013，29（2）：160-165.

[6] 孙占祥，冯良山，杜桂娟，等.玉米灌溉田土壤水分变化及其耗水规律研究[J].玉米科学2010，18（1）：99-102.

[7] 张科利，彭文英，王龙，等.东北黑土区土壤剖面地温和水分变化规律[J].地理研究，2007，26（2）：314-320.

[8] 蒲金涌，姚小英，贾海源，等.甘肃陇西黄土高原旱作区土壤水分变化规律及有效利用程度研究[J].土壤通报，2005，36（4）：483-486.

土壤水篇3

关键词：“田师傅”土壤调理剂；酸化土壤；理化性状；水稻产量；试验研究

中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）18-77-02

土壤酸化是指土壤中盐基离子被淋失而氢离子增加，导致土壤变酸，有机质含量降低。土壤酸化后改变了土壤微生物种群及活性，改变了土壤中养分的形态，降低养分的有效性，促使游离的锰、铝离子溶入土壤溶液中，对作物产生毒害作用；同时作物生长环境条件变差，影响作物根系发育和养分吸收，滋生作物病虫害等，最终导致作物生长发育不良，作物产量和农产品品质下降，从而对农业生产和生态环境构成严重的潜在威胁。根据兴宁市2006年测土配方施肥项目的土壤检测数据分析，兴宁市耕地土壤酸化现象较为突出，已影响了农业生产的可持续发展。结合国家土壤有机质提升项目，为进一步探索土壤调理剂对酸化土壤理化性状的改良和水稻产量的影响，兴宁市农业局于2012年进行了土壤调理剂应用试验，现将试验情况及结果报告如下。

1 材料与方法

1.1 试验概况 试验选择在大坪镇船添村进行，试验地块面积为753.4m2，土质为砂壤土。土壤养分检测结果：有机质15.6g/kg、全氮0.88g/kg、碱解氮88.0mg/kg、全磷0.63g/kg、有效磷7.2mg/kg、全钾13.4g/kg、速效钾69.0mg/kg、pH值 5.21。试验地田面平整、肥力均匀、排灌方便，种植水平与当地生产水平相当，早、晚两造均种植水稻。供试作物为水稻，品种为“五优308”。试验于2012年7月8日播种，7月29日栽插，11月5日收获，全生育期122d。

1.2 供试材料 试验产品为55%“田师傅”土壤调理剂（广东大众农业科技有限公司生产）。

1.3 试验方法[1]

1.3.1 试验设计与方法 试验设3个处理，重复3次，随机排列。处理1：对照（常规施肥+不施土壤调理剂）；处理2：常规施肥+土壤调理剂50kg/667m2；处理3：常规施肥+土壤调理剂100kg/667m2。小区面积30m2，小区四周设保护行，小区排列方式见图1。插植规格1.54万棵/667m2，各小区基本苗数一致。每个小区之间用小田埂分开，筑好田埂后用尼龙薄膜覆盖包好，以防肥水渗漏。

1.3.2 栽培管理 肥料施用量按常规施肥，667m2施纯N 10.0kg、P2O5 2.5kg、K2O 8.0kg。各时期施用比例：氮肥分别为基肥40%、一追30%、二追30%；磷肥和土壤调理剂100%作基肥一次施下，钾肥分基肥和中期肥各50%施用。其它田间管理按常规管理进行。

1.3.3 调查取样 试验前多点取样，试验后每个小区分别取样并进行化验。分析化验项目：土壤容重、有机质、全氮、有效磷、全磷、速效钾、缓效钾、全钾、pH值、有效钙、有效镁。做好田间作业记录，及时调查不同处理的水稻生物学性状及病虫害发生情况。收获前每小区采集5株样品进行室内经济性状分析。收获时各小区单打单收，计算产量。

2 结果与分析

土壤调理剂试验结果见表1，土壤理化性状检测结果见表2。试验结果采用LSD法[2]进行差异显著性分析。

2.1 土壤调理剂对水稻产量的影响 表1中，产量最高是处理2为628.4kg/667m2，比处理1、3分别增产41.9kg/667m2、13.1kg/667m2，分别增产7.14%、2.13%；处理3比处理1增产28.8kg/667m2，增产4.91%。经LSD法进行差异显著性分析，处理2与处理3之间差异不显著。

2.2 土壤调理剂对土壤pH值影响 表2中，处理2、处理3的pH值比试验前分别提高0.53、0.39，处理2比处理3的pH值提高0.14。

2.3 土壤调理剂对土壤有效钙和有效镁的影响 表2中，处理2、处理3的土壤有效钙比试验前分别提高20.6mg/kg、48.7mg/kg，处理3比处理2提高28.1mg/kg；处理2、处理3土壤有效镁比试验前分别提高1.47mg/kg、9.8mg/kg，处理3比处理2提高8.33mg/kg。

3 结论

施用“田师傅”土壤调理剂50kg/667m2水稻增产41.9kg/667m2，增幅7.14%；pH值提高0.53；有效钙提高20.6mg/kg、有效镁提高1.47mg/kg，有机质提高2.1g/kg，土壤容重比试验前下降0.02g/cm3。结果表明，“田师傅”土壤调理剂能改良酸化土壤的理化性状，提高土壤有机质含量，提高土壤酸碱度，提高水稻产量，比较适合在当地推广使用。施用“田师傅”土壤调理剂建议施用量为50kg/667m2。

参考文献

[1]广东省耕地肥料总站.关于开展土壤调理剂试验示范工作的通知[Z].粤农土肥[2012]34号，2012.

土壤水篇4

关键词 耕地；土壤养分；施肥建议；江苏响水

中图分类号 S158.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）19-0246-02

Analysis on Soil Nutrient Status of Cultivated Land in Xiangshui County

ZHOU Cai-liang LIN Yu-juan

（Xiangshui Soil and Fertilizer Management Station in Jiangsu Province，Xiangshui Jiangsu 224600）

Abstract 5 366 soil samples of 0～20 cm farmland were collected in Xiangshui County，the soil organic matter，total nitrogen，available phosphorus，available potassium，pH value，soluble salt were analyzed.The results showed that：In Xiangshui County，the content of soil organic matter was low and distributed uneven，the average content was 15.2 g/kg；the content of total nitrogen in soil was higher，the average value was 0.92 g/kg；the content of available phosphorus in soil was higher，the average value was 14.0 mg/kg；soil available potassium content was high and distributed uneven，the average value was 98 mg/kg；soil soluble salt content decreased significantly，the average value was 0.43 g/kg；soil pH value was 8.10 on average，it belonged alkaline soil；problems existed in fertilization bining the crop cultivation types，soil nutrient status in Xiangshui County，corresponding fertilization recommendations were put forward.

Key words farmland；soil nutrient；fertilization recommendation；Xiangshui Jiangsu

响水县总面积1 461 km2，农业区土地面积10.29万hm2，其中耕地面积4.85万hm2，园林地2.96万hm2，人均耕地0.08 hm2。农作物播种面积在9.28万hm2左右，其中粮食种植面积6.05万hm2（2008年《响水统计年鉴》），为全国商品粮生产基地县。因此，响水县对耕地质量的要求就显得十分重要，而土壤养分性状与耕地质量之间关系密切，为此，笔者借助于2009年国家部级测土配方施肥项目实施大好时机，对响水县土壤养分状况进行完整而又系统的调查、整理和分析，并与1984年第二次全国土壤普查结果相比，从中找出差异，以便于纠正响水县农民在施肥上的一些误区。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集

2009年9月，根据全县基本农田分布情况，1 hm2左右采集1个土样，共采得0～20 cm耕层土样5 366个。根据测土配方施肥项目要求采集土样，选择有代表性地块先对地块所属农户用肥情况进行调查和GPS定点，按“S”形线路分20个点用专业工具采集土样，土样经过初步混合四分法留下土样1.0 kg，土样经过室内风干、研磨、分级过筛后装入塑料袋以备后用。土样分布情况见表1。

1.2 化验方法和数据整理

按照《2009年江苏省测土配方施肥补贴项目实施方案》要求，对土样化验采用方法：有机质采用油浴重铬酸钾氧化-容量法；全氮采用凯氏蒸馏法；有效磷采用碳酸氢钠浸提，钼锑抗比色法；速效钾采用醋酸铵浸提，火焰光度计法[1-2]；水溶性盐分采用电导率法；pH值采用电位法。每批次化验样品都带入标准样品，且每个样品设3次重复化验，要求标样结果在质量控制线范围内的，同批次土样化验结果取平均值计算各项指标数据，经数据登记和整理后录入电脑。

1.3 土壤养分分级标准

利用响水县耕地资源管理信息系统，将响水县耕地地力等级进行分级（表2）。

2 结果与分析

2.1 土壤有机质

1984年全县583个土壤样品分析表明（表3），土壤样品有机质平均含量为（9.3±2.9）g/kg，从全县土壤有机质频率分布来看，出现频率最多的含量为6.0～10.0 g/kg，在这一含量范围内的样品占全县样品总数的58.66%，土壤样品有机质含量一、二级，即大于12.0 g/kg 的土壤样品占这次化验样品总数的24.36%，土壤样品有机质含量三、四级，即6.0～12.0 g/kg 的土壤样品占这次化验样品总数的75.64%，可见总体有机质储量不足；2009年土壤样品有机质平均含量为15.20 g/kg，出现频率最多的含量是15.0～21.5 g/kg土壤样品，占这次化验样品总数的42.10%，土壤样品有机质含量一、二级，即12.0～21.5 g/kg的土壤样品占这次化验样品总数的74.4%，土壤样品有机质含量三、四级，即6.1～12.0 g/kg的土壤样品占这次化验样品总数的25.6%，有机质含量明显在提高，2009年相比1984年有机质平均值提高了63.44%。从响水县土壤有机质增加的趋势，分析认为响水县农业重视了秸秆还田等有机肥的投入。

2.2 土壤全氮

土壤氮素分为无机氮和有机氮，因为存在的形态不同，所以作用也不尽相同。土壤中氮素绝大部分为有机的结合形态，也就是氮素大部分是土壤有机质的一部分，有机质中氮素含量相对固定，因此土壤有机质与全氮含量有一定的线性相关性[3]。

