灌溉水質(zhì)對土壤物理性質(zhì)的影響.pdf

1、關(guān)于土壤持水能力、水分運動規(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和亟待解決的科學問題。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程時大多忽視了土壤水是溶解有各種有機無機物質(zhì)的稀溶液這個客觀事實，很少有人提到水質(zhì)對于土壤水分物理性狀及水分運移過程、水分物理行為的作用與影響。本研究立足于水分中有機物質(zhì)的類型和含量，探求水質(zhì)對于土壤持水

2、能力和水分運動參數(shù)以及土壤膨脹特性的作用與影響，以便更進一步豐富土壤水分問題的研究理論。 水資源嚴重不足是我國農(nóng)業(yè)用水存在的主要問題，各地河流不同程度地污染是客觀事實，在當今甚至今后一段時間內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還不得不用受污染的河水進行灌溉。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，在全國水資源日益短缺的情況下，污灌水質(zhì)超標問題在短期內(nèi)很難得到有效解決。灌溉水中有機物質(zhì)對土壤性質(zhì)造成影響的研究非常鮮見，研究水體中有機物質(zhì)對

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

4、對土壤物理性狀的影響機理。主要的研究結(jié)果如下： 1.有機物質(zhì)類型與含量對土壤持水性能有明顯影響，其影響機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。對同一土壤(填土耕層)而言，乙醇溶液對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；苯酚含量僅影響到低吸力段(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。有機溶質(zhì)對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以下的乙醇溶液對土壤持水能力的影響與表面張力變化趨勢一致，隨濃度增加均呈增高趨勢，但隨乙醇濃度升高至10000 mg·L-1時，僅靠表面張力的變化已不能給出合理解釋，此時，乙醇溶液對土壤中部分有機質(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。水體復合污染(渭河水)對土壤水分特征曲線有明顯影響，提高了土壤的持水能力。 2.對不同質(zhì)地的土壤而言，有機物質(zhì)對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，對風沙土影響最小，顯示出進入土壤的水分質(zhì)量對于土壤結(jié)構(gòu)及孔隙特性的作用情況。乙醇和苯酚對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，這是因為耕層土壤顆粒表面富有有機質(zhì)，對醇的親和力強的緣故；而對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機的氧化物，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，進一步研究對于土壤持水能力的影響，可使該結(jié)論得到進一步證實。苯酚對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。試驗結(jié)果表明，有機物質(zhì)對土壤持水性能的影響與土壤物質(zhì)組成有很大關(guān)系；有機溶質(zhì)對土壤中物質(zhì)的溶解性與親和性是影響土壤持水能力的關(guān)鍵。 3.有機物質(zhì)類型與含量對土壤水分擴散率有明顯影響。首先體現(xiàn)在乙醇與苯酚對總運移時間和土壤水分平均運移速率影響明顯。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移速率均大于對照；乙醇對土壤水分平均運移速率的影響趨勢，隨濃度增加，先增加后降低；苯酚則呈現(xiàn)相反趨

9、勢，與乙醇相比其變化幅度較小。其次，各溶液間土壤水分擴散率的差異性明顯，同一含水量時各溶液水分擴散率明顯不同。當容積含水量θ≤42 cm3·cm-3時，隨乙醇濃度增加，D呈先增大后減小的趨勢；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擴散率經(jīng)驗方程(D(θ)=aebθ)的參數(shù)，且影響趨勢具有一定規(guī)律性。參數(shù)口，6與LOG(C)的關(guān)系均為二次相關(guān)。乙醇濃度取對數(shù)后，與參數(shù)6呈顯著相關(guān)；苯酚濃度取對數(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)。乙醇與苯酚對土壤飽和導水率的影響表現(xiàn)為，向水中加入少量乙醇與苯酚都可以增加土壤飽和導水率。 4.分析土壤水分擴散率試驗中相關(guān)因素的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，含水量為0.30-0.42 cm3·cm-3時的土壤水分擴散率，也即毛管支持水的運移對土壤水分運移速率有重大影響；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)飽和含水率對溶液的運移速率進行初步估計。 5.土壤膨脹過程與土壤性質(zhì)有關(guān)，也與進入土壤的水體質(zhì)量有一定的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)土壤膨脹過程具有明顯的兩個階段特征；水體中有機物質(zhì)類型與含量對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照，苯酚含量對第一階段膨脹量的影響，隨濃度增加膨脹量增加，