灌溉水質(zhì)對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響.pdf

1、關(guān)于土壤持水能力、水分運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及水分有效性的研究成果已經(jīng)非常豐富，盡管如此，仍然遺留有許多空白點(diǎn)和亟待解決的科學(xué)問(wèn)題。已有的研究工作偏重于土壤的表面積、結(jié)構(gòu)以及孔隙等土壤基模性狀對(duì)于水分系列物理性狀的綜合影響，但在研究水分性狀和物理過(guò)程時(shí)大多忽視了土壤水是溶解有各種有機(jī)無(wú)機(jī)物質(zhì)的稀溶液這個(gè)客觀事實(shí)，很少有人提到水質(zhì)對(duì)于土壤水分物理性狀及水分運(yùn)移過(guò)程、水分物理行為的作用與影響。本研究立足于水分中有機(jī)物質(zhì)的類型和含量，探求水質(zhì)對(duì)于土壤持水

2、能力和水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及土壤膨脹特性的作用與影響，以便更進(jìn)一步豐富土壤水分問(wèn)題的研究理論。 水資源嚴(yán)重不足是我國(guó)農(nóng)業(yè)用水存在的主要問(wèn)題，各地河流不同程度地污染是客觀事實(shí)，在當(dāng)今甚至今后一段時(shí)間內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還不得不用受污染的河水進(jìn)行灌溉。這是由于污染治理滯后，污水處理水平偏低，污水排放難以控制，在全國(guó)水資源日益短缺的情況下，污灌水質(zhì)超標(biāo)問(wèn)題在短期內(nèi)很難得到有效解決。灌溉水中有機(jī)物質(zhì)對(duì)土壤性質(zhì)造成影響的研究非常鮮見(jiàn)，研究水體中有機(jī)物質(zhì)對(duì)

3、土壤物理性質(zhì)的影響無(wú)論在理論上還是在實(shí)踐上都具有重大意義。 本研究針對(duì)目前灌溉水體的污染現(xiàn)狀，主要從水體中親水性有機(jī)污染物(乙醇)、疏水性有機(jī)污染物(苯酚)和復(fù)合有機(jī)污染物(渭河水)等方面探求水質(zhì)對(duì)于土壤持水特性、水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)和土壤膨脹過(guò)程的作用與影響。在室內(nèi)條件下分別測(cè)定了不同有機(jī)污染物情況下的土壤水分特征曲線、水分?jǐn)U散率、飽和導(dǎo)水率及土壤膨脹性等，同時(shí)分析了各類有機(jī)物質(zhì)類型與含量對(duì)水分密度與表面張力的影響等，企圖探明有機(jī)物質(zhì)

4、對(duì)土壤物理性狀的影響機(jī)理。主要的研究結(jié)果如下： 1.有機(jī)物質(zhì)類型與含量對(duì)土壤持水性能有明顯影響，其影響機(jī)理是不僅改變土壤水表面張力、密度等流體物理性狀，而且影響土壤基模表面性狀雙重作用。對(duì)同一土壤(填土耕層)而言，乙醇溶液對(duì)土壤水分特征曲線在pFO-4.1范圍內(nèi)都有一定影響，其影響程度隨著乙醇含量不同有明顯差異。相同吸力條件下，隨乙醇含量(≥1000 mg·L-1)的增加土壤持水容量降低；苯酚含量?jī)H影響到低吸力段(pF值低于1.

5、5)土壤的水分特征曲線，而在高吸力段無(wú)明顯影響。在低吸力段，隨苯酚含量增加，土壤持水量呈增加趨勢(shì)。有機(jī)溶質(zhì)對(duì)水的表面張力的影響是改變土壤持水能力的重要因素之一，苯酚溶液與濃度在1000 mg·L-1以下的乙醇溶液對(duì)土壤持水能力的影響與表面張力變化趨勢(shì)一致，隨濃度增加均呈增高趨勢(shì)，但隨乙醇濃度升高至10000 mg·L-1時(shí)，僅靠表面張力的變化已不能給出合理解釋，此時(shí)，乙醇溶液對(duì)土壤中部分有機(jī)質(zhì)的溶解作用造成的土壤結(jié)構(gòu)變化成為土壤持水能力

6、變化的主要原因。水體復(fù)合污染(渭河水)對(duì)土壤水分特征曲線有明顯影響，提高了土壤的持水能力。 2.對(duì)不同質(zhì)地的土壤而言，有機(jī)物質(zhì)對(duì)填土粘化層土壤水分特征曲線的影響程度大于填土耕層土壤，對(duì)風(fēng)沙土影響最小，顯示出進(jìn)入土壤的水分質(zhì)量對(duì)于土壤結(jié)構(gòu)及孔隙特性的作用情況。乙醇和苯酚對(duì)填土耕層與粘化層土壤影響有較大差異：水中含有一定乙醇可提高填土耕層土壤持水能力，這是因?yàn)楦麑油寥李w粒表面富有有機(jī)質(zhì)，對(duì)醇的親和力強(qiáng)的緣故；而對(duì)填土粘化層土壤作用相