从表4可以看出，1984年响水县耕地土壤583个样品中，全氮含量为0.52～1.10 g/kg，平均值为0.69 g/kg。从全县土壤样品全氮频率分布来看，出现频率最多的含量为0.52～0.60 g/kg，在这一含量范围内的样品占全县样品总数的60.6%，即四级，土壤样品全氮含量三、四级，即0.52～0.80 g/kg的土壤样品占这次化验样品总数的77.8%，土壤样品全氮含量一、二级，即0.81～1.10 g/kg的土壤全氮样品仅占这次化验样品总数的22.20%，可见总体储量全氮不足；2009年响水县耕地土壤5 366个样品中，全氮含量为0.52～1.10 g/kg，平均值为0.92 g/kg，出现频率最多的含量是1.00～1.10 g/kg土壤样品，占这次化验样品总数的40.10%，土壤样品全氮含量一、二级，即0.81～1.10 g/kg的土壤样品占这次化验样品总数的70.4%，土壤样品全氮含量三、四级，即0.52～0.80 g/kg的土壤样品占这次化验样品总数的29.6%，全氮含量明显在提高。2009年相比1984年土壤全氮平均值提高了33.33%。从响水县土壤全氮逐渐增加的趋势，分析认为农业上重视了秸秆还田等有机肥的投入，同时也加大了氮肥的投入。

2.3 土壤有效磷

磷素是作物营养三大元素之一。增加土壤中磷素营养，是作物高产优质的基础，磷可以提高作物抗性。此外，良好的磷素营养环境，还能促进土壤中固氮生物的繁殖和固氮作用，从而提高土壤肥力。

从表5可以看出，1984年全县583个土壤样品分析表明：土壤有效磷平均含量为（4±2）mg/kg，土壤有效磷含量低于5 mg/kg出现频率84.7%最高，低于5 mg/kg属于四级；其次是6～10 mg/kg，占化验样品总数的13.1%，属于三级。2009年全县大田耕层土壤有效磷含量在4.4～37.9 mg/kg之间，平均值为14.0 mg/kg，土壤有效磷含量10～15 mg/kg出现频率最高的是48.58%属于二级；其次是土壤有效磷含量高于15 mg/kg占样品总数的30.02%，属于一级；再次含量是5～10 mg/kg，占样品总数的17.89%，属于三级。从响水县土壤有效磷含量逐渐增加的趋势反映出对磷肥投入的重视。

2.4 土壤速效钾

钾在作物体内能促进酶的活性，增强光合作用，促进糖的代谢，促进蛋白质的合成，增强植物的抗逆性。土壤速效钾含量高低对农作物的生长发育具有重要影响，了解其变化对指导农业生产有着直接的作用。

从表6可以看出，1984年全县1 147个土壤样品分析表明，土壤速效钾平均含量为84 mg/kg，出现频率最高的三级含量50～100 mg/kg占样品总数的44.7%，其次是含量30～50 mg/kg，即四级，占样品总数的28.2%。2009年土壤样品化验分析，全县土壤速效钾含量平均为98 mg/kg，范围在25～342 mg/kg之间，出现频率最高的三级含量50～100 mg/kg占样品总数的45.1%，其次含量100～150 mg/kg为二级，占样品总数的22.3%。将2次化验的结果按照1984年第二次土壤普查速效钾的划分标准，分成一、二、三、四、五级对照来看，2009年土壤速效钾平均含量相比1984年提高了16.7%。从响水县土壤速效钾的变化反映出农业上合理使用钾肥。

2.5 土壤盐分

从表7可以看出，响水县土壤可溶性盐分主要来源于黄泛母质和母质长期受海水浸渍。1984年第二次土壤普查时，检测的是耕层全盐含量，根据全县2 824个样品的检测，土壤平均全盐含量0.73 g/kg，其中含量大于1.0 g/kg样品数占比为14%；而2009年检测的是可溶性盐含量，据化验结果统计分析，全县土壤可溶性盐含量平均为0.43 g/kg，范围在0.1～1.8 g/kg，大于1.0 g/kg的样品数仅占全部样品数的11.39%。可见，响水县土壤可溶性盐含量大部分是一级，土壤已基本脱盐。从而反映出响水县农业上注重农田水利建设和合理耕作种植制度。

2.6 土壤pH值

土壤pH值即土壤酸碱度，其不但影响土壤溶液的成分、土壤养分的有效性等，还影响耕地土壤对作物的适应性，它是耕地土壤生产能力的重要属性[4]。响水县土壤pH值平均为8.10，变幅在7.96～8.42，属碱性土壤，和1984年全县土壤平均pH值8.2相比，仅下降了0.1，酸化现象不明显。

3 结论与讨论

（1）响水县耕层土壤有机质含量偏低且分布不均匀。土壤样品有机质平均含量为15.2 g/kg，中等和较缺水平的土壤样本占样品总数的57.9%，42.1%样品有机质含量达较高水平。随着响水县农业生产步伐加快，复种指数提高，农民过量施用化肥，过分追求土地的产出数量，降低了有机肥的投入及用地和养地不协调，从而集中反映在土地质量和农产品品质的下降。在响水县可以选择秸秆还田、种植绿肥和增施农家肥等行之有效方法来增加土壤有机质，从而提高土壤质量[5-6]。

（2）耕层土壤全氮含量较高。全氮含量为0.52～1.1 g/kg，平均值为0.92 g/kg，中等和较高水平的土壤样本占样本总数的70.4%，只有29.6%的样本全氮含量较低。这与农民的施肥习惯有关，重视氮肥的大量或过量投入，未合理搭配科学施肥，导致土壤氮肥过剩，浪费化肥资源，同时，也造成了土壤面源和环境污染。

（3）耕层土壤有效磷含量较高。土壤有效磷平均值为14.0 mg/kg，中等和较高水平的土壤样本占样本总数的78.60%，只有21.39%的样本有效磷含量较低。这仍然同农民的施肥习惯有关，重视了磷肥的大量或过量投入，没有合理搭配科学施肥，导致土壤磷肥过剩，浪费了化肥资源，同时，也造成了土壤面源和环境污染。

（4）耕层土壤速效钾含量较高且分布不均匀。土壤速效钾含量平均为98 mg/kg，中等和较高水平的土壤样本占样本总数的82.4%，只有17.6%的样本速效钾含量较低，这与响水县土壤类型是盐土和潮土有关。

（5）耕层土壤可溶性盐分明显降低。土壤可溶性盐含量平均为0.43 g/kg，全县88.62%耕地面积基本脱盐。随着水旱轮作、秸秆还田面积逐年扩大和农田水利建设大量投入，全县土壤盐分含量明显在逐年降低，基本达到脱盐水平，因为响水县土壤类型为盐土和潮土，所以尚有11.39%耕地面积依然是三级盐分水平。

（6）耕地土壤pH值8.10，呈碱性。土壤pH值平均为8.10，变幅在7.96～8.42，属碱性土壤，与响水县土壤的形成过程有关，石灰性土壤导致了土壤pH值偏高，给农业生产带来不利影响：一是土壤施磷效益降低。由于碳酸钙的存在，使得可溶性的磷酸钙转变为难溶性的磷酸三钙，作物难以吸收利用，降低了磷肥肥效；二是使土壤中锌、硼、钼等微量元素的有效性降低，导致作物缺素。这种情况无法彻底改善，只能通过水旱轮作、秸秆还田、增施有机肥等方法调节。

（7）施肥结构存在问题。农民传统施肥习惯：尿素磷肥是当家肥，不分季节时间只要苗黄弱便施，从众心理严重，农村劳动力减少，劳作的繁重制约了有机肥的投入，因此改变农民常规施肥习惯为精确定量施肥，即测土配方施肥，势在必行。提倡在施用有机肥的基础上控制氮肥、磷肥施用，根据土壤类型适量施用钾肥，根据作物种类施用相应微量元素肥料。

4 参考文献

[1] 丁文雅，庐山.土壤有机质与全氮之间关系的研究[J].科技信息，2008（9）：320-321.

[2] 欧海，陈燕.三亚市凤凰镇耕地土壤养分状况分析[J].现代农业科技，2013（24）：250-251.

[3] 中华人民共和国农业部.测土配方施肥技术规范[S].北京：中国标准出版社，2008：9.

[4] 孙国跃，周萍，王祝余.响水县耕地地力变化趋势及应用对策[J].河北农业科学，2011，15（4）：29-32.

土壤水篇5

关键词：残膜；土壤水分；运移

中图分类号：S152.7 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）24-6418-03

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.24.024

地膜覆盖对增加作物产量和提高经济效益有重要作用，地膜已在中国农业生产中得到了广泛使用。但由于地膜在自然环境中难以降解，因而长期使用会使土壤中残留大量地膜。关于地膜残留对土壤、作物等的影响已有比较多的研究，如地膜会对土壤物理性质[1-3]、土壤微生物[4，5]、农作物的生长[3，6，7]和产量[8-10]等产生不利影响，地膜残留还会影响土壤水分向上和向下移动[11，12]等。但以往相关研究采用的残膜面积都较大，以面积在50 cm2以上的残膜为主。实际调查结果显示，残留在土壤中的地膜多数都以小块膜为主（残膜面积小于4 cm2）[13-15]，少数以中块膜（残膜面积为4～25 cm2）为主[16]，而且随着年限的增加，大块膜还会逐渐破碎成为小块膜，增加土壤中小块膜的片数[13]。因此，有必要进行残膜面积特别是小面积残膜残留对土壤和作物影响的研究。本研究采用室内模拟的方法重点对地膜残留量和残膜面积对土壤水分移动的影响进行研究。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试土壤为0～20 cm的黄棕壤，采自湖北省农业科学院南湖实验站，质地较粘，属重壤。采集的土壤风干过5目筛后备用。供试土壤pH 7.16，有机质23.15 g/kg，全氮2.20 mg/kg，全磷0.60 mg/kg，碱解氮156.51 mg/kg，速效磷21.79 mg/kg，速效钾173.38 mg/kg。

