（土壤学专业论文）利用三种废弃物配制绿化种植土的初步研究.pdf

摘要 本文主要从施工方便性这个角度出发，研究利用滨海地区大量存在的海湾 泥、碱渣、粉煤灰三种废弃物相混和来配制绿化种植土，采用室内模拟淋洗脱赫 实验，应用脱盐速率、用水量、s a r 、r s c 、p h 等指标筛选出具有较快的脱赫 速率，较经济的脱盐淋洗用水量，达到脱盐标准时各盐溃性状满足植物生存要求， 在脱盐过程中不存在碱化问题，脱盐后配比p h 不会上升，含有的离子浓度对植 物的生长不产生毒害作用，也不存在重金属污染的三种废弃物的最佳混合比例。 试验结果表明，海湾泥：碱渣：粉煤灰= x 7 ：y 7 ：z 7 ( 体积比) 的混合比例是配 制绿化种植基质的最佳配比。 室内淋洗模拟脱盐实验表明：在水分入渗条件下，随着盐分含量下降，该配 比中n a + 、c 1 一、s 0 4 2 _ 、k + 、m 9 2 + 、c a 2 + 的绝对含量都逐渐减少，h c 0 3 一逐渐增 加；n a + 、c l - 的相对含量逐渐下降，而s 0 4 卜、k + 、m 9 2 + 特别是c a 2 + 、h c 0 3 一 的相对含量逐渐增加，当土壤含盐量下降到小于1g k g 时结果更加明显。淋洗 过程中n a + 、c l _ 离子下降速度最快，n a + 、c l 一浓度变化与全盐含量变化均呈极 显著正相关( r = o 9 9 9 * * ) 。淋洗结束时该配比盐分的化学类型由n a + - - c i 一型转 变到h c 0 3 - 一ca _ 2 + 型。s a i l 变化与全盐含量变化呈显著的正相关( r = 0 9 9 * ) ， r s c 变化与全盐含量变化里显著的负相关( r = o t 9 9 * ) 。 在积水入渗条件下，该配比剖面的水盐动态可划分为三个阶段，即表层脱盐 阶段、盐峰下移阶段和底土脱盐阶段。上部土体的脱盐速度快于底部土体，2 0 c m 层次达到脱盐标准需要2 天，而1 4 0 c m 土层则需要1 8 天。淋洗过程中该配比的 水盐运动速度主要取决于淋洗入渗水量，入渗水量越多，脱盐深度越大，入渗水 量与脱盐深度呈显著正相关( r = o 9 7 * ) 。使得1 4 0 c m 土层达到脱盐标准( 全盐 含量 f 0 0 l ( 6 ，1 4 ) 的值4 4 5 5 8 4 2 ，认为处理a l 至处理a 7 的脱盐速率 之间存在极显著差异。 各个处理之间脱盐速率的差异显著性用l s d 法比较如下： s i i = ( 2 m s e l n ) o5 = ( 2 x 8 0 7 e 0 7 3 ) o5 = 0 0 0 0 7 3 3 d f e = 1 4 时，t oo s = 2 1 4 5 ，t oo l = 2 9 7 7 l s d oo s = o 0 0 0 7 3 3 x 2 1 4 5 = 0 0 0 1 5 7 3 l s d oo l = o 0 0 0 7 3 3 x 2 9 7 7 = 0 0 0 2 1 8 4 表9 处理a l 至处理a 7 脱盐速率的显著性( l s d 法) t a b l e9 s i g n i f i c a n c el e v e l o f d e s a l t i n gv e l o c i t yb yl s d o f t r e a t m e n ta 1t oa 7 i二o 1 7 5 6：一01 7 8 6：一o 1 8 2 8二一0 1 9 3 0；一o 1 9 5 2 ：一o 2 0 3 9 表9 说明：取1 水平，有2 1 个比较是极显著的。可以得出结论：这七个处理中任意 两个处理的脱盐速率之问存在极显著差异。脱盐速率从快到慢依次是：处理a 4 、处理a 2 、 处理a 7 、处理a 3 、处理a i 、处理a 5 、处理a 6 。 对海湾泥、碱渣两者混合的五个处理( 处理b i 至处理b 5 ，每个处理3 个重复) 的脱盐速 1 4 率作单冈素方差分析得方差分析表1 0 。 表1 0 处理b 1 至处理b 7 脱盐速率的方差分析 t a b l e1 0 t h ed e s a | t i n gv e l o c i t ya n o v ao f t r e a t m e n tb it ob 5 由表1 0 中f = 5 3 9 6 8 4 3 f o o l ( 4 ，1 0 ) 的值5 9 9 4 3 6 6 ，处理b 1 至处理b 5 的脱盐速率之 间存在极显著差异。 