土壤層剖面

9層土壤層

如果挖開(kāi)一個(gè)半米深的土坑，就會(huì)發(fā)現(xiàn)不同的層次，這就土壤層。一個(gè)土壤層(soil horizon)d 顏色、硬度、質(zhì)地與它的上、下層的土壤不同。一個(gè)發(fā)育良好的土壤一般有三個(gè)層次，A層由表土層組成，易松動(dòng)，暗褐色，有機(jī)質(zhì)含量較好;B層，通常稱之為亞表層，有粘土和其他從A層淋濾下來(lái)的微顆粒組成，顏色較淺，有機(jī)質(zhì)含量低;C層僅包含部分風(fēng)化的巖石，成為母質(zhì)層。土壤剖面就是指從地面向下挖掘而暴露出來(lái)的土壤垂直切面，其深度一般是指達(dá)到基巖或達(dá)到地表沉積體的一定深度。為了研究土壤形態(tài)和發(fā)育特征，就需要挖開(kāi)土壤的垂直切面，觀測(cè)土壤剖面的形態(tài)特征，各土層的發(fā)育狀況及其排列構(gòu)型。并分別觀測(cè)各土層的物理、化學(xué)、生物學(xué)及礦物學(xué)特性，從而判斷土壤的形成與發(fā)育過(guò)程和土壤肥力。

土壤層間鉀(非交換性鉀)是禾谷類作物(稻、麥)鉀素的重要給源,特別是在稻田淹水期間更有利于層間鉀的釋放。中國(guó)稻麥輪作面積很大,一般產(chǎn)量較高。容易造成土壤中層間鉀的耗竭或供鉀能力不足現(xiàn)象。尤其南方諸省這種情況愈來(lái)愈普遍而嚴(yán)重。有報(bào)道,根類作物、豆科作物等利用。研究了禾本科和豆科兩類作物對(duì)土壤層間鉀的利用及鉀肥對(duì)土壤層間鉀的恢復(fù)能力,結(jié)果表明:

(1)耗竭種植時(shí)交換性鉀、緩效性鉀均能出現(xiàn)"最低值",它們可分別反映第一部分與第二部分層間鉀(非交換性鉀)的釋放速率;

(2)禾谷類稻、麥較豆類作物大豆、箭舌豌豆吸收層間鉀的能力強(qiáng),隨著土壤鉀素耗竭程度增加,作物吸鉀量明顯下降;

(3)無(wú)論是禾本科的稻、麥還是豆科作物,新固定的鉀比原來(lái)的層間鉀更有效。

將兩種土壤分別填入滲透裝置(厚度依次為天然土2、1、0.5m和人工土1、 0.5m)后再在表層覆蓋少量雨落管下的泥土，因?yàn)檫@些泥土常期與屋面雨水接觸，土中的細(xì)菌適應(yīng)屋面雨水中的有機(jī)物，有一定接種作用。最后在表層移植一些植被以改善表層土壤性能，增強(qiáng)滲透裝置凈化雨水的能力，模擬自然綠地條件下雨水在土壤中的下滲凈化過(guò)程，為雨水滲透工程應(yīng)用及污染控制技術(shù)措施提供依據(jù)。

因城區(qū)油氈屋面的比例很大、污染較重，屬于不利條件。測(cè)定結(jié)果表明，它主要為有機(jī)污染，色度大，并含有一定量的SS，其它一些污染指標(biāo)濃度很低。研究結(jié)果還表明，污染物主要集中在初期徑流中，雨水的利用宜舍棄這部分雨水，經(jīng)初期棄流后的屋面雨水水質(zhì)較穩(wěn)定，SS濃度很小，COD濃度一般可維持在100mg/l左右。因此，用這種屋面雨水做試驗(yàn)用水，測(cè)定指標(biāo)主要為COD。