供试地膜为市场购置的厚度为0.005 mm的白色聚乙烯地膜，剪成不同面积大小后进行试验，残膜近似正方形。

1.2 试验方法

本研究采用室内模拟的方法分别研究了残膜对水分向上和向下移动的影响。每个类型试验都设置

模拟水分移动的装置为带有底座的有机玻璃管，有机玻璃管外径100 mm，内径90 mm，高300 mm，底部封口并布满小孔，具体装置见图1。

在研究地膜残留对土壤水分向上移动的影响时，试验过程如下：先在土柱底部垫一张9 cm的定量滤纸，然后装入2 cm厚的石英砂，再垫一张9 cm的定量滤纸。待上述过程结束后，将过5目筛的风干土壤样品1 550 g与不同处理的残膜混合均匀后装入土柱，最终土柱高度为20 cm。在密封的有机玻璃底座中加入足量的水（以将有机玻璃柱放入底座中水不溢出为准），然后将有机玻璃柱放入底座中，于第七天记录并分析土柱中土壤水分向上移动的距离。

在研究地膜残留对土壤水分向下移动的影响时，试验过程如下：先在土柱底部垫一张9 cm的定量滤纸，防止土壤样品将土柱底部的小孔堵塞，然后将过5目筛的风干土壤样品1 550 g与不同处理的残膜混合均匀后装入土柱，最终土柱高度为20 cm。装柱后在土柱上部垫一张9 cm的定量滤纸，然后装入2 cm厚的石英砂。在土柱的上部空间加入足量的水并每隔1 h对水量进行补充（以水不溢出土柱为准），于5 h后记录并分析土柱中土壤水分向下移动的距离。

1.3 数据处理与分析

用Excel软件进行数据整理和作图，用SPSS 11.5软件进行统计分析。

2 试验结果

2.1 残膜对土壤水分向上移动的影响

土壤水分向上移动的结果表明，残膜会阻碍土壤水分向上移樱而且残留量越大，阻碍作用越明显。当残膜面积为4～25 cm2时，1 600 kg/hm2残留量的土壤水分向上移动距离为14.4 cm，仅为20 kg/hm2添加量的76.9%。此外，残膜面积大小也是影响土壤水分移动极其重要的因素。残膜面积越大，对土壤水分向上移动的阻碍作用越大，比如，当残留面积为

2.2 残膜对土壤水分下渗的影响

残膜对土壤水分下渗影响的结果见图3。研究结果表明，无论残膜面积是

3 小结与讨论

地膜是中国农业生产重要的生产资料，但长期使用会使土壤中残留大量地膜。残膜不仅会对土壤物理和生物性状以及农作物的生长产生不利影响，也会影响土壤水分运移。武宗信[11]和南殿杰[12]对大面积残膜（50 cm2以上）对土壤水分移动影响进行研究表明，残膜存在于土壤中会对水分的上移产生一定影响，残留量越大，水分移动速度越慢。本研究中不同面积残膜对土壤水分上移的结果也表明，残膜会阻碍土壤水分向上移动，而且残留量和残膜面积越大，阻碍作用越明显。残留地膜对土壤水分向上移动的影响可能主要是阻碍了土壤毛细管水的移动，导致土壤水分向上移动的路径被阻断，从而降低土壤水分向上移动的速度。

本研究显示，残膜有一定的促进土壤水分下渗的作用，但解红娥[17]和南殿杰[12]研究表明，土壤中残膜会降低土壤水分下渗的速度。本研究与两位研究者的结果之所以不同，可能主要是因为他们研究选用的残膜面积为50～300 cm2，大于本研究中所采用最大残膜面积25～30 cm2。残膜面积过大，几乎切断了土壤水分下渗的孔隙，使得土壤水分无法下渗。此外，残膜对土壤水分下渗的影响没有表现出随残膜量增加而规律性变化的特点。因此，残膜对土壤水分下渗的影响尚需进一步研究。

参考文献：

[1] 李青军，危常州，雷咏雯，等.白色污染对棉花根系生长发育的影响[J].新疆农业科学，2008，45（5）：769-775.

[2] 向振今，李秋洪，刘林森.农田土壤中残留地膜污染对玉米生长和产量影响的研究[J].农业环境保护，1992，11（4）：179-180.

[3] 赵素荣，张书荣，徐 霞，等.农膜残留污染研究[J].农业环境与发展，1998（3）：7-10.

[4] 赵 雪.地膜残留累积对土壤生物活性影响的研究[D].西安：西安科技大学，2007.

[5] 黄星炯，陈仲清，刘香春.地膜残留土壤对花生生育影响的研究[J].中国油料，1993（3）：45-48.

[6] 马 辉.典型农区地膜残留特点及对玉米生长发育影响研究[D].北京：中国农业科学院，2008.

[7] 陈 晶，黄邦升，纪洪彦，等.残留地膜对农业环境影响的研究初报[J].农业环境保护，1989，8（2）：16-19.

[8] 茹克亚・艾比布拉，卡依尔江・卡哈尔，居马古力・司马依.库尔勒地区农村使用地膜状况与环境污染问题浅讨[J].新疆农业科技，2007（6）：44.

[9] 农七师130团残膜调查组.残膜污染土壤的调查[J].新疆农垦科技，1990（4）：3-4.

[10] 孙文英，张 生，刘德玉.残留地膜对农作物及土壤影响的研究[J].农业环境保护，1989，8（5）：19-21，32.

[11] 武宗信，解红娥，任平合，等.残留地膜对土壤污染及棉花生长发育的影响[J].山西农业科学，1995，23（3）：27-30.

[12] 南殿杰，解红娥，高两省，等.棉田残留地膜对土壤理化性状及棉花生长发育影响的研究[J].棉花学报，1996，8（1）：50-54.

[13] 刘建国，李彦斌，张 伟，等.绿洲棉田长期连作下残膜分布及对棉花生长的影响[J].农业环境科学学报，2010，29（2）：246-250.

[14] 马 辉，梅旭荣，严昌s，等.华北典型农区棉田土壤中地膜残留特点研究[J].农业环境科学学报，2008，27（2）：570-573.

[15] 刘长庆，王 琦，李传华，等.马铃薯田地膜残留特点研究[J].山东农业科学，2010（4）：79-80.

土壤水篇6

摘要：

为了研究开孔河流域棉田不同定额冬灌对土壤水分及盐分的影响，缓解地区春季农业用水压力，探究棉田只冬灌的灌水模式是否能够满足棉花出苗阶段生理需水要求，通过大田试验，对比分析了各处理（1200、1800、2400、3000、3600、4200m3/hm2）灌前与灌后不同时期0~100cm土层水分、盐分的变化情况。结果表明，小定额灌水条件下耕作层水分易蒸发，保水效果不显著，返盐现象严重，脱盐作用较弱。经比较分析，冬灌定额为3600m3/hm2时，具有显著的保墒压盐的作用，可为返春后的棉花播种及出苗提供较好的水盐条件,可起到减少春灌定额或免除春灌的作用。

关键词：

冬灌定额；脱盐效果；土壤含水率

0引言

新疆地处西北干旱区，水资源严重不足，新疆农业用水量占新疆用水总量的90%以上。为解决目前突出的水资源供需矛盾，膜下滴灌等高效节水灌溉技术得到了广泛应用。但由于滴灌深层渗漏较少，长期滴灌必然引起土壤盐渍化问题。实践证明，棉田在冬季大水漫灌后，可以较好保持土壤水分，对土壤盐分有一定的淋洗作用。但是传统冬灌灌水定额普遍偏大，水资源利用效率不高，因而，探索适宜的冬灌定额显得尤为重要[1-4]。非生育期灌溉主要有冬灌和春灌，二者从压盐与保墒的作用来看，各有不同。春灌比冬灌保墒效果好，但由于春季气温升高，地表蒸发增强，春灌对于土壤盐分淋洗效果不如冬灌。此外土壤类型也是决定该地区灌水类型的重要因素。为此，从土壤水分、盐分、灌溉水量等综合调控的角度，在假设免除春灌条件下，分析不同定额冬灌对土壤水分及盐分的影响，并提出适合当地棉花种植的冬灌定额，为当地冬灌提供理一定论依据[4-10]。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验地点设在新疆塔里木河流域巴音郭楞管理局水利科研所，地处86°12′E，41°36′N，海拔886m，属干旱区暖温带大陆性荒漠气候，干旱少雨，蒸发强烈，昼夜温差大。多年平均降水量58.6mm，多年平均蒸发量2788.2mm（采用直径20cm蒸发皿测量），日照时间3036.2h，年平均气温11.48℃，≥10℃积温4121.2℃，经测定，试验区土壤类型为粉土，田间持水率（质量）为25%[11]。

1.2试验方法

2014年11月25日至次年3月采用小区对比方法进行了棉田冬灌大田试验，试验小区东西走向，逐次排列6个，并根据灌水量不同在试验地划分出6个3m×3m的小区，设置6个灌水处理，灌水定额分别为：1200、1800、2400、3000、3600、4200m3/hm2。在每个小区内的宽行、窄行及膜间设置取土点，并在远端设1组重复，2组取样点相距1.5m。取土点深度为1m，取土间隔为0.1m，并取0~1cm及0~5cm土层土样，将0~1cm土层土样作为表层土样。采用烘干法测定土样含水率，使用型号为DDS307的电导率仪测定土样电导率，将取得的数据进行处理并对比分析灌水前后土壤水分及盐分变化情况。