对这五个处理的脱盐速率的差异显著性用l s d 法比较如下： s i i = ( 2 m s e n ) o5 = ( 2 x 2 0 2 e 0 5 3 ) 05 ：o 0 0 3 6 7 d f o = l o 时，t oo s = 2 2 2 8 ，缸o i = 3 1 6 9 l s d o0 5 = o 0 0 3 6 7 x 2 2 2 8 = 0 0 0 8 1 7 7 l s d o o l = 0 0 0 3 6 7 x 3 1 6 9 = 0 0 1 1 6 3 0 表】处理b 】至处理b 7 脱盐速率的显著性( l s d 法) t a b l e1i s i g n i f i c a n c el e v e lo f d e s a l t i n gv e l o c i t yb yl s do f t r e a t m e n tb lt ob 5 ：i 一0 1 1 8 l i 一0 1 6 1 ii 一0 1 7 4 5：, - - 0 2 2 7 6 处理b 10 2 7 3 0 0 1 5 4 9 * 0 111 9 0 0 9 8 5 ”0 0 4 5 4 ” 处理b 30 2 2 7 60 1 0 9 5 * * 0 0 6 6 5 * *0 0 5 3 i + + 处理b 20 1 7 4 50 0 5 6 4 * * 0 0 1 3 4 ” 处理b 5 处理b 4 0 ，1 6 1 10 0 4 3 * * 0 1 1 8 l 表1 1 说明，取l 水平，有1 0 个比较是极显著的。可以得出结论，这五个处理任意两 个处理的脱盐速率之间存在极显著差异；脱盐速率从快到慢依次是：处理b l 、处理b 3 、处 理b 2 、处理b 5 、处理b 4 。 3 1 2 用水量 达到脱盐要求时候备处理的淋洗用水量应该尽量少，这对于水资源缺乏的开发区具有重 要的实际意义。 1 5 各处理达到脱盐要求时的用水量见表1 2 。数据取三个重复的平均值。 表】2 各处理的用水量 t a b l e1 2 t h ew a t e rc o n s u m eo f e a c ht r e a t m e n t 从表1 2 可以看出，各处理达到脱盐要求时的用水量是一样的。与组成配比的混合比例 无关。由此可见用水量无法作为筛选最佳配比的指标。 3 1 3 淋洗过程中衡量各处理盐渍程度的指标 在盐渍环境中对植物生长产生直接毒害和间接干扰植物正常的生理功能的有害离子 主要是n a + 和c i 一 1 9 1 。目前c l - 毒害研究较少。这可能是因为大多数非木本植物对c r 并不 特别敏感：且当阳离子主要为n a + 时，阴离子危害程度为c o ，2 一 h c 0 3 一 s 0 4 2 一 c l - 1 6 3 1 ； 且c 1 一极易随水迁移，因此没有把c 1 一作为最佳配比筛选的指标。淋洗脱盐实验中没有检出 c 0 3 2 _ ，但有h c 0 3 - 存在。植物生长需要在一定的p h 范围之内。因此采用s a r 、r s c 、p h 作为衡营各处理盐渍程度的指标。 随着淋洗的进行，混合体含盐量下降，反映混合体盐溃程度的指标s a r 、r s c 、p h 等 也发生变化。这些指标值必须在一定的范围之内，才能满足植物的基本生长要求。肖达到脱 盐要求时，各处理的盐溃指标见表1 3 。 s a r 是盐土中离子交换平衡中一个规定的量，预测盐土演变的一个指标冈s a r 与十 壤中交换性钠密切相关，故s a r 下降，表征盐士向有益的方向演化。一般认为：s a r 1 0 时对植物生长无害( 美国盐土实验室，1 9 6 5 ) 从表1 3 可以看出，当达到脱盐要求时： 海湾泥、碱渣、粉煤灰三者混合的七个处理( 处理a l 至处理a 7 ) ，s a r 1 0 的处理有 处理a 6 ，处理a 7 。其余处理皆不达标 海湾泥、碱渣两者混合的五个处理( 处理b l 至处理b s ) ，没有任何一个处理s a r l o 。 r s c 是预测土壤是否可能发生碱化的指标之一，r s c 不仅反映了土壤溶液或灌溉水的 品质和口h 值，还能反映土壤碱化的进度。一般认为r s c 1 2 5 是比较安全的( w i l c o x 。1 9 4 8 ) 。 1 6 从表1 3 可以看出，当达到脱盐要求时： 海湾泥、碱渣、粉煤灰三者混合的七个处理( 处理a i 至处理a 7 ) ，全部处理的r s c 处理a 7 处理a 3 处理a 1 处理a 5 处 理a 6 ；从达到脱盐标准时的用水量来看，七个处理相同；从达到脱盐要求时衡量各处理的 盐渍指标来看，同时满足s a r 、r s c 、p h 兰个指标均达到要求的只有处理a 6 和处理a 7 。 但是处理a 7 比处理a 6 的脱盐速率要快得多。综合以上指标，初步确定a 7 为海湾泥、碱 渣、粉煤灰三者混合的最佳配比，即海湾泥：碱渣：粉煤灰= x 7 ：y 7 ：z ，( 体积比) 。 海湾泥、碱渣两者混合的五个处理( 处理b l 至处理b s ) ，从脱盐速率看。五个处理间存 在极显著差异；从达到脱盐标准时的用水量来看，五个处理相同；但是从达到脱盐标准时衡 量各处理的盐渍指标来看，达到脱盐要求时五个处理的s a r 全都不达标。因此这些处理都 不合格。 我们认为，只采用海湾泥和碱渣来配制绿化种植基质是不行的，必须采用海湾泥、碱 渣、粉煤灰三种废弃物相混合，并经过淋洗脱盐处理，才能满足植物生长所需的基本条件。 这可能是因为碱渣的粒度很细，保水性很好。