7、反，且在低吸力段(pF<2)影響較大，這與粘化層土壤顆粒表面富有無(wú)機(jī)的氧化物，其與醇的親和力不高有很大關(guān)系。向水中加入疏水性物質(zhì)苯酚，進(jìn)一步研究對(duì)于土壤持水能力的影響，可使該結(jié)論得到進(jìn)一步證實(shí)。苯酚對(duì)填土耕層土壤水分特征曲線的影響僅限于低吸力階段(pF<1.5)，對(duì)填土粘化層土壤在pF0-4.1范圍內(nèi)均有影響，且影響幅度較大，1.0 mg·L-1與10.0 mg·L-1的苯酚溶液明顯提高土壤的持水能力，30.0mg·L-1的苯酚溶液卻降

8、低土壤的持水能力。試驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)物質(zhì)對(duì)土壤持水性能的影響與土壤物質(zhì)組成有很大關(guān)系；有機(jī)溶質(zhì)對(duì)土壤中物質(zhì)的溶解性與親和性是影響土壤持水能力的關(guān)鍵。 3.有機(jī)物質(zhì)類型與含量對(duì)土壤水分?jǐn)U散率有明顯影響。首先體現(xiàn)在乙醇與苯酚對(duì)總運(yùn)移時(shí)間和土壤水分平均運(yùn)移速率影響明顯。除100 000 mg·L-1乙醇溶液外，其余乙醇溶液與苯酚溶液平均運(yùn)移速率均大于對(duì)照；乙醇對(duì)土壤水分平均運(yùn)移速率的影響趨勢(shì)，隨濃度增加，先增加后降低；苯酚則呈現(xiàn)相反趨

9、勢(shì)，與乙醇相比其變化幅度較小。其次，各溶液間土壤水分?jǐn)U散率的差異性明顯，同一含水量時(shí)各溶液水分?jǐn)U散率明顯不同。當(dāng)容積含水量θ≤42 cm3·cm-3時(shí)，隨乙醇濃度增加，D呈先增大后減小的趨勢(shì)；苯酚的影響規(guī)律性不明顯。第三，乙醇與苯酚濃度在很大程度上影響土壤水分?jǐn)U散率經(jīng)驗(yàn)方程(D(θ)=aebθ)的參數(shù)，且影響趨勢(shì)具有一定規(guī)律性。參數(shù)口，6與LOG(C)的關(guān)系均為二次相關(guān)。乙醇濃度取對(duì)數(shù)后，與參數(shù)6呈顯著相關(guān)；苯酚濃度取對(duì)數(shù)后，與參數(shù)a呈

10、極顯著相關(guān)，與參數(shù)6呈顯著相關(guān)。乙醇與苯酚對(duì)土壤飽和導(dǎo)水率的影響表現(xiàn)為，向水中加入少量乙醇與苯酚都可以增加土壤飽和導(dǎo)水率。 4.分析土壤水分?jǐn)U散率試驗(yàn)中相關(guān)因素的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，含水量為0.30-0.42 cm3·cm-3時(shí)的土壤水分?jǐn)U散率，也即毛管支持水的運(yùn)移對(duì)土壤水分運(yùn)移速率有重大影響；t與靠近水源2 cm段土壤含水率θ呈極顯著線性相關(guān)，t=-31624θ+17069(r=0.8282)，而該土壤含水率在理論上等于土壤飽和含水率，

11、據(jù)此可以根據(jù)飽和含水率對(duì)溶液的運(yùn)移速率進(jìn)行初步估計(jì)。 5.土壤膨脹過(guò)程與土壤性質(zhì)有關(guān)，也與進(jìn)入土壤的水體質(zhì)量有一定的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)土壤膨脹過(guò)程具有明顯的兩個(gè)階段特征；水體中有機(jī)物質(zhì)類型與含量對(duì)土壤膨脹既影響到土壤膨脹速率，也影響到土壤的膨脹量。10 mg·L-1乙醇作用下土壤第一階段膨脹量低于純水對(duì)照，而10 000 mg·L-1乙醇溶液作用下土壤第一階段膨脹量明顯高于對(duì)照，苯酚含量對(duì)第一階段膨脹量的影響，隨濃度增加膨脹量增加，