2结果与分析

2.1不同冬灌定额对土壤水分的影响

通过对比灌前、灌后15d和灌后105d土壤水分分布（图1）可得，较小定额（1200~1800m3/hm2）的处理（图1（a）、（b））灌前0~30cm土层含水率为12.9%~14.0%；灌后15d该土层含水率为17.4%~20.1%，为灌前含水率的1.35~1.44倍；灌后105d该土层含水率为13.8%~14.9%，仅为灌前含水率的1.06~1.07倍。这是因为灌水量较小时，土壤水分受入渗与蒸发双向运移影响，随着时间的推移而逐渐减少，从而无法发挥保水的作用。随着灌水定额逐渐增加（图1(c)、(d)、(e)、(f)），土壤水分分布与较小定额时逐渐显现出不同的规律，灌前0~30cm土层含水率为10.5%~13.8%；灌后15d该土层含水率为16.6%~22.2%，为灌前含水率的1.55~1.69倍；灌后105d该土层含水率为13.1%~17.9%，虽然与灌后15d土层含水率相比有一定的减少，但仍可达到灌前土层含水率的1.23~1.41倍。这是由于较大定额（2400~4200m3/hm2）灌水后，即使土壤水分在各向运移中产生一些损失，但仍可保留一定量的水分储藏在土层中。当冬季来临，土层冻结，水分凝固长时间保留在土层中，在春季消融时土壤含水率较未冬灌时有明显提高，起到了冬灌保墒的作用。由图1可知，灌后15d各处理0~30cm土层含水率趋势均呈现“V”字形，在距地表5~10cm含水率达到峰值，而后出现骤降。通过距地表5、15、25cm埋设的地温传感器得到的数据（图2）发现，在灌水15d后0~30cm土层的温度基本保持在-4.4~-0.2℃之间，这说明土壤出现了冻融现象[12-14]。而冻融现象的产生，使大部分水分保留在耕作层，向土壤深层运移速度减慢，这为冬灌保墒提供了较好的依据。根据灌后15d，105d的土壤水分分布情况，结合各处理含水率增幅（表1）得出，灌后15d，各处理0~20cm土层含水率增幅为5.7%~11.2%，0~40cm土层含水率增幅为3.9%~7.7%，0~80cm土层含水率增幅为3.2%~5.5%。虽然不同深度各处理含水率增幅的范围并不一致，但在每个深度土层，含水率增幅基本都随着灌水定额梯度增加，其中存在一定波动，这是由灌水方式及冻融对水分在土壤中运移产生的影响而造成的，但并不影响含水率增幅随灌水定额变化的整体趋势。灌后105d，由于地温升高，地表蒸发加剧，导致土层水分减少，所以灌后105d各处理各深度土层含水率较灌后15d有所减少。而棉花苗期要求0~40cm土层含水率应占田间持水率的60%~70%为宜[18]。通过土层含水率增幅可以看出，灌水定额1200m3/hm2和1800m3/hm2在0~40cm土层含水率只能保证在田间持水率的58%~61%之间，其增幅为0.9%~1.0%。这说明在该冬灌定额下，只靠冬灌用于土地的保墒，无法满足来年播种棉花的土壤水分要求。而灌水定额3600m3/hm2和4200m3/hm2在0~40cm含水率增幅为5.0%~5.5%，且含水率为田间持水率的74%~77%。两个灌水处理对土壤水分的补给基本满足棉花生长初期的土壤水分要求，可以在此冬灌定额基础上，减少春灌水量，甚至免除春灌，以达到减少不必要水资源消耗的目的。

2.2不同冬灌定额对土壤盐分的影响

由于不同定额灌水，会直接影响不同深度土层土壤含水率，从而进一步影响土壤盐分的变化。通过不同处理土壤剖面电导率对比分析（图3）可知，在不同灌水定额条件下，随着时间推移，土壤含盐量会呈现出不同的变化特点[15-17]。从表2可看出，灌后105d，所有灌水处理在浅层土壤都出现了不同程度的返盐现象，其中灌水定额1200、1800m3/hm2处理返盐现象较严重，均高于灌前土壤含盐量，这很难为棉花的播种与出苗提供良好的生长条件。但是随着灌水定额的增加，返盐现象逐步减弱，不同土层的脱盐率稳定在20%~30%之间（图3），这是因为较大定额（2400~4200m3/hm2）灌水条件下，土壤含水率较高，土壤中含盐量相对稳定。张豫等[19]提出棉花生育期耐盐指标：棉花耐盐临界值为0.302%；耐盐极限值为1.119%；土壤含盐量为0.450%~0.581%时，棉花相对产量可以保证在85%~50%。通过换算，当冬灌定额控制在3600~4200m3/hm2之间时，土壤盐分得到充分淋洗，从而得到适合棉花播种及出苗的土壤环境，为棉花生长提供较好生长条件。根据冬灌试验对土壤水分及盐分的影响进行分析，发现灌后15d土壤浅层出现了冻融现象，较小灌水定额（1200、1800m3/hm2）的脱盐效果不明显，但随着灌水定额的增加，对盐分的淋洗作用愈加明显。由于地温升高，地表蒸发加剧，灌后105d土壤含水率较灌后15d有所降低，但是灌水定额3600、4200m3/hm2处理0~40cm土层含水率可以达到田间持水率的74%~77%。对于土壤盐分，各处理都出现一定程度返盐现象，但随着灌水定额增大，返盐情况有所减弱，灌水定额3600、4200m3/hm2处理脱盐效果较好。综合不同灌水定额灌后棉田土壤水分在垂直方向的分布，以及对盐分的淋洗效果，并结合水资源利用效率分析，认为3600m3/hm2灌水定额更为适宜，基本满足棉花生长初期的土壤水分要求，为免除春灌提供可能性。

3结论

1）在灌后不同时期，虽然冻融现象及地表蒸发加剧等因素对土壤水分运移有一定的影响，但没有改变灌水定额对土壤水分影响起主导作用的趋势。对于土壤盐分，随着灌后地表蒸发加剧，灌水定额3600、4200m3/hm2处理不同土层的脱盐率仍可稳定在20%~30%之间，脱盐效果明显。结合水资源利用效率分析，认为3600m3/hm2的冬灌定额基本满足棉花生长初期的土壤水分要求，可达到减少春灌水量或免除春灌的目的。

2）随着灌水定额的增加，土壤含水率并不是依次增加，而是有一定波动性，这是由灌水方式造成的，大水漫灌可能会造成水分不均匀入渗，这对数据的汇总及分析有一定影响。在以后的研究工作中，拟采用漫灌与滴灌2种灌水方式，冬灌与春灌多种组合的灌水方案。

3）只冬灌，少免春灌的灌溉模式并非适用所有地区，应根据当地实际水资源量和土壤类型对非生育期灌水做出相应的调整。在水资源充足且盐碱度较重的棉区，可采取冬灌又春灌的灌水模式压盐效果较好；对于水资源丰富且可调控的地区，应优先选择冬灌免春灌的灌水模式进行洗盐，因为春季地温升高，蒸发加剧，这时灌水不利于保墒压盐；在冬季水资源紧缺且春季水资源充沛的情况下，考虑采用春灌。也应根据当地土壤类型做出相应调整。对于黏性较大的土壤，由于颗粒较小，保水性较好，应该优先采用冬灌免春灌的模式进行灌溉；对于沙性较强的土壤，由于颗粒较大，保水性较差，主要采用春灌免冬灌的模式进行灌溉。以达到最大限度地节约水资源，保证出苗率的目的。

参考文献：

[1]陈小芹，王振华，何新林，等.北疆棉田不同冬灌方式对土壤水分、盐分和温度分布的影响[J].水土保持学报，2014，28（2）：132-137.

[2]杨荣，苏永中.农田利用方式和冬灌对沙地农田土壤硝态氮积累的影响[J].应用生态学报，2009，20（3）：615-623.

[3]张伟，李鲁华，刘建国，等.准葛尔盆地南缘不同土壤质地棉田膜下滴灌盐分运移规律研究[J].水土保持学报，2009，23（2）：52-56.

[4]杨鹏年，董新光，刘磊，等.干旱区大田膜下滴灌土壤盐分运移与调控[J].农业工程学报，2011，27（12）：90-95.

[5]张俊，周成虎，李建新，等.新疆焉耆盆地近40年土地利用与土地覆被演化[J].资源科学，2004，26（6）：30-37.

[6]王水献，董新光，寇文，等.马尔柯夫过程预测焉耆盆地土地利用/覆被格局变化[J].干旱区资源与环境，2007，21（10）：28-33.

[7]王水献，董新光，刘延峰，等.焉耆盆地绿洲区近50年地下水文时空变异及水盐演变[J].地质科技情报，2009，28（5）：101-108.

[8]周成虎，罗格平，李策.博斯腾湖环境变化及其与焉耆盆地绿洲开发关系研究[J].地理研究，2001，20（1）：14-23.

[9]李邦，杨岩，王绍明，等.干旱区滴灌棉田冻融季土壤水热盐分布规律研究[J].新疆农业科学，2011，48（3）：528-532.

[10]刘广明，杨劲松，李冬顺，等.地下水蒸发规律及其与土壤盐分的关系[J].土壤学报，2002，39（3）：384-389.

[11]高龙，田富强，倪广恒，等.膜下滴灌棉田土壤水盐分布特征及灌溉制度试验研究[J].水利学报，2010，41（12）：1483-1490.

[12]麦麦提吐尔逊•艾则孜，海米提•依米提，马蓉，等.1956—2010年新疆焉耆盆地径流变化特征及驱动力分析[J].冰川冻土，2014，36（3）：670-677.

[13]张殿发，郑琦宏.冻融条件下土壤中水盐运移规律模拟研究[J].地理科学进展，2005，24（4）：46-55.

[14]龚家栋，祁旭升，谢忠奎，等.季节性冻融对土壤水分的作用及其在农业生产中的意义[J].冰川冻土，1997，19（4）：40-45.

[15]张金珠.北疆膜下滴灌棉花土壤水盐运移特征及耗水规律试验研究[D].乌鲁木齐:新疆农业大学，2010.

[16]张江辉.干旱区土壤水盐分布特征与调控方法研究[D].西安:西安理工大学，2010.

[17]王水献，吴彬，杨鹏年，等.焉耆盆地绿洲灌区生态安全下的地下水埋深合理界定[J].资源科学，2011，33（3）：422-430.

[18]饶忠平.棉花常见灾害的预防及补救措施[J].中国农业信息(上半月)，2011（7）：24-25.