碱渣颗粒的矿物组成以文石为主，其表面结构 复杂，有孔隙，对水强烈吸附，而粉煤灰的存在增加了混合基质的渗透性，并且粉煤灰的无 定形相主要为玻璃体，以s i 0 2 和a 1 2 0 3 为主( 7 5 8 5 ) ，约占粉煤灰总量的5 0 - , 8 0 ，是粉 煤灰的主要矿物成分，蕴含有较高的化学内能，具有良好的化学活性，在潮湿环境中能与 c a ( o h ) 2 等发生反应，生成一系列水化物一凝胶，从而影响了离子的随水迁移。 初步选定采用海湾泥、碱渣、粉煤灰三种废弃物相混合。且其混合比例为海湾泥：碱 渣：粉煤灰= x 7 ：y 7 ：z 7 ( 体积比) 。 3 1 5 初步选定的配比在脱盐过程中碱化问题及p h 变化研究 无论是碱化还是p h 上升对于植物生长都是不利的。为了研究初步选定的配比在淋洗脱 盐过程中是否会导致碱化问题以及出现p h 上升的现象，对该配比在达到脱盐标准后继续进 行淋洗脱盐试验。至滤液电导率趋于稳定时停止淋洗。 3 1 5 i 离子组成变化 1 8 3 1 5 1 1 滤液 随着淋洗次数的增加，各处理滤液中n a + 、c l _ 离子绝对含彗逐渐减少，且f 降速度非 常快，如c l _ 最初含最为5 0 9 c m o l l ，经过1 2 0 h ( 达到脱盐要求所经历的时间) 即降低到 0 4 8 5c m o l l ，下降了1 0 4 倍。据分析，它们与含盐量变化均存在极显著正相关 y = 1 2 2 7 8 x l + 0 0 4 5 8 r = 0 9 9 9 + + y = 0 4 6 7 1 x 2 + 0 1 6 4 9 r = 0 9 9 9 ” 式中y 为含盐量( g l ) ，x l 为n a + ( c m o l l ) ，x 2 为c 广( c m o l l ) 。 c a 2 + 、m 9 2 + 、s 0 4 。、k + 绝对含量随备处理禽盐量的降低而逐渐减少。但其f 降速度比 n a + 、c i 一慢。h c 0 3 - 含量的变化趋势比较特殊，当滤液全盐量大于i g l 时，随着含盐鲑的 下降，h c 0 3 - 含最逐渐上升，但幅度不大；当滤液全盐量小于i g u 时。随着含盐量的下降， h c 0 3 - 含量逐渐降低。试验中朱检测出c 0 3 2 _ 。 由于各种离子的迁移能力不同，滤液中各离子的相对含量也发生变化。随淋洗的进行， c a 2 + 的相对含量逐渐增加到占阳离子主导地位，h c 0 3 - 增加到占阴离子的主导地位。滤液盐 分的化学类氆由n d - - c i 一型转变到h c 0 3 - - c a 2 + 型。如表1 4 所示。c a ( h c 0 3 ) 2 对十壤羽i 植 物都无甚危害。 表1 4 淋洗过程中滤液的盐分变化 t a b e l1 4 t h ec h a n g e so f s a l t si nt h el e a c h i n gs o l u t i o n sd u r i n gt h ec o l u m nw a s h i n gp r o c e s s 阴阳离子含量( e m o l l ) 全盐( g ，l ) t o t a is a l t h c o | c o ，2 s 0 4 z c i c a 2 + m 9 2 k 1n a 2 4 h4 1 92 4 0 40 0o 9 1 75 0 9 3 20 2o 8 71 9 5 i | 1 4 9 0 6 2 0 3 9 o 2 9 0 2 5 0 1 8 0 1 6 0 2 3 3 0 1 5 0 1 4 7 o 1 4 5 0 】4 5 0 1 4 3 0 1 4 2 0 7 3 92 4 6 9 0 80 0 80 3 9 59 3 6 0 1 6 30 4 8 50 1 8 40 0 0 8 0 1 4 308 0 2 0 1 4 60 3 2 50 0 5 4 0 1 3 30 2 4 20 0 4 7 n 衄20 2 2 70 0 4 1 0 0 1 90 1 6 30 0 3 6 0 0 1 20 1 2 40 0 3 3 0 0 5 903 5 3 0 0 50 1 0 0 4n 0 7 8 0 0 3 40 0 2 2 0 0 3 30 0 2 3 8 4 h 76 9o1 50 1 4 200 0 1 2 0 0 9 60 0 3 200 0 3 30 0 1 9 o 0 0 o 0 o 0 m 蛇 强 “ 钳 ：2 船 m 懈 枷 懈 懈 协 m 蛐 狮 姗 要 萋 根据前苏联学者提出的l 十壤溶液中盐分产生毒害的极限值：c 0 3 2 - = o 0 3 c m o l k g 十， h c 0 3 - = 8 0c m o l k g 土，c i 一= 3 0c m o l k g 土。s 0 4 2 - = 1 7 0c m o l k g 土f 8 ”i ，从表1 4 可以看 出，除c l _ 外。c 0 3 2 - 、h c 0 3 一、s 0 4 2 一从开始到结束整个淋洗阶段都小于产生毒害的极限值； c r 在经过1 2 0 h 后小于产生毒害的极限值。由于滤液的盐分变化间接反映了十壤的盐分变 化，可以认为混合基质在达到脱盐要求后( 1 2 0 h ) 不会有盐分毒害的产生。 3 1 5 1 2 混合基质 淋洗前后初步选定的最佳配比的混合基质的化学性质分析如表1 5 。 