2000年雨季屋面雨水滲透凈化試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種土壤對(duì)屋面雨水中的污染物均有明顯的凈化作用。經(jīng)過(guò)一段土壤層滲透后，主要污染物COD有不同幅度的下降，下降幅度與運(yùn)行條件有關(guān)。

油氈屋面雨水的BOD5/COD比值很小(0.1-0.2左右)，且以溶解性有機(jī)物為主。土壤層能較大幅度地去除COD，除了土壤中的微生物作用外，還有植物、土壤對(duì)污染物的吸收、過(guò)濾、吸附、分解等物理、化學(xué)和生物的綜合作用，是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程。

人工土的滲透性能好，能獲得較大的滲透量。由于爐渣粒徑較大，還帶有較多的空隙，為土壤層構(gòu)成很好的通透性，且增加吸附表面積，為土壤微生物群提供良好的棲息環(huán)境。因此，試驗(yàn)結(jié)果顯示，它比天然土還具有更強(qiáng)的凈化作用。以2007年10月20日試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)進(jìn)水COD濃度保持在初期棄流后的濃度范圍時(shí)，0.5m厚的兩種土層COD去除率在30-40%左右，而1m土層的去除率提高到50-70%左右，凈化作用明顯。

效果，如11月2日的試驗(yàn)結(jié)果(圖3)，經(jīng)過(guò)1m厚的土層，油氈屋面雨水的色度可從140度降低到40度左右。對(duì)其它幾種污染成分的去除作用。從這幾種指標(biāo)看，0.5m深人工土的凈化作用與1m天然土的相當(dāng)。滲透裝置對(duì)色度的去除效果。

當(dāng)負(fù)荷增加，0.5m滲透裝置的去除率有下降趨勢(shì)，人工土的下降趨勢(shì)比天然土明顯。因?yàn)槿斯ね恋臐B透速率明顯大于天然土，在0.5m較短距離上，雨水與土壤的接觸時(shí)間也較短，當(dāng)負(fù)荷增加，污染物比較容易穿透滲濾層。而負(fù)荷對(duì)1m 滲透裝置的去除率沒(méi)有明顯影響，說(shuō)明在試驗(yàn)的負(fù)荷范圍，下部的0.5m厚土層有足夠的保護(hù)作用。總的看，人工土滲透裝置對(duì)COD的去除率高于天然土滲透裝置。

垂直滲透試驗(yàn)清楚地表明COD去除率隨滲透深度的增加而明顯提高。8月5日的試驗(yàn)結(jié)果是一個(gè)典型的例子，一般在相同深度上，人工土的去除率在較大滲透容量的前提下仍大于天然土，有明顯的優(yōu)越性。以每一滲透柱所有試驗(yàn)的COD平均去除率分析，可以得到同樣的結(jié)論，出水COD去除率與深度密切相關(guān)。清楚地表明污染物在1.5m左右的土壤層中已得到很大部分的去除。說(shuō)明實(shí)際工程中深度至1.5m左右的表層土對(duì)污染物凈化起重要作用。另一組水平滲透槽試驗(yàn)研究還表明，隨著雨水與土壤接觸長(zhǎng)(深)度的增加，COD去除率可進(jìn)一步提高，達(dá)到90%以上。

及土壤再生能力的分析土壤中污染物的積累及土壤凈化能力的恢復(fù)是關(guān)系到滲透設(shè)施發(fā)揮可持續(xù)功能的一個(gè)重要的安全和工程性問(wèn)題。