土壤水篇7

【关键词】污水灌溉土壤污染技术措施

中图分类号：U664.9文献标识码： A

当今世界范围内，都面临着不同程度的用水危机，有些地方甚至严重制约着社会的正常发展。农业是用水大户，约占总用水量的60%―70%。在中国，灌溉农业用水占总用水量的70%以上，随着社会发展、城市化进程加快和人口增加，水资源供需矛盾会更加尖锐。污水灌溉应用于农业将成为缓解水资源供需矛盾的重要方面。污水回用于农田灌溉具有很大的潜力，但容易造成重金属累积以及病原微生物污染的健康风险，而且灌溉土壤一旦被污染，将难以治理，也会带来一系列的水土环境、生态安全等问题。因此，在当今建设资源节约型、环境友好型社会的形式下，不得不重新审视污水处理水灌溉这一问题，怎样进行合理的污水灌溉，成为当今的又一研究热点。

1、研究背景及目的意义

污水灌溉就是人们有意识、有目的地利用土壤环境自净功能，解决水资源缺乏和污水资源化的重要应用工程措施。由于大多数污水中含有较丰富的N、P、K、Cu、Zn等，能为作物提供多种营养元素，且在一定范围内能使作物增产，污水灌溉不仅为农业生产提供了灌溉水源，也为污水的处理提供了一条廉价的解决途径，既保护了水环境，又缓解了水资源供需之间的矛盾。但污水中也含有大量的有毒有害物质，盲目的污水灌溉导致了一些地区的土壤有毒有害物质积累，土壤受到不同程度的污染，造成作物减产，农产品质量变劣，土壤生态环境不断恶化，甚至弃耕。如何合理利用污水资源，对土壤污染进行防治，已成为当前急需解决的土壤环境问题。污水灌溉应当因地制宜、合理利用，这对土地的可持续利用、保护土壤环境、缓解水资源的供需矛盾、保证农业的可持续发展有重要的意义。

2、目前污水灌溉存在的问题

最早提出使用污水灌溉的目的，一是对污水中N、P等植物营养素的期望，二是借助灌溉通过土壤对污水进行净化处理。这在一定技术保障前提下是可行的，也是有利的，但由于近几年排污量及污染成份大量增加，且大部分未经任何处理直接排入河道、湖泊等天然水体，致使依靠地表水灌溉的农田被迫使用污水灌溉。污水灌溉存在的主要问题如下：

(1)城市工业废污水处理率低，水质不达标；

(2)污灌前缺少污水处理措施；

(3)污水灌溉技术很少，难以指导污水资源利用；

(4)污灌区缺乏污水灌溉环境监测评价处于无人管理状态；

3、污水灌溉对土壤的影响

土壤是天然的净化器，土体通过对各种污染物机械吸收、阻留，土壤胶体的理化吸附、土壤溶液的溶解稀释、土壤中微生物的分解及利用，发生物理和生物化学作用，大部分有毒物质会分解、毒性降低或转化为无毒物质，有机物为作物生长发育所利用。但是土壤的净化和缓冲能力是有一定限度的，长期引用未经任何处理的不符合标准的污水灌溉农田，土壤中的有机污染物及重金属含量超过了土壤吸持和作物吸收能力，必然造成土壤污染，出现土壤板结、肥力下降、土壤的结构和功能失调，使土壤生态系统平衡受到破坏，引起土壤环境恶化，土壤生物群落结构衰退，多样性下降，产生环境生态问题。

3.1有机污染

氰、酚、多环芳烃、烷基苯、磺酸盐、苯并(a)芘等都是有害的有机化合物，其中很多是三致（致癌、致畸、致突变）物质。有机污染物的挥发性小，残留期长，难以被生物降解，易通过食物链在生物体内积累。目前某些污水灌区由于污水中含有有机污染物，已经造成了土壤有机污染。某灌区是我国最大的石油类污水灌区之一，污水灌溉历史已长达数年。全区污水灌溉面积达0. 87万hm2，由于长期采用该区排放的富含石油烃、挥发酚、硫化物等污染物的工业、生活污水进行灌溉，已使该区域农田土壤遭受严重污染，土壤中毒物积累严重。上游地区石油类含量均值在500mg/kg以上，超过清灌区（对照点）6倍，中下游地区平均约200mg/kg，超过清灌区2倍以上。小三江污水灌区，在近年已检出土壤中有机化合物8类2 9种，以烷烃、酸类、酮类检出种数为多，2 9种有机化合物中，5种为致癌物，1种为致畸和致突变物，4种为刺激性物质。

3.2重金属污染

土壤重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特点。长期灌溉含有大量重金属的污水，会使土壤中的一些重金属的含量增加，如广州市郊污灌区土壤中Cd、Pb、Hg、Zn、Cr、Cu的浓度为清灌区的1.8～4.5倍（如表），污灌区土壤Hg的浓度最高达2.3mg/kg，Zn的浓度最高达1320mg/kg，明显异常。

据全国污灌区调查，在约1 40万h m2的污灌区中，遭受重金属污染的土地占污灌区面积的64. 8%，其中轻度污染的占46. 7%，中度污染的占9.7%，严重污染的占8.4% 。

3.3酸、碱、盐污染

经常引用含酸、碱、盐的废污水灌溉会改变土壤的pH值，引起土壤次生盐渍化、碱化等土壤退化问题，导致土壤结构破坏。污水中Na+过高还会引起土壤颗粒分散，物理性质恶化。污水中的可溶性盐分随水进入农田土壤，愈靠近污水输水干渠，土壤全盐含量愈高。如市区东郊水磨河灌区，污水矿化度为1. 38～2. llg/L，多年污水灌溉后土壤表层含盐量达0. 21%～0. 51%，出现轻度至中度盐渍化。在华南不同污水类型灌区土壤中全盐量变化，其大小顺序为工矿污水>城市生活污水>清灌。

土壤酸度增加往往会加速土壤养分的淋失，特别是Cu、Zn等植物必需元素的淋失，而对于受重金属污染的土壤，酸度增加会引起重金属活性提高，从而增加对植物的毒害。

3.4其化污染

3.4.1氮污染

污水中所含大量氮磷化合物在土壤微生物的作用下，会转化为硝酸盐和磷酸盐。氮、磷在土壤中大量累积，会由于水的淋洗作用及地表径流引起水体富营养化；土壤氮含量过高，会导致作物徒长、倒伏、贪青、晚熟，易遭受病虫危害。

3.4.2生物污染

生物污染主要是病毒、病菌和寄生虫卵等。利用含有致病菌的污水灌溉的土壤，很可能会成为某些疾病流行的媒介，污染地下水和作物，进而危及人类及家畜的健康。有资料表明，污水灌溉处理不当地区居民的肝炎、脑血管、肺心等病的发生、死亡率均比对照区要高。不同的灌溉方法会影响潜在的病菌传播，如滴灌、渗灌、微喷等。

3.4.3悬浮物污染

污水含有大量悬浮物，土壤经长期污灌，会增加土壤容重，堵塞土壤孔隙，破坏土壤结构，使土壤出现板结现象等，使土壤肥力降低。

4、防治污灌对土壤污染的技术措施

污水灌溉所带来的诸多弊端已引起人们高度重视，必须采取科学对策，着手控制污染，改善水质，以保障污水灌溉的可持续发展。

4.1进行预处理，加强水质监测

污水灌溉水质控制是实现污灌区污染防治的先决条件，必须对污水进行预处理，使污水达到农田灌溉水质标准。为避免输水过程中对沿线土壤和地下水的污染，应采用管道输水，并在管道起点处进行消毒。还可利用低洼地修建各种氧化塘和人工湿地处理污水，使水质达标。

4.2建立污水灌溉制度，加强科学管理

污灌区的布局要进行合理的规划，根据污灌水质、土壤类型、作物品种和气候条件的不同，制定污水灌溉的管理办法。根据土壤水分动态、土壤污染降解能力、作物耗水需肥量、污染物在作物中的残留规律以及防渗要求，建立污水灌溉制度。污水灌溉对作物中有害元素残留的影响一般是后期，按照作物生育特性和需水、需肥临界期，确定污水灌溉时期。一般作物在幼苗期与花穗期均不能进行污灌。

4.3调整污灌区农作物种植结构

应根据污水的性质调整种植结构，氮、磷等养分含量较高、其他污染物含量很少的污水，用于蔬菜和粮食作物灌溉；重金属含量较高的污灌区种植不可食用的且耐重金属的植物，如草皮、花卉与观赏性或绿化用的苗木：高污染地区不作农业用地。同等污水灌溉条件下，粮食作物的污染物残留量为：小麦>水稻>玉米，蔬菜作物：叶菜类>水生蔬菜>茄果类>根菜类，应根据这个规律调整作物种植结构。调查研究表明，作物株体不同部位对污染物累积程度不一，呈现根、茎、叶、籽粒果实递减的规律。因此食用根、茎、叶的蔬菜和土豆等作物应杜绝污灌，小麦、玉米、谷子、棉花等作物可适量引污灌溉。

4.4改变污水灌溉方式

传统的淹灌、漫灌、沟灌，灌水分布不均，很容易造成灌水过量，致使局部地区土壤受到污染。喷灌、微灌、滴灌等灌水技术不仅节水节能，而且由于输配水管道的防渗作用，对防止土壤污染作用明显。

4.5污灌区渠道防渗

目前，大部分污灌区的干支渠未做防渗处理，污水渗漏量较多，部分地区输水渠道两侧的地下水已受到污染，因此应加强污灌区输水渠道防渗工程建设，特别是距村庄较近的渠段，更应做好防渗处理，避免污染饮用水源。

4.6整治和改造受污地区

对已经受污染的农地，可通过施加改良剂，如石灰、铁盐等，通过沉淀或吸附来降低重金属的有效性；也可通过改变耕作制度，如深翻、水改旱等，减轻重金属的危害。严重的地方，可采用排土法、客土法等工程措施。

土壤水篇8

【关键词】土壤固化技术；水土保持工程；施工工艺；养护

土壤固化技术是一门综合性的工程技术，集力学、结构学、化学等众多学科理论于一体，其处理对象包括砂土、淤泥、生活垃圾等一些固体物质或半固体物质，不仅起到加固、稳定作用，还能增加结构的防渗、耐久、防污、抗冻、变形、稳定性能，在治理水土流失、改善生态环境具有重要作用，随着该项技术的不断发展，当前已广泛应用于水利水电、交通、海防、环保以及市政等各个领域。我国地域辽阔，各地区地理地貌、地质条件差异很大，所以一些地区工程的水土保持工作问题也日益凸显，特别是干旱、荒漠、昼夜温差过大、冷暖频繁交替的地区，做好水土保持工作更是一大挑战。土壤固化技术则为水土保持工作提供了强有力的支撑，下面就对其在水土保持工程中的应用做出探讨研究。