表1 5 淋洗前后配比的化学性质分析 t a b l e1 5 c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f t h et r e a t m e n tb e f o r ea n da f t e rl e a c h i n gp r o c e s s 混合基质在淋洗后全盐含量变化显著。淋洗前的全盐含量是淋洗后的6 3 5 倍，说明淋 洗脱盐效果显著。除h c 0 3 一离子含量上升外，其余离子含量均下降。交换性钠在韩 洗前后 均未测山说明该混合基质在淋洗前属于盐十范畴。混合基质盐分的化学类型由n a + - - c i 一 型转变到h c 0 3 - b c a ：+ 型，与滤液变化趋势一致。c a ( h c 0 3 ) 2 对土壤和植物都无筷危害a 根 据前面提到的前苏联学者提出的士壤溶液中盐分产生毒害的极限值，淋洗前c o s 、c j _ 超 过产生毒害的极限值，淋洗后没有盐分毒害，说明了淋洗脱盐的必要性和有效性。 3 1 5 2 各盐渍性状变化 3 。1 。5 2 1 滤液 从表1 6 可以看到：滤液的s a r 变化与滤液全盐量变化趋势一致。随淋洗次数的增加而 逐渐下降，s a r 下降反映了盐分浓度的减少，特别是n a + 的减少( s a r 。c n a ( c a 2 + + m 9 2 十) 0 5 ) 。 据分析，s a r 变化与全盐量( t s ) 变化存在显著的正相关： t s = o 1 9 1 6 e o 1 3 8 7 s a r r = o 9 9 * 滤液的r s c 变化趋势与滤液全盐量变化趋势相反随淋洗次数的增加而逐渐上升。可 以看到，脱盐前期无r s c ，只是到滤液盐分含量小于o 5 k e e l 时出现了r s c 。在整个淋洗过 程中r s c 与全盐含星( t s ) 呈显著的负相关。 t s = - - 0 0 0 6 6 r s c 2 0 7 9 2 6 r s c + o 5 1 6 6r = 0 9 9 * 滤液p h 值的变化显现出波动性，一般是先上升、再下降，再上升，只是当滤液全盐姑 r 卜降到小于0 2 9 r u 时，滤液p h 值变得较稳定。在整个实验过程中滤液的p h 值均不超过8 ， 这说明滤液的成分以c a ( h c 0 3 ) 2 或c a c 0 3 为主。 表1 6 淋洗试验滤液备盐渍性状的变化 t a b l e1 6 t h ec h a n g e so f s a l i n ep r o p e r t i e so f l e a c h i n gs o l u t i o n sd u r i n gt h ew a s h i n g p r o c e s s 最初的滤液p n 较低，这可能是因为混合基质中含有胶体物质，且其物理淋溶快于化学 淋溶的缘故。 3 1 5 2 2 混合基质 表1 7 淋洗前后混合基质各盐溃性状的变化 t a b l e1 7 t h ec h a n g e so f s a l i n ep r o p e r t i e so f t h et r e a t m e n tb e f o r ea n d a f t e rw a s h i n g 全盐 p k g ) p h s a rr s c e s p 表中：e s r = ! ；! 垄! j ；言竺1 t 土壤- n a + ，表示土壤中的交换性n a 从表1 7 可以看出：淋洗前后，混合基质的s a r 、r s c 降幅很大并且寅到淋洗结柬后 都没有r s c ，说明没有残余碳酸钠。淋洗前后混合基质的e s p 都为0 ，说明无代换性钠。 混合基质在淋洗后p h 较淋洗前下降。其原因是由于淋洗前，混合基质含有大量的可溶 性钠，n a + 与h c 0 3 - 或c 0 3 2 一结合生成n a h c 0 3 n a 2 c 0 3 ，从而使得混合基质的p h 较高： 2 i 而随着淋洗的进行，可溶性钠基本淋竭，土壤盐分类型逐渐向h c 0 3 - 一c a 2 十( m 9 2 + ) 型转 变，混合体的p h 也开始下降。这说明土壤如果有足够的c a 2 + 和m 9 2 + 生成碳酸盐沉淀则 可减轻碳酸离子的危害。 3 1 5 3 淋洗脱盐过程中盐渍性状之间的关系 在初步选定的最佳配比脱盐过程中，随着盐分含量的减少，其盐渍性状有一定规律的变 化，盐分的化学类型也发生变化。各性状与含盐量之间存在一定的相关性，这在前面的分析 中可以清楚地看出。那么这些性状之间，特别是p h 的变化与其它性状之间是否存在一定的 关系? f 面从滤液和混合基质两方面分析。 3 1 5 3 1 滤液 淋洗过程中p h 的变化并不是太明显，是现波动性，只是晟初的滤液p h 较低，到4 8 h 后就恢复了正常水平。s a r 随淋洗的进行始终处于下降趋势，说明s a r 与p h 值的变化没 有相关性。r s c 呈逐渐上升趋势，与p h 也不存在对应关系a 3 1 5 3 2 混合基质 混合基质看不出p h 、s a r 、r s c 之间存在对应关系。 