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污灌土壤斥水性的机理研究

陈俊英  
【摘要】: 水资源是人类社会生存和发展中不可替代的重要战略性资源,但水资源短缺已经成为21世纪全世界的最大危机,人口的增加和国民经济的发展,加剧了水资源短缺,农业用水矛盾日益突出,干旱缺水成为制约农业发展的主要因素之一。因此人类走资源节约型的节水发展道路刻不容缓。在农业方面,将污水再生回用灌溉是一个有效的途径,目前,在美国、澳大利亚、以色列、俄罗斯等国已经有很多成功经验,但是污水回用灌溉的同时也会带来新问题的产生,其中土壤产生斥水性是主要的不良影响之一。 土壤斥水性是指水分不能或很难湿润土壤颗粒表面的物理现象,具有斥水性的土壤称为斥水性土壤。斥水性土壤很容易形成优先流,导致土壤持水能力降低,土壤水分分布不均匀,使水中携带的溶质更快地进入地下水,导致种子不能发芽,影响农作物生长,使得农作物减产,不利于农业生产和水土环境的可持续利用与发展。因此,本文在综合分析国内外研究成果的基础上,通过室内、田间试验及其分析,较为系统地研究了土壤含水量、有机质含量、不同灌溉水质,以及烘干温度和时间等因素对污灌土壤斥水性机理方面的影响,得出以下主要结论: (1)土壤斥水持续时间随土壤含水量的变化关系符合Lorentzian模型。 本文选用3种类型土壤10种不同斥水性的土壤样品,测定这些土壤在不同含水量下的斥水性持续时间,得到了不同土壤斥水持续时间随含水量变化的规律,通过Gaussian模型、Lorentzian模型和Lognormal模型对这种规律进行回归分析,最终得出了土壤斥水持续时间随含水量的变化规律符合Lorentzian模型。 (2)粘性土、壤土的斥水持续时间与生活污水水质呈显著线性正相关关系,砂质土斥水持续时间与生活污水水质无显著关系。 本文选用和配置不同污染程度的生活污水12种,化验其主要水质指标值,并用这些水测定不同斥水性的土壤,再分析不同水质与5种土壤的斥水持续时间的关系,得出了不同污染程度的生活污水用于测定土壤斥水性时,粘性土和壤土的斥水持续时间与生活污水水质呈显著线性正相关关系,其中,化学需氧量(COD)是影响土壤斥水持续时间的最主要因素;但砂质土斥水持续时间与生活污水水质无显著关系。 (3)粘性土斥水持续时间与有机质含量呈线性正相关关系,砂质土和壤土斥水持续时间与有机质含量呈单峰曲线关系。 本文采用3种土壤即粘性土、壤土和砂质土,在田间实测其土壤斥水持续时间,并测得其土壤含水量和有机质含量,绘制斥水持续时间与有机质含量和含水量的等值线图;同时在室内,对粘性土和砂质土采用25°C和65°C烘干处理后,测定其斥水持续时间,绘制斥水持续时间与有机质含量关系图。经试验结果分析得出,不同的土壤,斥水持续时间随有机质含量的变化是不同的,对于粘性土斥水持续时间与有机质含量呈线性正相关关系,对于砂质土和壤土斥水持续时间与有机质含量呈单峰曲线关系。 (4)对物理方法消除斥水性的土壤进行污灌时,土壤斥水性重现与灌溉时长和水质呈显著正相关关系。 本文针对以物理方法消除斥水性的土壤进行污水灌溉后,土壤斥水性是否会很快重现的问题,采用自来水和3种不同生活污水,对壤土进行滴灌,在灌溉4个月和8个月后分别进行了斥水持续时间的测定及其差异显著性分析。得出对于用物理方法消除斥水性的土壤,其土壤斥水性会在灌溉一段时间后重新出现,并且与灌溉时长和水质呈显著正相关关系。 (5)测定土壤潜在斥水性的最佳烘干温度为45℃~65℃,最佳烘干时间为24小时。 本文对2种粘性土和2种砂质土在测定潜在斥水性时,采用4种不同烘干温度和6种不同烘干时间的组合进行处理,比较不同处理对潜在土壤斥水持续时间测定结果的差异,得出了对潜在土壤斥水持续时间测定结果无显著差异影响的最佳烘干温度为45℃~65℃,最佳烘干时间为24小时。 通过以上的研究,可对污灌引起土壤斥水性的成因、特性及规律有更深入的认识,为进一步防范、改进和减小污灌引起土壤斥水性问题及改良措施提供科学的理论依据。本文主要创新点为: (1)提出了土壤斥水持续时间随土壤含水量的变化关系符合Lorentzian函数模型; (2)得出了污水的化学需氧量(COD)是影响土壤斥水性大小的主要指标; 土壤斥水性是一个非常复杂的问题,本论文从机理上研究了污灌土壤斥水性的影响因素,但对于结果如何在实际中应用,以及有机质含量如何影响斥水性、不同水质的其他灌水方法对土壤斥水性的影响、同一种土壤在不同初始含水量的情况下烘干温度及时间对斥水性的影响、以及其他类型土壤的含水量与斥水持续时间的关系等,还有待进一步研究。


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