1 土壤固化技术概述

土壤固化技术是将土壤固化剂与土壤混合压实的一种用于土壤固化、稳定的工艺，通过土壤固化剂将土壤活性和胶结土壤颗粒激活，使松散土形成具有一定强度、承载力、抗渗力和耐久性的固结土，从而改变原土壤吸水后不稳定的特性，在治理水土流失、改善生态环境方面有着积极作用。土壤固化剂具有以下特点：具有很高的固化强度，与水泥固化相比，同龄期抗压强度可提高180%以上，抗折强度则可提高200%以上；具有较强的抗腐蚀性，能够抵抗酸碱盐的腐蚀；具有很好耐水性和耐久性，土壤固化后水稳定性、抗渗性、抗冻性和整体强度都会大幅度提高；相较于水泥固化，土壤固化剂的干缩性更小，耐磨性更好；固化土具有很广的适用范围，在实际工程中可因地制宜、就地取材。在水土保持工程中，无毒、安全也非常重要，相关检测表明，土壤固化剂能够满足水土保持工作要求。

2 土壤固化技术在水土保持工程中的应用

2.1 土壤固化在水土保持工程中实施的测试和要求

在水土保持工程中应用土壤固化技术时，必须按照要求做好相关方面的测试和试验，确定土壤粒度、水分范围、拌合物碾压时间，通常，土壤颗粒应小于5mm，土壤水分含量保持在25%-35%，搅拌时应保证土壤固化剂与土壤的充分混合，混合均匀度必须达到80%以上，在拌制后2个小时内可进行碾压；做好强度试验，在压实度达到90%的情况下采用70.7mmx70.7mmx70.7mm标准制样进行7天无侧限抗压强度试验，强度应大于1.5Mpa；进行现场试验，该试验内容包括施工现场混合料配比试验、室内成型试验、室内标准养护试验、现场施工成型试验、现场养护试验、现场取样制作试验，通过进行对比分析获取工程所在地自然条件下固化土体的各种物理性能与理论数据的差异规律，在标准样制模14天干化后还要进行浸泡、抗冻和毒性试验，保证固化剂配比具备一定的抗浸泡能力和抗冻能力，确保土壤重金属、氟化物、氰化物等物质的安全性能；另外，还要进行观测试验，观测固化层的抗压强度、耐久性能和变形性能。

2.2 施工工艺

土壤固化技术的施工流程为测量放线―基槽开挖或场地平整―地基夯实―模板支护―备料、筛分、闷料―加入土壤固化剂拌合―分层摊铺回填、夯实、收面―养生，在施工过程中，可通过人工施工方式或者采用小型机具进行施工，施工简单方便。

首先，堆放材料前，应首先整理下承层，使路面垫层强度、坡度和平整度都达到设计指标和相关技术要求，然后将中线布设在路面基层或土基上，根据工程实际情况控制点处设标桩进行测量放样，测量实际高程，并标出固化层边缘的设计高度。其次，做好材料准备工作，选择无机类土壤固化剂，土壤中应无杂物、树枝、杂草、腐殖土等，清除尺寸超出设计范围的土壤颗粒，之后计算出各种材料的用量和配合比，并将土均匀堆放起来。第三，摊铺土料，在摊铺前应进行相关试验确定摊铺系数，之后选择合适的摊铺工具将土料均匀摊铺在设计宽度上，保证摊铺平整度，摊铺完成后要对其厚度进行检验，达标后可进入下达工序施工。第四，摊铺完成后，如果发现土壤含水量过小，可采用均匀洒水的方法闷料，避免局部水分过少或过多。第五，摊铺土壤固化剂，摊铺前根据计算出的使用量将其按照施工作业路段摆放好，之后采用人工摊铺方法或刮平机将固化剂均匀摊铺在平整的土层上；结合施工条件选择合适拌合器具将材料均匀拌合，为了防止固化剂落入底部，在开始拌合时应掌握拌合力度，不应拌到底。第六，采用洒水车再次均匀洒水，洒水完毕后，需要再拌合至少4遍，拌合期间，实时检查混合料含水量，实际含水量不应小于最佳含水量，可稍微大于最佳含水量，待到混合料均匀且含水量适中即可停止拌合。第七，整型、碾压，需要注意的是，从拌合到碾压时间不应超过5小时，初步碾压后要在路面上均匀撒铺2～4cm厚的混合碎石，然后再次碾压，使碎石完全嵌固在固化层中，确保路面层没有明显轮迹；碾压期间，始终要保持表面湿润，发现松散或起皮现象要及时处理；压实度应大于90%，根据实际施工条件选择合适的碾压机，保证有足够均匀的压实度。最后，做好养护工作，可采用洒水覆盖法进行养护，养护期大于7d，通常在7d养护时间内试件的强度就会基本稳定；对于干旱、多风沙地区应进一步规范其固化施工，确保固化强度达到设计要求。

3 结语

实践表明，土壤固化技术是一项非常有效、经济、环保、可靠、方便的水土保持措施，用于水土保持工程的可行性与可操作性极强，它不仅能够起到加固、稳定的作用，还能够满足水土保持对固化层耐久性能、变形性能、防渗性能、稳定性能的要求，在促进资源的循环利用与恢复生态环境方面起着积极作用，具有极高的环境效益、社会效益和经济效益。我们应当不断总结实践经验，不断探索创新，加大对土壤固化原理的研究，尽快制定相应的行业标准，并促进专业施工队伍的形成，努力夯实土壤固化技术在水土保持工程和其他领域中的应用基础。

参考文献：

[1]许光照，武晟，王云正.土壤固化技术在水土保持工程中的应用研究[A].中国水土保持学会水土保持规划设计专业委员会2011年年会. 2011.

[2]武晟，许光照，谢永平，胡丽萍.土壤固化技术应用于戈壁荒漠区水土保持工程的试验研究[J].水土保持通报，2013（1）.