3 ，1 5 4 脱盐过程的碱化及p h 变化结果 所谓十壤碱化，是指土壤碱化度e s p 和溶液p h 值以及土壤物理性质恶化三个相互联系 的指标周肘超过了一定的界眼的现象。单凭菜一指标不能确定土壤碱化。本试验显示施着脱 盐的进行，该配比p h 变化不大，且始终小于8 ：并且碱化度从一开始就为0 ，没有代换性 钠。冈此，该配比在脱盐过程中不会造成碱化问题。且没有出现p h 上升的现象。 3 1 6 最佳配比筛选试验结论 采用海湾泥、碱渣、粉煤灰三种废弃物相混合，且其混合比例为海湾泥：碱渣：粉煤灰 = x 7 ：y 7 ：z 7 ( 体积比) 是筛选出的最佳配比( 处理a 7 ) 。该混合基质具有较快的脱盐速率， 较经济的脱盐淋洗用水定额，达到脱盐标准时各盐渍性状满足植物生存要求，在脱盐过程中 不存在碱化问题，脱盐后也没有出现p h 上升的现象，脱盐后含有的离子浓度也不至于对植 物的生长产生毒害作用。因此采用这样的比例来配制绿化种植基质是可行的。 3 2 最佳配比的水盐动态观测试验 本试验在室内进行，未考虑气候、地下水、植物、灌溉方式等方面的影响，研究在积水 入渗条什下最佳配比水分和盐分的运移规律，明确最佳配比脱盐所需的理论用水堵。盐分传 感器采用中国科学院南京土壤研究所研制的t y c - - i i 型土壤盐分传感器，水分张力计由江 苏省农科院提供。根据2 2 2 中士壤溶液电导率与全盐含量之间的线性方程，当十壤溶液电 导率小于8 m s c m 即认为达到脱盐标准( 对应的全盐含量小于3 9 几) 。试验装置见图2 。 水盐动态观测实验从2 0 0 2 年月1 日开始，2 0 0 2 年1 2 月1 日结束，共计3 0 天。 表1 8 水盐动态观测筒设计 t a b l e1 8 d e s i g no f s a l t - - w a t e rm o v e m e n to b s e r v a t i o nc o l u m n 3 2 1 水分入渗条件下最佳配比水盐动态 淋洗期间最佳配比表层长期保持积水层。水分不断渗入，最佳配比剖面从上到。f 逐渐为 水分饱和，而后形成重力水流下渗，下渗水不断从观测筒底部流出，最佳配比所含的盐分随 着f 渗水流逐渐排出。根据土壤剖面电导率的变化情况，可将试验过程中水盐动态划分为如 f j l 个阶段： ( 1 ) 表层脱盐阶段。水分入渗的最初阶段。入渗水溶解最佳配比表层所含周态盐分，并 与原土壤溶液一并形成浓度较高的土壤溶液向下移动。 从图3 所示最佳配比不同深度_ 十壤溶液电导率变化曲线可以看出：表层2 0 e r a 深度十壤 溶液电导率在灌水当天( 6 小时后) 由原始的4 0 毫西腥米( m 咖m ) 迅速上升到2 5 6 m s c m ， 形成一个土壤溶液浓度最高的土壤层次，可称之为盐峰。这标志着上层土壤显著脱盐的开始 在这个阶段内，盐峰以下的土层中土壤溶液的浓度变化不大。 ( 2 ) 盐峰下移阶段。随着水的不断渗入，表层土壤溶液浓度降低，当水盐动态观测筒底 部有水排出时，接个土壤剖面均为水所饱和。各土层中的含盐溶液均向下一个土层运动并同 时接受上一个土层下移的盐溶液，此时各土层的土壤溶液浓度均有变化。盐峰逐渐下移。 由于最佳配比表层中含有的盐分大部分已经移入下一层，因而土壤溶液浓度迅速降低。 2 0 e r a 深度_ 十壤溶液电导率在积水入渗l 天后( 11 月2 日) 就下降到脱盐标准以下，7 天后 ( 1 1 月8 日) 下降到i m s e r a 以下( 0 9 4 m s c m ) 。而表层以下的r 十层，除本身含盐外，还要 承接上部十层中的盐分，囡而脱盐较慢。i o o c m 深度士壤溶液电导率连续1 0 大都人丁 2 0 m s d e m ，1 4 0 c m 深度土壤溶液屯导率连续6 天都大丁3 5 m s e r a 。2 0 c m 、4 0 e r a 、6 0 c m 、8 0 c m 十层形成盐峰过后，土壤溶液电导率一直处于下降状态；而1 0 0 c m 、1 4 0 e m _ 七层在形成盐峰 过后，_ ：壤溶液电导率也呈下降趋势，但在下降过程中有一个小的反弹，这与上部十层的盐 分不断地被淋洗到下部土层有关。 4 5 0 0 4 00 0 3 50 0 3 00 0 2 50 0 2 00 0 1 5 0 0 1 0 0 0 50 0 n0 0 土壤溶液电导串 ( r m c m ) 粤粤墨暑晋署晋霉暑霉 釜詈署s 詈詈5 詈晋詈 宝 一一一一 h 一一一 h 图3 淋洗期间电导率变化曲线( 水盐动态观测筒i 一3 ) f i g3 t h ec h a n g ec u r v eo f s o i ls o l u t i o nc o n c e n t r a t i o nd u r i n gt h ew a s h i n gp r o c c s s 图4 反映了最佳配比淋洗期间剖面电导率变化情况。 朗 皿n“暖一一 叮i n 皿= 叮。n皿一一西i叹_i一 血船h 吣= 吸= 叹一一 叮世一皿i_i叮_【皿_【_【 叮寸_i吸一一 缸册_r叹hi 叮ner一一 吼一一吒_【叮。