由于降雨的隨機(jī)性、非連續(xù)性及水質(zhì)水量的波動(dòng)很大，屋面雨水的滲透過(guò)程屬非穩(wěn)態(tài)，每一次試驗(yàn)條件或?qū)嶋H運(yùn)行條件的不同，滲透裝置的性能會(huì)有不同的表現(xiàn)。但總的看，從5月至11月，各滲透裝置沒(méi)有明顯表現(xiàn)因污染物的累積而導(dǎo)致滲透凈化能力的下降。如天然土0.5m的COD去除率在30-40%左右;到11月2日的去除率仍維持在32%的正常水平;人工土0.5m的去除率在40-50%左右;11月2日試驗(yàn)前50分鐘內(nèi)出水COD去除率保持在40-50%的正常水平，兩個(gè)小時(shí)后維持到35%;人工土1m的去除率在60-80%左右，10月20日最后一次試驗(yàn)，前50分鐘出水的去除率也保持70-80%正常水平，約3小時(shí)后維持在60%;同樣，天然土1m裝置到11月2日的去除率也能維持在63%的正常水平。

但就每一次試驗(yàn)而言，各裝置也多表現(xiàn)出隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，去除率有下降趨勢(shì)，但后續(xù)試驗(yàn)時(shí)，仍能恢復(fù)到正常水平。說(shuō)明在連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中，土壤的凈化容量在減小，而在降雨間歇期，土壤中繼續(xù)存在降解作用，使其凈化能力逐步恢復(fù)。

(1)天然土和人工配制土對(duì)屋面雨水主要污染物有明顯的去除凈化作用。

(2)人工土的滲透系數(shù)為10-4m/s數(shù)量級(jí)，試驗(yàn)用的天然土滲透系數(shù)為10-6m/s數(shù)量級(jí)，因此人工土滲透裝置比天然土滲透裝置具有顯著大的滲透通量。它還具有良好的通透性，改善了土壤的物化條件和微生物棲息條件，有更強(qiáng)的凈化能力。

(3)土壤滲透對(duì)油氈屋面雨水中的難降解COD有較強(qiáng)的去除能力，并表現(xiàn)出具有耐沖擊負(fù)荷能力和良好的再生功能。說(shuō)明土壤中微生物群通過(guò)適應(yīng)與馴化，對(duì)油氈屋面難降解COD有分解能力。

(4)滲透凈化效果與滲透深度密切相關(guān)，人工土1m深COD去除率可達(dá)70~80%，天然土1 m深可達(dá)60%左右。即地表1~1.5m厚土壤層可去除大部分有機(jī)污染物，隨深度的增加，凈化作用可望進(jìn)一步提高。

(5)由于土壤較強(qiáng)的凈化與再生能力，經(jīng)合理設(shè)計(jì)與控制，屋面雨水通過(guò)天然綠地或人工滲透裝置的滲透，可達(dá)到較好的水質(zhì)。改造污染嚴(yán)重的屋面材料，采用初期棄流裝置和保證至地下水位有足夠的土層，是控制地下水免受污染的有效措施。

(6)滲透試驗(yàn)結(jié)果對(duì)雨水滲透工程實(shí)施有重要意義，提供了必要的技術(shù)依據(jù)?？梢愿鶕?jù)具體條件，采用不同的滲透方式，利用天然綠地或設(shè)計(jì)人工滲透設(shè)施來(lái)安全有效地利用城區(qū)的屋面雨水。

(7)雨水滲透屬非穩(wěn)態(tài)過(guò)程，其水力特性、土壤的凈化與再生機(jī)理有待更深入的研究。試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)各裝置出水水質(zhì)下降后逐漸穩(wěn)定甚至好轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，分析原因，可能由于存在一定的壁效應(yīng)，滲透開(kāi)始后，一部分雨水較快地沿壁下滲，出水水質(zhì)下降，這部分滲流達(dá)到一定程度保持穩(wěn)定，此時(shí)，土壤層內(nèi)的滲流因速率較慢尚未到達(dá)出口。當(dāng)土壤層內(nèi)的滲流到達(dá)出水口時(shí)水質(zhì)即可穩(wěn)定甚至好轉(zhuǎn)。因此，如果排除壁效應(yīng)，滲透凈化效果還可能提高。

(8)因運(yùn)行周期較短，其它微量污染物在土壤中的存在方式或遷移規(guī)律也有待進(jìn)一步分析研究。