土壤水篇9

工业污染以及农药、化肥的不当使用，我国农地土壤中的重金属含量迅速增加，使得土壤生产力下降、农产品遭受污染，这已经成为了阻碍农业绿色、高效、可持续发展的重要因素之一［1－2］。重金属在土壤中能够被粮食作物富集［3］，进而通过食物链威胁人类的健康［4－5］。例如，Pb、Hg可以对神经系统造成毒害，引起神经系统退行性病变［6］;As能够使细胞代谢失常，导致神经麻痹、血溶性贫血及血管坏死［7］。土壤的重金属污染对人类健康的威胁程度正在逐年上升。因此，为了确保粮食的安全供应，从根本上阻断重金属的摄入来源，就必须进行农用地健康评价，以掌控农田土壤及作物的污染情况。重金属对于农地土壤乃至粮食作物质量的危害是多方面的，不仅降低了土壤微生物的种类和数量［8］，还会明显降低土壤酶活性，从而降低土壤对残留有机质的分解能力［9］。许多学者结合内梅罗(Nemerow)综合污染指数法对土壤的重金属污染情况进行分级评价，较好的反映了土壤的污染状况［10－12］。土壤－作物系统是重金属威胁人类健康的重要途径，通过研究重金属从土壤转移至作物的累积情况来评价粮食生产安全具有重要的理论价值和现实意义［13－15］。张家港市城市化发展迅速，城镇建设用地快速扩张［16］，对农业用地的压力也逐年上升。目前针对该市土壤污染的相关研究较少，对该市土壤环境质量的了解并不全面［17］，基于土壤－作物系统的重金属污染研究仍有待开展。因此，本研究选取重金属作为评价农地土壤环境质量的指标，结合内梅罗综合污染指数法对农地土壤中的重金属分布状况进行评价分析，并通过对水稻残根中的重金属残留量的跟踪分析，以期掌握张家港市农地土壤重金属的污染状况及其对粮食质量的动态影响。 1材料与方法 1．1研究区概况 张家港市地处北纬31°43'～32°02'，东经120°21'～120°52'，位于长江下游南岸，江苏省东南部，现辖8个镇和常阴沙管理区，全市总面积998．48km2。该市属亚热带海洋性季风气候，年平均气温15．2℃，年平均降水量为1042．9mm，年平均日照时长为2047．5h，主导风向为东南风。土壤类型主要为潮土和水稻土，亦有少量黄棕壤零星分布。水稻、小麦、油菜是该市的主要种植作物。 1．2样品采集与分析 采样时间为2010年12月，在张家港市范围内均匀选取样点20个，每个样点选择5处混合样方，每个样方取0至20cm表层土壤及附近的水稻残留根。即先选定中心样方，并向四周辐射约50m分别再取4处样方，将这5个点取得的土样制成1kg左右土壤样品作为该样点的土样，置于通风处风干，风干过程中拣出石子、植物残骸等杂物，过100目尼龙网筛后，称取约200g土样封存于密封袋中，并对应取样地点进行编号;将在同一采样点收集的水稻残留根混合作为该样点的水稻残根样品。样品送南京大学现代分析中心进行进一步的预处理并利用等离子体原子发射光谱仪等仪器分别测定土壤及残留根中的Hg、As、Se、Pb、Cu的含量。 1．3统计方法 分别计算土壤中Hg、As、Pb、Cu4种重金属元素的单因子指数和综合污染指数，并统计分析重金属的平均值、标准差、变异系数等。在SPSS17．0环境下对农地土壤及农田水稻残根Hg、As、Se、Pb和Cu进行Pearson相关分析。 1．3．1单因子指数评价法 单因子指数评价法常用于评价污染物在环境介质中的污染程度。其计算公式为:Pi=Ci/Si，式中:Pi为i污染物的污染指数;Ci为污染物实际测量值，Si为评价标准值［以土壤质量对植物和环境不造成危害和污染的《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)二级标准作为评价标准］。Pi值越大，则污染越严重。 1．3．2综合污染指数评价法 综合污染指数评价法突出了污染较重的污染物的作用，可以用来综合掌握土壤重金属的污染情况，其计算公式为:PN=［(P2avg+P2max)/2］1/2，式中:PN为综合污染指数;Pavg为各单项污染指数平均值;Pmax为各单项污染指数最大值。 2结果 2．1土壤重金属含量 综合表1、表2，土壤Hg含量为0．0049～0．4300mg/kg，单因子指数的平均值为0．141，标准差为0．193，变异系数为1．373;As的含量为2．76～5．24mg/kg，单因子指数的平均值为0．162，标准差为0．024，变异系数为0．150;Se的含量为0.041～0．066mg/kg;Pb的含量为11．8～17．8mg/kg，单因子指数的平均值为0．050，标准差为0．005，变异系数为0.105;Cu的含量为12．5～22．9mg/kg，单因子指数平均值为0．172，标准差为0．030，变异系数为0．174;各采样点综合污染指数为0．103～0．645，平均值为0．153，变异系数为0．752。对照国家土壤环境质量标准，研究区Hg、As、Pb、Cu的含量均低于国家二级标准值，单因子指数和综合污染指数总体偏低，说明张家港市农地土壤清洁，基本未受人为活动造成的污染。在常东社区和常北社区的Hg的单因子指数及综合污染指数均略高于其他采样点，出现这种现象的原因可能是这一地区有较多污染工业企业聚集，如玻璃制造、钢制品、机械设备制造、染料助剂等工厂;As、Pb和Cu的变异系数都很低，这几种元素在全市范围内的分布差异不大，相对而言，Pb、Cu在张家港南部高庄村地区的含量更低一些，可能是因为该地区离张家港城区及工业密集区较远，尚未受到城市化及工业扩张的波及。从全市范围来看，各种重金属的分布并未表现出聚集效应，比较零散，没有扩散的趋势，说明目前工业的发展尚未对农地质量构成较大威胁。 2．2水稻残留根重金属含量 由表1可知，除常北社区2个样点分别检测到Hg0．0040mg/kg和0．0044mg/kg，其余采样点并未检测到Hg的残留，这与土壤中的Hg含量分布情况基本一致，值得指出的是，造成这一现象的原因除了周围工业的影响外，也不排除有农户使用了含Hg的农药或除草剂的可能;As的含量为0.83～2．66mg/kg，平均值为1．32mg/kg;Se的含量为0.009～0．030mg/kg，平均值为0．016mg/kg;Pb的含量为2.68～7．46mg/kg，平均值为4．12mg/kg;Cu的含量为9．5～44．2mg/kg，平均值为24．0mg/kg。As、Se、Pb在水稻残留根中的残留量与表层土壤平均含量之比分别为32．65%、29．79%、27．76%，进一步说明这几种重金属基本未对水稻造成危害;Cu在水稻残留根中的平均残留量达到了土壤环境的1．4倍，其中含量较高的点集中于东北部地区，而最南部的采样点含量最低，这与张家港市农田附近工业的分布格局现状相符。#p#分页标题#e# 2．3残留根重金属含量与土壤重金属含量相关性分析 对残留根Hg、As、Se、Pb、Cu与表层土壤Hg、As、Se、Pb、Cu5种重金属的含量逐一进行了Pearson相关性分析，结果表明，残留根中As与土壤中As的Pearson相关系数为0．230(P＞0．05)，残留根中Cu与土壤中Cu的Pearson相关系数为－0．113(P＞0．05)，残留根中Se与土壤中Se的Pearson相关系数为0．441(P＞0．05)，残留根中Pb与土壤中Pb的Pearson相关系数为0．428(P＞0．05)，残留根中Hg与土壤中Hg的Pearson相关系数为0．574(P＜0.05)，表明除Hg外水稻残根中重金属含量与土壤中重金属含量无相关性，这种现象一方面是因为土壤中的重金属并不全是能被作物直接吸收的有效态［18］，另一方面也说明水稻残根中的重金属可能已经有了一定程度的流失。重金属之间土壤中As与Se、Se与Pb、Se与Cu都达到了极显著相关水平，As与Pb达到显著相关水平(表3);残留根中As与Se、As与Pb、As与Cu、Se与Pb均达到了极显著相关水平(表4)。说明这些元素之间可能存在着一定的伴生关系［19］。 3讨论 研究区农地表层土壤中的Hg、As、Pb和Cu的重金属含量均低于《土壤环境质量标准》二级标准的限制值，对重金属的综合污染指数的分析结果表明研究区土壤均未受到重金属污染，土壤综合质量良好，只有常北社区2号采样点的综合污染指数达到0．645，这主要是因为该处Hg的含量明显高于其他样点，故应重视该区域Hg的污染。各采样点水稻残留根中As为1．32mg/kg，Se为0．016mg/kg，Pb为4．12mg/kg，Cu为24．0mg/kg，Hg只在常北社区1和常北社区2两个采样点检测出，分别为0．0040mg/kg以及0．0044mg/kg。这些结果表明研究区水稻根部的这些重金属含量普遍很低，水稻的质量未受到重金属的影响。相关分析结果表明，部分重金属元素之间存在一定的伴生关系，这可能与外源性的污染如工业复合污染、含重金属农药的施用有关。 本研究结果表明，张家港市农田受重金属污染比较轻微，达到《土壤环境质量标准》二级标准的要求，但在集中了印染、电镀等污染性企业的区域，重金属含量也相对较高，而在污染企业较少的南部地区农地土壤的清洁状况则比较良好;常北社区和常东社区土壤中Hg含量明显高于其他地区，建议排查该地区土壤中Hg的来源，以遏制Hg污染的加剧;Cu在水稻残留根中的含量是土壤中Cu含量的1．4倍，说明Cu作为一种必需微量元素，水稻根部对Cu的吸收能力较强，因此需要控制过多的Cu进入农田土壤。同时研究区水稻残留根中重金属含量的检测结果间接表明了作物根部吸收的重金属量较低，进一步证实了张家港市农田环境优良，能够满足农业粮食安全生产的要求。 重金属污染物具有不可降解性，其一旦造成污染将很难恢复，对粮食作物的质量造成持续性的威胁。尽管目前张家港地区重金属污染较轻，但该市郊区有一定数量的污染性工业企业分布，加上城市扩张的压力，今后仍需对该地区重金属的主要污染来源、主要污染物种类、污染源的分布及辐射粮食作物种植区域的情况进行持续性地跟踪研究。由于生物的富集作用，重金属污染对食物链顶端的人类健康构成严重威胁，因此需继续加强对张家港市粮食作物重金属污染的检测，掌握土壤－粮食作物系统的重金属污染情况，以确保直接供人类食用的农产品的安全。

土壤水篇10

关键词：土壤渗滤 污水净化 绿地利用

Abstract：The principle， characteristics and design method of a wastewater soil infiltration treatment system are introduced. It is an on-site system suitable for treatment of domestic wastewater in the area where complete sewerage is unavailable. A six years investigation in residential quarters showed that the system operated with stable performance and high removal efficiencies on pollutants， in which removal of CODCr＞80%， BOD5＞90%， NH3-N＞90% and TP＞98% can be achieved.

Keywords:soil infiltration;　domestic wastewater treatment;　lawn watering

随着旅游及房地产业在我国的发展，大批旅游景点、疗养院、别墅、居民区兴建起来。但是这些设施在解决了供水问题之后，由于种种原因，往往未能够将其下水道与市政排水系统相连接，大量生活污水排入附近的河道，造成严重的水环境污染，甚至威胁到水源地的安全。因此，必须采取工程措施来解决此类水污染问题。

污水土壤毛细管渗滤是一种就地污水处理技术，它充分利用土壤中的动物、微生物、植物以及土壤的物理、化学特性将污水净化。由于利用了土壤的自然净化能力，因而具有基建投资低、运转费用少、操作管理简便等优点。同时还能够利用污水中的水肥资源，把污水处理与绿化相结合，美化和改善区域生态环境。

1　工艺原理及特点

典型的污水毛细管渗滤净化系统是由预处理、提升、渗滤场等几部分组成的。主要工艺流程如下：

污水首先进入预处理设施，通常使用的预处理设施有水解池和化粪池等。污水经厌氧发酵作用，其中的有机物得到部分分解，降低了污染物负荷，也提高了污水中速效养分的含量，有利于进一步净化和利用。

预处理后的污水经过水泵提升通过管道输送至渗滤场。在配水系统控制下，污水经布水管分配到每条渗滤沟中。污水在渗滤沟中通过砾石层的再分布，在土壤毛细作用下上升至植物根区。污水经过土壤的物理、化学作用和微生物的生化作用以及植物吸收利用后得到处理和净化。

由于渗滤沟特殊配制的土壤具有理想的土壤机质组成，有机质含量丰富，因此土壤的团粒结构发达，渗透速率高，毛细作用强，吸附容量大，通透性较好。同时，土壤中富含微生物所必须的营养和能源物质，加之适宜的土壤性状为土壤微生物提供了良好的生存发育环境，因此土壤具有较高的生物活性。污水投配到渗滤沟后，沿土壤毛细管上升，通过土壤的物理阻留、土壤吸收吸附、微生物分解利用以及植物吸收等一系列作用，污水中的有机物被去除。其中土壤微生物的活性对有机污染物的去除起着十分重要的作用，被阻留和吸附在土壤中的有机污染物在微生物的作用下，经生物化学反应被分解转化成无机物，这是去除有机污染物的关键过程。

草坪植物对营养元素的吸收也是污水净化的重要途径。污水中的氮、磷等作为植物生长所必需的养分，通过植物根系被吸收利用，当割草时被移出系统达到脱除的目的。经常的修剪草坪可以使营养元素的去除量达到最大。

植物的生长也极大地改变了污水处理过程的环境条件。由于植物根系深入土壤和增加土壤有机质，既提高了土壤的水力渗透速率，还有助于创造一个良好的植物根区的微环境，有利于微生物对污染物的降解。