州吸_【_i r 1 1 月3 日j 电导率( m s c m ) j il 1 1j j 2 u 电导术( m s c m ) 0 魁 琳 图4 淋洗期间剖面电导率变化( 水盐动态观测筒i 一3 ) 8 日 1 1 月2 6 甘 电导率( m s c m ) f i g 4 t h ec h a n g eo f s e c t i o nc o n c e n t r a t i o nd u r i n gt h ew a s h i n g p r o c e s s 2 5 一 o n”* 一 邑) 魁聒 一。墨 二。竺 嘉嘉哗厣一 一 一 一隹 *-咐m m 岫 从图4 中可以看出，最佳配比的盐峰在逐渐下移。4 0 c m 十层的盐峰形成时间滞后表层 l 天，6 0 c m 十层的盐峰形成时间滞后表层2 天，8 0 e m 十层的盐峰形成时间滞后表层4 大， l o o c m 士层的盐峰形成盐峰滞后表层4 天，1 4 0 c m 土层的盐峰形成时间滞后表层6 天。在淋 洗前褴个十壤剖面土壤溶液电导率并不高，但是旦开始淋洗，土壤溶液电导率便迅速升高 说明盐分多以固态形式存在；当停止淋洗后，即使仍有水渗入，土壤剖面电导率变化很小， 无盐峰出现，说明该处理所含的盐分已经被淋洗出来。 ( 3 ) 底十脱盐阶段。在盐蜂逐渐下移的过程中，由于上面土层所有盐分都向f 移动到底 土层次，所以该层仍然有盐峰出现，并且是上部土层盐峰累积的结果，其峰值明显高于上部 土层。 从图3 可以看出，最佳配比底土层的盐峰峰值是3 8 6 m s c m ( 1 1 月7 日) 。随着该层盐 峰的逐渐减弱，底- 十层开始脱盐。但是该层土壤的脱盐速度更加缓慢。2 0 c m 层次达到脱盐 标准需要2 天，而底土层则需要1 8 天。 当全剖面土壤溶液电导率逐渐平缓，最终达到基本不变时，通体盐分含量已经达到植物 正常生长的要求。 盐分随水分的运动而运动。图5 反映了淋洗过程中最佳配比剖面水分运动情况。高负压 值读数表明壤干燥，读数偏低则表明土壤湿润。 粤詈霉晋署墨粤暑詈詈詈詈星詈置詈置詈詈量詈詈 田吣吒叹皿叹暖吸暖吸田嗳皿吣吣吣叹嵋暖 一2 0 日】 卿一4 0 趔 出 年c 一6 0 1 0 0 图5 淋洗期间剖面水分运动国( 水盐动态观测简i - 3 ) f i g5 。t h ew a t e r m o v e m e n to f s o i ls e c t i o nd u r i n gt h ew a s h i n gp r o c e s s 由于水盐动态观测筒中的处理是风干样，壤的含水量很低。当淋洗开始，十表有积水 层时，水以很快的速率被表土所渗吸，表层很快成为饱和含水层，随入渗时间的推移，被入 渗水浸润的七层厚度向f 延伸，表层以下的土层也逐渐成为饱和水层。从图5 可以看出，当 水盐动态观测筒底部有水排出时( 1 1 月7 日) 。整个土壤剖面均为水所饱和，各个十层的含 水：疑变得大致相同，且变化不明显。 3 2 2 积水入渗条件下水盐运行速度及其影响因素 水分入渗过程中的盐分运动主要依靠重力水的作用，因此盐分的运行速度主要取决于 重力水的运行速度及流量，重力水的运行速度和流量则主要受土壤透水性能以及十壤排水条 什影响。在本实验中其它条件均相同的情况下则主要取决于淋洗水量。 表19 不同深度土层脱盐所需时间及入渗水量 1 1 a b l e1 9 t h e r e q u i 化dt i m e 锄d a m o u m o f l e a c h i n gw a t e r a td i f f e 删s o i ld e p t h s 表1 9 反映了最佳配比不同深度土壤层次脱盐所需要的时间和用水量。在其它条件相同 的情况下，显然入渗水量越多，处理的脱盐深度越大。使水盐动态观测筒2 0 c m 土层脱盐所 需时间是2 天，所需水量是1 2 2 5 0 m l ；使水盐动态观测筒1 4 0 c m 土层脱盐所需时间是1 8 天。 所需水星是3 6 8 5 0 m 1 。从图6 所示淋洗水量与盐峰下移深度的关系也可以看出淋洗水罱越 大盐峰的下移深度越大，二者呈直线相关关系。由此可见。为了增加淋洗脱盐的效果需要适 当地增加淋洗水量。 从圈7 累计入渗水量曲线可以看出，在淋洗脱盐的开始阶段。水分入渗速度较快。平均 每天入渗3 0 7 5 m l ，当临近脱盐结束时，水分入渗速度变慢，平均每天入渗1 0 2 5 m l ，这是冈 为入渗的推动力是水势梯度，当入渗开始时，最表面的土层被水所浸润，儿乎达到饱和，基 模势接近0 ，而紧接着下面的土壤的基模势很低，梯度大，入渗的通量必然高。随着入渗时 问的推移，被入渗水浸润的土层厚度向下延伸，土壤剖面上的水势梯度不断变小，最后水势 梯度接近于1 ，即稳定入渗率接近于土壤的饱和导水率，因此入渗水量随时间逐渐降低。 