粉煤灰提高土壤持水性能的淋滤试验研究

摘要：喀斯特地区土壤持水性差，为寻找有效的土壤改良技术以改善此地区耕地的农业生产条件和生态环境，开展了以改良土壤持水性为核心的研究。通过土壤土柱淋滤实验研究，得出粉煤灰能有效改良土壤，并提出粉煤灰改良耕地土壤的最佳模式。在实验中，通过改变灌溉水量和粉煤灰使用量两个变量，可明显调节水分入渗速度，改变土壤含水率等，并做相关记录、研究，表明粉煤灰能提高土壤的孔隙率，增进沙性土壤的保水性能。

关键词：粉煤灰, 改良, 持水性

中图分类号:S157.3文献标识码:A文章编号：

1引言

中国西南喀斯特地区是“世界上最大的喀斯特连续带”[1], 主要分布在以贵州为中心的滇黔桂湘鄂川渝地区[3]。由于贫困人口集中，人地矛盾尖锐，土地退化严重，从而使该区陷入了“生态脆弱－贫困－掠夺式土地利用－资源环境退化－进一步贫困”的恶性循环[4]。另外，喀斯特地区的地形地貌特点和土壤特性，使得土壤对水分的涵养和滞留能力很差，事实上喀斯特地区植被生长所需水资源经常处于缺乏状态，水资源是维护该区生态环境的首要限制因素[4]。因此，在该地区耕地区寻找省时省工、成本低、有效的土壤改良技术，可有效改善耕地区农业生产条件和生态环境，对耕地区土地资源质量及粮食安全具有重要的现实意义[5]。

粉煤灰是燃煤工厂排放的在高温下形成的高硅铝质的玻璃态物质,有良好的颗粒组成,而且富集了铝、铁、钛、锰、钾等金属元素,是一种土壤改良剂。粉煤灰在农业上的利用具有投资少、容量大、措施简单以及对粉煤灰无需提纯等优点，呈现出改良土壤良好的应用潜力[6]。这些特点使之在很多方面得到了广泛应用。土壤结构的好坏决定着作物生长过程中土壤养分的供应能力，良好的土壤结构能保证土壤养分有效的传输和供应。因此，粉煤灰改良土壤效应的关键不仅在于利用粉煤灰微量元素富含的特性，而且粉煤灰可以改良土壤结构从而保证土壤对作物养分的供给能力和有效性。

目前，国内研究多关注于粉煤灰改善作物养分供应，主要是某种微量元素和有害元素污染水平方面以及粉煤灰改良粘土的应用，较为缺乏针对粉煤灰改良沙质土壤物理特性和提高土壤肥力方面的系统试验。

基于此，本研究试图通过室内土柱模拟试验，分析粉煤灰施用后对耕地土壤持水性能的影响，探讨粉煤灰改善沙性耕地土壤的保水保肥性能、提高耕地土壤的机理，以期为西南喀斯特地区耕地区粉煤灰改良土壤提供技术支撑。

2材料与方法

2.1供试材料

试验所需土壤是贵州关岭县典型喀斯特地区表层30cm的土壤，粉煤灰是取自当地燃煤电厂。另外配备可控流量的滴水器三个、土柱三个。

试验装置由直径5cm，高25cm（土壤高度10cm）的有机玻璃柱构建，供水设备为马氏瓶，试验装置见图1。

表1 供试土壤基本理化性质

2.2试验处理

试验设定2种灌水量，即720ml（即900m³/hm²）和1080ml（即1350m³/hm²），以及4个粉煤灰使用率，即0 kg/hm²、150000kg/ hm²、300000 kg/ hm²和450000 kg/ hm²，两各影响因子相互交叉共构成8个试验处理，每个处理设计两个重复。

2.3测试方法

在试验中，定时记录湿润峰下渗深度，最终以入渗速度来反映土壤的渗透性能，并通过不同因子设定的实验组的比较，得出施用粉煤灰的较优模式。另外在每组实验进行48小时后，称量并记录土柱淋出水量，以反映土壤的持水性，并做组间比较。

3结果与分析

3.1 不同试验处理土壤水分渗透速率变化

土壤渗透性能是土壤导水性能的一个重要指标。在西南喀斯特地区，降雨量丰富且时间集中，良好的土壤渗透性能对于减少地表径流，减少水土流失具有重要意义。

第一组实验，在共灌水720ml（即900m³/hm²）下，分别施0 kg/hm²（即对照组CK）、150000kg/ hm²（F1）、300000 kg/ hm² (F2)和450000 kg/ hm² (F3)的粉煤灰，其湿润峰如图2。

未施用粉煤灰的对照组，湿润峰下渗速度比其他已施用粉煤灰的实验组要快，且随时间的延长，此现象越明显。经过三小时后对照组下渗深度比其他组要快25%到38%不等。

同样，图3反映了共灌水1080ml（即1350m³/hm²）下，分别施0 kg/hm²（即对照组CK）、150000kg/ hm²（F1）、300000 kg/ hm² (F2)和450000 kg/ hm² (F3)的粉煤灰的湿润峰图。虽然与第一组的灌水速度不同，但对照组与实验组的渗水速度差异依然很明显。

故足以证明，当沙性土壤施用粉煤灰后，能有效降低其渗透性能，增高持水能力。

图2 不同粉煤灰施用量下土壤湿润峰图（灌水速度900m³/hm²）

Fig.2 Moist soil peak figure based on different seems of fly ash(Infuse water speed is 900m³/hm²)

图3 不同粉煤灰施用量下土壤湿润峰图（灌水速度1350m³/hm²）

Fig.2 Moist soil peak figure based on different seems of fly ash(Infuse water speed is 900m³/hm²)

对比两幅图发现，其湿润峰变化趋势基本一致，故第二组实验中灌水1080ml有可能造成土表积水等问题，浪费水资源。

3.2 不同试验处理土壤持水性能变化

田间持水量（Field capacity, FC）是反映土壤持水能力的一个重要指标，指接近表层的土壤剖面在充分灌溉或降雨后，当其向下排水可以忽略时的含水量，其目的在于提供一个特征指标，即充分灌溉或降雨后，经过两天的再分布，接近表层的土壤可以保持多少水分，也称最大悬着毛管含水量。长期以来，它被普遍认为是土壤的一项重要物理性质，并得到广泛应用[6]。

实验经48小时后测量得到如下数据：

表2 不同试验组持水量表

从表中可见，经粉煤灰改良后，沙性土壤的田间持水率得到提高，甚至提高了23%，同时孔隙率也得到很大的增加。