污水毛细管渗滤系统与其他污水处理系统相比较，具有以下特点：

①　系统运行稳定、可靠，抗冲击负荷能力强；

②　在高效去除BOD5的同时能去除氮、磷，对水源保护意义重大；

③　建设容易、维护简便、基建投资少、运转费用低；

④　整个系统在地表下，不会散发臭气，地面草坪还可以美化环境；

⑤　将污水处理与绿化建设相结合，实现了污水的资源化利用。

2　工程设计

2.1　处理水量与进水水质

一般生活污水的人均排水量可按200 L/(人．d)考虑，由此计算系统的处理水量。从工艺流程可知，水解池或化粪池作为预处理设施设置于提水泵站之前，因此渗滤场地的进水水质实际上反映了生活污水经预处理后的水质情况，一般BOD5为30～80 mg/L，CODCr约为50～150 mg/L。

采用水解池或化粪池作为污水毛细管渗滤系统的预处理装置，可以为后续系统提供污染物浓度较低、生化降解性较高的进水。同时，粪便中的寄生虫卵和病原微生物在厌氧环境中受生物拮抗作用而被杀死，污水中的粪便也得到了一定的无害化处理。

2.2　渗滤场面积计算及渗滤沟布置

毛细管渗滤系统的设计有多种方式，有以污染物去除能力为限制的污染物负荷设计方法；有以系统透过水量为限制的水力负荷设计方法；还有以绿地利用中植物需水量为主的设计方法。可以在实际设计时相互校核。

毛细管渗滤系统的水力负荷一般为0.03～0.04 m3/(m．d)。所需渗滤沟的总长度由下式计算：

通常这类系统的BOD5负荷应小于2.0 gBOD5/(m2．d)。

渗滤沟沟间距以1.5 m计，则渗滤场总占地面积为渗滤沟总长度×1.5 m。从布水均匀的角度考虑，每条渗滤沟的长度以不超过20 m为宜。可将整个渗滤场分成若干单元，每个单元分为若干组，每组设若干条渗滤沟，每条长20 m，宽1.0 m，沟间中心距为1.5 m。渗滤沟内设陶土管搭接形成的布水管，管径为100 mm。

2.3　渗滤沟结构

渗滤沟是本系统的关键设施，污水主要是在流经渗滤沟的过程中得以净化的，结构见图1。

渗滤沟主要由五部分组成。“底层”：又称布水层或垫层，由直径为20～40 mm的砾石和粒径为0.25～1.00 mm的粗砂组成，起承托渗滤层和使污水均匀分布的作用，内设埋深0.6 m的陶土布水管。“渗滤层”：是用当地土壤搀和一定比例的泥炭和炉渣配制而成的特殊土壤层，厚度为40 cm，是污水净化的主要作用层。“表层”：由较肥沃的耕作土壤组成，是草坪植物的生长层，其上种植绿色期长的草坪植物“马尼拉”、“翦股颖”和“早熟禾”，实现污水绿地利用。“防渗层”：位于沟床最底层，由厚度为0.23 mm的聚氯乙烯薄膜构成，其作用是防止污水直接下渗，使砾石层经常处于水饱和状态，促使水分的毛细上升。“隔离层”：设置在特殊土壤层下，由可透水的无纺布构成，以防止上层土壤下落填入砾石层，破坏均匀布水。

2.4　监测系统

绿地利用型毛细管渗滤系统主要是以绿地植物生长的需要来确定水力负荷的，一般不考虑进行净化水回收，系统设计时可不考虑用于水回收的竖井或暗管排水装置。但为了准确反映系统运行状况，指导和调整其运行参数，保证其良好的污水净化能力，应该在下游方向设置取样监测井，定时取样分析。

3　污水净化效果及讨论

3.1　常规污染物的去除效果

在系统运行六年后，对系统的进水和下渗水取样进行分析，得到如表1所示的污水净化结果。

表1　污水净化效果 分析项目 水质平均值(mg/L) 去除率

(%) 进水 出水 CODCr 80.0 15.2 81.0 BOD5 45.6 3.4 92.5 NH3-N 4.83 0.26 94.6 TP 1.5 ＜0.025 ≥98

表1数据表明，该系统对有机污染物有很好的去除能力和很高的稳定性。首先是出水中CODCr和BOD5的平均值为15.2mg/L和3.4 mg/L，远远优于二级生化处理系统的出水水质，可以达到回用水的标准，因此不会对当地水环境造成危害。系统的水力负荷以1 L/(m2．d)计，CODCr浓度平均值以80.0 mg/L计算，则有机负荷为0.8 gCOD/(m2．d)，远低于一般污水土地处理系统的推荐值，也就是说在土壤自然净化能力的安全限度内，按这种低负荷运行的系统有着良好的稳定性和安全性。

该系统处理的稳定性还体现在对污染物去除效果上基本不受气候变化的影响。在冬季运行期间，气温低至-13.5 ℃，而系统的出水值没有明显的变化，这主要是因为气温尽管很低，但系统中污水的收集、输送过程都是在地下进行的，热量损失较少。实测可知地表下40 cm处一直可以保持在5 ℃以上，由此也就能够维持基本的生化反应。

出水BOD5很低，表明毛细管渗滤系统对有机物的降解去除是非常理想的。当污水投配到渗滤沟后，在沿毛细管上升的过程中，污水中的有机物通过土壤的过滤、吸附、植物吸收和微生物分解作用而被去除。土壤具有较大的吸附容量，截留下的有机物在微生物的分解代谢作用下，将有机物转化为无机物，这样就又恢复了土壤的吸附能力。土壤就是通过这样的循环往复来对有机污染物进行净化的。

系统中氮去除效果也很好，去除率平均在90%以上。污水中氮的去除总是要经过氨化、硝化和反硝化几个步骤才能完成，硝化与反硝化反应分别是在好氧与厌氧条件下发生的，两种截然相反的反应条件的转换，使得常规生化处理方法难于实现脱氮目的。毛细管渗滤系统可以实现硝化与反硝化的顺利完成，间歇性的转换布水使系统内实质上进行着布水与干化的交替运行，使土壤处于厌氧与好氧交替变换的状态。另外，土壤中还会存有许多与周围环境状况不同的微环境，即在好氧大环境中存有厌氧微环境，而在厌氧大环境中又存在着好氧微环境。就是这种厌氧与好氧条件的变化和共存，为硝化和反硝化反应创造了条件，毛细管渗滤系统由此得到良好的脱氮效果。

磷是造成地面水富营养化的限制性营养物质，必须严格控制。进水中磷含量很低，平均值为1.5 mg/L，出水浓度普遍低于0.025 mg/L的检出线，系统表现出了很高的除磷能力。一般认为，污水土地处理系统中除磷的途径主要有土壤吸附、生化反应和化学沉淀反应等。文献报道，几乎所有污水土地处理系统常年运行后均未出现磷吸附饱和现象。可以认为，污水土地处理系统中，磷的去除主要是由磷的化学沉淀反应过程控制的。污水或土壤溶液中的磷多以H2PO-4(酸性环境下)和HPO2-4(碱性环境下)形式存在。与NH3-N易被土壤吸附和NO-3-N在土壤中较高的移动性有所不同，磷酸根离子很容易与土壤中大量存在的Ca2+、Al3+、Fe3+等发生化学反应，生成各种难溶性磷酸盐，通常称之为磷的土壤固定。

3.2　卫生学指标的检测和净化效果

土壤毛细管渗滤污水净化绿地利用系统作为城市配套的公用设施，在处理污水和绿化美化环境的同时，还要考虑其对公共健康的影响问题，即有关卫生学指标的问题。

生活污水中包含着大量带有病原菌的污染物成分，这些成分会造成环境的生物性污染。选取总大肠杆菌和粪大肠杆菌作为评价系统生物学污染净化指标，对系统的进水、出水和表层土壤(10 cm)进行了取样分析，结果见表2。

表2　卫生学指标检测结果 项目 总大肠杆菌(个/L) 粪大肠杆菌(个/L) 进水 2.4×105 9.6×104 出水 ＜90 ＜90 土壤 2.6×103(个/g干土) 9.8×102(个/g干土)

结果显示：总大肠杆菌和粪大肠杆菌数的去除率接近100%，出水的大肠菌低于90个/L的最低检出线，该系统表现了很高的去除效果。

4　草坪植物的生长和绿化效果

根据调查分析，影响绿色期的原因除了草种本身的特性之外，土壤水分和地温是两个关键因素。北京地区大部分绿地冬、春季节很少浇水，而这一时期正是风多、干燥的季节，土壤水分降低很多。资料表明：即使是耐旱的野牛草，当土壤含水率低到12.9%时也开始枯萎。毛细管渗滤系统从提高土壤水分和地温两个方面改变了冬季寒冷、干旱的植物生长条件，冬季平均可提高地温2～3 ℃，土壤含水率保持在18%以上，这有利于草坪在冬、春季节的生长，对延长草坪绿色期有重要意义。

早熟禾、翦股颖和马尼拉三种草坪草都很适合在该系统中采用，生长良好。每年3月初就开始返青，到12月底还保持着绿色，而炎热的夏季也没有出现明显的半休眠、枯黄现象，绿色期约为270 d。草坪植物对污水中营养元素的吸收利用是污水净化的重要因素，随水而来的营养成分与植物的正常吸收量相当，不会造成植物“疯长”而影响来年“返青”。

土壤毛细管渗滤系统是一个污水处理与绿化相结合的生态系统，除了可以消除水污染外，地表的绿化草坪又可以起到美化环境、丰富绿化层次的作用，是污水资源化利用的方法，适用于零星分散排放污水的治理，对改善北方干旱地区绿化草坪的水肥条件，扩大绿化面积，延长草坪绿色期，净化、美化环境有重要意义。

5　结论

土壤毛细管渗滤污水净化系统是一种小型的污水土地处理系统，特别适用于没有完善的城市污水管网系统的地区，是一项处理分散排放污水的实用技术。它充分利用了土壤—植物—微生物系统的净化能力，既可去除有机污染物，又可去除造成水体富营养化的氮、磷等污染物。它不仅具有建设费低、运行费低、操作简单和净化效率高等优点，同时由于该系统主要构筑物处于地表下，故还具有不产生臭味和不影响地表景观的特点。将此项技术与绿地建设结合起来，在有效处理污水的同时还可取得美化与改善环境和节约水资源的综合效果。

参考文献：