1 6 0 1 4 0 1 2 0 g1 0 0 瑙8 0 鋈6 0 矧4 0 2 0 0 y = 0 0 0 7 x 一7 3 0 7 7 05 0 0 01 0 0 0 01 5 0 0 02 0 0 0 02 5 0 0 0 淋洗水量x ( m 1 ) 图6 盐峰下移深度与淋洗水量关系 f i g 6 t h e 他i a 廿o nb e t w e e ns m tp e a kv a l u et r a n s f e rd e p t i ia n dl e a c h i n gw a t e ra m o u n t 4 0 0 0 0 3 5 0 0 0 03 0 0 0 0 捆 2 5 0 0 0 苌2 0 0 0 0 鲣1 5 0 0 0 至1 0 0 0 0 谣5 0 0 0 o 晋暑署巴署 巴暑 詈詈詈詈詈面最 dh hh 日期( 日) 皿皿 叵叹 图7 累计入渗水量曲线 f i g 7 t h ec u r v eo f l e a c h i n g 、v a t e r 哪o u n t 吐叮 吣暖 3 2 3 滤液电导率的变化及其影响因素 从滤液电导率随时间的变化曲线( 图8 ) 可以看出，滤液的电导率总的来说早现下降趋 势，滤液的含盐量逐渐降低。但是在盐峰下移阶段，滤液电导率出现了稍微上升的阶段，不 过持续时间很短。出现这种现象的原因可能是因为水分入渗速度较快，加上这个阶段止是上 部土层的盐分逐渐下移的阶段，水分下渗的速度快于盐分下移的速度，入渗水与十壤溶液含 盐浓度还没有扩散平衡即已下渗。因此从经济用水考虑，在盐碱土地冲洗改良过程中应该控 制排水，使入渗水在土壤中有足够的停留时间以使盐分充分扩散，增加单位用水的淋洗效果。 3 5 0 o 3 0 0 j 2 5 0 。2 0 0 赫1 5 0 黜 o 血叮 畎皿 叮皿 晋岳 皿皿 暖皿 圈8 淋洗期间滤液电导率变化曲线( 水盐动态观测简i 一3 ) f i g8 t h ec h a n g ec u r v e o f f i l t r a t ec o n c e n t r a t i o nd u r i n gt h ew a s h i n gp r o c e s s 3 2 4 水盐动态小结 积水入渗条件下最佳配比剖面的水盐动态可划分为三个阶段，即表层脱盐阶段，盐峰 卜移阶段和底土脱盐阶段。使通体土层盐分淋洗至脱盐要求时的用水量是3 6 8 5 0 m l ，即最佳 配比脱盐需水o 8 4 m l c m 3 土( 用水定额) 。在土壤剖面性状相同( 主要指土壤质地、结构、 透水性能及含盐量) 的情况下，淋洗过程中最佳配比的水盐运动速度主要决定于淋洗入渗水 量。入渗水量越多，脱盐深度越大。上部土体的脱盐速度快于底部土体。盐峰下移深度与累 积入渗水量里直线关系。在淋洗脱盐中，应该使入渗水在土壤中有足够的停留时间，以增加 单位用水的淋洗效果。 3 3 盐分运移的数学模型 吐舳咬=皿1【n叹_【_【皿o n 叹一_ 【叮o _ i 吣一_ i皿【叹一【叮2 叹_ i h 詈詈旧叮葛s_【间目_ 【詈_ i 时 3 3 1 模型原理 士壤中盐分主要通过对流( c o n v e c t i o n ) 和水动力弥散( h y d r o d y n a m i cd i s p e r s i o n ) 而迁 移。对流指士壤水分运动时，同时携带盐分运动。对流引起的盐分通量与土壤水通量和水的 浓度有关，可用下式表示： m c = q + c 式中m c 为土壤剖面盐分对流通量( g ，i l c m 2 ) ；q 为土壤水通量( c n l ，1 1 ) ；c 为土壤盐溶液浓度 ( m g ，c m 3 ) 。 水动力弥散由扩散( d i f f u s i o n ) 和机械弥散( m e c h a n i c a ld i s p e r s i o n ) 两部分组成。其变 化规律近似服从f i c k 第一定律。以地表为上边界，地下不透水层为下边界，z 轴原点取在地 表，向下为正，则： m d ：一d 。旱 o z ( 2 ) 式中m d 为土壤剖面盐分弥散通量( g ，1 1 c m 2 ) ；d n 为水动力弥散系数( c m 2 m ) ，它是含水量和平 均孔隙流速的函数；c 为土壤盐溶液浓度( g ，l ) ；z 为土壤深度座标( c m ) 。 巩( 印) = 口i v i + 口( 专 2 缈d 0 c ， 式中0 为土壤体积含水率；v 为冲洗下渗水孔隙流速( c m h ) ；a 是水的粘滞度；( l ，l e ) 2 为 十t i l ：f l 隙弯曲度：y 为水流的阻滞作用；d o 为溶质在纯水中的扩散系数。 在对流和水动力弥散共同作用下盐分总通量m 为： m = - d 。军+ m ( 4 ) 根据质量守恒定律，盐分储存量在时间上的变化率等于通量在空间上变化率的负值，用 a l b e r te i n s t e i n 求和预定表示，可记为： 程为 亟堕一c 3 m 西瑟 将式( 4 ) 代入式( 5 ) ，得： 掣= 鲁( 巩翔一掣 ( 5 ) ( 6 ) 为求解上式需要利 j 水分动力方程求出0 ，以地表为原点。坐标向下为止，水分动力方 a 口 西 坐塑 出出 ( 7 ) 式中k ( o ) 为非饱和导水率( l t ) 。 g ：。+ 口：一k p ) 旦掣 ( 8 ) 式中h 为压力水头( c m ) 。 土柱在积水入渗条件下淋洗脱盐，土壤水达到饱和含水量，表层土壤迅速脱盐，有关初 始条件和边界条件为： 上边界条件：c ( o ，t ) 卸 ( 9 ) 下边界条件：c ( o o , t 户c o( 1 0 ) 初始条件：c ( z ，o 户c o ( 1 1 ) 式中c o 为初始土壤盐溶液浓度( m g c m 3 ) ；式( 6 ) ( 1 1 ) 构成土柱一维水盐运移基本方程。采坩 l a p l a c e 变换，可求得其理论解为： 。一牛降周膏嘶降 0 2 ) 式中c 为冲洗后要求达到的土壤含盐浓度( m g ，c m 3 ) ，z 为计划脱盐深度( c m ) ；0 s 为士壤饱和 含水率；t 为冲洗时间或计划淋盐时间( i ) ；e r f c ( x ) 为余误差涵数。 恒定流条件下，冲洗下渗水孔隙流速v 与土壤入渗速度的关系为： 占= v 疗 r 1 3 ) 式中n 为土壤孔隙率。 冲洗或淋盐用水定额为： 肌= v 玎， ( 1 4 ) 式中m 为冲洗或淋盐用水定额( c m ) 。 式( 1 2 ) 反映了冲洗或淋盐后脱盐标准与冲洗时间t 之间的关系。用这个公式可以算出t ， 从而利用式0 4 ) 计算出达到脱盐规定标准时的理论用水定额。 3 3 2 脱盐用水定额数值模拟 根据上述公式和实验测出的c o 、o s 、d n 等参数，算出单位体积最佳配比脱盐理论j _ i j 水 量与实际用水量的比较如表2 0 所示。从表中可以看出计算结果与试验观测结果基本一致。 这说明可以采用此模型来计算脱盐理论用水量，也能确定完成脱盐所需要的时间，从而定量 3 l 指导实际生产。 表2 0 不同深度脱盐用水定额( m l ，c m 3 士) t a b l e2 0 t h ea m o u n to f l e a c h i n gw a t e r a td i f f e r e n ts o i ld e p t h s 深度( e r a ) 计算值( m i )实测值( m i ) d e p t h c a l c u l a t e dv a l u e o b s e r v a t i o n a lv a l u e 2 0 2 0 9 i9 5 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 4 0 1 1 7 1 4 l i 5 2 1 3 3 1 o l i 1 4 l3 0 1 3 9 1 1 1 0 8 4 3 4 对环境的影响 受试验条件限制。没有对最佳配比的淋洗液进行重金属分析。但采集并分析了掺拌组成 材料。为使海湾泥中的重金属测定更具有代表性，分别采集了近海吹填_ 七、河口吹填十和开 发区排污入海口处的海湾泥作为供试样品。分析结果见表2 l 。 表2 1 配比各组分的重金属元素含量表 t a b l e2 1 t h ec o n t e n to f h e a v ym e t a li ne a c h c o m p o n e n t 注：h g 的计量单位为u 眺g 其余均为m g m _ g 表示为一级标准：表示为二级标准；表示为三级标准；+ 表示超过兰级标准 从表2 1 所列的各样品的分析结果可以看出，供测样品的各项指标中只有砷含鼙较高， 开发区排污口海泥和河口欧填土的砷含量达三级标准，而近海吹填土表层和下层、粉煤灰的 3 2 砷含量超过国家三级标准。在掺拌条件下，碱渣会对海湾泥的砷含量起稀释作用，但海湾泥 和粉煤灰混合，其砷含量仍然超标，因此三种废弃物混合，从环境质量标准看，砷的含量可 能已超过三级标准，但砷对植物生理的毒害作用将因植物而异，况且开发区阏林绿化所栽植 的植物均为花、草、乔、灌木，没有农作物、果树的栽植，同时，在园林管理上，修剪的草 坪草、树木的枯枝落叶均是经过堆制返回该区的园林士壤，而且在开发区也没有放牧的情况， 因此，砷没有进入食物链，不会对人畜造成危害。相反，通过园林植物的栽植，使砷被吸收 富集在植物体内并加以固定，从而使污染土壤被修复。 在自然土壤中的剖面分布上，砷的垂直迁移不太明显，一般认为大部分耕层十壤对砷的 固定很强，砷在土壤中不大容易迁移，不易对地下水造成污染。砷的水平迁移途径主要通过 径流和水流，由于开发区地处半干旱半湿润的温带地区，降雨量相对不足，一般很难形成地 表径流，可以推断其在水平方向上迁移量不大。况且砷在士壤中均常以多价含氧根存在，化 学性质不活泼，常被土壤有机胶体所螯合因此最佳配比中的重金属可能不会随淋盐排水对 地下水造成污染。 4 主要结论 4 1 采用海湾泥、碱渣、粉煤灰三种废弃物相混合且其混合比例为海湾泥：碱渣：粉煤灰 = x 7 ：y ，：z 7 ( 体积比) 是配制绿化种植土的最佳配比。该配比具有较快的脱盐速率达 到脱盐标准时各盐渍性状满足植物生存要求，在脱盐过程中不存在碱化问题，脱盐后没有山 现p h 上升的现象脱盐后含有的离子浓度对植物的生长不产生毒害作用，也不存在重金属 污染。 4 2 室内淋洗模拟脱盐过程的实验表明：在水分入渗条件下，随着土壤盐分含麓下降十